NO327017B1 - Uniform gassfordeling i plasmakilde med stort omfang - Google Patents

Description

Teknisk område og beslektet teknikk

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt apparatur og dets bruk for overflatebehandlinger ved bruk av plasmaunderstøttet behandling, og nærmere bestemt, men ikke utelukkende, for behandling av store flate substrater.

Slik behandling kan omfatte etsing, påføring, rengjøring, passivering og ioneimplantering.

De nye fordringer i forbindelse med plasmabehandling av store substrater er blitt mer og mer kritiske for plasmakilder som er tilgjengelige på markedet. Vellykket plasmaunderstøttet behandling vil være avhengig av muligheten for skalautførelse av slike plasmakilder.

For å oppfylle disse fordringer må nye plasmakilder være utført for å kunne behandle store substrater ut i fra slike plasmatrekk som generering av høye den-siteter av reaktive stoffer ved hjelp av lav og regulerbar energi over et stort trykk-område, samt med utmerket homogenitet over hele substratet.

Ved plasmabehandling brukes vanligvis et vakuumkammer som er koplet til et gassutløp og en pumpeinnretning for å regulere gasstrømninger og gasstrykk. Elektrisk energi påtrykkes dette vakuumkammer for å akselerere de frie elektroner i gassen til ioniseringsenergi for gassmolekylene, slik at det derved frembringes plasma, loniseringfenomenet vil frigjøre visse elektroner som da også kan akselereres til ioniseringsenergi.

Tilleggsenergien for disse frie elektroner i gassen frembringes vanligvis ved hjelp av et elektrisk felt, et varierende magnetfelt eller begge deler.

En vanlig fremgangsmåte som anvendes for å generere plasma er en teknikk som er kjent som kapasitiv koplet plasma. Plasmaet frembringes da ut i fra påføring av en vekselspenning mellom to elektroder slik at det opprettes et elektrisk felt som akselererer de frie elektroner. Vanligvis utgjøres den ene av disse to elektroner av substratholderen. Den påførte energi som genereres av den vekselspenning som påføres mellom de to elektroder vil samtidig regulere fluks og kinetisk energi for ionene. På grunn av at de to angitte parametre er sammenkoplet, vil denne prosess være vanskelig å optimalisere.

En annen plasmakilde som anvendes ved plasmabehandling er basert på elektronenes cyklotronresonans (ECR). I denne prosess blir mikrobølgeeffekt påført gassen sammen med et konstant magnetfelt som da omformer elektronbanene til en sirkulær bane. Magnetfeltets intensitet er da slik at elektronenes rotasjonsfrekvens er den samme som frekvensen av det elektriske felt, hvilket fører til en resonansvirkning som øker elektronakselerasjonens effektivitet. En eksiteringsmodus av denne type kan da frembringe en plasma med høy ionefluks og lav ioneenergi. loneenergien kan reguleres ved å påføre en uavhengig forspenning på substratet. Et apparat av denne art vil imidlertid være komplisert og kostnadskrevende. Videre vil det fremdeles være for begrenset når det gjelder de forventede egenskaper ved den tilsiktede plasmabehandling, særlig med hensyn til plasmakildens oppskaleringsmuligheter og homogenitet.

En ny generasjon av plasmakilder er blitt utviklet i løpet av de siste år og disse synes å gi gode muligheter. Disse vil være kjent som induktivt koplede plasmaer (ICP-enheter) av den art som f.eks. er beskrevet i US-patent nr. 4.948.458 og US-patent nr. 5.277.751. Det plasma som genereres av et varierende magnetfelt frembringes ved hjelp av en spiralviklet plan spole. Elektronene akselereres i en sirkulærbane som er parallell med spoleplanet og plasmakammerets isolerende vindu. Denne konfigurasjon frembringer et høydensitetsplasma med lav kinetisk energi, men har et iboende problem med hensyn til homogeniteten i midten av og ved yttergrensen av spolen når apparatets størrelse økes. Dette problem begrenser da mulighetene for skalering av prosessen.

US-patent nr. 5.435.881 angir et apparat for å generere et plant plasma ved hensiktsmessig lavt trykk. Dette apparat omfatter sideordnede par eller en større rekke av vekslende magnetpoler (flerpolet). Blant de fordeler som er angitt i dette patentskrift er muligheten for å generere et stort plasma ved å legge til flere vekslende magnetpoler, slik at det da bare vil foreligge et meget lite område av ikke-uniformt plasma.

En slik konstruksjon oppretter imidlertid en avhengighet mellom de parvis anordnede magnetpoler og eksiteringsfrekvensen, såvel som det anvendte driftstrykk. Denne avstand vil være avhengig av den midlere frie bevegelsesbane for elektronene og som vil avta når trykket øker. Når et høyt driftstrykk er nødvendig for den påkrevde prosess må følgelig avstanden mellom de parvis anordnede poler senkes drastisk. Dette kan da bli kritisk ut i fra et teknisk synspunkt. Prosessen vil også kreve forskjellige flerpols-fordelinger for forskjellige prosesstrykk, hvilket vil nedsette dens fleksibilitet og anvendbarhet når det gjelder industrielle prosesser.

Europeisk patent EP 0 908 923 beskriver et ICP prosesseringsapparat som benytter en magnetisk-pol-forbedret induktivt koblet plasmakilde (maPE-ICP). Spesielt, for å generere et tidsvarierende magnetfelt i kammeret, foreslår

EP 0 908 923 en induktoranordning tilknyttet en magnetkjerne for å oppnå en unipolar polfront og for å generere et hovedsakelig uniformt distribuert tidsvarierende magnetfelt gjennom hele den unipolare polfronten. Kombinasjonene av en magnetkjerne med induktoren tjener til å øke og homogenisere magnetfeltet produsert av induktoren, i det magnetflukslinjene er uniformt fordelt over polfrontstrukturen.

Japansk patentsøknad JP 10-125496 beskriver et

plasmaprosesseringsapparat som har et kammer med et øvre deksel av metall støttet av øvre sidevegger av kammeret. Dekselet har en sirkulær sentral åpning med en magnetkjerne anordnet på innsiden av åpningen ved å benytte et perifert avstandsstykke og støttet av den øvre overflaten av et vindu av kvartsglass. En flat antennespole er installert i en forsenkning dannet i en nedre endeoverflate av magnetkjernen. Konfigurasjonen presentert i JP 10-125496 har som mål å forbedre effektiviteten til magnetfeltkoblingene samtidig som høyfrekvensutladninger som forårsaker elektromagnetisk støy forhindres.

Ved alle disse tidligere kjente apparater foreligger det et problem med hensyn til gassfordelingens uniformitet i midten av kammeret. Gassfordelingen bestemmes vanligvis ved hjelp av en ring anbrakt i plasmakammerets sidevegg, hvilket fører til en sviktende gassfordelings-uniformitet i midten av kammeret. Denne ikke-uniformitet vil bli stadig mer fremtredende når plasmakammerets dimensjoner økes. Gassfordelingsutstyret er videre vanligvis utført i metallisk materiale, hvilket da vil forstyrre det magnetiske felt inne i kammeret og således også plasmadensiteten.

Patentdokumentet EP-777.645 angir tilsynelatende en plasmareaktor eller et plasmakammer hvor en uniform gassfordeling er oppnådd tvers over et skiveformet plasma ved innsprøyting av gass gjennom et sentrert gassmatnings-silisium- eller halvleder-deksel.

Denne anordning er skjematisk vist i fig. 1 og omfatter et plasmakammer 2 dekket av et halvlederdeksel 6 som gassinnsprøytningsrør 12, 14 er boret gjennom. Røret 14 er i sin tur koplet til et sentralt gassinnføringsrør 16.

En overliggende induktiv antennespole 4 fastholdes i en isolerende antenneholder 8 som er koplet til en effektgenerator for plasmakilden gjennom en impedans-tilpasningskrets 10.

I denne anordning blir en spenning på omkring 2000-3000 volt vanligvis påført antennespolen. Et tilsvarende meget høyt elektrisk felt kan da induseres i det elektriske vindu som utgjøres av halvlederdekslet 6. En slik kapasitiv kopling er meget uheldig.

Dette patentdokument antyder videre valg av enten et dielektrisk materiale eller en halvleder som materiale i toppdekslet. Et slikt dielektrisk materiale eller halvledermateriale fører imidlertid til at plasma frembringes i rørene 12, 14 på grunn av en slik kapasitiv kopling, som vil være gassforbrukende og som kan skade halvlederdekslet.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Oppfinnelsen gjelder et apparat for å generere et tidsvarierende magnetfelt i et plasmabehandlingskammer for derved å frembringe eller opprettholde et plasma inne i kammeret ved hjelp av induktiv kopling, hvor da apparatet har som særtrekk at det omfatter: en magnetisk kjerne som oppviser en polflatestruktur eller en unipolar polflatestruktur,

en induktoranordning samordnet med den magnetiske kjerne og for å generere et hovedsakelig uniformt fordelt tidsvarierende magnetfelt over hele polflatestrukturen eller den unipolare polflatestruktur,

utstyr for å sprøyte gass inn i kammeret og gjennom den angitte magnetkjerne.

