DE3412724A1 - Method and arrangement for measuring, during their production, the layer thickness and/or the concentration of thin layers deposited on substrates - Google Patents
Method and arrangement for measuring, during their production, the layer thickness and/or the concentration of thin layers deposited on substratesInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Anordnung zum Messen der SchichtdickeMethod and arrangement for measuring the layer thickness
und/oder der Konzentration von auf Substraten abgeschiedenen dünnen Schichten während ihrer Herstellung.and / or the concentration of thin layers deposited on substrates Layers during their manufacture.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Schichtdicke und/oder der Konzentration von durch Aufdampfen oder Aufstäuben (Sputtern) auf Substraten abgeschiedenen dünnen Schichten während ihrer Herstellung, wobei als Beschichtungsanlage ein evakuierbarer Rezipient mit einer evakuierbaren Schleusenkammer verwendet wird und der Substrathalter bewegbar ausgebildet ist und wobei zur Messung der Schichtdicke mindestens ein Schwingquarz verwendet wird, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens.The invention relates to a method for measuring the layer thickness and / or the concentration of evaporation or dusting (sputtering) on substrates deposited thin layers during their manufacture, using as a coating system an evacuable recipient with an evacuable lock chamber is used and the substrate holder is designed to be movable and wherein for measuring the layer thickness at least one quartz crystal is used, as well as an arrangement for implementation of the measurement process.
In den deutschen Patentanmeldungen P 34 05 559.2, 34 05 596.7 und 34 Q5 625.4 werden Verfahren beschrieben, die es ermöglichen, während der Schichtherstellung, insbesondere die Legierungszusammensetzung oder den Einbau von Dotiergasen in die Schicht, zu regeln. Hierzu muß fortlaufend der Schichtwiderstand gemessen und/oder die Schichtdicke errechnet werden. Andererseits ist die genaue Kenntnis der Zusammensetzung und der Dicke von Schichten, die durch Aufdampfen oder Auf stäuben hergestellt werden, für die Fertigung von Dünnschichtschaltungen bzw. integrierten Schaltungen von entscheidender Bedeutung. Während die Zusammensetzung sehr empfindlich die elektrischen und metallkundlichen Eigenschaften (zum Beispiel Diffusion, Reaktion) beeinflußt, ist bei Schichten, die zum Beispiel als Widerstand oder Ätzbarriere eingesetzt werden, auch die Kenntnis der Dicke wesentlich.In the German patent applications P 34 05 559.2, 34 05 596.7 and 34 Q5 625.4 processes are described which enable, during layer production, in particular the alloy composition or the incorporation of doping gases into the Shift to settle. For this purpose, the sheet resistance must be continuously measured and / or the layer thickness can be calculated. On the other hand is the exact knowledge of the composition and the thickness of layers produced by vapor deposition or dusting, crucial for the production of thin-film circuits or integrated circuits Meaning. While the composition is very sensitive to the electrical and metallurgical Properties (e.g. diffusion, reaction) is influenced by layers, that are used, for example, as a resistor or etching barrier, also the knowledge the thickness is substantial.
Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung sind die Toleranzen bezüglich Zusammensetzung und Dicke sehr eng geworden, so daß eine Messung dieser beiden Größen bereits während der Schichtherstellung unerläßlich ist, um eine genügend hohe Ausbeute zu erreichen.In the course of advancing miniaturization, the tolerances in terms of composition and thickness have become very narrow, so that a measurement of this both sizes is essential during the layer production in order to achieve one sufficient to achieve high yield.
Um bezüglich Schichtdicke und Zusammensetzung homogene Schichten zu erhalten, werden gewöhnlich die Substrate während der Beschichtung bewegt (zum Beispiel Rotation, Planetenbewegung). Da ferner moderne Beschichtungsanlagen sehr oft eine Schleuse besitzen, über die die Substrate in die eigentliche Beschichtungskammer eingeführt werden, ist das Substrat nicht ortsfest, wodurch eine in situ Bestimmung der Schichtdicke bzw. der Zusammensetzung sehr erschwert wird.In order to create homogeneous layers in terms of layer thickness and composition received, the substrates are usually moved during the coating (for example Rotation, planetary motion). Furthermore, since modern coating systems very often have a Have sluice through which the substrates enter the actual coating chamber are introduced, the substrate is not stationary, which allows an in situ determination the layer thickness or the composition is very difficult.
