CN1827847A - 监测和控制薄膜处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

所提供的薄膜处理系统和方法具有移动淀积传感器，传感器能够以一种方式平移和/或旋转，该方式在选定的淀积时段内将传感器暴露在先质流量中的薄膜淀积环境下，该环境与一个或多个移动基底所经历的淀积环境基本相同。在一实施例中，提供有薄膜监测和控制系统，其中一个或多个移动基底和移动淀积传感器在选定的时段内，沿着薄膜淀积系统的流量区域中基本一致的轨线移动。本发明的系统和方法可包括能够激发至少两种不同谐振模式的SC－cut石英晶体微平衡传感器。

Description

监测和控制薄膜处理的方法和装置

相关申请交叉参考

本申请要求在2004年12月30日提交的U.S临时专利申请60/640,539的35U.S.C.119(e)之下的优先权，该申请与在此公开相一致的整体通过引用结合于此。

背景技术

薄膜淀积方法使能生产广泛有用的设备和设备组件。例如，诸如离子束喷射、等离子体强化化学薄膜淀积、电子束蒸发以及热蒸发的化学和物理淀积方法是特定有用的方法，用于制作由各种材料，包括电介质材料、半导体材料以及导体材料的薄膜所组成的复杂结构。使用具有从几十纳米到几十厘米的选择厚度的薄膜淀积方法已经制成了各种结构。由于薄膜淀积方法可应用到各种淀积材料、基底以及处理条件，已经导致了这些技术在各种重要的领域中被广泛地采用，包括半导体、微电子、纳米技术、光刻技术以及光学薄膜涂层。

在薄膜淀积技术中，要被涂层的基底放置与具有选择成分的诸如气相分子、离子、原子或者其团簇的先质(precursor)相接触，先质自身在基底的承接表面上的凝聚导致以物理薄膜淀积方法形成的薄膜层，诸如离子喷射、蒸发淀积技术。或者，在化学薄膜淀积方法中，基底被暴露在先质下，该先质在承接表面反应或/和分解，导致具有预期化学成分的薄膜层。对于物理薄膜淀积和化学薄膜淀积技术，淀积通常在由真空室提供的低压条件下发生。在很多设备生产应用当中，基底的承接表面依次并单独地暴露在不同的先质下，藉此形成由具有不同化学成分和物理属性的多个不同薄膜层所组成的复合多层结构。

在表面淀积系统中，先质对于基底的流量取决于多个变量。首先，先质对基底表面的撞击速率极大地取决于基底表面区域中先质的浓度(或分压强)和移动能量。其次，撞击的部分而导致的在表面的凝聚或与其的反应取决于先质的成分、基底表面的成分和结构形态、表面的电荷量、环境压强和环境温度。最后，先质对于基底的流量还取决于限定基底的承接表面和薄膜淀积源相对位置的几何结构。在特定地点和特定时间淀积在基底表面上的材料量取决于先质对于基底的流量，以及在该点上基底表面暴露在先质流量下的时间量。对于很多薄膜淀积系统，许多这些变量随着在承接表面上的各个点的转换而不断变化；因此，对于基底表面的先质流量常常是空间相异的。

在很多情形中，对用于设备生产应用的薄膜淀积方法的利用取决于这些技术生成具有均一(uiform)物理厚度、化学成分和诸如反射率、密度、光学厚度和表面粗糙度的物理属性的薄膜层的能力。诸如喷射源和蒸发源的许多薄膜淀积源产生了先质的空间相异源分布轮廓(distribution profile)。在靠近基底的区域中的先质浓度的空间相异性可以导致对于承接表面的先质非均一流量。这种先质流量的空间易变性常常导致淀积出随着在承接表面上的各个点的转换而厚度有巨大变化的薄膜涂层。淀积出的薄膜层厚度的可变性可妨碍使用薄膜淀积方法生产出的设备的运行。例如，包含多层薄膜光学部件(如光学干涉滤波器和减反射层)的薄膜厚度中的易变性，可能导致具有正比于光线在入射表面上的位置函数的光线透射和/或反射属性的设备。

存在有许多技术以致力于与由很多薄膜淀积源产生的先质的空间相异源分布轮廓相关联的问题。用于达到具有改善的厚度一致性的薄膜的一种有用方法使用基底调位(positioning)系统，诸如可在薄膜淀积处理期间在流量区域平移(translate)和/或旋转基底的行星(planetary)系统。在双星行星系统中，例如，在淀积期间一个或多个行星传送基底，并且旋转的行星在围绕中央旋转轴的圆形轨道中平移。在该系统中的基底平移和转动使得其承接表面的不同区域暴露在给定源分布轮廓的不同的先质浓度并在其中得到加强(energies)，藉此在选定的淀积时间内对基底表面的所有区域施加基本类似的先质平均流量。使用诸如行星系统的基底调位系统，已经证明能产生具有在淀积层厚度、组分、形态结构上有改善的空间一致性的薄膜。

除了有好的均一性的需求之外，在很多应用中利用薄膜淀积生产方法还严格地取决于这些技术产生具有精确选定厚度和化学组分的薄膜和多层结构的能力。例如，诸如光学干涉滤光片和抗反射涂层的薄膜光学组件光学属性强力取决于包含多层光学设备的各层(individual layers)的物理厚度、折射率和成分。因此，用于生产具有严格光学规格的多层光学设备的生产方法需要有用于评估淀积条件以确定何时达到组分薄膜层的预期厚度、以及何时开始淀积下一层薄膜的精确而灵敏的装置。这些要求的结果是：在过去的几十年中已经发展出在薄膜淀积期间，监测和控制诸如淀积的薄膜层厚度及其化学成分和光学厚度的物理和化学属性的许多技术。

由诸如使用喷射源和蒸发源的许多薄膜淀积系统所提供的先质平均流量在淀积薄膜期间会有巨大的变化。因此，用于生产具有严格设备容差度(tolerance)的薄膜设备的生产方法需要有在实时中监测对于基底的先质材料流量的精确而灵敏的装置。在常规的薄膜淀积系统中，通常使用诸如石英晶体微平衡传感器或光学监测器的固定位置传感器来确定先质材料的流量。石英晶体监测是确定淀积材料质量的最常用实用技术，它用于通过校准(calibration)来确定平均层厚度。与石英监测相反，光学技术并非对淀积层物理属性(例如，质量或物理厚度)提供直接的测量。相反，光学监测技术检测从具有淀积层的基底表面透射、散射和/或反射的光线的时间演化(temporal evolution)，这可能与薄膜厚度、折射率和组分有关。但是，这些系统中透射、散射和/或反射光线的时间演化极为重要地取决于在淀积的薄膜层之下基础(underlying)材料的结构和光学属性。例如，在薄膜层淀积在物理维度、组分和光学属性不确知的预设结构的顶部上的情形中，在所有情形中光学监测都不能提供有用的信息。即使在薄膜层淀积在未涂层、界限分明的基底表面的情形中，来自光学监测的层厚度误差可浮动到控制之外，并且光学敏感层可导致在整体结构完成时变得很重要的层厚度误差。最后，光学监测通常易受到与给定光学系统中基底变热和标准具效果相关联的问题所影响。当无合适的光源和检测系统可用时，光学监测也会无用。

由于与光学监测相连的缺点以及晶体监测的几近通用的实用性，对于在很多设备生产应用中的薄膜淀积，晶体监测技术是较好的。但是，当前实践的石英晶体监测不能对实际淀积在基底上的材料质量提供直接的测量。相反，该技术对淀积在晶体传感器的感应表面的材料质量提供测量。这种实践限制的结果就是：常规的晶体监测技术通常在靠近经历淀积的基底表面的位置上使用固定位置晶体监测器。这种配置旨在提供与基底中实际淀积条件相关的监测器感应表面的测量。因此，使用固定位置晶体监测器通常需要实践地确定在固定位置石英监测器感应表面以及基底承接表面的淀积速率的比值。通常称作部件对监测器(parts-to-monitor)比值的该比值用作将对淀积在晶体上的材料质量的实时测量转换为对实际淀积在基底上的材料质量的测量。

已知由许多薄膜淀积源在基底表面附近提供的先质源分布轮廓在淀积薄膜的期间会经历变动。这些变动很重要，并通常由薄膜淀积源的操作条件中的改变，诸如喷射源中的离子束强度变化或喷射源的靶侵蚀、或者蒸发源中进行蒸发的样品的温度、压强或组分的变化所导致的。由于固定位置石英监测器感应表面的淀积速率与在基底承接表面上的淀积速率的比值对先质源分布轮廓中的变化是很敏感的，在很多实践条件下的部件对监视器比值在淀积薄膜层期间或淀积随后的薄膜层期间会出现偏移。该偏移导致层厚度误差，该误差极大地降低了通过薄膜淀积方法生产的薄膜设备、以及薄膜设备组件的质量和/或性能。

近年来，已经研制出使用晶体监测技术的替代方法，用于改善通过淀积薄膜生产出的薄膜的均一性。U.S.专利4,858,556提供了一种方法的描述，该方法使用原地(in situ)移动源处理监视器来产生薄膜。在公布的技术中，“就在基底处理之前”表征物理薄膜淀积源的“幅度和形状”，并且该信息用作确定“在指定区域为达到指定均一性的处理所需的非线性运动设定(scenario)”虽然在U.S.专利4,858,556中描述的方法和设备声称致力于“在不同的操作中源分布轮廓常常实质性改变的处理”中出现的问题，但是这些问题还是易于受到在淀积薄膜层期间先质源分布轮廓中发生的变化(即，在一次操作中的变化，而非不同操作中的变化)所影响。此外，这些方法要求推导出测量的先质源分布轮廓相关于为达到良好均一性所需的运动设定的复杂数学关系。在U.S.专利4,858,556中描述的移动源处理监测器配置仅限于使用“滑动接触电子接口152(图7)”的实施例，该接口使得诸如双重旋转轨线的复杂监视器轨线不实用和/或行不通。此外，所提供的系统包括移动传感器，仅由一个晶体组成的该传感器通过滑动或旋转电子接触点将晶体电气地连接到用于读取晶体频率的外部电路。由于在电子接触点旋转或滑动之后在导电性、电容、电阻和电抗中会有预想的改变，因此很难控制该安排中的电子传感电路的稳定性。因此，可认为该安排易于受到在滑动或旋转电子接触点中出现的测量出的层厚度误差所影响。此外，在该引用中揭示的配置并不适用于大批量生产应用。

从前述可以理解，当前需要一种方法和设备，用于监测和控制通过淀积薄膜而进行的薄膜处理。特别地，需要用于监测和控制薄膜淀积的设备和方法，该设备和方法能够测量和解决在淀积薄膜层和随后的薄膜层期间由薄膜淀积源所产生的先质的平均流量和源分布轮廓的变化。此外，需要薄膜淀积方法，该方法可产生具有空间均一以及精确选择厚度、化学组分以及物理属性的薄膜。

发明内容

本发明提供用于生产薄膜和由薄膜组成的设备的薄膜处理系统，该系统具有对于淀积的薄膜层的物理厚度、厚度轮廓、化学成分和物理特性有精确薄膜层控制。本发明包括用于将先质淀积在基底上的薄膜处理方法和设备，该方法和设备能够产生具有精确选定的物理厚度、厚度轮廓、化学成分和物理特性的薄膜层和由薄膜层组成的多层膜结构。所提供的薄膜处理监测系统和方法提供对在经历平移和/或旋转的传感器上淀积的薄膜层的质量、物理厚度、折射率、光学厚度、表面形态结构和/或电荷特性的原地测量，该传感器基本上与薄膜处理系统的流量区域中的基底的平移和/或旋转相一致。本发明还提供薄膜层监测和控制方法，用于制作单层薄膜和包括具有空间均一物理厚度的薄膜层、或具有选定的非均一厚度轮廓的薄膜层的多层薄膜结构，同时较之常规的薄膜处理系统有改善的正确度和精确度。此外，本发明的方法和系统消除了对部件对监测比值的表征的依赖。使用具有支撑电子电路的机载传感器以及具有无线传输器的本发明的方法和系统能够在基底表面在薄膜处理系统的流量区域沿着(包括与诸如双重旋转信息系统的行星系统中的一个或多个基底的轨线基本一致的复合轨线)实际任意轨线移动的同时，提供对基底表面上处理中的薄膜代表性特性的测量。