Da utstyret for innsprøyting av gass inn i plasmakammeret er anbrakt i eller ført gjennom magnetkjernen, oppnås en ensartet eller regulert gassfordeling i et plasmabehandlingskammer som er utstyrt med et slikt apparat for å generere et tidsvarierende magnetfelt, uten at det oppstår noen forstyrrelse av magnetfeltet.

Videre vil den magnetiske kjerne elektrostatisk isolere utstyret for gassinnsprøyting fra induktoranordningen. Den magnetiske kjerne vil med andre ord spille en rolle som elektrostatisk skjerm mellom utstyret for gassinnsprøyting og induktoranordningen, og eliminerer dermed risikoen for kapasitiv kopling. Risikoen for plasmainntrengning i selve gassinnsprøytingsutstyret vil da bli redusert.

I henhold til en viss utførelse av oppfinnelsen vil utstyret for innsprøyting av gass i plasmakammeret danne en dusjhode-lignende gassinnsprøyting.

Dette utstyr kan f.eks. med fordel omfatte flere gjennomgående innsprøytingsrør fordelt over magnetkjernen. Disse innsprøytningsrør er da utført i rustfritt stål eller et isolerende materiale.

En fordel ved en slik utførelse er at antallet injeksjonsrør kan tilpasses uten å forstyrre magnetfeltet. Antallet innsprøytingsrør vil med andre ord ikke påvirke magnetfeltet inne i plasmakammeret.

Rørenes diameter kan også være forskjellig i samme magnetkjerne. Mer gass vil kunne innsprøytes gjennom større rør enn gjennom forholdsvis smale rør. Det vil således være mulig å frembringe en regulert gassinnsprøyting i plasmakammeret.

Injeksjonsrørene vil da være koplet til gassfordelingsutstyret for fordeling av gass på de forskjellige innsprøytingsrør.

Dette gassfordelingsutstyr er da fortrinnsvis plassert på siden av magnetkjernen og rett ovenfor et indre område av det angitte plasmabehandlingskammer.

I en viss utførelse kan utstyret omfatte et felles gassinnsprøytingsrør hvorigjennom gass fordeles på injeksjonsrørene. Dette felles gassinnsprøytingsrør er fortrinnsvis utført i rustfritt stål, spesielt når det gjelder korroderende gasser.

I en annen uførelse omfatter gassfordelingsutstyret et deksel plassert på siden av den magnetiske kjerne rett overfor det indre område av plasmafordelingskammeret med et gap mellom dette deksel og magnetkjernen, idet injeksjonsrørene løper inn i dette gapet.

En eller flere gasser sammenblandes i gapet mellom dekslet og den magnetiske kjerne, hvilket da øker homogeniteten av den gass som fordeles eller sprøytes inn i det indre rom i plasmakammeret. Dette gap danner således et gassfordelingsområde på oversiden av den magnetiske kjerne.

Ved dette arrangement kan det videre unngås kopling av et gassfordelingsrør (det ovenfor nevnte felles gassinnsprøytingsrør av rustfritt stål) til den magnetiske pol.

Fortrinnsvis er den unipolare magnetflatestruktur opprettet ved hjelp av en enkelt polflate av enhetlig utførelse. På denne måte blir det plasmaproduserende kammer konfrontert med en hovedsakelig kontinuerlig overflate, hvilket videre vil bidra til å øke uniformiteten.

Det er likevel mulig å dele opp polflatestrukturen i to eller flere polflater eller unipolare polflater som er vendt mot tilsvarende partier av

plasmabehandlingskammeret. Denne alternative løsning kan komme i betraktning hvis det område som skal dekkes av den magnetiske kjerne er særlig stort. Polflatene kan da være tilordnet forskjellige induktorer og effekttilførsler som da må holdes i fase for å sikre at alle polflatene har samme polaritet til enhver tid. Polflatene kan alternativt fysisk være avhengig av en felles magnetkjerne eller induktor.

I en foretrukket konstruksjon utgjør polflatestrukturen en endeflate av den magnetiske kjerne.

Den magnetiske kjerne omfatter fortrinnsvis minst én elektrisk diskontinuitet i en bane langs et plan parallelt med polflaten for derved å hindre sirkulasjon av virvelstrømmer rundt kjernen. De magnetiske flukslinjer som passerer gjennom den magnetiske kjerne har faktisk en tendens til å danne virvelstrømmer som sirkulerer i polflatens plan, ut i fra Lenz 's lov. Hvis disse strømmer fritt ville kunne sirkulere rundt kjernen, ville det frembringe magnetiske flukslinjer som motsetter seg de som genereres av spolen, med den virkning at den resulterende magnetiske feltenergi som avgis fra polflaten nedsettes, og unødvendig oppvarming av kjernen frembringes.

Vedkommende diskontinuitet kan foreligge i form av en eller flere lamineringer. Vedkommende laminering eller lamineringer forløper fortrinnsvis radialt fra et punkt i nærheten av eller i midten av kjernen og frem til dens omkrets. Lamineringene kan oppta hele magnetkjernens dybdedimensjon, målt i retning perpendikulært på polflatestrukturen.

Det ovenfor omtalte problem med virvelstrømmer er mer fremtredende i visse kjerneutførelser enn i andre, f.eks. i avhengighet av det kjernemateriale som anvendes og den foreliggende driftsfrekvens, og det kan hende at det ikke alltid er nødvendig å danne en slik diskontinuitet.

Induktorutstyret kan typisk omfatte en konduktor anordnet med en eller flere vindinger omkring i det minste en del av magnetkjernen. Den kan være viklet rundt magnetkjernens omkrets. Induktorutstyret kan også omfatte en plan vikling forsenket i et fordypningsmønster utformet i magnetkjernen, f.eks. med polflatestrukturen.

Induktorutstyret drives ved hjelp av en effektforskyvning som fortrinnsvis tilfører strøm ved en frekvens omkring 10 kHz til 100 MHz, og en typisk driftsfrekvens kan da være 13,56 MHz. En krets for impedanstilpasning og fasefaktorkorreksjon kan være anordnet mellom effektforsyningen og induktoren, hvis dette er påkrevet.

Oppfinnelsen gjelder også et plasmabehandlingsapparat som omfatter:

et plasmabehandlingskammer med minst én feltinnløpsåpning eller vindu, minst ett magnetfelt-genererende apparat slik som angitt ovenfor, samt anordnet for å opprette et tidsvarierende magnetfelt i kammeret,

effektkildeutstyr for å drive det magnetfelt-genererende apparat.

En barriere kan være opprettet mellom en feltdannende overflate og plasmaomgivelsen for å hindre vedkommende overflate fra å forurense kammeret.

En slik barriere omfatter et sjikt av dielektrisk materiale som opprettholdes mellom vedkommende polflatestruktur og det indre av

plasmabehandlingskammeret.

Alternativt kan barrieren omfatte minst ett feltinnløpsvindu mellom et indre romområde i plasmakammeret og det apparat som genererer magnetfelt.

I dette tilfelle vil utstyret for å sprøyte inn gass i kammeret og gjennom magnetkjernen forløpe gjennom vinduet.

Magnetkjernen kan lett tilpasses form og dimensjoner av en åpning eller et vindu til plasmakammeret, idet den f.eks. kan oppvise en sirkulær, rektangulær eller flersidet polflate, alt etter behov.

Et vindu for behandlingskammeret behøver ikke nødvendigvis være plant, men kan også ha krum form, f.eks. for å følge konturen av et veggparti som vedkommende vindu eller vinduer er lagt inn i. Den magnetiske kjerne kan likeledes oppvise en ikke-plan polflatestruktur konfigurert til å følge krumningen av vedkommende ett eller flere vinduer for å opprette uniforme tilstander inne i kammeret.

Når det gjelder innsprøytingsrør, vil hvert av de angitte injeksjonsrør passere vedkommende vindu gjennom et tilsvarende hull i dette vindu, og en åpen ende av hvert av disse injeksjonsrør er da sveiset til omkretskanten av vedkommende hull.