In den obengenannten Patentanmeldungen werden Verfahren beschrieben, wie durch in situ-Messung des elektrischen Widerstandes während der Schichtherstellung an einem bewegten Substrat die aktuelle Schichtdicke von Legierungsschichten mit und ohne Gasdotierung bestimmt werden kann.In the above-mentioned patent applications, methods are described such as by in situ measurement of the electrical resistance during the layer production the current layer thickness of alloy layers on a moving substrate and can be determined without gas doping.
Voraussetzung dabei ist, daß der spezifische elektrische Widerstand während der Beschichtung konstant ist bzw.The prerequisite for this is that the specific electrical resistance is constant during the coating or
verschiedene, definierte Werte annimmt, die vorher in Eichversuchen festgelegt wurden. Treten unerwartete Änderungen auf, zum Beispiel durch Veränderung des Restgases bzw. durch Änderung der Targetzusammensetzung, so sind weitere unabhängige Messungen zum Beispiel der Restgaszusammensetzung (Massenspektrometer) oder der Sputterleistung notwendig. Das oben angegebene Verfahren der Dickenmessung allein durch elektrische Messung ist dann nicht mehr anwendbar.assumes different, defined values that were previously used in calibration tests were set. If unexpected changes occur, for example due to a change of the residual gas or by changing the target composition, so are further independent Measurements, for example, of the residual gas composition (mass spectrometer) or the Sputtering power necessary. The above method of thickness measurement alone by electrical measurement is then no longer applicable.
Andere Verfahren zur Schichtdickenmessung, die auf sonstigen elektrischen, optischen und mechanischen Methoden beruhen oder andere physikalische Effekte nutzen, sind zum Beispiel in Physics of Thin Films 3 (1966) 1 - 53r D. Hass, R. E. Thun (Ed), Academic Press, N.Y., London oder Solid State Technology (1983) Februar, Seiten 99 bis 103, beschrieben. Nur wenige dieser Methoden sind geeignet, die Schichtdicke in situ noch während der Schichtherstellung zu messen. Jedoch müssen in jedem der beschriebenen Fälle die Meßapparaturen ortsfest, getrennt von der beweglichen Palette, in der Beschichtungskammer angebracht werden. Dies hat den Nachteil, daß nicht die Beschichtungsrate und somit die Schichtdicke am Ort des zu beschichtenden Substrats bestimmt wird. Die Zuordnung zwischen gemessener Schichtdicke und wahrer Schichtdicke muß dann über Eichungen erfolgen, die immer wieder überprüft werden müssen.Other methods of coating thickness measurement based on other electrical, are based on optical and mechanical methods or use other physical effects, are for example in Physics of Thin Films 3 (1966) 1 - 53r D. Hass, R. E. Thun (Ed), Academic Press, N.Y., London or Solid State Technology (1983) February, pages 99-103. Few of these methods are suitable to measure the layer thickness in situ while the layer is being produced. However must in each of the cases described, the measuring apparatus is stationary, separate from the movable one Pallet, to be attached in the coating chamber. This has the disadvantage that not the coating rate and thus the layer thickness at the location of the one to be coated Substrate is determined. The assignment between measured layer thickness and true The thickness of the layer must then be carried out by means of calibrations, which are checked again and again have to.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Meßanordnung anzugeben, die es ermöglichen, die Schichtdicke und gegebenenfalls die Konzentration von Schichten während des Beschichtungsprozesses zu bestimmen, wobei berücksichtigt wird, daß a) eine Beschichtungsanlage mit Schleusenkammer verwendet wird, b) die Substratpalette bzw. die Substrate während der Beschichtung bewegt werden, c) die Meßstelle sich auf der Substratpalette bzw. auf einem Substratplatz befindet.The object of the invention is therefore to provide a method and a measuring arrangement indicate that make it possible to determine the layer thickness and, if necessary, the concentration of layers during the coating process to be determined, taking into account is that a) a coating system with a lock chamber is used, b) the Substrate pallet or the substrates are moved during the coating, c) the The measuring point is on the substrate pallet or on a substrate space.