在一方面，所提供的薄膜处理系统和方法具有能够以一种方式平移和/或旋转的活动淀积传感器，从而将该传感器暴露在流量区域的薄膜淀积环境中，该环境与选定的淀积期间由一个或多个活动基底所实现的淀积环境基本相同。在一个实施例中，提供有系统和方法，其中淀积传感器以一种方式平移和/或移动，从而淀积在每个承接表面区域一个基底承接表面上的先质的净量和/或物理属性，基本上与在薄膜淀积系统的流量区域平移和/或旋转的、每个承接表面区域一个基底承接表面上的先质的净量相同。在另一个实施例中，提供有一种系统，其中一个或多个活动基底和活动淀积传感器对于选定的淀积时段，在薄膜淀积系统的流量区域验证基本一致的轨线移动。在又一实施例中，提供一种系统和方法，其中淀积传感器在流量区域中以一种方式被调位、平移和/或旋转，该方式对于选定的淀积时段提供淀积在感应表面的先质平均流量，而该流量基本上等于通过薄膜淀积而淀积在经历薄膜处理的平移和/或旋转基底的承接表面上的先质平均流量。

在本发明该方面的一实施例中，提供有用于生产具有空间均一物理厚度的薄膜层的系统和方法，该系统和方法具有能够在薄膜处理系统的流量区域中沿着轨线移动的旋转传感器，该轨线基本上与薄膜处理期间经历旋转和平移的一个或多个基底的轨线相一致。用于在基底的承接表面淀积微粒的本发明的一设备包括：用于在流量区域产生微粒流量的薄膜淀积源，具有承接表面的旋转基底，用于在流量区域中平移旋转基底的装置，具有感应表面的旋转淀积传感器，以及用于在流量区域中平移传感器的装置。旋转基底是由将承接表面围绕第一旋转轴旋转的、用于旋转基底的装置所执行，旋转传感器是由将感应表面围绕第二旋转轴旋转的、用于旋转传感器的装置所执行。在本发明的该实施例中，基底的旋转和平移使得承接表面沿着流量区域中的承接表面轨线移动，并且传感器的旋转和平移使得感应表面在流量区域中沿着与承接表面基本一致的轨线移动。在本发明该实施例中有用的传感器能够测量在传感器的感应表面上淀积的薄膜层的质量、光学厚度、温度、电荷、成分以及形态结构，或者这些参数的任意结合。或者，本发明该方面的系统和方法还包括诸如障板(shadow mask)的一个或多个源分布修正元件，该元件位于经历处理的基底以及薄膜淀积源之间的流量区域。本发明的源分布修正元件可选择性调节向一个或多个经历薄膜处理的基底暴露的先质分布。

当基底经历薄膜处理时，它在流量区域中的移动使得基底的承接表面的不同区域暴露在由薄膜淀积源产生的先质的分布轮廓中不同的先质浓度中。在本发明中，在流量区域中围绕第一旋转轴的基底旋转与旋转基底的平移的结合用于在基底的承接表面产生空间均一的薄膜，尽管由众多薄膜淀积源产生的先质的源分布轮廓并不相同。特别地，基底的旋转和平移使得承接表面上的每一点在选定的淀积时段内暴露在基本相似的先质净淀积条件、浓度和移动能量中。在较之源分布波动的时标较短的选定淀积时段中，该配置对基底的承接表面的每一点提供基本相似的先质平均流量，藉此在承接表面上产生对于物理厚度、质量和成分具有改善的均一性的薄膜层。

在本发明中，在薄膜淀积源的流量区域中还提供有传感器，该传感器围绕第二旋转轴旋转并在由薄膜淀积源提供的流量区域中平移，从而当旋转和平移的基底经历薄膜处理时，在给定的淀积时段内传感器的感应表面暴露在基本相同的净淀积条件下。例如，当基底经历相同时间间隔的处理时，传感器对基本相同净淀积条件的暴露可涉及到传感器在先质源分布的相同区域中的定位。该配置对感应表面和经历薄膜处理的基底提供了基本相同的先质流量。在一实施例中，通过提供传感器的旋转和平移动作的结合可达到该效果，从而传感器的感应表面沿着流量区域中基本与在淀积薄膜期间基底行进的轨线相一致的轨线移动。本发明该特征的一个优点是由传感器监测的淀积条件可直接与掌控基底上薄膜的成形的实际淀积条件相关，而无需表征部件对监测器比值或假设有先质的恒定源分布。结果，本发明的薄膜淀积系统可用于对淀积在基底表面上的薄膜的物理和化学属性进行实时测量，这些属性对于在淀积期间发生在先质源分布轮廓中的变化很敏感。因此，本发明的薄膜淀积系统和方法使用具有在淀积期间出现变化的先质源分布的薄膜淀积源，能够产生具有精确物理厚度的空间均一薄膜或者具有选定非均一厚度轮廓的薄膜。

在本发明该方面的一些实施例中，在薄膜淀积源和经历处理的旋转和/或平移基底(以及旋转和/或平移的传感器)之间的流量区域中提供有一个或多个源分布修正元件。例如，本发明包括具有一个或多个源分布修正元件的一些实施例，这些修正元件包括障板，当先质经过具有特定流量梯度的特定区域、以及对于该梯度的特定方向时，这些障板能够至少部分地阻挡一些先质的通道。通常，障板包括由诸如金属和塑料的材料制成的、能够至少部分地阻止先质传输的平板或栅格。诸如对薄膜呈现的表面面积、厚度的障板的形状和物理维度取决于由给定薄膜淀积源产生的先质的源分布轮廓。作为它们部分或整体阻挡从淀积源到经历处理的基底的先质传输的特性结果，障板到本发明的系统中的结合修正了暴露于经历处理的基底的先质源分布轮廓。先质的修正源分布轮廓以处理区域为特征，其中先质的流量被整体或部分地削弱。使用诸如障板的源分布修正元件来选择性操纵暴露于一个或多个经历处理的基底的先质源分布轮廓在本发明中是特别有用的，用于产生具有空间均一物理厚度并且具有选定不同厚度轮廓的薄膜结构。但是本发明包括系统和方法，其中诸如障板的源分布修正元件用作在承接表面上产生具有选定的非均一厚度轮廓的薄膜结构，诸如空间线性调频(chirped)结构。

本发明的系统和方法可使用单个的障板或包括多个障板。在用于使用喷射薄膜淀积源制作多层结构和设备的系统和方法中，具有不同物理维度和/或成分的障板可用于在生产期间所使用的靶材料。本发明还包括使用一个或多个动态障板的系统和方法，该系统和方法能够选择性地调节(或调谐)暴露于经历处理的基底的先质源分布。例如，一些动态障板能够有选择地调节其物理维度，诸如对薄膜电极源呈现的表面面积、以及/或流量区域中的位置，从而提供暴露于基底的先质的选定的源分布。

在某些实施例中，使用障板易于在基底的承接表面的整个区域形成展现出均一物理厚度的薄膜。该实施例还对于淀积在经历同时处理的多个基底上的薄膜的物理厚度提供了良好的均一性。在一些方面，障板的结构可用于对在流量区域中具有不同轨线的旋转和/或平移的基底(以及传感器)的承接表面提供基本等量的先质平均流量。例如，在本发明中使用一个或多个障板可在选定的淀积时间内对位于双重旋转行星系统的一个或多个子行星中的旋转和/或平移基底(以及传感器)、特别是对于一个或多个子行星的旋转轴以不同的径向位置设置的基底(以及传感器)设立了基本等量的先质平均流量。在本发明中，对诸如障板的源分布修正元件的使用与诸如单个或双重旋转行星系统的单个或多重旋转行星系统相结合，提供了一种有效的、大批量生产装置，该装置可在多个基底上同时生产具有精确选定物理厚度的等效薄膜结构。

在流量区域中基底和淀积传感器的运动在本发明中可能是周期性的。例如，在一个实施例中，一个或多个旋转基底及旋转传感器对于每一个都包括完整的、循环轨线的多个移动循环，以基本相同的旋转和/或平移速率重复移过基本相同的循环轨线。在本发明该实施例中的基底和传感器沿着相同的轨线移动的同时，每个旋转和/或平移的的组件在不同的起始位置开始运动并且，由于这些组件以相同的速度沿着相同的循环轨线移动，因此不同的平移和/或旋转部件在同一时间不会出现在同一位置。本发明的基底和传感器的这种运动设定的一个优点是，巨大的平移和旋转速度以及相对较低的淀积速率导致在淀积薄膜期间可以完成(completion)大量的循环轨线，藉此对于所有的平移和/或旋转组件都提供了流量区域中基本相同的净路径和净淀积条件。或者，本发明还包括一些实施例，其中在流量区域中的基底和淀积传感器的运动是非周期性的。在该实施例中，其中有基底和传感器上的平均流量实际上相同的时标与其中有源的物理属性(例如，流量分布、能量分布、空间分布)改变的时标相比较而言，是较短的。

在本发明中，旋转和平移基底和淀积传感器可由本领域中任何已知的装置来执行。在示例性实施例中，旋转和平移这些组件由诸如单个或多个行星旋转系统的行星系统来执行。例如，本发明的设备还包括双重旋转的行星系统，其中一个或多个基底和淀积传感器固定在用于在薄膜淀积系统的流量区域平移和旋转这些组件的系统子行星上。在一实施例中，通过将这些活动的组件固定在双重旋转系统的不同子行星上，可使得基底和传感器分别独立地围绕第一和第二旋转轴(即，具有传感器和基底的子行星的的旋转轴)旋转。单个的子行星固定在双重旋转行星系统的中央行星上，从而中央的旋转使得旋转基底和旋转传感器围绕双重旋转行星系统的中央旋转轴在基本相同的轨道上移动。在本发明一实施例中，第一和第二旋转轴与中央旋转轴具有相同的距离，并且基底的承接表面到第一旋转轴的距离等于传感器的感应表面到第二旋转轴的距离。本发明包括一些实施例，其中附加的基底位于围绕着附加旋转轴旋转的附加行星上，该附加中央轴到中央轴的距离等于第一和第二旋转轴到中央轴的距离。在本发明中使用双重行星系统是特别有用的，用于生产具有精确选定物理厚度、化学成分和物理属性的空间均一薄膜。此外，使用双重行星系统的本发明的实施例能够实现兼容工业大规模生产应用的大批量薄膜处理。

或者，本发明包括一些实施例，其中基底和传感器固定在单个旋转行星系统的中央行星上。该系统被如此配置，从而中央行星的旋转使得基底和传感器围绕相对于中央行星的中央旋转轴，以它们独立的旋转位置为特征的轨道旋转。本发明的该方面的方法和系统还包括一个或多个障板，用于在基底的承接表面以及传感器的感应表面上提供选定的先质分布。在一实施例中，对于中央旋转轴，设置传感器的径向位置等同于设置经历处理的基底的位置。在另一实施例中，还可以一种方式设置传感器，从而它们在处理期间围绕诸如穿过感应表面中央的旋转轴的第二旋转轴旋转，以确保它们的传感器表面涂有空间均一厚度轮廓的薄膜。使用单个旋转行星系统的本发明的方法和系统具有优点：只需极为简单的实践设置，用于旋转经历处理的基底。