Plasmabehandlingskammeret kan omfatte flere feltinnløpsvinduer. Det kan f.eks. være utstyrt med to innbyrdes motstående vinduer. Hvis kammeret har en grunn konfigurasjon (sirkulært eller kvadratisk tverrsnitt), kan vinduene f.eks. være anordnet ved hver sin ende av de korte vegger. Hvis kammeret har en langstrakt konfigurasjon (sirkelformet eller kvadratisk tverrsnitt), kan vinduene være utformet på de langstrakte vegger, f.eks. anordnet i ett eller flere par vinduer som er vendt mot hverandre.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen og dens fordeler vil kunne bedre forstås ut i fra følgende beskrivelse av ikke-begrensende utførelseseksempler for foretrukne utførelser og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: fig. 1 er en skjematisk skisse at et plasmakammer i henhold til tidligere kjent teknikk,

fig. 2A, 2B og 2C viser detaljerte skisser av en magnetisk kjerne i henhold til den første utførelse av oppfinnelsen,

fig. 3A til 3C er skjematiske skisser av andre generatorer av tidsvarierende magnetfelt og som kan anvendes i et plasmagenererende kammer i henhold til oppfinnelsen,

fig. 4 er en detaljert skisse av det plasmabehandlende apparat som er vist i fig. 2A,

fig. 5 viser et skjematisk snitt gjennom et plasmabehandlingsapparat i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen,

fig. 6 viser skjematisk et snitt gjennom et plasmabehandlingsapparat i henhold til en ytterligere utførelse av oppfinnelsen,

fig. 7 viser skjematisk et snitt gjennom et plasmabehandlingsapparat i henhold til en ytterligere utførelse av oppfinnelsen, og som er utstyrt med et deksel samt et gap for gassfordeling,

fig. 8 og 9 er snittskisser gjennom andre utførelser av oppfinnelsen, og som er utstyrt med vinduer som avsetter plasmakammeret,

fig. 10A og 10B viser henholdsvis en skjematisk oversiktsskisse og en detaljskisse for et plasmabehandlingsapparat i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen, og

fig. 11 viser en detalj av en utførelsesvariant av den sistnevnte utførelse av oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

En første utførelse av oppfinnelsen er vist i fig. 2A, hvor behandlingskammeret 20 foreligger i form av en grunn sylinderformet beholder hvori et plasma skal genereres eller opprettholdes. I samsvar med klassiske behandlingskamre omfatter den en bærer 24 for et arbeidsstykke 26, samt minst én gassutløpsport 30 for kopling til en pumpeinnretning (ikke vist) for å regulere gasstrykket inne i kammeret.

Behandlingskammeret 20 omfatter også utstyr for oppvarming av arbeidsstykket 26 via arbeidsstykkebæreren 24. For dette formål er den sistnevnte utstyrt med en oppvarmingsmotstand anordnet for å befinne seg i varmeledende kontakt med arbeidsstykket 26 og som effektforsynes fra en regulerbar varmestrømkilde 32. Denne varmestrømkilde 32 arbeider i samsvar med en temperaturføler (ikke vist) som reagerer på arbeidsstykkets temperatur for å frembringe en konstant innstilt temperatur eller en forutbestemt tidsavhengig temperaturvariasjon, alt etter de foreliggende fordringer. Kjøleutstyr, som ikke er vist i fig. 2A, kan anvendes for å kjøle ned arbeidssubstratet 24. Et kjølefluid kan f.eks. bringes til å sirkulere gjennom en fluidsirkulasjonskanal som er innleiret i substratet 24 samt er forbundet med en pumpe og en kjøler.

Behandlingskammeret 20 omfatter også utstyr for forspenning av arbeidsstykket 26, f.eks. i form av en eller et antall elektriske kontakter (ikke vist) i nivå med arbeidsstykkebæreren 26 og som står i forbindelse med arbeidsstykket enten gjennom kabelkoplinger eller ved direkte fysisk kontakt. Disse kontakter forsynes fra en forspenningskilde 34 utenfor kammeret 20 og som kan innstilles til å opprette en vekselstrøm-forspenning (som inkluderer radiofrekvenser), en likestrømsforspenning eller en jordkopling.

Apparatet omfatter videre en induktiv feltenergikilde 38 som en generator for et tidsvarierende magnetfelt. Dette magnetfelt opprettes av en magnetkjerne 38 i sammenheng med en induktorvikling 40.

Magnetkjernen har en polflate 38a som er vendt mot det indre område 50 i plasmakammeret. Induktorviklingen 40 kan være konstruert i samsvar med forskjellige utførelsesvarianter, hvorav en er vist i fig. 2A-2C, mens andre vil bli forklarende omtalt under henvisning til fig. 3A-3C.

Kjernen 38 kan være forspent for å frembringe et forutbestemt potensiale i nivå med polflaten 38a ved hjelp av en separat forspenningskilde 61 som er tilkoplet denne. Denne forspenningskilde kan være innstilt for å frembringe en vekselstrømforspenning (innbefattet radiofrekvenser), en likestrømsforspenning eller en jording av kjernen 38.

Kombinasjonen av en magnetkjerne med induktoren tjener til å øke og homogenisere det magnetfelt som frembringes av induktoren, slik at de magnetiske flukslinjer fordeles uniformt over hele polflatestrukturen. Denne virkning er særlig fremtredende når det anvendes et typisk magnetkjernemateriale (slik som bløtt jern eller en jernlegering, eventuelt ferromagnetisk materiale) som har en meget høy permeabilitet f.eks. i området 1000 eller mer.

Kombinasjonen av magnetkjerne og polflatestruktur reduserer magnetfeltets "dødområde" i midten av induktoren, sammenlignet med kilder for magnetfeltenergi basert på bare en induktor med en spiralformet viklingsbane parallelt med planet for kammeråpningen 21.

Som en følge av dette vil det være mulig å anvende

plasmabehandlingskamre med store åpningsflater og derved kunne behandle tilsvarende store arbeidsstykker under homogene plasmaforhold over hele det aktive område. Et apparat av denne type kan f.eks. anvendes for behandling av substrater med plane fremvisningsflater, slik som LCD-paneler med dimensjoner omkring 0,5 m<2> eller mer.

Innsprøytingskanaler eller -rør 42, 44 passerer gjennom magnetkjernen gjennom hull 39, 41 som er utboret eller opprettet gjennom vedkommende magnetkjerne, slik som anskueliggjort i fig. 2B og 2C. Som vist i fig. 2B forløper rørene fortrinnsvis vinkelrett på polflaten 38a eller på et plan som dannes av magnetkjernen selv.

Innsprøytingsrørene er ført mellom de fordypninger 46 hvori spolen eller vindingene 40 er nedsenket. Gassfordelingsutstyr 48 for fordeling av gass mellom injeksjonsrørene er anordnet på den side av magnetkjernen som er vendt bort fra det indre rom 50 i plasmabehandlingskammeret. I den viste utførelse omfatter dette gassfordelingsutstyr felles gassinnsprøytingskanaler48, 51 hvorigjennom gass fordeles på de forskjellige innsprøytingsrør 42, 44. Røret 51 er i sin tur koplet til gasstilførselsutstyr 45, som omfatter gassbeholdere, pumpeinnretninger og deres utstyr for tilkopling til røret 51.

Injeksjonsrør 42, 44 er utført i rustfritt stål eller i et isolerende materiale (f.eks. keramisk aluminiumoksid). Kanalene 48, 51 er utført i rustfritt stål.

Når gass sprøytes inn gjennom rørene 51, 48, 44 og 42, blir den sprøytet i form av gasstråler 52, 54 inn i det indre rom 50, slik at det derved dannes en dusjhode-lignende gassinnsprøyting. Dette fører til en homogen gassatmosfære inne i dette indre rom og spesielt på oversiden av arbeidsstykket 26.

I fig. 2A og 2B er rørene 42, 44 skjematisk angitt å ha samme diameter. Disse rør kan imidlertid også ha innbyrdes forskjellige diametre gjennom en og samme magnetiske kjerne, for å lette reguleringen av gasstrømmen gjennom denne kjerne. Mer gass føres da inn i områder hvor rørene har større diameter enn i de områder hvor de har forholdsvis mindre diameter.

Magnetkjernen 38 kan være utført i et hvilket som helst ferromagnetisk materiale som kan dimensjoneres til den påkrevde strukturspesifikasjon eller av magnetisk keramikk, slik som ferritt.

I det tilfelle det benyttes en forholdsvis høy feltfrekvens (f.eks. 30 kHz til 5 MHz eller mer), kan kjernen fremstilles i et materiale som er sammensatt av magnetisk pulver og et dielektrisk bindemiddel, slik som et som selges under handelsnavnet "Fluxtrol F" (RTM) fra Fluxtrol Manufacturing, Inc., Troy, Michigan, USA, eller et hvilket som helst annet lignende materiale. Slikt materiale har den fordel at det frembringer utmerket feltuniformitet i kombinasjon med minimale virvelstrømtap uten at man behøver å benytte en laminert struktur.

I den utførelse som er angitt i fig. 2A, er den magnetiske kjerne 38, og således også dens polflate 38a, aktivt nedkjølt ved hjelp av en lukket kjølekretsanordning. Denne sistnevnte omfatter da en fluidsirkulasjonskanal (ikke vist på fig. 2A og 2B), som er innleiret i kjernen 38 og over et utløp 65 og et innløp 63 forbundet med en pumpe 62 og en kjøler 64.