Das Verfahren und die Meßanordnung sollen anwendbar sein, unabhängig von der Beschichtungsmethode (Aufdampfen, Aufsputtern) sowie von der Zahl der verwendeten Materialquellen, (zum Beispiel Cosputtern bei der Herstellung von Legierungsschichten).The method and the measuring arrangement should be applicable independently the coating method (vapor deposition, sputtering) and the number of used Material sources (e.g. co-sputtering in the production of alloy layers).
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Meßanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Meßsystem mit Schwingquarzsystem als unabhängige Einheit an dem bweglichen Substrathalter montiert wird, die Eigenfrequenz des Schwingquarzes fortlaufend gemessen wirdfdie sich infolge der Beschichtung ändert, und die Meßdaten berührungsfrei durch elektromagnetische Strahlung am bewegten Substrathalter zu einem stationären Empfänger innerhalb oder außerhalb des Rezipienten übertragen werden. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Ubertragung der Meßdaten durch ein Telemetrie-System im Pulscodemodulations (PCM)-, im Frequenzmodulations (FM)- oder im Amplitudenmodulationsverfahren erfolgt.This object is achieved by a method and a measuring arrangement from the introduction mentioned type solved in that the measuring system with oscillating quartz system is mounted as an independent unit on the mobile substrate holder, the natural frequency of the quartz crystal is continuously measured which changes as a result of the coating, and the measurement data contact-free by electromagnetic radiation on the moving substrate holder transmitted to a stationary receiver inside or outside the recipient will. It is within the scope of the invention that the transmission of the measurement data through a telemetry system in pulse code modulation (PCM) -, in frequency modulation (FM) - or in the amplitude modulation method.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.
Als Meßprinzip zur Messung der Schichtdicke wird die Schwingquarzmethode angewandt. Mit dem Aufbringen einer Schicht auf einen Schwingquarz ändert sich die Gesamtmasse des Schwingquarzes und somit seine Eigenfrequenz.The oscillating quartz method is used as the measuring principle for measuring the layer thickness applied. With the application of a layer on a quartz oscillator, the changes Total mass of the quartz crystal and thus its natural frequency.
Diese Änderung der Eigenfrequenz 4 ¢ ist proportional der auf den Schwingquarz aufgebrachten Masse X M und bei konstanter Dichte des aufgebrachten Materials t proportional zur aufgebrachten Schichtdicke sAd (siehe K. L.This change in the natural frequency 4 ¢ is proportional to that on the Oscillating quartz applied mass X M and at constant density of the applied Materials t proportional to the applied layer thickness sAd (see K. L.
Chopra, Thiff Film Phenomena, Mc Graw Hill Book Comp.Chopra, Thiff Film Phenomena, Mc Graw Hill Book Comp.
1969, N. Y.). 1969, NY).
mit K = Kristallkonstante, A = beschichtete Kristallfäche XI i 4 d . ¢ oder mit B Bei der Herstellung von Legierungsschichten (A, B) durch Verwendung von zum Beispiel zwei örtlich getrennten Materialquellen aus zum Teil reinen Elementen, wobei die Substrate wechselweise durch die beiden Materialquellen beschichtet werden (vergleiche Cosputtern: Siemens For- schungs- und Entwicklungs-Berichte 11 (1982) Seiten 145 bis 148), erhält man zum Beispiel für die i-te Lage an Material A und B die Schichtdickenänderung bzw. die Frequenzänderung Daraus läßt sich die momentane Konzentration Z. der i-ten Lage AB berechnen. with K = crystal constant, A = coated crystal surface XI i 4 d. ¢ or with B In the production of alloy layers (A, B) by using, for example, two spatially separate material sources made of partly pure elements, whereby the substrates are coated alternately by the two material sources (compare co-sputtering: Siemens research and development reports 11 (1982) pages 145 to 148), the change in layer thickness is obtained for the i-th layer on materials A and B, for example or the frequency change The instantaneous concentration Z of the i-th layer AB can be calculated from this.