在本发明的另一实施例中，用于生产具有均一物理厚度的薄膜的系统和方法使用具有无线传送器的淀积传感器。用于将微粒淀积到基底的承接表面的本发明的设备包括：用于在流量区域产生微粒流量的薄膜淀积源，具有承接表面的基底，用于在流量区域平移基底的装置，包括用于承接微粒流量的感应表面的传感器、以及用于产生对应于由传感器所作测量的输出信号的无线传送器；用于在流量区域中平移传感器的装置，以及用于接收由传送器产生的输出信号的接收器。在本发明该实施例中，用于平移基底的装置使承接表面沿着流量区域中的承接表面轨线平移，并且用于平移传感器的装置使感应表面在流量区域中沿着承接表面轨线基本一致的轨线移动。本发明该实施例还包括薄膜淀积源控制器，该控制器与用于接收输出信号的接收器相连通，并控制薄膜淀积系统的诸如薄膜淀积源、障板方位、靶角度、以及真空室几何结构的设备组件的操作条件。或者，本发明该实施例的基底和/或淀积传感器还可具有用于在平移期间、在流量区域中旋转这些元件的设备。

在一实施例中，传感器和/或无线传送器是自供电的，例如，使用电池电源、机械电源如感应线圈或机载磁性电源。本发明包括通过无线连接来外部供电的传感器和/或无线传送器，诸如辐射供电和磁性供电的传感器和/或无线传送器。使用通过诸如电池的机载电源供电、或无线连接供电的自供电无线传送器在本发明中是有利的，因为这样就无需与测量电路、电源和/或薄膜淀积系统控制器保持直流电气接触，这些设备通常位于包纳(housing)薄膜淀积源、经历处理的基底以及淀积监测器的真空淀积室之外。本发明的该特征对于设计和操作使用本发明的薄膜淀积系统的薄膜淀积系统和方法来说具有极其重要意义。首先，无需与淀积传感器直接电气接触极大地简化了设计本发明的系统，因为当传感器位于淀积系统的流量区域的任意方位上和/或在其上移动时，输出信号可能从传感器中传送，并且电源可对传感器导通。其次，无需与淀积传感器直接电气接触可使得淀积传感器配置能够沿着薄膜淀积系统的流量区域中的任意实际轨线移动。再者，使用无线传送器可使用兼容大批量生产的诸如单台或多台旋转行星系统的常规机械装置来做出(permit)所要提供的基底和传感器轨线。还有，在本发明中使用无线传送器可提供一种与接收器连续地通信的装置，藉此可以高速传输速率将连续的数据传送到接收器。最后，使用用于读取和传送诸如石英晶体微平衡频率的传感器读数的机载隔离电路受到诸如电容、电导、电阻和电抗波动的噪声和电子波动的影响要大大少于受到滑动接触或旋转接触方位的影响。

本发明的薄膜淀积系统和方法所用到的无线传送器包括能够将输出信号从传感器和基底的诸如真空室的淀积环境中传送到接收器、附加测量电路和/或薄膜淀积控制器、而同时无需使用直接电气接触(例如，电线、电刷或等效滑动或瞬时电连接)的任意设备和设备组件。在一些实施例中，无需传送器是能够产生包括具有选定频率或振幅的(诸如无线频率电波、红外线或可视光)电磁辐射的光学单元，该辐射由位于淀积环境外部的固定接收器所接收。在本发明该方面所用的接收器可包括天线和光传感器，诸如光二极管、热型红外探测器半导体型探测器和光电倍增管。对于某些应用，无线传送器最好是具有低杂散发射、低功率/电流消耗和高频稳定性并能够做到快速数据传输速率。本发明的无线传送器和接收器可选择性进行多信道传输和接收。在提供多信道功能的较佳实施例中，例如，无线传送器和接收器能够通过无线传输领域中众所周知的编码手段来进行操作，从而避免串音。

在另一方面，本发明提供薄膜层监测和控制方法，用于确定薄膜淀积系统中的薄膜淀积源的淀积时间和/或操作条件。本发明该实施例的方法测量淀积在移动传感器的感应表面上的薄膜的物理和/或化学特性，该移动传感器沿着薄膜淀积系统的流量区域中的一轨线移动，该轨线与一个或多个经历处理的基底的轨线基本相一致。当移动传感器途经基本一致的轨线时，所提供的测量可直接与实际淀积在基底上的薄膜的物理和化学属性相关。在一实施例中，由移动传感器以连续的方式在实时中执行测量，并且该测量被连续地传送到接收器和/或薄膜淀积控制器，用于对该过程进行数据处理、分析和控制。或者，本发明还包括一些实施例，其中在离散或选定的淀积时间内周期性地或非周期性地执行测量，并随后将测量传送到接收器和/或薄膜淀积控制器，用于对该过程进行数据处理、分析和控制。

在本发明的一实施例中，在淀积薄膜期间可连续地周期性地或非周期性地得出测量，在实时中对其进行分析，并将其用于确定淀积的薄膜在何时已经达到选定的物理厚度和/或光学厚度。例如，本发明包括一些方法，其中测量出淀积在途经一轨线的传感器的感应表面上的薄膜质量，该轨线与经历薄膜处理的基底的承接表面的轨线基本相一致。在实时中得出测量，并将其用作计算淀积在流量区域中移动的基底上的薄膜的物理厚度。该计算考虑淀积薄膜的预期厚度，以及感应表面的表面面积。计算出的物理厚度与预定的厚度相比，并用作控制基底在薄膜淀积系统的先质中暴露的时间。例如，在确定物理厚度等于或大于预定的厚度之后，则调节薄膜淀积系统中的操作条件，以停止在经历处理的基底的承接表面上的淀积。可以通过调节薄膜淀积源的操作条件本身，例如通过停止喷射薄膜淀积源中的离子束或电子束，或者通过在薄膜淀积源和基底之间引入阻止先质向基底传输的闸板、屏障或障板来达到该目的。或者，本发明还提供一些方法，其中连续地周期性地或非周期性地测量淀积在途经一轨线的传感器的感应表面上的薄膜光学厚度，该轨线与经历处理的基底的承接表面的轨线基本相一致，将测量的光学厚度与预定的光学厚度相比，并用作控制一个或多个基底在先质中暴露的时间。本发明的薄膜监测和控制方法可实现大批量生产应用的误差在选定的薄膜物理厚度的0.3％内。这样将使用固定位置传感器的常规厚度控制方法的厚度控制性能提高了10倍。

在用于生产多层结构的实施例中，对淀积薄膜的质量和/或光学厚度的测量可用于确定何时要选择性地调节薄膜淀积条件，以在先前淀积的层上开始淀积额外的层。例如，当具有选定成分的第一薄膜层的测量或计算的物理或光学厚度被确定出等于或大于预选定值时，则调节薄膜淀积源的操作条件，以在第一薄膜层上开始淀积具有选定的第二成分的额外薄膜层。例如，可以通过改变喷射源中的靶材料或通过改变在蒸发源中经历蒸发的材料来达到该目的。在该方式下，使用当前技术可生产出复合结构，该结构包括以高精度选出的具有完全确定以及精确选定的物理厚度和化学成分的分离薄膜层。使用用于制作包括多层薄膜的多层结构的本发明薄膜层监测和控制方法是有利的，因为这些方法提供薄膜属性的实时测量，该测量不依赖于保持恒定的先质源分布轮廓、或者在薄膜处理之前或之后的部件对监测比值的表征。因此，较之使用固定位置传感器的常规厚度监测和控制方法，本发明的方法不为先质源分布轮廓中的不确定性所限。

在本发明的另一实施例中，对淀积在传感器(该传感器沿着与一个或多个经历处理的基底的轨线基本一致的轨线移动)的感应表面上的薄膜的物理和/或化学特性的测量可用于对物理薄膜淀积源提供闭合循环反馈控制。例如，本发明提供一些方法，其中对淀积薄膜物理厚度或质量的连续确定可用作确定在给定时段内对于承接表面的先质平均观测流量。平均观测流量与预选定流量值相比，对预选定流量值的偏离用作控制信号的基础，该信号用作以一种方式选择性调节淀积源，该方式设立和/或保持对于承接表面的流量等于预选定的流量值或者在其一定范围内。在一示例性实施例中，贯穿整个淀积时段周期性重复该控制过程。或者，本发明包括一些方法，对淀积在感应表面上的薄膜层的诸如粗糙度、密度、物理状态(晶体、无定型、半晶体)的形态结构，结晶度，和/或反射率进行测量，并将其用作以一种方式来控制操作条件，以对于给定的设备生产应用来最优化薄膜层的形态结构和/或折射率。在本发明该方面中，通过本领域中任何已知的装置可以基于控制信号来调节薄膜淀积源，包括选择性调节喷射源中的离子束或电子束强度，选择性调节蒸发源中的温度、或者选择性调节淀积室中的压强(净压强和/或者氧气或其它浴气(bath gas)的分压)或温度。本发明该方法还可用作控制由薄膜淀积源提供的先质的平均流量和/或先质的源分布。

在本发明中用到的传感器对淀积在感应表面上的薄膜层的属性，包括诸如物理厚度、质量、密度、形态结构(密度、物理状态、结晶度)的物理特性，诸如折射率和光学厚度的光学特性，诸如化学成分和纯度的化学特性，以及诸如累积电荷、电容、电阻、磁霍尔效应和导电性的电学特性进行测量。本发明的传感器能够表征出在基底的露出的承接表面上直接淀积的薄膜层和/或在存在于基底上的基础多层结构上淀积的薄膜层。本发明中用到的传感器包括，但不限于，诸如石英晶体微平衡传感器的晶体传感器、诸如单或双束光干涉传感器的光学传感器、诸如热电偶或热电堆的温度传感器、以及诸如静电计的用于测量薄膜表面电荷积累的传感器。在本发明中用到的传感器包括诸如加速计和光位置传感器的位置和运动传感器。本发明的感应表面包括平整表面和诸如弯曲、凹陷和/或凸起表面的轮廓(contoured)表面。在本发明应用中使用了轮廓感应表面，用于处理同样具有轮廓表面的基底。在这些实施例中，在轮廓基底表面经历处理时，可望利用以诸如曲率半径的相同形状为特征的轮廓感应表面。例如，使用具有具有轮廓表面的传感器可用作在透镜的表面淀积一层或多层薄膜。

具有位于流量区域中的旋转石英微平衡传感器的本发明实施例的一个优点是在淀积期间感应表面的旋转会在感应表面上产生具有空间均一厚度轮廓的薄膜。在石英晶体微平衡传感器的感应表面上淀积的薄膜的厚度均一性可对淀积在感应表面上的材料质量提供更为可靠的测量，因为这些空间均一薄膜层会在晶体表面产生各向同性的压强分布。相反，具有非均一厚度的薄膜层在石英晶体微平衡传感器的感应表面上的淀积会产生各向异性的压力，这些压力会对不同的晶体轴和晶体缺陷部位有不同的影响，从而导致在这些条件下做出的质量测量中的不确定性。