I den konstruksjon som er vist i fig. 2B er et fordypningsmønster 46 utformet i den magnetiske kjerne 38 for å motta induktorviklingen 40.1 dette utførelseseksempel er disse fordypninger vendt mot den polflate 38a som vender mot det indre rom i behandlingskammeret 20 og er tilgjengelig hovedsakelig gjennom denne flate. Dette mønster kan danne en spiralformet eller konsentrisk lukket bane som følger en kontur på den magnetiske kjerne. Induktorviklingen 40 er anordnet for å ligge fullstendig nedsenket i fordypningene 46, idet disse er tilstrekkelig dype til å romme en eller flere av de stakkede vindingslag. Induktoren 40 har f.eks. en sirkelformet eller kvadratisk viklingsform.

Fremspring 39 som befinner seg mellom inntilliggende eller nabofordypninger 46-1 og 46-2 er større enn diameteren av et injeksjonsrør 42 som er ført gjennom hver av fordypningene. Disse fremspring danner en elektrostatisk skjerm mellom røret 42 og viklingen 40, slik at enhver kopling mellom rør og vikling elimineres.

Fig. 2C viser magnetkjernen 38 sett nedenfra, med fordypninger 46 som danner en spiralbane samt hull 39, 41 som alle er utboret eller dannet i eller gjennom den magnetiske kjerne 38.

I henhold til den utførelsesvariant som er vist i fig. 3A, omfatter induktoren 40 et metallrør viklet som en spole og med en eller flere vindinger (vanligvis tre eller 10) med samme radius, konsentrisk med røret 38 og nær rørets omkrets. Dette rør kan f.eks. være utført i kobber eller sølvbelagt kobber og har typisk et tverrsnitt på omkring 5-25 mm, eventuelt mer. I dette eksempel er induktorviklingen nedsenket i et spor 47 i det materiale som utgjør den magnetiske kjerne 38.

Denne utførelsesvariant gir da følgende ytterligere fordel. Hvis kjernen er utført i et materiale hvor det lett vil opptre virvelstrømtap, kan slike tap elimineres når forholdsvis lave frekvenser benyttes, nemlig ved å anvende den laminerte kjernestruktur som er vist i fig. 3A. Lamineringene 37 av isolerende materiale deler da opp kjernen 38 i segmenter som er elektrisk isolert fra hverandre og som stråler ut fra et midtparti for derved å hindre sirkulering av virvelstrømmer. Alternativt kan segmentene 38c være adskilt ved hjelp av luftgap.

I den utførelsesvariant som er angitt i fig. 3A og 3B kan fluidsirkulasjonskretsen 65 i kjøleanlegget omfatte noen få rørvindinger omkring den magnetiske kjerne. For å oppnå forbedret varmeopptak kan rørledningen være utstyrt med finner eller lignende strukturer innleiret i kjernen. Fig. 3B viser et snitt gjennom den struktur som er angitt i fig. 3A. Her er det klart vist gassinjeksjonsrørene 42, 44, 48, 51, hvor da rørene 42 og 44 er ført gjennom den magnetiske kjerne 38. Denne kjerne spiller her også en rolle som elektrostatisk skjerm mellom rørene 42, 44 og induktoranordningen eller viklingen 40, slik at enhver kopling mellom disse rør og den angitte vikling elimineres. Fig. 3C viser et snitt gjennom en annen utførelsesvariant av den magnetiske kjernestruktur og som kan anvendes i samsvar med oppfinnelsen. Lederviklingen 40 er dannet rundt omkretsen av den magnetiske kjerne 38.1 dette eksempel har lederen kvadratiske tverrsnitt og danner to viklingslag. Denne figur viser også klart gassinjeksjonsrør 42, 44, 48, hvor rørene 42 og 44 er ført gjennom den magnetiske kjerne 38, som utgjør elektrostatisk skjerm mellom rørene 42, 44 og induktoranordningen eller viklingen 40. Denne skjerm eliminerer, slik som ved de øvrige utførelser og fremstillingsvarianter som er omtalt ovenfor, enhver elektrostatisk kopling mellom de angitte rør og vedkommende vikling.

I en hvilken som helst av de ovennevnte utførelser og fremstillingsvarianter blir antallet vindinger som danner induktoren blant annet bestemt ut i fra impedans-tilpasning til effektkilden 61.

Denne effektkilde 61 er av klassisk utførelse og omfatter en radiofrekvens (RF) -generator hvis effektutgang er koplet til spolen 40 over en avstemt krets (ikke vist) som har et kapasitivt element for å opprette impedans- og fasefaktor-tilpasning til belastningen. Generatoren 61 arbeider typisk ved en frekvens på 13,56 MHz, men denne frekvensverdi kan f.eks. være fra noen få titalls kHz til flere titalls MHz, alt etter de foreliggende særtrekk ved konstruksjon.

Strømmen fra høyfrekvens-effektkilden 61 sirkulerer rundt i spolen 40 og genererer da et magnetfelt hvis flukslinjer står hovedsakelig vinkelrett på spoleplater i området inne i spolen og således også vinkelrett på overflaten 38a. Flukslinjene veksler for hver periode av den høyfrekvensstrøm som flyter i spolen og frembringer da en magnetisering av kjernen 38 med en polaritet som likeledes veksler for hver vekselstrømsperiode. Den unipolare polflate 38a på magnetkjernen blir da avvekslende magnetisert med nord- og syd-polaritet, men vil ved ethvert tidspunkt ha samme polaritet over sitt flateområde, og kan da ut i fra dette betraktes som en unipolar polflate. Kjernematerialets høye permeabilitet sikrer at de magnetiske feltlinjer fra den unipolare polflate 38a har uniform densitet. Romområdet 50 inne i plasmabehandlingskammeret 20, og således også ved arbeidsstykket 26, vil da være gjenstand for en tilsvarende uniform plasmaomgivelse.

I de utførelsesvarianter som er vist i fig. 2B og 3C, kan den magnetiske kjerne 38 oppvise et brudd i den elektriske bane for å eliminere virvelstrømmer, eller også kan et slikt brudd være utelatt.

Også kjernens kjøleanordning i disse utførelsesvarianter omfatter en kjøleplate 53 anbrakt i varmekontakt med oversiden av kjernen 38 og induktorviklingen 40 (hvilket vil si på den overflate som ligger motsatt polflaten 38a). Kjøleplaten 53 omfatter da en leder som er forbundet med en kjøleanordning, slik som beskrevet for fig. 2A, samt med gjennomganger for injeksjonsrørene 42, 44.

Denne kjøleflate kan alternativt, eller i tillegg, omfatte en varmesluk-struktur anordnet for å stråle ut varme. Denne varmesluk-struktur kan i dette tilfelle være samordnet med en drevet luftstrøm.

I enhver av de ovenfor angitte utførelser og deres fremstillingsvarianter, kan også induktoren 40 ha en annen tverrsnittsform enn kvadratisk, f.eks. en sirkulær form. Videre er geometrien av plasmabehandlingskammeret 20, og således også av den magnetiske kjerne, sylinderformet. De samme konstruksjonsforhold kan imidlertid lett overføres til andre geometrier (kvadratisk, langstrakt, oval eller flersidet) ved enkel tilpasning.

Feltenergikilden danner også et avtettet deksel overfor det indre rom 50 i plasmakammeret. Tetningsmidler er anordnet mellom plasmakammerets omkrets og den magnetiske kjerne.

I den ovenfor viste utførelse og dens varianter danner omkretskanten av den magnetiske kjerne 38 et skulderparti 70 som hviler på det tilsvarende kantparti 72 rundt åpningen til behandlingskammeret via en tetningspakning 74.

Forskjellige flenser 76a, 76b rager ut i fra skulderpartiet 70 og kantpartiet 72 for å fastholde og bringe den magnetiske kjerne 38 til tett anlegg mot prosesskammeret 20 ved hjelp av festemidler 78 bestående av mutter og bolt for å sikre en korrekt avtetning ved hjelp av pakningen 74. Den magnetiske kjerne 38 er elektrisk isolert fra den mekaniske struktur som danner kammeret 20, slik at den kan være forspent fra en forspenningskilde 61 uavhengig av kammeret. I det foreliggende eksempel er denne elektriske isolasjon opprettet ved hjelp av tetningspakningen 74. Mer generelt kan de ovenfor nevnte tetningsmidler også anvendes som midler for elektrisk isolering av magnetkjernen fra plasmakammeret.

Et dielektrisk materialsjikt 80, f.eks. av kvarts, glass slik som Pyrex (RTM), keramikk eller polymer være anordnet mellom polflaten 38a og romområdet inne i kammeret 20 for å hindre eventuell forurensning av plasmagassen fra polflate-materialet. I det eksempel som er angitt i fig. 2A er sjiktet 80 påført mot polflaten 38a og fastholdes av dette sistnevnte, f.eks. ved hjelp av påførte monterings-braketter.

Alternativt kan sjiktet av dielektrisk materiale 80 opprettholdes uten kontakt med polflaten 38a, f.eks. ved hjelp av en periferisk monteringsfordypning 82 utformet på skulderpartiet 70 av den magnetiske kjerne 38, slik som vist i fig. 4.