Der Schwingquarz ist Teil eines elektrischen Schwingkreises der mit der Eigenfrequenz des Schwingquarzes oszilliert, das heißt, der Schwingquarz ist Teil eines elektrischen Oszillators.The quartz oscillator is part of an electrical oscillating circuit with the natural frequency of the quartz oscillates, that is, the quartz is Part of an electrical oscillator.
Der scheibenförmige Schwingquarz ist auf der Oberseite des Substrathalters in der Weise montiert, daß er sich neben den übrigen zu beschichtenden Substraten befindet (siehe Figur 2) und beim Beschichten der Substrate in der gleichen Weise wie diese beim Durchgang zum Beispiel unter einer Materialquelle A oder B beschichtet wird.The disk-shaped quartz oscillator is on the top of the substrate holder mounted in such a way that it is next to the other substrates to be coated is located (see Figure 2) and when coating the substrates in the same way how these are coated under a material source A or B when passing through, for example will.
Außerdem muß die Befestigung des Schwingquarzes in der Weise erfolgen, daß durch die Randhalterung des Schwingquarzes keine Abschattungseffekte auf dem Quarz auftreten können.In addition, the quartz crystal must be attached in such a way that that by the edge bracket of the quartz crystal no shadowing effects on the Quartz can occur.
Das Schwingquarzsystem besteht aus einem Schwingquarz, der entsprechenden mechanischen Halterung und der elektrischen Kontaktierung.The quartz oscillator system consists of a quartz oscillator, the corresponding one mechanical bracket and electrical contact.
Die übrigen Elemente des elektrischen Schwingkreises können vorzugsweise auf der der Beschichtung abgewandten Seite der Palette bzw. des Substrathalters oder Halteeinrichtungen für den Substrathalter montiert werden. Um Störungen des Schwingkreises durch Beeinflussung von außen zu verhindern, zum Beispiel durch den HF-Sender t i m IIF- @ieden ioden- Spattern, können in kiiiilcn r d tl den Schwingkreis @@ch Filterelemente ein@ehaut werden.The other elements of the electrical resonant circuit can preferably on the side of the pallet or of the substrate holder facing away from the coating or holding devices for the substrate holder are mounted. To avoid disruptions of the To prevent the oscillating circuit by external influences, for example by the HF transmitters in IIF- @ieden ioden- Spattern, can in kiiiilcn r d tl the resonant circuit @@ ch filter elements become a @ ehaut.
Die Frequenz des Schwingkreises wird mit Hilfe eines üblichen Frequenzzählers fortlaufend bestimmt, das heißt, je nach Bauart des Frequenzzählers und Art der Schichtherstellung alle 1 sec bis .50 sec, bevorzugt alle 0.1 bis 10 sec. Der Frequenzzähler gibt das Ergebnis am besten in digitaler Form an ein Meßdatenaufbereitungsmo dul weiter, welches die Daten in der Weise aufbereitet, daß sie mit Hilfe eines Senders drahtlos von der beweglichen Palette zu einem Empfänger außerhalb der Beschichtungsanlage übertragbar sind. Dieses Aufbereitungsmodul kann ein PCM-Encoder, ein Frequenz- oder auch ein Amplituden-Modulator sein. Das Datenaufbereitungsmodul kann gleichzeitig auch noch andere Meßdaten, zum Beispiel Temperaturwerte, Widerstandswerte oder Schichtdickenwerte von weiteren Meßstellen für die drahtlose Übertragung aufbereiten.The frequency of the resonant circuit is determined with the help of a conventional frequency counter continuously determined, that is, depending on the design of the frequency counter and the type of Layer production every 1 second to 50 seconds, preferably every 0.1 to 10 seconds. The frequency counter best gives the result in digital form to a measurement data processing module further, which prepares the data in such a way that they can be transmitted with the help of a transmitter wirelessly from the moving pallet to a receiver outside the coating system are transferable. This processing module can be a PCM encoder, a frequency or an amplitude modulator. The data preparation module can simultaneously also other measurement data, for example temperature values, resistance values or layer thickness values from other measuring points for wireless transmission.