本发明还包括一些实施例，其中位于薄膜淀积系统的流量区域中并在其中移动的传感器能够同时或几近同时地测量多个不同的薄膜特性。例如，在一实施例中，活动传感器包括离散、独立的多个传感器，每个都被配置以在实时中做出不同的薄膜测量。该实施例中的传感器具有多个独立感应表面，或具有用于做出多种测量的单个感应表面。对于一些设备的生产应用，使用能够测量多种薄膜特性的传感器是较好的，因为这样对薄膜淀积条件能够提供更为全面详细的图景(picture)，藉此使能用于生产具有多种精确选定物理厚度、光学属性和/或化学特性的薄膜层的控制方法和系统。此外，对不同薄膜特性的配套测量可提供用于选取更精确薄膜信息的补充测量。例如，温度测量可用作修正薄膜属性的附加测量，诸如石英晶体微平衡质量测量以及光学测量，该温度测量可展现出从温度相关传感器自身、淀积膜温度中的改变或者温度相关测量电路中出现的温度相关性。

本发明还包括一些实施例，其中提供有传感器阵列，它们沿着与一个或多个经历薄膜处理的基底承接表面的轨线基本相同的轨线移动，藉此对一种或多种薄膜特性提供对应于不同传感器或感应表面位置的多种测量。传感器阵列可包括位于相对不同位置的具有多个独立感应表面的单个设备，或者位于相对不同位置的多个独立传感器。例如，本发明一实施例在围绕旋转轴旋转的双重旋转行星系统的子行星上设有传感器阵列。在该配置中，传感器阵列具有多个独立的感应表面或传感器，它们对诸如淀积材料质量或光学厚度的一种或多种薄膜特性提供测量，传感器阵列对应于到承载传感器阵列的子行星的旋转轴有不同的距离。使用传感器阵列的薄膜层监测和控制方法可用于某些设备的生产应用，因为可以在实时中同时监测沿着薄膜淀积系统的流量区域中不同轨线移动的多个基底或单基底多个位置上的薄膜层物理厚度。

本发明的旋转和/或平移基底和淀积传感器可实际沿着能够淀积薄膜的任意轨线移动。本发明该方面特别适合使用具有无线电传送器的传感器的实施例，传感器在移动期间无需保持电气接触。本发明的方法和系统包括一些实施例，其中旋转和/或平移基底以及淀积传感器的轨线完全处于薄膜淀积系统的流量区域内。或者，本发明包括一些实施例，其中旋转和/或平移基底以及淀积传感器的轨线间歇性地穿过薄膜淀积系统的流量区域。在本发明中使用的轨线包括各种类型的运动，包括由传感器数据分析自身确定的围绕单个旋转轴的转动、围绕多个旋转轴的转动、圆形轨道运动、椭圆轨道运动、(类)抛物线运动、直线运动以及这些非重复运动的任意结合。

本发明的薄膜层监测和控制方法可用于任意类型的淀积源，包括物理薄膜淀积源和化学薄膜淀积源。在本发明中用到的淀积源可具有任意的先质源分布轮廓，例如，包括均一源轮廓、非均一源轮廓、高斯型源轮廓、洛仑兹型源轮廓、椭圆源轮廓、方波源轮廓或者这些源轮廓的任意结合。

本发明的厚度监测和控制方法可等效应用在用于从基底表面或涂层基底表面移除材料的系统、方法和过程中，诸如化学蚀刻、离子束蚀刻以及电子束蚀刻处理。在一实施例中，提供有包括感应表面的传感器，该感应表面具有包括选定材料薄膜层的暴露涂层。经历材料移除的基底和具有涂层感应表面的传感器在诸如具备化学蚀刻剂的区域的材料移除区域沿着基本一致的轨线移动。接着，例如，对感应表面上的暴露薄膜层质量的周期性或非周期性测量可用作对在给定时间内从感应表面移除的材料量、以及在给定时间间隔内材料移除的平均速率的测量。如果传感器和基底的轨线基本一致，则这些测量直接与在基底表面上发生的材料移除过程本身相关。因此，该过程可用作控制为达到基底或基底上的薄膜的预期程度的材料移除或预期物理厚度、基底需要在蚀刻剂中暴露的时间。该方法还可用作审定(access)经历薄膜处理的薄膜，诸如经历退火或掺杂处理步骤的薄膜的化学或物理变化。

本发明的薄膜淀积系统和方法可应用于广泛的薄膜淀积系统，包括离子束和磁控管喷射系统化学薄膜淀积系统、以及电子束和热蒸发淀积系统。该设备和方法可用于通过控制掺杂和/或离子植入处理步骤来处理半导体材料。本发明的方法和设备可用于生产薄膜和多层结构，它们由广泛的材料制成，诸如：诸如金属氧化物、非金属氧化物和盐类的电介质材料，半导体，诸如金属和非金属的导体，以及高分子材料。本发明的方法和设备可用作生产各种薄膜光学设备，包括但不限于，法布里-佩罗特标准具、多腔光干涉滤波器、透镜、透镜涂层、增透涂层、部分反射器、高频反射器、偏振选择性涂层、以及相位调节涂层。此外，本发明的方法和设备还可用于生产其它各种薄膜设备，包括半导体设备、集成电子电路、以及诸如薄膜晶体管、纳米电子设备、微流和纳流系统、发光二极管、光电二极管、有机发光二极管以及场效应晶体管。

通过监测路径(与要被涂层的部分的路径基本一致)上的淀积来减少处理控制中的误差可进一步减小误差，这些误差通常隐藏在由基于固定监测器的系统中时间变化和部件对监测器比值所导致的较大误差中。本发明还描述了：通过结合遵循与部件路径基本一致的路径的石英晶体监测器，在层厚度控制中进一步减小误差，以及基于使用温度补偿SC-cut石英晶体微平衡，进一步改善薄膜厚度测量。描述了一种电子电路，它对晶体的两种或数种振荡模式执行频率测量。

在另一方面，本发明包括一种用于监测基底的薄膜处理的方法，该方法包括步骤：(a)在流量区域提供用于产生先质流量的薄膜淀积源；(b)提供具有用于接收先质的承接表面的基底；(c)提供具有用于接收先质的感应表面的传感器；(d)将基底围绕第一旋转轴旋转；(e)将传感器围绕第二旋转轴旋转；(f)在流量区域平移旋转的基底，其中基底的旋转和平移使得承接表面沿着流量区域中承接表面轨线移动；(g)在流量区域平移旋转的传感器，其中传感器的旋转和平移使得感应表面在流量区域中沿着与承接表面轨线基本一致的轨线移动；以及(h)对传感器的感应表面上的薄膜做出物理或化学属性的测量，藉此监测基底上的薄膜处理。

在另一方面，本发明提供一种用于控制淀积在基底上的薄膜物理厚度的方法，该方法包括步骤：(a)在流量区域提供先质流量；(b)提供具有用于接收先质的承接表面的基底；(c)提供具有用于接收先质的感应表面的传感器；(d)在流量区域平移旋转的基底，其中基底的旋转和平移使得承接表面沿着流量区域中承接表面轨线移动；(e)在流量区域平移旋转的传感器，其中传感器的旋转和平移使得感应表面在流量区域中沿着与承接表面轨线基本一致的轨线移动；(f)确定在传感器的感应表面淀积的薄膜观测质量；(g)对应于观测质量，计算在感应表面上淀积的薄膜的物理厚度；(h)将计算出的物理厚度与预选定的厚度相比；以及(i)当计算出的物理厚度等于或大于预选定的厚度时，停止流量区域中的先质流量。

在另一方面，本发明提供一种用于控制淀积在基底上的薄膜厚度的方法，该方法包括步骤：(a)在流量区域提供先质流量；(b)提供具有用于接收先质的承接表面的基底；(c)提供具有用于接收先质的感应表面的传感器；(d)在流量区域平移旋转的基底，其中基底的旋转和平移使得承接表面沿着流量区域中承接表面轨线移动；(e)在流量区域平移旋转的传感器，其中传感器的旋转和平移使得感应表面在流量区域中沿着与承接表面轨线基本一致的轨线移动；(f)确定在传感器的感应表面淀积的薄膜观测光学厚度；(g)将观测光学厚度与预选定的光学厚度相比；以及(i)当观测光学厚度等于或大于预选定的光学厚度时，停止流量区域中的先质流量。

在本发明该方面的方法中，停止对于承接表面的先质流量的步骤(h)可包括(i)在薄膜淀积源和基底的承接表面放置闸板的步骤，(ii)关闭薄膜淀积源的步骤，(iii)关闭离子束的步骤，以及(iv)将承接表面从流量区域移除。本发明该方面的方法还包括在薄膜淀积源和基底的承接表面提供障板的步骤，并且该障板至少可部分地随意设立流量区域中的先质源分布轮廓。

在本发明另一方面，提供一种用于处理基底上的薄膜的设备，该设备包括：(i)用于在流量区域中产生先质流量的薄膜淀积源；(ii)平移具有用于接收先质的承接表面的基底的装置，其中基底的平移使得承接表面沿着流量区域中承接表面轨线移动；(iii)包括用于接收先质的感应表面，以及对应于由传感器做出的测量、用于产生输出信号的无线传送器的传感器；(iv)平移传感器的装置，其中传感器的平移使得感应表面在流量区域中沿着与承接表面轨线基本一致的轨线移动；以及(v)接收输出信号的接收器。在本发明该方面的实施例中，基底和传感器的旋转和平移使得在选定的时间内对于承接表面和感应表面有基本相同的先质平均流量。在本发明该方面的另一实施例中，基底的承接表面以及传感器的感应表面同时接收先质流量。在本发明该方面的又一实施例中，薄膜监测和控制装置还包括与用于接收输出信号的接收器相连通的薄膜淀积源控制器，其中薄膜淀积源控制器控制流量区域中的先质流量。在本发明该方面的又一实施例中，无线传送器产生包括红外辐射、无线电波或两样均包括的输出信号。在本发明该方面的又一实施例中，传感器是用于测量淀积在感应表面上的先质质量的、诸如石英晶体监测器的质量传感器。在本发明该方面的又一实施例中，传感器从组(group)中选择出，该组包括：用于测量感应表面上的先质薄膜光学厚度的光学厚度监测器；用于测量感应表面的温度的温度传感器；用于测量感应表面上的先质薄膜折射率的折射率监测器；用于测量感应表面上的先质薄膜的电荷的静电计；以及用于测量旋转传感器的加速度的加速计。在本发明该方面的又一实施例中，用于平移旋转基底的装置以及用于平移旋转传感器的装置包括双重旋转行星系统的中央行星，其中中央行星的旋转使得旋转的基底和旋转的传感器在围绕双重旋转行星系统的中央行星的轨道上移动，其中第一和第二旋转轴位于离中央旋转轴相等的距离处，其中用于旋转基底的装置是双重旋转行星系统的子行星，其中基底子行星的旋转使得承接表面围绕第一旋转轴旋转，并且其中旋转传感器的装置是双重旋转行星系统的传感器子行星，其中传感器子行星的旋转使得感应表面围绕第二旋转轴旋转。

本发明提供一种方法，通过结合使用遵循一路径(位置和方位)的监测器，该路径与要被处理的部件的路径基本一致，来进一步减少处理误差，藉此通过对传感器进行有关诸如温度和压强的环境影响的修正，来消除或减少由于波动的部件对监测器比值而导致的处理误差。