I dette tilfelle kan det være anordnet midler for å utligne trykkene henholdsvis i romområdet mellom yttersiden av sjiktet 80 og polflaten 31, og romområdet mellom den indre overflate av sjiktet og innerveggene av kammeret 20. Slike midler kan foreligge i form av en enkel åpning eller en gruppe åpninger, eventuelt et ventilarrangement, f.eks. ved en kant av sjiktet.

Hvis en ventil anvendes kan utstyr være anordnet for å styre denne på en slik måte at trykkutligning kan finne sted mens kammeret forbehandles, f.eks. under gassuttrekk og under opprettelse av prosessgasstilstandene, men lukket når en plasmaprosess utføres, for derved å hindre eventuell forurensning fra energifeltkilden fra å nå prosessgassen.

Det dielektriske sjikt 80 er utsatt for samme trykk på begge sine sider og behøver derfor ikke å være stivt i den grad som er påkrevet for et vindu som må motstå atmosfæretrykket. I dette tilfelle opptas kraften fra atmosfæretrykket av den magnetiske kjerne 38, som normalt er tilstrekkelig stiv for dette formål. Hvis det er behov for dette, kan kjernen forsterkes for å sikre at den ikke deformeres i vesentlig grad når den utsettes for en trykkforskjell tilsvarende en atmosfære.

Alt etter driftsforholdene, kan det være nødvendig å treffe hensiktsmessige tiltak for å unngå at det dannes plasma mellom det romområde som ligger mellom det dielektriske sjikt 80 og polflaten 38a. En løsning er å sikre at gapet mellom det dielektriske sjikt og polflaten holdes så smal som mulig, f.eks. mindre enn 1 mm, eventuelt mindre enn 0,5 mm.

Hull er frembrakt i sjiktet 80 for å tillate kanalene eller rørene 42, 44 å trenge gjennom dette, slik at de kan sprøyte inn gass i det indre romområdet 50. Ytterendene av rørene 42, 44 er da sveiset til sjiktet 80.

Fig. 5 angir en ytterligere utførelse hvor arbeidsstykket 26 holdes understøttet av en bærestruktur 84. Arbeidsstykket 26 oppvarmes fra en infrarød oppvarmingsinnretning 86 på undersiden av arbeidsstykket og som er forbundet med en infrarød varmeeffektkilde 98.

Substratet er forspent fra en substratforspenningskilde 92.

Andre henvisningstall angir samme gjenstand som i fig. 2A.

I de utførelser som er beskrevet ovenfor har plasmakammeret en åpning for å slippe inn energifelt.

Fig. 6 er en del av en planskisse av en annen utførelse som er analog med de ovenfor angitte utførelser, men hvor prosesskammeret er utstyrt med mer enn én (to i det viste eksempel) åpninger for å slippe inn energifelt.

Hver åpning er da anordnet for å tillate frilegging av forskjellige partier av et arbeidsstykke 26 for den plasmagenererende eller bearbeidende virkning av energifeltet.

I det angitte eksempel i fig. 6 har plasmabehandlingskammeret 20 den grunnleggende konfigurasjon som er vist i fig. 2A.

Det er anordnet to åpningspartier, nemlig 94a og 94b, ved hver sin endeflate av kammeret 20, idet hver av åpningene 94a, 94b er tilordnet med en induktiv energikilde for å opprette en plasmatilstand inne i kammeret. I dette eksempel er den induktive energikilde en tidsvarierende magnetfeltgenerator slik som i de tidligere omtalte utførelser. Hver slik induktiv energikilde gjennomtrenges av tilsvarende kanaler eller rør 42, 44, 43, 45 for gassinnsprøyting. Gassfordelingsmidler 48, 49 forfordeling av gass mellom innsprøytingsrørene er plassert ved siden av hver magnetisk kjerne, nemlig på den side som ligger motsatt det indre romområde 50 i plasmabehandlingskammeret. I den viste utførelse omfatter disse gassfordelingsmidler et felles gassinnløpsrør 48, 49 hvorigjennom gass fordeles på de forskjellige innsprøytingsrør 42, 44, 43, 45.

Åpningspartiene 94a, 94b, de tidsvarierende magnetfeltgeneratorer 38, 39 og den gjensidige innbyrdes anordning mellom åpningspartiene og generatoren, kjerneforspenningsinnretningene 60a, 60b og kjernenedkjølingsinnretningene 62a, 62b, 64a, 64b er på alle måter i samsvar med det som er blitt beskrevet i forbindelse med den først omtalte utførelse og dens varianter og skal derfor ikke gjentas her. Det kan bemerkes at skjønt det viste utførelseseksempel angir separate kjerneforspenningsinnretninger 60a, 60b for hver generator av tidsvarierende magnetfelt og separate kjøleanordninger 62a, b, 64a, b, kan også andre arrangementer benyttes.

Også de magnetiske kjernevarianter som er vist i fig. 3A, 3B og 3C kan også benyttes i denne utførelse.

Arbeidsstykket 26 har øvre og nedre sideflater som opptar hovedsakelig hele det projiserte område av de respektive åpningspartier 94a, 94b. Dette holdes understøttet av en bærestruktur 84, midtveis mellom de to vinduer, slik at dette gjør det mulig å frilegge såvel oversiden som undersiden direkte overfor sitt respektive åpningsparti. På denne måte er det mulig å behandle begge sider av arbeidsstykket 26 samtidig og under samme optimale arbeidsbetingelser med hensyn til det plasmagenererende energifelt som påføres fra åpningspartiene. Det vil også være mulig å behandle den ene side av to arbeidsstykker som er plassert rygg mot rygg.

Bærestrukturen 84 er utført for å ikke gi noen avskygning av feltenergien fra noen av de to åpningspartier 94a, 94b. I dette utførelseseksempel rager bærestrukturen 84 ut fra de indre veggpartier i kammeret 20, midtveis mellom de to underflater. Den innerste del av bærestrukturen 84 er utstyrt med et kantgrep eller hvileparti 85 for arbeidsstykket 26.

For å sikre forbedrede homogene gasstrømningsforhold på hver frilagt side av arbeidsstykket, kan separate gassutløp anordnes henholdsvis i de øverste og nederste partier av behandlingskammeret 20.

Disse øverste og nederste partier kan være åpne for kommunikasjon med hverandre for å muliggjøre ensartet gassblanding.

Alternativt kan de være separert fra hverandre ved en avtettende skillevegg anordnet for å strekke seg omkring arbeidsstykket 26 på gasstett måte for derved å skille fra hverandre de gasstilstander som kan opprettes på de forskjellige sider av arbeidsstykket 26. For dette formål kan arbeidsstykkets arbeidsstruktur 84 utgjøre en del av denne skillevegg i sammenheng med arbeidsstykket 26. Kantgripere eller hvilepartier 85 ved kanten kan i dette tilfelle bringes til å omgi hele omkretsen av arbeidsstykket 26 og være utstyrt med gasstett avtetning av grenseområdet mellom kanten og arbeidsstykket. Bærestrukturen 84 er likeledes avtettet langs hele innerveggenes periferi i kammeret 20.

Som i den først omtalte utførelse, er det anordnet utstyr for oppvarming og forspenning av arbeidsstykket i nivå med bærestrukturen 84.1 dette tilfelle kan imidlertid oppvarmingen av arbeidsstykket 26 frembringes ved hjelp av oppvarmingslamper 101, 101a anordnet i hjørnene av kammeret 20, for derved ikke å avskjerme betraktningsfeltet fra åpningspartiene 94a, 94b eller på annen måte danne avskygninger for energifeltet. Lampene 101, 101a har optisk utstrålingsutstyr eller reflektorer for å frembringe en uniform varmefordeling på arbeidsstykket 26. De to sider av arbeidsstykket 26 kan da oppvarmes samtidig. De elektriske forbindelser til lampene 101 er ikke vist i figuren.

Forspenningsutstyret for arbeidsstykket omfatter en elektrisk kontakt eller et sett av elektriske kontakter anordnet på bærestrukturen 84 for å danne grensesnitt mot arbeidsstykket, f.eks. i nivå med kantgriperne 85. Disse en eller flere kontakter er koplet til en forspenningskilde 102 som kan frembringe enten en vekselstrømforspenning (innbefattet radiofrekvenser), en likestrømforspenning eller en jording.

Det ovenfor beskrevne arrangement av arbeidsstykkets oppvarmings- og forspenningsutstyr forstyrrer ikke energifeltets passasje frem til arbeidsstykkets sideflater fra de respektive motstående åpningspartier 94a, 94b.

De respektive induktorer for generatorene 38, 39 for tidsvarierende magnetfelt kan da koples i parallell til en felles effektkilde 61 (slik som angitt i fig. 6) eller eventuelt i serie med en impedans- og fasefaktortilpasningskrets anordnet etter behov. Alternativt kan induktorene være koplet til hver sin separate kraftkilde.

På hver side av kammeret 20 kan et dielektrisk materialsjikt 80a, 80b være anordnet mellom vedkommende polflate 38a, 39a og det indre rom i kammeret. Et slikt sjikt har samme sammensetning og samme formål som allerede beskrevet ovenfor.