Der elektrische Schwingkreis, der Frequenzzähler, das Datenaufbereitungsmodul, der Sender sowie die nötige Stromversorgung (Batterie) sind als unabhängiges Meßsystem ausgebildet und werden auf oder unter dem beweglichen Substrathalter angeordnet.The electrical oscillating circuit, the frequency counter, the data processing module, the transmitter and the necessary power supply (battery) are an independent measuring system and are arranged on or under the movable substrate holder.
Das gesamte Meßsystem ist in miniaturisierter Bauart ausgeführt, so daß es ohne wesentliche Störung der Geometrie an dem Substrathalter befestigt werden kann. Bei der miniaturisierten Bauart werden die passiven Elemente der Schaltung, wie zum Beispiel Leiterbahnen, Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten in Dickschicht- bzw. Dünnschicht-Technik auf Keramik oder Glassubstraten aufgebracht. Die Schichtdicke dieser Elemente liegt zwischen 10 nm und 5000 nin. Die aktiven Elemente, wie zum Beispiel Dioden und Transistoren, werden in die Schichtschaltung nachträglich integriert.The entire measuring system is miniaturized, see above that it can be attached to the substrate holder without significant disturbance of the geometry can. In the miniaturized design, the passive elements of the circuit, such as conductor tracks, resistors, capacitances and inductances in thick-film or thin-film technology applied to ceramic or glass substrates. The layer thickness of these elements is between 10 nm and 5000 nin. The active elements, such as for Diodes and transistors, for example, are subsequently integrated into the layer circuit.
Ferner ist das Meßsytem derartig aufgebaut, daß eine Verunreinigung des Vakuums im Rezipienten durch Abdampfen von Atomen vom Meßsystem vermieden wird. Dies kann erreicht werden, entweder durch Verwendung spezieller Materialien und Bauelemente oder durch Einkapseln aller Bauteile. Durch geeignete wärmeisolierende Montage auf der Seite des Substrathalters, die einer eventuell vorhandenen Wärmequelle abgewandt ist, kann das Meßsystem auch bei höheren Beschichtungstemperaturen verwendet werden. Die Stromversorgung des Meßsystems kann entweder über eine Batterie oder über einen einzelnen Schleifkontakt von außen oder über eine Solarzelle, die über das Plasmaleuchten gespeist wird, erfolgen.Furthermore, the measuring system is constructed in such a way that there is no contamination the vacuum in the recipient by evaporation of atoms from the measuring system is avoided. This can be achieved either by using special Materials and components or by encapsulating all components. Through suitable heat-insulating assembly on the side of the substrate holder, which may be is turned away from the existing heat source, the measuring system can also operate at higher coating temperatures be used. The power supply of the measuring system can either be a battery or via a single sliding contact from the outside or via a solar cell that is fed via the plasma lightening.