附图说明

图1A是使用双重旋转行星系统的本发明薄膜层监测系统的示意图；

图1B是示出具有障板的本发明薄膜层监测和控制系统的俯视图的示意性图；

图2是由双重旋转行星系统产生的基底或传感器上一点的示意性长短幅圆外旋轮线轨线，图2中X轴和Y轴的单位是厘米；

图3示出由离子喷射薄膜淀积源产生的示意性先质空间分布轮廓，示出了等流量的轮廓线，X轴和Y轴的单位是厘米；

图4A示出对于没有障板存在的淀积条件，薄膜厚度均一性作为径向位置的函数的图表；

图4B示出对于有障板存在的淀积条件，薄膜厚度均一性作为径向位置的函数的图表；

图5提供示例性图，图示出具有传感器的、提供精确层厚度控制的本发明的实施例，该传感器是位于双重旋转行星形态的一个子行星上的石英晶体微平衡传感器；

图6A提供本发明淀积传感器的包纳元件的分解图的示意性图表；

图6B提供本发明淀积传感器的传感器横断面图的示意性图表；

图7提供示意性图，图示出使用离子束喷射源和石英晶体微平衡传感器的用于控制薄膜处理的示意性层厚度控制方法的操作；

图8A提供示意性图，图示出传感器设备配置，其中多个传感器位于围绕子行星旋转轴旋转的子行星上；

图8B提供示意性图，图示出另一传感器设备配置，其中多个传感器位于此，从而沿着传感器轴线与子行星旋转系统具有不同的距离；

图9A示出示意性图，图示出位于在用于将传感器在薄膜处理系统的流量区域中平移的装置上、本发明活动光学传感器的侧视图；

图9B示出示意性图，图示出能够空间表征出淀积在感应基底外部表面上的薄膜的活动传感器的侧视图；

图10示出电子电路的框图，该电子电路用于监测石英微平衡晶体的两种(或数种)模式的谐振频率；

图11A和图11B示出较之基于AT-cut石英晶体的监测器，基于前述段落所述用温度修正的SC-cut石英晶体的监测器的处理改进；图11A对应于由AT-cut石英晶体微平衡提供的淀积控制，以及11B对应于由SC-cut石英晶体微平衡提供的淀积控制。

具体实施方式

参照附图，类似的标号指示类似的元件，并且在一个或多个图中出现的相同标号指代相同的元件。此外，下文中应用如下定义：

“先质的源分布轮廓”指代先质的流量、浓度和/或能量的空间分布。在文章中，流量指代每单位时间穿过单位面积的先质的量，可以：(先质的量)cm^-2s^-1的单位表示。源分布轮廓可表示为一维、二维或三维。源分布轮廓可以是均一的，其中先质的流量、浓度和/或能量在承接表面的所有点上基本是相同的，或者是不均一的，其中先质的流量、浓度和/或能量在承接表面的所有点上并非基本相同。

“薄膜处理”指代在基底上淀积、移除和/或操纵材料。薄膜处理包括薄膜的物理薄膜淀积、薄膜的化学薄膜淀积、用杂质掺杂薄膜、改变薄膜的成分、改变薄膜的物理结构或物理状态、退火薄膜以及例如，通过蚀刻从薄膜和基底上移除材料。

“先质”指代由薄膜淀积源产生的材料，并包括诸如原子、分子、离子、的微粒，带电微粒、不带电微粒以及官能团、这些材料的聚合体或结合。在一些应用中，先质还指代由薄膜淀积源或诸如电子束蚀刻系统的材料移除系统所产生的电子。可以通过使用先质的各种物理和化学处理，包括但不限于，基底表面上的先质凝聚、基底表面上的先质相变核晶过程、基底上的先质的化学反应、在基底上的先质黏附。

“流量区域”指代具有可用先质的薄膜淀积系统的区域。通过将基底置于流量区域来将薄膜层淀积在薄膜淀积系统中的基底上。在本发明中，基底和淀积传感器在薄膜处理期间位于流量区域中并在其中移动。在一些实施例中，薄膜淀积系统的流量区域位于真空室内。

“薄膜淀积源”指代用于产生薄膜处理的先质的设备或设备组件。在本发明的方法和设备中使用的薄膜淀积源包括，但不限于，诸如离子束和电子束喷射源、磁控管喷射源、化学蒸发源、热蒸发源的物理薄膜淀积源，以及诸如等离子强化化学薄膜淀积源、热化学薄膜淀积源、超高真空化学薄膜淀积源的化学薄膜淀积源。

“处理源厚度因数”指代路径积分

$T_{\stackrel{\→}{p}}(t_1,t_2)={\∫}_{t_1\stackrel{\→}{p}\left(t\right)\stackrel{\→}{n}\left(t\right)}^{t_2}R(\stackrel{\→}{p}\left(t\right),\stackrel{\→}{n}\left(t\right),t)\mathrm{dt},---\left(I\right)$

其中

指代基底或传感器的时间相关轨线(路径)，

是当基底或传感器遵循该轨线时，它们的时间相关法向矢量，

是在点 以及方位(表面法向) 时间t时将要淀积在基底或传感器(例如，为淀积处理而固定)上作用的每秒先质的量，t₁和t₂是开始和结束时间。

对于时间相关量，f(t)，统计中数，标志<f(t)>，指在代较之处理时间要长的时间段内f(t)的平均数。

用于在部件或监测器上的淀积速率中的变化(由于轨线的运动而导致)的时标，是 ${\mathrm{\&Delta;t}}_{\mathrm{motion}}=\min (R/|d\stackrel{\&RightArrow;}{r/}\mathrm{dt}|,1/|d\hat{n}/\mathrm{dt}\left|\right),$ 其中R是淀积束的特征宽度。远小于上述时标的时标中的源波动并不重要，因为该淀积厚度与由具有淀积速率(该淀积速率是许多这些具有快速波动的源的平均淀积速率)的稳定源所淀积的厚度相同。但是，在Δt_motion的量级或大于其的时标中，例如，如果某人在淀积期间不监测层厚度的进展情况，而是基于前面已测量的淀积速率来选择一个固定的停止时间，则源速率中的渐变可能导致重要的处理误差。我们将这种较大的时标称为源波动的特征时间，它有如下定义。

考虑在遵循相同轨线的两部件(或一部件(即，基底)和监测器)上淀积了层时间Δt_L的一层，但是其中一部件的淀积开始时间后推了Δt。在两部件的厚度中的微小差异为：

$\frac{\mathrm{\&Delta;T}(t\&RightArrow;t+\mathrm{\&Delta;t}))}{T}=\{\underset{t}{\overset{t+\mathrm{\&Delta;}{t}_L}{\&Integral;}}R(\stackrel{\&RightArrow;}{r}(t+\mathrm{\&Delta;t}),\hat{n}(t+\mathrm{\&Delta;t}))\mathrm{dt}-\underset{t}{\overset{t+\mathrm{\&Delta;}{t}_L}{\&Integral;}}R(\stackrel{\&RightArrow;}{r}\left(t\right),\hat{n}\left(t\right))\mathrm{dt}\}/\underset{t}{\overset{t+\mathrm{\&Delta;}{t}_L}{\&Integral;}}R(\stackrel{\&RightArrow;}{r}\left(t\right),\hat{n}\left(t\right))\mathrm{dt}$

源波动的特征时间就是最小时间位移(Δt)，对于它有：

$\sqrt{\&lang;{\left(\frac{\mathrm{\&Delta;T}(t\&RightArrow;t+\mathrm{\&Delta;t})}{T}\right)}^2\&rang;}=A$

其中A是层厚度误差的容差度(例如，0.5％)。

总而言之，源波动的特征时间就是时间位移，对于它来说，由位移时间但相同轨线所得出的层厚度差异通常或统计上(RMS)超过层厚度误差的容差度。对于容差度为0.5％的IBS薄膜涂层室中，时标通常是5分钟。

还有其它类似的应用方式来定义源波动的特征时间，例如，根据涉及到层厚度的相关函数的衰减，该厚度是取代时间变化的两个相同轨线上得出的。

“一致轨线”指代时间和空间一致的诸如基底和淀积传感器的两个或两以上的移动设备或者设备组件的运动。一致轨线在类似的时间穿过空间内相同的点。与另一轨线相一致的轨线可具备与另一轨线同样的路径，可具备与另一轨线的一部分或全部路径相重叠的路径部分，或具备具有额外的非重叠路径部分之外还完全包含另一轨线路径的路径。在本发明中使用的一致轨线可以是循环的或非循环的。在本发明中使用的一致轨线可以完全包含在薄膜淀积系统的流量区域，或者间歇性地穿过薄膜淀积系统的流量区域。术语“基本一致轨线”旨在包含两个或两个以上轨线的绝对时间和空间一致性上的一些偏差。在一方面，根据循环轨线，基本一致轨线距离绝对一致性的偏差少于2厘米。另一方面，在流量区域中平移和/或旋转基底的基本一致轨线在选定的淀积间隔内具备基本相同的先质平均流量。在另一方面，通过在传感器遵循与被处理的基底基本相一致的路径之后，对其轨线的处理源厚度因数函数进行连续的时间监测，已控制的处理来确定一停止时间(即，薄膜处理时间间隔的结束点)。对于一给定处理目标精度(例如，在此描述的淀积处理的部分精度(fractional accuracy)中的容差度通常是A＝0.5％)，我们定义在层时间Δt_L中彼此基本相一致的两个轨线，如果：

${[\&lang;{\left(\frac{T_{{\stackrel{\&RightArrow;}{p}}_2}(t,t+\mathrm{\&Delta;}{t}_L)-T_{{\stackrel{\&RightArrow;}{p}}_1}(t,t+\mathrm{\&Delta;}{t}_L)}{T_{{\stackrel{\&RightArrow;}{p}}_1}(t,t+\mathrm{\&Delta;}{t}_L)}\right)}^2{\&rang;}_t]}^{1/2}<A---\left(\mathrm{IIIa}\right)$

如果在较小的时间间隔Δt_c中，两个轨线(或两个路径)也可被定义为基本相一致，如果

${[\&lang;{\left(\frac{T_{{\stackrel{\&RightArrow;}{p}}_2}(t,t+\mathrm{\&Delta;}{t}_c)-T_{{\stackrel{\&RightArrow;}{p}}_1}(t,t+\mathrm{\&Delta;}{t}_c)}{T_{{\stackrel{\&RightArrow;}{p}}_1}(t,t+\mathrm{\&Delta;}{t}_c)}\right)}^2{\&rang;}_t]}^{1/2}<A^{\&prime;}---\left(\mathrm{IIIb}\right)$

对于可以由理论或测量、以及统计分析而示出的不同阈值A′(通常大于A)，该条件表明条件(IIIa)是正确的。

例如，如果处理精度目标A＝0.3％并且Δt_c＝30分钟，然后如果两个轨线的路径积分差在RMS中为2％，则它们在时标Δt_c＝3分钟内是基本相一致的，并可示出：3分钟间隔内厚度的2％RMS差异表明对于两个轨线，在30分钟的层淀积中RMS的厚度差异将小于0.3％。

厚度轮廓指代在基底的承接表明或传感器的感应表面上的一层或多层薄膜的物理或光学厚度的一维或二维空间分布。本发明提供生产具有均一厚度轮廓的薄膜以及具有选定非均一厚度轮廓的薄膜的方法。

“先质基本相同的平均流量”指代先质流量，该先质流量在选定的淀积时间内可形成彼此偏离为1％，在某些应用中最好为0.5％，以及在另一些应用中最好为0.25％的物理厚度和/或光学厚度的薄膜。

薄膜层指代包含原子、分子、离子或其混合物和/或官能团的涂层的薄膜。在本发明中的薄膜层可包含具有基本一致成分的单层膜，具有成分作为物理厚度的变化函数的单层膜，或者多层膜。在本发明中使用的薄膜层可以是相同成分或相异成分，并且包括单个相位或多个相位。本发明的薄膜层包括但不限于，电介质材料、半导体，导体材料、诸如高分子的有机材料以及这些材料的任意结合。在较佳实施例中，对本发明中的电介质层的引用包括但不限于，金属氧化物、非金属氧化物以及盐类薄膜。在本发明中使用的金属氧化物、非金属氧化物以及盐类包括但不限于，Ag，Au，Ta₂O₅，SiO₂，HfO₂，TiO₂，MgF₂，AlO₂，CaF₂，Nb₂O₅，玻璃或这些材料的混合物。本发明的薄非金属或金属层包括但不限于Si和Al。本发明中的薄膜层可具有适用于选定应用的任意尺寸、形状、物理厚度或光学厚度。