Fig. 7 viser en annen utførelse av oppfinnelsesgjenstanden. Den magnetiske kjerne og plasmakammeret er av samme art som vist i de først omtalte utførelser og deres utførelsesvarianter. I tillegg omfatter denne utførelse et deksel 91 plassert på oversiden av den magnetiske kjerne 38. Undersiden av dette deksel er plassert en viss avstand fra oversiden eller toppflaten av den magnetiske kjerne, slik at det dannes et gap 93 mellom disse. Huller 95 er utboret eller anordnet gjennom dekslet 91, som da kan være utført i rustfritt stål eller aluminium, eller eventuelt et isolerende materiale. Det kan være utført i samme materiale som rørene 42, 44 eller kanalene 48, 51 (fig. 2B), hvilket da vil lette sveising av disse rør sammen med dekslet 91.

Injeksjonsrør 42, 44 er anordnet gjennom den magnetiske kjerne 38, slik som allerede beskrevet ovenfor. Hver av disse injeksjonsrør har da en ende som munner ut i det indre romområde 50, mens den andre ende munner inn i gapet 93. Slik som i den først omtalte utførelse er gassfordelingsmidler for å fordele gassen på de forskjellige injeksjonsrør 42, 44 plassert på den side av den magnetiske kjerne 38 som ligger motsatt det indre romområde 50 i plasmabehandlingskammeret. I den utførelse som er vist i fig. 7 utgjøres imidlertid gassfordelingsutstyret av eller omfatter gapet 93 og hullene 95. Gass blir først sprøytet inn i gapet 93 gjennom hullene 95. Denne innsprøytede gass blir da sammenblandet i gapet eller blandekammeret 93 og blir så sprøytet inn i det indre romområde 50 av plasmakammeret 20 gjennom rørene 42, 44.

I denne utførelse finner således gassinnsprøytingen sted grovt sett i to trinn. I første trinn blir gass sprøytet inn i gapet 95 og sammenblandet i dette. Gassen blir også ensartet fordelt over de forskjellige endeåpninger av rørene 42, 44.1 et annet innsprøytingstrinn blir sammenblandet gass sprøytet inn i det indre romområde gjennom rørene 42, 44. De virksomme deler av gassen ledes således inn i rørene 42, 44, mens resten av gassen fremdeles befinner seg i gapområdet 93.

Oppbygningsstrukturen av plasmagasskammeret i fig. 4, samt spesielt gassinjeksjonen i to trinn, forbedrer sammenblandingen av gass og er særlig fordelaktig når det anvendes blandinger av flere gasser. Den forbedrer også gassens homogenitet da en første homogenisering finner sted i gapet 93.

Utførelsen i fig. 7 er forenlig med den strukturelle oppbygning som er angitt i fig. 6, nemlig med to deksler med gap mellom disse, og de tilsvarende magnetkjerner erstatter da fordelingskanalene 48, 51, med de samme oppnådde fordeler som er omtalt ovenfor i forbindelse med fig. 6.

Fig. 8 viser en ytterligere utførelse av oppfinnelsen. Henvisningstall som er identisk med de som er angitt i fig. 2A betegner elementer eller gjenstander som er de samme eller tilsvarer de som er vist i fig. 2A. I tillegg er oversiden av kammeret utstyrt med et vindu 122 som er utført i kvarts eller annet dielektrisk materiale av en slik art at et energifelt tillates å trenge inn i det indre av kammeret ved induktiv kopling og derved frembringe eller underholde de påkrevde plasmabehandlingstilstander. Vinduet 122 eropplagret på et kantparti 124 av kammeret 20 gjennom en gasstett avtetning. Stivheten av vinduet 122 og avtetningens kvalitet må være slik at vinduet er i stand til å motstå inntrykningskraften fra atmosfæretrykket når lavtrykksgass eller delvis vakuumtilstand foreligger inne i kammeret.

Vinduet 122 danner en barriere mellom det indre romområde 50 og flaten 38a, hvilket da hindrer den sistnevnte fra å forurense kammeret.

Størrelsen av vinduet 122 bestemmer det område hvorover plasmatilstander genereres og opprettholdes inne i kammeret 20, og det frilagte område av arbeidsstykket 26 kan da følgelig behandles under optimale forhold. I det foreliggende utførelseseksempel opptar vinduet 122 nesten hele kammerets tverrsnitt, og gjør det da mulig for arbeidsstykket 26 å oppta et tilsvarende stort område.

Feltenergigeneratoren 38 induserer et tidsvarierende magnetisk felt inne i kammeret 20 gjennom vinduet 122. Denne generator er anordnet på utsiden av kammeret 20 og er vendt mot vinduet i en liten avstand fra dette.

Det magnetiske felt opprettes ved hjelp av en magnetisk kjerne 38 samordnet med en induktorvikling 40 med en strukturell oppbygning som f.eks. angitt i fig. 2B, 2C, 3A, 3B eller 3C. Viklingen 40 gjennomløpes av en strøm fra en høyfrekvent elektrisk effektkilde 61.

Den magnetiske kjerne 38 oppviser en polflate 38a av hovedsakelig samme størrelse og form som vinduet 122 og posisjonsinnstilt på linje med dette. For å sikre minimalt energitap holdes avstanden mellom den unipolare polflate 38a og vinduet 122 på så liten verdi som mulig (noen få millimeter), eller kan til og med gjøres lik null.

Gjennom den induktive energikilde er det ført kanaler eller rør 42, 44 for gassinjeksjon. Gassfordelingsmidler 48 for fordeling av gass på de forskjellige

injeksjonsrør, er plassert på den side av hver magnetkjerne som ligger motsatt det indre rom 50 i plasmabehandlingskammeret. Som i de ovenfor omtalte utførelser, danner den magnetiske kjerne i den induktive energikilde en elektrostatisk skjerm mellom rørene 42, 44 og induktorutstyret eller viklingen 40. Denne skjerm eliminerer, på samme måte som i de øvrige utførelser og fremstillingsvarianter som er omtalt ovenfor, enhver kopling mellom disse rør og den angitte vikling.

Fig. 9 angir en del av en planskisse av en ytterligere utførelse hvor prosesskammeret har mer enn ett vindu, f.eks. to vinduer, for tilføring av feltenergi, i samsvar med et annet aspekt av foreliggende oppfinnelsesgjenstand.

Hvert vindu er anordnet slik at det tillates frilegging av forskjellige partier av arbeidsstykket 26 for den plasmagenererende eller behandlende virkning fra energifeltet.

I det utførelseseksempel som er angitt i fig. 9, har plasmabehandlingskammeret 20 den grunnleggende konfigurasjon som er angitt i fig.8, bortsett fra at det er anordnet to vinduer 122a, 122b, nemlig på hver sin endeflate av kammeret 20.

Hvert av disse vinduer 122a, 122b er samordnet med en induktiv energikilde for å opprette en plasmatilstand inne i kammeret. Denne induktive energikilde utgjøres av en generator for et tidsvarierende magnetfelt slik som i de tidligere omtalte utførelser, f.eks. slik som anskueliggjort i en hvilken som helst av fig. 2B, 2C, 3A, 3B eller 3C. Gjennom hver slik induktiv energikilde er det ført tilsvarende kanaler eller rør 42, 44, 43, 45 for gassinjeksjon. Gassfordelingsutstyr 48a, 48b for fordeling av gass på de forskjellige injeksjonsrør er plassert på den side av hver magnetkjerne som ligger motsatt et indre område 50 i plasmabehandlingskammeret.

I begge de utførelsesvarianter som er angitt i henholdsvis fig. 8 og fig. 9, er injeksjonsrørene ført gjennom hull anordnet i vinduet 122,122a, 122b og omkretsen av den ene ende av hvert rør er sveiset til omkretskanten av det tilsvarende hull i vinduet 122, 122a, eller 122b.

Både utførelsene i fig. 8 og 9 er utstyrt med gassinjeksjonsutstyr som utgjøres av gassinjeksjonsrør 48a, 48b. Gassfordelingsutstyret kan imidlertid i stedet utgjøres av en dekselanordning anbrakt på hver utside av magnetkjernene 38 og 38a, slik at det dannes et gap overfor vedkommende kjerne, slik som forklart ovenfor i sammenheng med fig. 7. Gassfordelingsutstyr av denne art har de fordeler som allerede er omtalt ovenfor, nemlig forbedret gassblanding og homogenitet for den innsprøytede gass.

Denne utførelse er forøvrig identisk med det som er blitt beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 6 og 8.