Die Empfangsantenne wird elektrisch isoliert an der Innenseite des Rezipienten (Beschichtungsraumes) angebracht und ist über eine elektrische Durchführung mit dem Empfänger außerhalb der Beschichtungsanlage verbunden, wo die weitere Signalaufbereitung über Verstärker, Decoder und Prozessrechner erfolgt. Die Daten können im Impuls-Code-Modulations-Verfahren oder Frequenz- oder auch Amplituden moduliert als digitale oder analoge Größen übertragen werden. Bevorzugt ist das PCM-Verfahren, da die Datenübertragung dabei am wenigsten störanfällig ist.The receiving antenna is electrically isolated on the inside of the Recipients (coating room) attached and is via an electrical leadthrough connected to the receiver outside the coating system, where further signal processing takes place via amplifier, decoder and process computer. The data can be processed using the pulse code modulation method or frequency or amplitude modulated as digital or analog values will. The PCM method is preferred because it involves the least amount of data transmission is prone to failure.
Zur telemetrischen Übertragung der Meßdaten kommen ein Sender im HF- oder Gigahertzbereich, eine induktive oder kapazitive Kopplung zwischen Substratpalette und Rezipient oder ein Infrarotsender in Frage. Die verwendeten Frequenzbereiche ergeben sich aus der Übertragungsmethode.A transmitter in the HF- or gigahertz range, an inductive or capacitive coupling between the substrate pallet and recipient or an infrared transmitter in question. The frequency ranges used result from the transmission method.
Im Decoder werden die übertragenen Daten für die weitere Verarbeitung aufbereitet (decodiert) und als digitale oder analoge Daten einem Prozeßrechner übergeben, der die gemessenen und übertragenen Frequenzen gemäß Formel (1) oder ( 2 5 in die entsprechenden Schichtdicken bzw. Konzentrationen umrechnet. Die eigentliche Bestimmung der Schichtdicke und Konzentration erfolgt somit außerhalb der Beschichtungsanlage; drahtlos übertragen wird vorzugsweise nur das Meßsignal, das ist die momentane Eigenfrequenz des Schwingkreises.In the decoder the transmitted data are used for further processing processed (decoded) and sent to a process computer as digital or analog data passed, the measured and transmitted frequencies according to formula (1) or (2 5 converted into the corresponding layer thicknesses or concentrations. The actual The layer thickness and concentration are thus determined outside the Coating plant; Preferably only the measurement signal is transmitted wirelessly is the momentary natural frequency of the oscillating circuit.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren 1 bis 4 noch näher beschrieben.In the following the invention is based on an exemplary embodiment and FIGS. 1 to 4 are described in more detail.
Dabei zeigt die Figur 1 den schematischen Aufbau einer Anlage zum Cosputtern mit zwei Targets, die Figur 2 die Draufsicht auf einen Substrathalter (Palette) mit Schwingquarz, die Figur 3 ein Schnittbild durch eine Doppelpalette mit Schwingquarzsystem und die Figur 4 die schematische Darstellung der Schichtdickenmeßvorrichtung mit telemetrischer Datenübertragung.FIG. 1 shows the schematic structure of a system for Co-sputtering with two targets, FIG. 2 the top view of a substrate holder (Pallet) with quartz oscillator, FIG. 3 shows a sectional view through a double pallet with oscillating quartz system and FIG. 4 shows the schematic representation of the layer thickness measuring device with telemetric data transmission.
In allen Figuren gelten für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.In all figures, the same reference numerals apply to the same parts.