“光学厚度”指代考虑到光线在其中传播的材料的折射率，光线的有效路径长度。在分析上，光学厚度和光学路径长度术语可表示为物理厚度和一层或多层折射率乘积的总和：

其中L_x是区域x的物理厚度，并且n是区域x的折射率。等式IV可应用到包含单层、部分层或多层的结构中。

“可操作连接”以及“可操作耦合”在本发明描述中被同义使用，并指代两个或两个以上的设备元件，从而它们可被结合使用以在特定的配置中取得特定的功能、操作、功能任务以及设备能力/特征。可操作连接设备元件可被光学耦合、电子耦合、电力耦合、机械耦合以及磁耦合，或这些耦合的任意结合。可操作连接设备可以单向方式通信、双向方式通信或这些设备配置的任意结合。在本发明中使用可操作耦合元件以提供具有诸如生产空间均一薄膜的预期功能性的设备和设备配置，以及包含具有精确选定物理和/或光学厚度、厚度轮廓、化学属性和光学特性的薄膜的设备。

“空间均一薄膜”、“具有空间均一性的薄膜”以及“具有均一厚度轮廓的薄膜”在本发明中被同义使用，并指代在选定薄膜面积内具有基本恒定物理厚度的薄膜。在一实施例中，空间均一薄膜与每单位面积平均物理厚度的偏离在由10英寸直径所定义的面积内展现为等于或小于0.25％。

“平移”指代诸如基底或淀积传感器的设备或设备组件的移动。平移包含任意类型的运动，包括但不限于，围绕单个旋转轴的旋转运动、围绕多个旋转轴的旋转运动、圆周轨道运动、椭圆轨道运动、(类)抛物线运动、直线运动以及这些运动的任意结合。

“部件”和“基底”在本描述中被同义使用并指代经历薄膜处理的元件、材料、表面、设备组件和设备。

在如下的描述中，本发明的设备、设备组件和方法的一些细节将得到描述，以对本发明精确性质提供完整的解释。但是，对于本领域一般技术人员来来说，没有这些特定细节也可实现本发明。

本发明提供用于生产展现良好空间均一性的薄膜层以及具有多层薄膜的多层膜结构的方法和设备。特别地，本发明提供物理厚度监测和控制方法和系统，它们较之使用固定位置传感器的常规监测和控制方法，可使得淀积薄膜的物理厚度、厚度轮廓、化学成分和光学属性以更高的精度和准确度被选择出。

图1A是使用双重旋转行星系统的本发明薄膜层监测和控制系统的示意性图。如图1A所示，薄膜监测系统100包括具有中央旋转平台110以及多个旋转子行星115A、115B、115C、115D的双重旋转系统105。中央旋转系统被配置为围绕中央旋转轴120(由靠近中央旋转轴120的箭头示出)旋转，并且旋转子行星115A、115B、115C、115D被设置为分别围绕第一、第二、第三和第四旋转轴117A、117B、117C、117D(由靠近旋转轴117A、117B、117C、117D的箭头示出)旋转。经历薄膜处理的基底130被附着在旋转子行星115A上，并且传感器135被附着在旋转子行星115C上。基底130具有用于接收薄膜淀积系统中的流动区域的微粒的承接表面140，并且传感器135具有感应表面145和无线传送器150。无线传送器150能够产生对应于由传感器所作出的测量的输出信号，并将这些输出信号传送到固定接收器155。在图1A中，输出信号的传输由箭头160示出。或者，接收器155被可操作地连接到薄膜淀积系统控制器166，该控制器能够接收输出信号，计算薄膜属性，并控制薄膜淀积系统的操作条件和设备组件，诸如薄膜淀积源、净压强、O₂或其它浴气的分压、和/或薄膜淀积系统中的温度以及中央行星和子行星的旋转速度。在该实施例中，薄膜淀积系统控制器166被可操作连接到薄膜淀积系统或其组件，诸如薄膜淀积源、薄膜淀积室、和/或双重旋转行星系统105、

如图1A所示，第一、第二、第三和第四旋转轴117A、117B、117C、和117D位于与中央旋转轴120的距离相同。在该配置中中央旋转平台110的旋转可使得每个旋转子行星115A、115B、115C、和115D在围绕中央旋转轴120的轨道上移动。或者，基底130到第一旋转轴117A的距离基本等于感应表面145到第三旋转轴117C的距离。在对淀积在承接表面140上薄膜层提供增强厚度控制的本发明实施例中，第一、第二、第三和第四旋转轴117A、117B、117C、和117D到中央旋转轴120的距离大约为15厘米，承接表面140到第一旋转轴117A的距离大约为4厘米，以及感应表面到第三旋转轴117C的距离大约为4厘米。

为提供该控制，薄膜监测和控制系统100置于，至少部分地置于其中具有先质的薄膜淀积系统的流量区域中。在对流量区域中的先质的暴露期间，中央旋转平台110围绕中央旋转轴120旋转，并且旋转子行星115A、115B、115C、和115D分别围绕第一、第二、第三和第四旋转轴117A、117B、117C、和117D旋转。在提供具有良好空间均一性的薄膜的本发明实施例中，旋转子行星115A、115B、115C、和115D分别围绕它们的旋转轴以相同的速度旋转。在一示例性实施例中，中央旋转平台110围绕中央旋转轴120以每分钟60转到每分钟100转的旋转速度旋转，并且旋转子行星115A、115B、115C、和115D分别围绕它们的旋转轴以每分钟120转的旋转速度旋转。

中央旋转平台110以及旋转子行星115A、115B、115C、和115D的旋转最好是在选定的时间段内同时执行，从而产生基底130的承接表面140以及传感器135的感应表面145的长短幅圆外旋轮轨线。图2示出由双重旋转行星系统产生的示例性长短幅圆外旋轮轨线。承接表面140和感应表面145在淀积薄膜层期间经过多个完整的长短幅圆外旋轮轨线循环。中央旋转平台110以及旋转子行星115A、115B、115C、和115D的同时旋转使得承接表面140和感应表面145在流量区域中经历基本一致的轨线循环，从而在选定的淀积时段内将这些组件暴露在基本类似的净淀积条件中。在一实施例中，例如，中央旋转平台110以及旋转子行星115A、115B、115C、和115D的同时旋转使得感应表面145和承接表面140在先质的给定源分布中的类似先质浓度中暴露相似的时间段。使用基本一致的承接表面和感应表面轨线在某些实施例中是特别有用的，其中完成循环轨线的速率是在相同的时标上，或者比源波动的特征时间要快。此外，使用基本一致的承接表面和感应表面轨线在某些实施例中是特别有用的，其中完成轨线循环的速率有足够快，从而在承接表面和感应表面上累积具有基本相同厚度的薄膜。(例如，偏离在0.3％)。

当它们沿着流量淀积区域中一致的轨线移动时，在感应表面145和承接表面140上的先质的淀积、凝聚和/或反应使得薄膜层在这些组件上形成并生长。较佳地，这些组件的轨线是如此，使得具有基本相同的诸如物理厚度的物理属性、诸如化学成分的化学特性、以及诸如折射率和光学厚度的光学属性的薄膜层在比源分布轮廓中的波动特征时间(即，源波动的特征时间)要短的时标内，在感应表面145和承接表面140上生成。传感器135被配置以对感应表面145上的薄膜选定物理和/或化学特性进行周期性或非周期性地实时测量，并且无线传送器150产生对应于这些测量的输出信号并将其传输给接收器155，接收器被配置以将输出信号直接送给薄膜淀积系统控制器166。输出信号在实时中由薄膜淀积系统控制器166分析，藉此可对直接对应于承接薄膜140上的薄膜的重要物理属性、化学属性、以及光学属性提供实时确定。这些确定用作由薄膜淀积系统控制器166所生成的控制信号的基础，该淀积系统控制器166用作控制诸如薄膜淀积源的设备组件，以及诸如淀积室温度和压强(净压强或者O₂和/或其它浴气的分压)的薄膜淀积系统操作条件或者是这些条件的任意结合。例如，由薄膜淀积系统控制器166所产生的控制信号可用作控制命令的基础，该控制命令停止薄膜淀积源产生先质、改变先质的成分以启动淀积新薄膜层、或作为薄膜淀积条件的闭合循环反馈的基础。

或者，本发明该方面的薄膜层监测和控制系统还可包括一个或多个源分布修正元件，诸如位于薄膜淀积源和经历处理的旋转和/或平移基底(以及旋转和/或平移的传感器)之间的障板。图1B示出示意图，图示出具有障板的本发明薄膜层监测和控制系统的俯视图。如图1B所示，薄膜淀积源180是包含离子源181的离子束喷射源，离子源181产生直接投向具有选定成分的靶183的离子束182。先质(如箭头184示意性示出)从离子束182和靶183的相互作用中生成。先质184在靠近靶183的区域是以第一空间轮廓191为特征的(以空间一维示意性表现出)。图3示出由离子喷射薄膜淀积源产生的示例性先质空间分布轮廓。等流量的轮廓线被指示出(以任意单位)，并且水平和垂直轴以厘米为单位。

先质184直接投向双重旋转行星系统189的中央旋转平台188上的子旋转行星187的基底185和传感器186，藉此在这些组件的承接表面和感应表面上形成薄膜层。障板190位于薄膜淀积源180和基底185及传感器186之间。并至少部分地阻挡一些先质从薄膜淀积源180投向基底185和传感器186。障板190存在的结果就是：以第二空间分布轮廓192为特征的先质190接触到基底185的承接表面和传感器186的感应表面。如图1B所示，先质第二空间分布轮廓192(以空间一维分布示意性表现出)与第一空间分布轮廓191不同，并且其特征是对应于障板190的位置、在先质强度中的凹陷(dip)。结合在双重行星行星系统189中具备的基底185和传感器185来使用障板可提供一种在基底185上生产具有精确选定厚度的空间均一薄膜层的装置。特别地，在本发明实施例中使用障板190可以使得基本相同的先质平均流量投向对于子行星187的旋转轴具有不同径向位置的基底185的承接表面以及传感器186的感应表面。因此，障板190可以看做是用于确立和维持对于子行星187的旋转轴具有不同径向位置的基底和传感器的一致性轨线。图4A示出对于没有障板存在的淀积条件，薄膜厚度均一性作为径向位置的函数的图表，以及图4B示出对于有障板存在的淀积条件，薄膜厚度均一性作为径向位置(厘米)的函数的图表。在图4A和4B中，相对于双重旋转行星系统的旋转子行星的中央处的厚度而定义出均一性，并由等式表示：

其中T_x是在点x处的厚度，以及T_中央是在旋转子行星中央的厚度图4A和4B的比较指示障板的结合可用于在具有不同径向位置的基底上生成均一厚度的薄膜。因此，设备组件的这种结合可使得本发明应用到单层和多层膜的大批量生产中，其中可同时处理具有不同径向位置的多个不同基底。