Fig. 10A viser en tredje utførelse av oppfinnelsen og som er tilpasset et plasmabehandlingskammer 20 med sylinderform og hvori feltenergien avgis gjennom sideveggen 20a av kammeret. I dette utførelseseksempel er det dannet to vinduer 122a, 122b for feltinnføring i tilsvarende åpninger i sideveggen 20a diametralt rett overfor hverandre. Disse vinduer 122a, 122b er utført i dielektrisk materiale, slik som kvarts, og danner en trykktett avtetning av åpningene. Hvert vindu gir direkte tilgang til forskjellige overflatepartier av arbeidsstykket, som i dette utførelseseksempel er slik plassert inne i kammeret ved hjelp av en plattform 142, at det ikke frembringes noen avskygningsvirkning for energifeltet fra hvert av de to vinduer.

Feltenergien frembringes av et apparat 138a, 138b som genererer tidsvarierende magnetfelt i samsvar med den første utførelse i fig. 2B eller 2C eller dens varianter som er angitt i fig. 3A-3C, hvor hvert apparat er tilordnet et tilsvarende vindu 122a, 122b. De magnetiske polstykker er imidlertid i dette tilfelle rektangulære sylindersegmenter med polflaten 138a som er vendt mot vinduet, er krummet konsentrisk med hovedaksen for plasmakammerets sylinderformede vegg. Polstykkene 138 kan ligge direkte an mot sine respektive vinduer eller ha en liten avstand fra disse (fig. 10B). Vektene av polstykkene 138 understøttes av en monteringsstruktur 141 som er separert fra plasmabehandlingskammeret 20.

Som vist i fig. 10A, blir hver kjerne 138 nedkjølt ved innbyrdes uavhengige kjøleinnretninger 162, 164 basert på utførelsen i fig. 2A. Likeledes er hver kjerne 138 forspent for seg.

Arbeidsstykket 26 er forspent ved hjelp av et sett av kontakter (ikke vist) på plattformen 142 som er koplet til en arbeidsstykke-forspenningskilde 172 som har samme funksjon som i de ovenfor beskrevne utførelser.

Oppvarmingen av arbeidsstykket 26 utføres av en gruppe infrarøde lamper 101 som er montert på plattformen 142 samt er forbundet med en varmeeffektkilde 198 slik at det dannes en klassisk infrarød varmekilde. Ytterligere infrarøde varmelamper kan være anordnet inne i kammeret 20 på steder hvor de ikke hindrer energifeltet fra å nå frem til arbeidsstykket 26 fra de forskjellige vinduer 122a, 122b.

Skjønt figuren viser at kammeret har to vinduer for innføring av energifelt, vil det være åpenbart at flere vinduer kan være anordnet på samme måte, hvis dette er påkrevet. Kammeret 20 kan f.eks. være utstyrt med fire vinduer i samme innbyrdes avstand, f.eks. for å behandle fire flater i innbyrdes rett vinkel med hverandre på et arbeidsstykke eller en viss flate på hvert av fire arbeidsstykker.

I henhold til oppfinnelsen er injeksjonsrør ført gjennom magnetiske kjerner 138a, 138b. Disse rør 142, 144 er ikke vist i fig. 10A, men er angitt på fig. 10B. De har samme formål som i de øvrige utførelser og er separert fra den vikling som anvendes i kombinasjon med kjernen 138 for å frembringe magnetfelt inne i plasmakammeret 20, idet den elektrostatiske skjerm dannes av kjernen selv.

Fig. 11 er en del av en planskisse av en annen utførelse hvor plasmabehandlingsapparatet i fig. 10A er modifisert til å ha åpninger som er avstengt og avtettet av feltenergikilden, slik det også var tilfelle i de utførelser som er vist i fig. 2A, 5 eller 7.

I figuren har den magnetiske kjerne 138 et periferisk skulderparti 150 som oppviser en kontaktflate innrettet for pasning mot det parti av kammerveggen 20a som befinner seg rundt åpningen, over en pakning 154 for å danne en gasstett avtetning. Magnetkjernen 138 og pakningen 154 er festet på kammerveggen ved hjelp av et periferisk monteringsstykke 164. Vekten av magnetkjernen 138 er i tillegg understøttet ved hjelp av de innbyrdes uavhengige bærestrukturer 141 som er vist i fig. 10A.

I det foreliggende eksempel er et dielektrisk sjikt 180 utformet i samsvar med krumningen av polflaten 138 og understøttet av denne. Den kan alternativt holdes i avstand fra polflaten, f.eks. ved hjelp av en periferisk forsenkning av samme art som den som er vist i fig. 4. Dette dielektriske sjikt har samme formål som sjiktet 80 i fig. 2A samt 4, 5 eller 6.

Utførelsene i fig. 10A, B eller 11 kan også benytte seg av en gassfordelingsanordning av den art som er omtalt ovenfor i forbindelse med fig. 7. I dette tilfelle er et deksel plassert på utsiden av hver magnetkjerne 138a, 138b, hvor dette deksel danner et gap overfor kjernen 138a, b for å frembringe gassblanding og homogenisering før gassen sprøytes inn i plasmakammeret.

Utførelsen i fig. 10A-11 kan naturligvis også benyttes på andre geometrier og på kammeret som har bare én, to eller flere åpninger for tilføring av feltenergi.

I alle de ovenfor omtalte utførelser strekker den magnetiske kjerne og viklingen seg over et flateområde som er omtrent like stort som utstrekningen av selve plasmakammeret, med den fordel at behandling og bearbeiding av store overflater muliggjøres.

Denne oppfinnelse kan utnyttes også på plasmakammeret hvor den magnetiske kjerne og viklingen ikke har så stor utstrekning som selve plasmakammeret. Plasmakammeret vil da ha samme egenskaper som anskueliggjort i hvilke som helst av fig. 2A-11, men med en vikling som ikke strekker seg over hele overflaten av den magnetiske kjerne.

Oppfinnelsen angår også et plasmabehandlingskammer som omtalt ovenfor, hvor den magnetiske kjerne eller dens unipolare polflatestruktur har et aktivt feltavgivende område hvis omfang og form er mindre enn et område av feltinnføringsåpningen eller felttilførselsvinduet for kammeret.

I begge tilfeller vil gassinjeksjonsrørene fremdeles forløpe gjennom magnetkjernen 38.1 det sentrale parti av kjernen vil da kjernen danne en elektrostatisk skjerm mellom rørene og kjerneviklingen, slik som allerede forklart ovenfor.

I alle de utførelser som er beskrevet ovenfor er rørene 42, 43, 44, 45, 142 og 144 skjematisk angitt å ha samme diameter. De kan imidlertid også ha forskjellige diametre for å lette gasstrømningsreguleringen. Mer gass vil da bli sprøytet inn i områder hvor rørene har større diameter enn i områder hvor de har forholdsvis mindre diameter.

Foreliggende oppfinnelse kan i alle sine aspekter iverksettes i samsvar med mange forskjellige anvendelser, slik som:

etsing,

plasmaøkende eller plasma-assistert dampavsetning (henholdsvis PECVD eller PACVD),

rengjøring og overflatebehandling av arbeidsstykker,

passivering, og

plasma-ioneimplantering.

Claims (45)

1. Apparat for å generere et tidsvarierende magnetfelt i et plasmabehandlingskammer (20) for derved å frembringe eller opprettholde et plasma inne i kammeret ved hjelp av induktiv kopling, karakterisert ved at apparatet omfatter: en magnetkjerne (38, 138) som oppviser en polflate (38a, 39a) en induktoranordning (40) som er tilordnet magnetkjernen for det formål å frembringe et tidsvarierende magnetfelt over hele polflaten, og utstyr (42, 43, 44, 45, 48, 49, 51, 91, 93, 95, 142, 144) for innsprøyting av gass inn i det angitte kammer (20) samt gjennom magnetkjernen.

2. Apparat som angitt i krav 1, hvor utstyret for å sprøyte inn gass i kammeret utgjøres av en dusjhode-lignende gassinnsprøytingsanordning (52, 54).

3. Apparat som angitt i krav 1 eller 2, hvor utstyret for å sprøyte inn gass i kammeret omfatter flere injeksjonsrør (42, 43, 44, 45, 142, 144) fordelt i eller anordnet gjennom magnetkjernen.

4. Apparat som angitt i krav 3, og hvor rørene er forbundet med gassfordelingsutstyr (48, 48a, 48b, 49, 51, 91, 93, 95) for å fordele gassen på injeksjonsrørene.

5. Apparat som angitt i krav 4, hvor gassfordelingsutstyret er plassert på den side av magnetkjernen som ligger motsatt et indre område (50) i plasmabehandlingskammeret (20).

6. Apparat som angitt i krav 4 eller 5, hvor gassfordelingsutstyret omfatter en felles gassfordelingskanal (48, 48a, 48b, 49), hvorigjennom gassen fordeles mellom de forskjellige injeksjonsrør.

7. Apparat som angitt i et av kravene 3-6, hvor injeksjonsrørene er utført i rustfritt stål eller i et isolerende materiale.

8. Apparat som angitt i krav 4 eller 5, hvor gassfordelingsutstyret omfatter et deksel (91) plassert på den side av magnetkjernen som er vendt bort fra det indre romområdet (50) i plasmabehandlingskammeret (20), med et gap (93) mellom dekslet og magnetkjernen, hvor injeksjonsrørene (42, 44) munner inn i dette gap.