Figur 1: Als Ausführungsbeispiel wird der Meßaufbau einer Sputteranlage mit ebenem Substrathalter beschrieben. Gemessen werden soll die Schichtdicke einer Tantalsilizidschicht auf einem Siliziumsubstrat. Zum Be- und Entladen der Palette 3 mit Substraten (in der Figur nicht dargestellt) wird der Schleusendeckel 2 der Hochvakuumschleuse 1 geöffnet. Das Zwischenventil 7 ist geschlossen. Im Sputterrezipienten 8 ist weiterhin Hochvakuum (çy10 6 mbar). Über ein Schlittensystem 4 wird die Palette 3 in den Beschichtungsraum 8 (siehe Doppelpfeil 13) transportiert, wenn in der Schleuse 1 ähnliche Druckverhältnisse herrschen wie im Beschichtungsraum 8. Dort wird die Palette 3 auf einen Drehtisch 11 abgelegt. Der Transport- schlitten 4 fährt in die Schleuse 1 zurück und die Zwischentüre 7 wird wieder geschlossen. Während der Beschichtung wird die Palette mit Hilfe des Drehtellers 11 gedreht. Die Pfeile 5 und 12 deuten den Anschluß der Hochvakuumpumpen an. Mit dem Bezugszeichen 9 sind die Sputtertargets aus Tantal (Material A) und Silizium (Material B) bezeichnet, mit 10 das Argoneinlaßventil und mit 6 das Belüftungsventil.FIG. 1: As an exemplary embodiment, the measurement setup of a sputtering system is used described with a flat substrate holder. The layer thickness of a Tantalum silicide layer on a silicon substrate. For loading and unloading the pallet 3 with substrates (not shown in the figure) is the lock cover 2 of the High vacuum lock 1 open. The intermediate valve 7 is closed. In the sputtering recipient 8 is still high vacuum (çy10 6 mbar). A carriage system 4 is used to move the pallet 3 transported into the coating room 8 (see double arrow 13) when in the lock 1 similar pressure conditions prevail as in the coating room 8. There the Pallet 3 deposited on a turntable 11. The transport- sleds 4 moves back into the lock 1 and the intermediate door 7 is closed again. During the coating, the pallet is rotated with the aid of the turntable 11. The arrows 5 and 12 indicate the connection of the high vacuum pumps. With the reference number 9 are the sputtering targets made of tantalum (material A) and silicon (material B), with 10 the argon inlet valve and with 6 the vent valve.
Figur 2: Die Substrate 14 (zum Beispiel 10 Siliziumkristall scheiben mit 4 Zoll Durchmesser) sind ringförmig auf der Palette 3 angeordnet. Der relativ kleine Schwingquarzhalter 15 befindet sich zwischen den Siliziumscheiben 14. Der gestrichelt gezeichnete Kreis A ist die Beschichtungszone für Tantal, der gestrichelt gezeichnete Kreis B die Beschichtungszone für Silizium.Figure 2: The substrates 14 (for example 10 silicon crystal disks 4 inches in diameter) are arranged in a ring on the pallet 3. The relative small oscillating quartz holder 15 is located between the silicon wafers 14. The The dashed circle A is the coating zone for tantalum, the dashed Drawn circle B is the coating zone for silicon.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist das Schwingquarzsystem (15, 25) eine eigene Einheit. Der Schwingquarzhalter 15 ist bündig mit der oberen Ebene der Substratpalette 3.As can be seen from Figure 3, the quartz crystal system (15, 25) its own unit. The quartz crystal holder 15 is flush with the upper level of the Substrate pallet 3.
Zur hochfrequenzmäßigen Kontaktierung des Schwingquarzes 25 wird ein vergoldeter elektrischer Kontakt 16 federnd an die Rückseite des Kristalls 25, die mit einer elektrisch leitenden Schicht 17 belegt ist, angedrückt. Die Vorderseite des Kristalls 25 ist ebenfalls metallisiert und steht mit dem Substrathalter 3 über die Schwingquarzhalterung 15 elektrisch in Verbindung (Erde). Zwischen Rückseitenkontakt 16 und Vorderseite des Kristalls 25 besteht keine elektrische Verbindung.For high-frequency contacting of the quartz crystal 25, a gold-plated electrical contact 16 resiliently to the back of the crystal 25, the is covered with an electrically conductive layer 17, pressed on. The front of the crystal 25 is also metallized and protrudes with the substrate holder 3 the quartz oscillator holder 15 is electrically connected (earth). Between back contact There is no electrical connection between 16 and the front of the crystal 25.