图5提供示例性图，图示出具有传感器的、提供精确层厚度控制的本发明的实施例，其中传感器135是诸如石英晶体微平衡传感器的石英传感器，可在实时中对淀积在感应表面145上的薄膜层质量提供测量。在该实施例中，传感器200位于子行星115C上，并包含具有感应表面210的晶体205、具有使感应表面210暴露到先质流量的孔隙220的屏蔽板215、无线传送器225以及电池电源230。晶体205的测量电路(在图5中未示出)设在屏蔽板215的后面，从而避免受到由于在流量区域中产生的电场、磁场或该二者所导致的电或磁干扰。在一些实施例中，测量系统最好是可兼容低压环境，诸如真空系统中的低压环境。在一实施例中，无线传送器225是IR传送器或RF传送器。在本发明实施例中使用无线传送器225和电池电源230是有用的，因为这样就无需在传感器200和监测系统的其它任何设备组件之间设立电连接。由如图5所示的密集型、子供电传感器设计的另一个优点是可以对传感器供电相当长的一段时间，例如数百小时，同时还兼容大批量薄膜处理应用。

图6A提供一示意图，示出用于传感器200的包纳元件300的分解图。如图6A所示，包纳元件300包括管状元件310、上端圆形元件320和下端圆形元件330。上端圆形元件310具有用于暴露晶体205的感应表面210的晶体孔322，以及位于测试基底前面的观测孔315，该测试基底在淀积之后要被评估以验证在淀积期间是否实际达到选定的薄膜厚度。管状元件310足够大到包容晶体205、传送器225以及电池电源230。下端圆形元件330具有用于固定螺丝的通孔，螺丝穿过管状元件310中的承接孔，并终止在上端圆形元件320中。所提供的固定螺丝配置确保了上端和下端圆形元件320和330之间的管状元件310的牢固。图6A中所示的包纳设计能够确保晶体205及其相关联测量电路的安全，从而在子行星115C转动期间这些元件无显著移动。下端圆形元件330被安排，从而可被附着在旋转装置(未示出)并且藉此在双重行星旋转系统中形成子行星。图6B提供指示晶体205、电池230、晶体测量电路375元件传送器225位置的传感器的横断面示意性图。

在该实施例中，通过在施加合适的交变电场之后监测晶体205中的基础谐振频率，来实现对淀积在感应表面210上的材料质量的测量。在该实施例中，接收器225被配置，以传送对应于晶体205的测量谐振频率的输出信号，并且薄膜淀积系统控制器166能够计算淀积在感应表面210上的材料质量。已知感应表面210的表面面积以及淀积薄膜层的预期密度，可使用淀积材料的测量质量来计算出薄膜层的观测物理厚度。计算出的观测物理厚度在本发明的层厚度控制方法中用作确定何时薄膜层已经达到预期的物理厚度，并且，因此识别在何时要停止淀积先质的时间点。例如，薄膜淀积系统控制器166可以被配置以将计算出的物理厚度与预选定的设置点厚度和/或质量相比较，并且在计算出物理厚度等于或超过预选定设置点厚度和/或质量之后，生成用于停止薄膜淀积源产生先质的命令。

图7示出一示意图，图示出示例性层厚度控制方法，该方法用于控制使用离子束喷射源和石英晶体微平衡传感器的薄膜处理。如图7所示，离子源产生具有离子强度分布的一束离子，该离子束投向具有选定化学成分的靶表面。先质在离子束和靶之间的相互反应中产生，藉此在靠近石英晶体微平衡传感器表面建立起先质的源分布。石英晶体微平衡传感器根据在感应表面呈现的材料质量，来产生一信号。在一实施例中，石英晶体被设为有源振荡电路中的反馈循环的一部分。频率计数器被可操作连接到振荡器电路，从而它能够在选定的时间内对每单位时间内振荡数进行计数，并且将来自振荡电路中的输出信号转换为具有代表石英晶体微平衡输出信号频率的频率的方波信号。该信号被提供给通过将数据变换成数字信号来编码数据的微控制器。数字信号作为输入被提供给无线传送器，该无线传送器产生被传送到接收器的无线信号，该接收器与诸如，能够运行处理控制软件的薄膜淀积系统控制器电连接。薄膜淀积系统控制器将发送的信号转变为质量测量，并从质量测量来判定观测物理厚度。薄膜淀积系统控制器还能够基于观测物理厚度来产生命令信号，该命令信号用于控制薄膜淀积系统的设备组件。在图7中示意性图示出，薄膜淀积系统控制器被可操作连接到离子束源，并能够控制产生的以及投向靶的离子的速率和/或源分布。

如图7所示，石英晶体微平衡、有源振荡电路、频率控制器、微控制器以及无线传送器都设在双重行星系统的旋转子行星上。在一些应用中，在旋转子行星上设有晶体测量电路是特别有用的，用于提供精确质量和/或物理厚度测量，因为避免了晶体的电接触点的滑动、移动或旋转。避免使用晶体接触点滑动、移动、和/或旋转可以最小化或消除由于这些运动通常所造成的电阻、电容、电抗和电导中的变化所导致的在石英晶体微平衡的谐振频率中的重大误差。如图7所示，石英晶体微平衡、有源振荡电路、频率控制器、微控制器、无线传送器、离子束源和靶都设在蒸发淀积室中，并且收发器和蒸发淀积控制器设在蒸发淀积室之外。

本发明还提供用于控制淀积在经历处理的基底上的薄膜厚度的方法和算法。在一示例性方法中，对石英晶体微平衡的频率(f_t)的多次实时测量可在指定的时间内(Δt)由本发明监测和控制系统来提供。这些测量通过如下表达式被转换为频率中的变化(Δf_归一化)：

可使用经验性确定查找表格、函数或算法将频率(Δf_归一化)中的计算正规化变化转换成物理厚度。在淀积期间的数次时间间隔中确定物理厚度并将其用在推测算法中以确定达到预期厚度所需要的淀积时间。示例性推测算法周期性吻合多个实验确定物理厚度计算，以核定选定时间段中的平均淀积速率，该淀积速率用作推测预期厚度所需要的停止时间。

本发明的示例性薄膜淀积控制器包括计算机、计算机处理器以及其它硬件等效体。在本发明中有用的示例性计算机包括诸如IBM个人电脑或其合适等效体的微型计算机，以及工作站(work station)计算机。在本发明一实施例中，本发明的薄膜淀积控制器包括能够运行用于计算薄膜物理、化学和/或光学属性的处理控制软件和/或算法的计算机。对于本领域一般技术人员可以理解，体现本发明方法和算法的计算机软件代码可以任何合适的编程语言写成。示例性语言包括，但不限于，C、C⁺⁺、或C、Perl、Java、Pascal的其它任何版本及其等效体。

在一些传感器配置中，用于操作晶体的晶体谐振频率和测量电路是依赖于温度的。相应地，对淀积在感应表面210上的薄膜质量的确定是一个温度相关测量。再次参照图5，说明温度相关性，传感器200还包括一个或两个温度传感器250，例如热电偶和热电堆，用于对淀积在传感器200上的材料温度提供实时的测量。在又一实施例中，通过监测晶体的基础和第三倍频模式来间接地确定晶体的温度。在这些实施例中，接收器225被配置，以传送对应于质量和温度测量的输出信号，并且薄膜淀积源控制器160能够确定由于晶体谐振频率和测量电路的温度相关性所影响的有修正的淀积材料的质量。例如，使用测量到的温度信息根据在薄膜淀积之前测量和分析的实验标度数据可修正谐振频率。

本发明包括用于薄膜设备生产应用中的众多其它传感器配置。图8A提供示例性图，图示出传感器设备配置500，其中多个传感器510位于围绕子行星旋转轴525旋转的子行星520上。如图8A所示，传感器510的感应表面530与子行星旋转轴525的距离相等。传感器510可包括能够测量不同薄膜属性的不同类型的传感器。这种配置的一个优点是它包括一些实施例，其中可实时执行配套的补充薄膜测量和分析，从而实现强化的薄膜处理控制。图8B提供示例性图，图示出又一传感器设备配置600，其中多个传感器610位于一定位置，从而它们的感应表面630与沿着传感器轴630的子行星旋转轴625的距离不相等。在该实施例中，各个传感器610可以包含能测量同一薄膜性质的同一种类型传感器，或者各传感器610可包括能够测量不同薄膜属性的不同类型的传感器。这种配置的一个优点是它包括一些实施例，其中传感器610经历多个不同轨线，这些轨线与多个基底的轨线相一致，这些基底具有位于与双重旋转行星系统中的子行星的旋转轴有不同距离处的承接表面。

再次参照图1A，本发明包括一些实施例，其中附加基底170设在任意的旋转子行星115A、115B、115C、和115D上。附加基底170可以设在相同或不同的子行星上。传感器135可设在其自身的子行星上，如图1A所示，或者可设置在其上具有一个或多个基底的子行星上。虽然图1A所示的实施例指示了4个子行星，但是使用具有任意数量子行星的双重行星系统可实现本发明的方法和设备。此外，使用诸如三重、四重行星系统的更高阶行星系统可实现本发明的方法和设备。此外，本发明包括使用置于行星系统的相同或不同子行星上的多个淀积传感器的实施例。本发明该方面特别有用，可用于对于给定的薄膜淀积源提供先质分布的测量，该测量可用作设计给定应用的障板(例如，确定障板的物理维度)，或者控制动态障板。

此处所用的术语和表达式均在描述中用作术语并且无限制，而且使用这些术语和表达式并非旨在排除所描述和示出的特征的等效体或其部分，可以认识到各种修改都可能落入本发明所要求的范围内。因此，可以理解，虽然本发明通过较佳实施例得到了详细描述，并且本领域一般技术人员可能会诉诸此处所揭示概念的任意特征、修改和变化，但是这些修改和变化将如同由所附权利要求定义的那样被认为是落在本发明的范围之内。此处所提供的特定实施例是本发明有用实施例的示例，并且对于本领域一般技术人员来说，使用在本描述中所阐明的设备、设备组件、和方法步骤的各种变化可以执行本发明。在本发明中用到的方法和设备包括大量选择性设备元件和组件，包括：压强监测设备、温度监测设备、基底平移器和转动器、真空系统和真空室、真空阀、真空泵、激光、温度控制器、光电探测器、加热元件和闸板(shutter)。

如下的参考主要涉及到薄膜技术、半导体处理、光学监测以及晶体监测：(1)“Optical Monitoring of Thin-Film Thickness”，R.Richier，A.Fronier，以及E.Pelletier，第三章，57-90页，Thin Films for Optical Systems(Optical engineering)，编辑FrancoisR.Flory和M.Mekker，ISBN0824796330，Marcel Dekker 1995年7月1日；(2)“Deposition Technologies and Applications：Introduction and Overview”，Werner Kern和Klaus Schuegraf，1-25页，薄膜淀积处理和技术、原理、方法、设备及应用手册，编辑Klaus K.Schuegraf，Noyes Publication，ISBN 0-8155-1153-1，1988。(3)“Introduction to Sputtering”，Brian Chapman和Stefano Mangano，291-318页，薄膜淀积处理和技术、原理、方法、设备及应用手册，编辑Klaus K.Schuegraf，NoyesPublication，ISBN 0-8155-1153-1，1988；(4)C.U.Lu和O.Lewis，J.Appl.Phys.43，P4385(1972)。

有关通过引用和改变来结合的陈述

在本应用中引用的所有参照，例如包括已经出版或受保护的专利或等效体的专利文件；专利应用公布；以及非专利文献文件或其他来源材料；通过引用以整体结合在此，就如同它们通过引用各自结合，直到至少部分地与本应用揭示不一致的引用(例如，有部分不同的引用除了不同的引用部分之外，其它的均通过引用结合)。

在此描述和示出的组件的每个公式表达或结合除非另有陈述之外，均可用作实施本发明。

无论在说明书中给定的范围，例如温度范围、时间范围、或成分或浓度范围、所有的中间范围和子范围，以及包含在给定范围内的个体值均旨在包含在本揭示内。可以理解，包含在此处说明中的任意子范围或者范围、子范围中的个体值均可从在此的权利要求中排除。