9. Apparat som angitt i et av kravene 3-8, hvor injeksjonsrørene har innbyrdes forskjellig diameter.

10. Apparat som angitt i et av de forutgående krav, hvor polflatestrukturen (138a) er krum.

11. Apparat som angitt i et av kravene 1 -10, og hvor polflatestrukturen (38) utgjøres av én enkelt polflate (38a) med enhetlig utførelse.

12. Apparat som angitt i et av kravene 1-10, og hvor polflatestrukturen (38) er delt opp i to eller flere polflater som er vendt mot hvert sitt forskjellige parti av plasmabehandlingskammeret.

13. Apparat som angitt i krav 12, og hvor de forskjellige polflater er tilordnet hver sin induktor og effektforsyning samtidig som de holdes i fase for å sikre at samtlige polflater har samme polaritet til enhver tid.

14. Apparat som angitt i krav 12, og hvor de forskjellige polflater har fysisk sammenheng med en felles magnetkjerne og induktor.

15. Apparat som angitt i et av kravene 1-10, og hvor polflatestrukturen (38a) utgjør en endeflate av magnetkjernen (38).

16. Apparat som angitt i et av kravene 1-15, og hvor magnetkjernen omfatter minst én diskontinuitet (37) for derved å hindre sirkulasjon av virvelstrømmer rundt kjernen.

17. Apparat som angitt i krav 16, og hvor diskontinuiteten foreligger i form av en eller flere lamineringer (37).

18. Apparat som angitt i krav 17, og hvor lamineringen(e) (37) løper radialt ut fra et punkt nær eller i midten av kjernen (38) utover til kjernens omkrets.

19. Apparat som angitt i et av kravene 1-18, og hvor kjernen (38) har en enhetlig struktur.

20. Apparat som angitt i et av kravene 1-19, og hvor induktoranordningen (40) omfatter en leder anordnet for å danne en eller flere vindinger omkring i det minste et parti av magnetkjernen (38).

21. Apparat som angitt i et av kravene 1-20, og hvor induktoranordningen (40) er viklet rundt magnetkjernens (38) omkrets.

22. Apparat som angitt i et av kravene 1-20, og hvor induktoranordningen (40) omfatter en plan vikling forsenket i en fordypning (47) eller et spormønster (46) utformet i magnetkjernen, f.eks. på polflatestrukturen (38a, 39a).

23. Apparat som angitt i et av kravene 1-22, og hvor induktoranordningen (40) drives fra en effektforsyning (61) som avgir effekt ved en frekvens omkring 10 kHz til 100 MHz, fortrinnsvis ved en frekvens på 13,56 MHz.

24. Apparat som angitt i et av kravene 1-23, og som videre omfatter midler (60) for forspenning av kjernen med en eller flere av følgende: en vekselstrømforspenning (innbefattet radiofrekvenser), en likestrømforspenning, og en jordkopling.

25. Apparat som angitt i et av kravene 1-24, og som videre omfatter utstyr (53, 62, 64, 62a, 62b, 64a, 64b) for nedkjøling av kjernen (26).

26. Plasmabehandlingsapparat som omfatter: et plasmabehandlingskammer (20) med minst én felttilførselsåpning (94a, 94b), minst ett magnetfelt-genererende apparat i samsvar med et av kravene 1-25, og anordnet for å frembringe et tidsvarierende magnetfelt i kammeret, og en effektkildeinnretning (61) for å drive det magnetfelt-genererende apparat.

27. Apparat som angitt i krav 26, og som videre omfatter en barriere (80, 80a, 80b) som er dannet mellom en feltavgivende overflate og plasmaomgivelsen for det formål å hindre overflaten fra å forurense kammeret (20).

28. Apparat som angitt i krav 27, hvor barrieren omfatter et sjikt av dielektrisk materiale (80, 80a, 80b) som er anordnet mellom polflatestrukturen og et indre romområde i plasmabehandlingskammeret (20).

29. Apparat som angitt i krav 27 eller 28, hvor barrieren (80) er montert uten kontakt med en feltavgivende flate for det magnetfelt-genererende apparat, idet barrieren fastholdes ved periferien av den feltavgivende flate, eller av behandlingskammeret (20).

30. Apparat som angitt i krav 29, og hvor trykkjusteringsmidler er anordnet for å utbalansere trykkforskjeller mellom innsiden og utsiden av barrieren (80).

31. Apparat som angitt i krav 30, og hvor trykkjusteringsmidlene omfatter et ventilarrangement innrettet for å tillate trykket på utsiden av barrieren (80) å følge trykket i prosesskammeret (20) når dette sistnevnte utsettes for vekslende trykkforhold (f.eks. under vakuumpumping eller gassinnslipp, eller ved innstilling til atmosfæretrykk for innlasting og utlasting av arbeidsstykket) samt for å tette området på oversiden av barrieren når kammeret er i drift for plasmabehandling, for derved å sikre at ingen forurensning fra energifeltgeneratoren kan nå frem til plasmaomgivelsene i behandlingskammeret.

32. Apparat som angitt i et av kravene 28-31, hvor en avstand mellom sjiktet av dielektrisk materiale og polflatestrukturen er mindre enn 1 mm.

33. Apparat som angitt i et av kravene 26 eller 27, og som videre omfatter et feltinnføringsvindu (122) mellom et indre romområde (50) i plasmakammeret og det angitte magnetfelt-genererende apparat.

34. Plasmabehandlingsapparat som omfatter: et plasmabehandlingskammer (20) med minst ett feltinnføringsvindu (122), minst ett magnetfelt-genererende apparat i henhold til et av kravene 1-25, og anordnet for å opprette et tidsvarierende magnetfelt i kammeret ved induktiv kopling gjennom et tilsvarende felttilførselsvindu, utstyret for innsprøyting av gass inn i kammeret samt gjennom den magnetiske kjerne som forløper gjennom vinduet, og en effektkildeanordning (61) for å drive det magnetfelt-genererende apparat.

35. Plasmabehandlingsapparat som omfatter: et plasmabehandlingskammer (20) med minst ett felttilførselsvindu (122, 122a, 122b), minst ett magnetfelt-genererende apparat i henhold til et av kravene 3-9 eller 10-25, tatt i kombinasjon med et av kravene 3-9, samt anordnet for å frembringe tidsvarierende magnetfelt i kammeret ved induktiv kopling gjennom et tilsvarende felttilførselsvindu, hvert av de injeksjonsrør som er ført gjennom et tilsvarende hull i vinduet, samt en ytterende av hvert av disse injeksjonsrør er sveiset til omkretspartiet rundt vedkommende hull, og en effektkildeanordning (60) for å drive det magnetfelt-genererende apparat.

36. Apparat som angitt i et av kravene 33-35, hvor den magnetiske kjerne oppviser en flate innrettet for å bringes til anlegg mot eller nær inntil vinduet (122).

37. Apparat som angitt i et av kravene 33-36, hvor plasmabehandlingskammeret (20) av induktiv type har to eller flere vinduer (122a, 122b) for å motta indusert feltenergi, idet hvert vindu gjør det mulig for den induserte feltenergi å trenge inn i kammeret fra en tilsvarende retning.

38. Apparat som angitt i krav 37, og som er utstyrt med minst ett par vinduer (122a, 122b) som er vendt mot hverandre.

39. Apparat som angitt i krav 35 eller 37, og som videre omfatter en bæreinnretning (38, 40, 142) for arbeidsstykket og innrettet for å fastholde minst ett arbeidsstykke (26) på partier som ligger utenfor de flater på arbeidsstykket som er frilagt for et energifelt fra vedkommende to eller flere feltinnføringsvinduer (122a, 122b).

40. Apparat som angitt i krav 39, og hvor arbeidsstykke-bæreanordningen (38, 40. 142) er innrettet for å fastholde minst ett arbeidsstykke (26) på kantpartier av arbeidsstykket.

41. Apparat som angitt i et av kravene 33-40, og som videre omfatter en eller flere skillevegger for å isolere romområder som har sammenheng med et vindu eller en gruppe av vinduer (122a, 122b).

42. Apparat som angitt i et av kravene 33-41, og hvor vinduene (122a, 122b) ikke er plane, men følger en kontur for et veggparti som de har sammenheng med.

43. Apparat som angitt i et av kravene 26-42, hvor den magnetiske kjerne eller vedkommende polflate har et aktivt feltavgivende område hvis omfang og form er tilpasset, eller hovedsakelig tilpasset, vedkommende feltinnføringsåpning eller felt-innføringsvindu.

44. Apparat som angitt i et av kravene 26-42, hvor den magnetiske kjerne eller vedkommende polflate har et aktivt feltavgivende område hvis omfang og form er mindre enn et område av vedkommende felttilførselsåpning eller felttilførselsvindu.

45. Anvendelse av et plasmabehandlingskammer i henhold til et av kravene 26-44 for behandling av et arbeidsstykke (16).