Das Meßsystem 18, bestehend aus Oszillator, Frequenzzähler, PCM-Encoder, HF-Sender und Stromversorgung, wird unterhalb der Substratpalette 3 angebracht. Hierzu wird unter der eigentlichen Substratpalette 3 eine zweite Palette 23 befestigt, die nur über wenige, schlecht wärme- leitende Distanzstücke 19 mit der eigentlichen Substratpalette 3 verbunden ist. Das Meßsystem 18 einschließlich Sender ist in miniaturisierter Bauart ausgeführt; es besitzt eine relativ kleine Fläche von 100 mm Durchmesser bei 10 mm Höhe und hat so genügend Raum zwischen den beiden Paletten 3 und 23. Die gesamte Höhe des Doppelpalettensystems 3, 23 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 20 mm. Mit dem Bezugszeichen 20 ist die Meßleitung, mit 21 der Isolator zur Durchführung der federnden Kontakte bezeichnet, die zur Halterung des Schwingquarzes dienen.The measuring system 18, consisting of an oscillator, frequency counter, PCM encoder, The RF transmitter and power supply are attached below the substrate pallet 3. For this purpose, a second pallet 23 is attached under the actual substrate pallet 3, which only have a few, poorly warm conductive spacers 19 is connected to the actual substrate pallet 3. The measuring system 18 including The transmitter is miniaturized; it has a relatively small one Area of 100 mm diameter at 10 mm height and thus has enough space between the two pallets 3 and 23. The total height of the double pallet system 3, 23 is in the exemplary embodiment about 20 mm. With the reference number 20 is the measuring line, with 21 denotes the insulator for carrying out the resilient contacts that are used for Serve holder of the quartz crystal.
Das Meßsystem 18 ist in einem vakuumdichten Gehäuse untergebracht.The measuring system 18 is housed in a vacuum-tight housing.
Wie aus Figur 4 zu entnehmen ist, stellt das in die Doppelpalette 3, 23 bzw. in den Substrathalter eingebaute Meßsystem 18 einschließlich des Schwingquarzes 15, 25 ein unabhängiges System dar. Die Meßdatenübertragung von der rotierenden Palette 3, 23 zu einem Empfänger, der an der Wand der Beschichtungskammer befestigt ist, erfolgt drahtlos telemetrisch, wobei der PCM-Encoder, die Meßwerte in übertragungsfähige Signale (PCM-Signale) umwandelt.As can be seen from Figure 4, this is in the double pallet 3, 23 or measuring system 18 built into the substrate holder including the quartz oscillator 15, 25 represent an independent system. The measurement data transmission from the rotating Pallet 3, 23 to a receiver which is attached to the wall of the coating chamber is done wirelessly telemetrically, whereby the PCM encoder converts the measured values into transmittable Converts signals (PCM signals).
Als Stromversorgung für alle Bauteile des Meßsystems 18 dient beim Ausführungsbeispiel eine Batterie. Die Übertragung der Meßdaten erfolgt mit Hilfe eines HF-Senders mit 480 MHz mit Antenne 32.As a power supply for all components of the measuring system 18 is used Embodiment a battery. The measurement data are transmitted with the help an RF transmitter with 480 MHz with antenna 32.
Die Empfangsantenne 31 wird bei Verwendung von HF-Technik bei der Meßdatenübertragung innerhalb des Rezipienten 8 angebracht und über eine isolierte Vakuumdurchführung 33 aus dem Rezipienten 8 herausgeführt. Die Einheit zur Aufbereitung der empfangenen telemetrischen Daten, HF-Empfänger, Verstärker, PCM-Decoder und Prozeßrechner befinden sich außerhalb der Beschichtungsanlage 8.The receiving antenna 31 is when using HF technology in the Measurement data transmission attached within the recipient 8 and isolated via an Vacuum feed-through 33 led out of the recipient 8. The processing unit of received telemetric data, RF receivers, amplifiers, PCM decoders and Process computers are located outside of the coating installation 8.
Der PCM-Decoder stellt den Prozeßrechner über ein 16 bitparalleles Interface die Frequenzwerte zur Verfügung.The PCM decoder provides the process computer via a 16-bit parallel Interface the frequency values are available.
15 Patentansprüche 4 Figuren15 claims 4 figures
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