所有在说明中提到的专利和公开在本发明所属领域的一般技术人员层面上是指示性的。在此引用的参考通过引用以整体结合在此，以指示自其公布或发案日起本领域的状态，并且这些信息旨在按需结合在此，以排除现有技术中的特定实施例。

如在此使用的，“包含”与“包括”、“包容”或“特征为”是同义的，并且是包容性或无限定的，并不排除附加、未陈述的元件或方法步骤。如在此使用的，“由…组成”排除任何未在权利要求部分中指定的要素、步骤或成分。如在此使用的，“本质上由…组成”并不排除对权利要求基础和新颖特性无实质性影响的材料或步骤。在此的每个示例中任何的术语“包含”、“本质上由…组成”以及“由…组成”可用任何其它两个中之一替代。在此图示出的本发明可在未在此特别揭示的要素和限制的缺失情形下实现。

本领域一般技术人员可以理解，在此处特别描述之外的原材料、生物材料、试剂、合成方法、净化方法、分析方法、检定方法、和生物方法均可应用到被发明的实践中，并无需不合适的实验。这些材料和方法的所有本领域已知的功能性等效体均旨在包含在本发明中。已经使用的术语和表达式可用作说明的术语并且无限制、而且使用这些术语和表达式并非要排除在此示出和描述的特征或其部分的任意等效体，而是要认识到各种修改都可能落在本发明权利要求范围之内。因此，可以理解，虽然本发明通过较佳实施例和选定特征得到了详细的揭示，在此所揭示的概念的修改和变化会被本领域一般技术人员所采用，但是这些修改和变化被认为是落在由所附权利要求所定义的本发明范围之内。

示例1：使用光学传感器的薄膜厚度监测和控制方法

本发明包括具有移动光学传感器的方法和设备，该光学传感器能够在薄膜处理系统的流量区域中沿着一轨线移动，该轨线与在薄膜处理期间经历平移和/或旋转的一个或多个基底的轨线基本相一致。图9A示出示例性图，图示出本发明的移动光学传感器，位于薄膜处理系统的流量区域中移动传感器的装置上。移动传感器700包括光源705、传感器基底710、检测器715、以及无线传送器716。每一个元件设在包纳元件717中，该元件能够集成到平移装置，诸如集成到双重旋转行星系统的子行星上。

光源705产生光束706，它直接投向由安装元件714支撑的固定位置传感器710。固定位置传感器基底710位于如此，从而外部表面720暴露在薄膜处理系统的先质流量中。并且内部表面721位于如此，从而暴露在光束706中。在如图9A所示的示例性实施例中薄膜处理系统是蒸发淀积系统，并且外部表面725暴露在先质中，因此使得一层或多层薄膜725在外部表面720上形成。光束706与传感器基底710和薄膜725相互作用，因此在外部表面720、薄膜层之间的界面以及薄膜层和处理室之间的界面上产生放射光束707，它们由检测器715检测到。检测器715可以被配制以检测反射光束707的强度、反射光束707的偏振状态、反射光束707的频率分布或者这些作为时间函数的任意结合。检测器715的输出被提供给无线传送器，无线传送器产生发送到接收器735的无线输出信号。在一实施例中，传感器基底包括相同的材料并具有与经历薄膜处理的基底相同的形状。

在用于监测外部表面720上薄膜725的光学厚度的实施例中，光源705产生相干光束706。在该实施例中，在外部表面720、薄膜层之间的界面以及薄膜层和处理室之间的界面上产生的反射光束都经历相长和/或相消光学干涉，并且对作为时间函数的检测光强度的测量提供了一种确定外部表面720上的薄膜725的光学厚度的手段。在另一实施例中，检测光的频率系统性的改变以提供对外部表面720上的薄膜725的吸收和/或透射光谱的测量。在其他有用的实施例中，光源705和检测器715被配制为如此，从而外部表面720上的薄膜725的折射率、形态结构和/或成分可在实时中监测到。

在本发明该方面中用到的光源705包括诸如可调谐二极管激光的可调谐窄带光源、诸如HeNe激光的固定频率窄带光源，提供多种窄带光的窄带光源、诸如黑体源或发光二极管的宽带源、或者是这些光源的任意结合。光源和检测器可具有诸如Fabry-Perot标准具过滤器(可调谐或固定频率)、分光计、光栅和透镜的附加光学组件(图9A中未示出)，用于过滤入射到内部表面721上的光束或被检测到的光的频率。或者，检测器715被可操作地连接到处理由检测器715所产生的输出信号的微处理器(图9A中未示出)，藉此对外部表面720上的薄膜725的光学厚度、物理厚度、折射率、成分、吸收和/或透射光谱和/或形态结构生成实时测量。在该实施例中，实时测量被提供给无线传送器716，该无线传送器对应于实时测量产生传送到接收器735的输出信号。在本方法和设备中使用的检测器715包括光电二极管、二极管阵列、光电倍增管、检测器阵列、电耦合设备及其所有的等效体。

图9B是示意性图，图示出能够空间表征出淀积在感应表面外部表面上的薄膜的移动光学传感器。如图9B所示，移动光学传感器800还包括用于将光束706平移穿过传感器基底710的外部表面720的装置810。在如图9B所示的实施例中，用于将光束706平移穿过外部表面720的装置810包括部分反射反射镜810，它提供在光源705的光学通路中，并能够围绕一个或多个旋转轴(由箭头820示意性示出)旋转。部分反射反射镜820的旋转使得光束706投向薄膜725上不同的区域，藉此可提供精确地在空间上表征薄膜725的光学厚度、物理厚度、形态结构、成分、吸收和/或透射光谱、折射率或任意结合的装置。如图9A所示，部分反射反射镜810还能够透射由传感器基底710和薄膜725反射光的至少一部分，从而它可被检测器715检测到。

使用移动光学传感器可对本发明设备和方法的某些应用提供各种有益的优点。首先，移动光学传感器能够对基底上处理的薄膜的光学厚度提供精确的实时测量。重要的是，这些测量不依赖被处理材料的假定密度、成分、和/或折射率。此外，光学传感器对诸如生产窄带光学滤镜的某些生产应用提供更高精度的光学厚度测量。其次，移动光学传感器能够在实时中测量基底上被处理材料的折射率、透射光谱和/或吸收光谱。最后，使用具有用于将光束平移入射到传感器基底上的装置的光学传感器提供了用于空间表征淀积薄膜的物理、光学、化学属性的有效装置。

示例2：结合SC-cut石英晶体监测器的薄膜监测和控制方法

具有沿着与经历处理基底的轨线基本一致轨线移动的淀积传感器的本发明薄膜处理系统和相关方法使得在薄膜控制中实现了重大改进。在一实施例中，本发明的薄膜处理系统还包括具有双重旋转切割(诸如SC-cut，能够以一种方式操作，从而较之常规At-cut石英晶体淀积传感器，大幅减少受到薄膜厚度误差的易感性，该薄膜厚度误差由传感器温度和薄膜施加给传感器上的应力的变化所导致)的移动石英晶体微平衡淀积传感器。例如，使用沿着与经历处理基底的轨线基本一致轨线移动、并且可在至少两种不同的模式上激发的SC-cut石英晶体微平衡淀积传感器可导致厚度控制中的空前增益，藉此提供强有力的生产平台，用于制造具有以增强精度选定的薄膜厚度、并展现增强的片与片均一性的各种薄膜结构和设备。

在固定的监测和控制系统中，由部件对监测器比值的改变而导致的误差通常足够大，而掩盖了传感器测量中的其它误差来源(诸如石英晶体淀积传感器温度和压强环境中的变化所导致的误差)，使得这些其它误差来源对于由系统所提供的处理控制程度无关。通过使用遵循与经历处理部件(即，基底)的轨线基本一致轨线移动的传感器，可实现消除由薄膜涂层中部件对监测器比值波动所导致的误差，从而可通过消除或最小化石英晶体微平衡淀积传感器中的其它误差来源来进一步改进层厚度控制。由石英晶体微平衡淀积传感器做出的测量中普通的两个重大误差来源是温度波动和涂层外加应力。在该示例中，所提供的系统和方法均可最小化或消除这些来源所导致的处理厚度误差。

由离子束喷射淀积以及其它淀积技术所生产的薄膜具有大量的应力。在石英晶体微平衡淀积传感器上的淀积单层或多次薄膜中的应力可能成为层厚度控制中的误差或不确定性的重要来源。石英晶体微平衡包括从大块晶体上切割的、相对于微平衡感应表面(或涂层表面)的法线具有不同方位的晶轴的石英晶体。不同的晶体切割具有不同的物理、机械、和电属性，尤其是它们对温度和表面应力具有不同的敏感度。光学薄膜监测器的工业标准是石英AT-cut，它提供一种基本振荡模式，该模式具有在很窄的温度范围内对温度波动相对敏感的频率。但是，AT-cut晶体的频率对淀积薄膜中的累积应力也有些敏感。此外，应力系数(即每单位应力中频率的改变量)在不同的晶体内有实质性变化。即使是更高精度的晶体切割能够得出更加一致的应力系数，对于特定的薄膜设计，在单层或多层薄膜中的应力程度是未知的，并且难以推测。这些石英晶体微平衡的不确定或未表征应力、以及应力系数的随意性的效应将在层厚度中导致重大的误差。

诸如SC-cut的双重旋转石英晶体切割具有振荡模式，该模式具有对淀积薄膜中的应力很不敏感的频率。SC-cut(以及其它切割)晶体的第二优点是，通过测量和比较晶体的两个不同振荡模式的频率，可监测晶体的温度，因为不同的模式具有不同的温度系数(即，每单位温度改变中的频率改变)使用沿着与被涂层部件基本一致的路径移动的、具有SC-cut石英晶体的石英微平衡淀积传感器较之基于AT-cut晶体、同时也沿着基本一致路径移动的淀积传感器，提供了更加精确的层厚度控制系统。

薄膜淀积处理在石英晶体微平衡淀积传感器的晶体以及晶体夹具的周边部分上施加了显著的热应力。当开启淀积束时，晶体在与晶体本身热属性相关联的时标中被加热。晶体夹具和周边结构的加热是在通常较长的第二时标中发生。因为大量热应力直接在晶体上，则从不能直接安装在晶体上的分离温度传感器上很难推断出晶体的温度。但是，通过监测石英晶体的两种振荡模式的频率，我们可以推断出晶体的温度。实验显示可以良好估计出两种模式(在此标记下标A和B)的频率对温度和质量的相关性。由f_A(m，T)＝g_A(m)+h_A(T)以及f_B(m，T)＝g_B(m)+h_B(T)，其中f_i(m，T)＝[F_i0-F_i(m，T)]/F_i0是每个模式i＝A，B的初始(未加载)频率F_i0中的分数频率改变，。在此h_i(T)是能够通过加热未淀积的晶体而测量出的函数，以及g_i(m)是在不同的晶体中不大有改变的质量函数，并且可通过改变淀积薄膜量来加载晶体，从而测量出该函数，然后在不加淀积束时测量出固定温度下的频率。给定这些已知的函数，两种模式的初始频率的测量，以及两种模式的频率测量，我们可以在未知T和m值的情形下解决这两个方程(已经对温度修正)。这可在淀积处理过程中在热加载出现时进行。

图10示出电子电路的框图，该电路用于监测石英微平衡晶体的两种(数种)模式的谐振频率。使用基于机载计算机、计算机控制频率合成器、RF功率放大器、RF功率检测器、模数转换器的电路可执行对两种模式的频率的测量。箭头示出信息的流动。在一实施例中，测量是两步骤过程。首先，为了大致定位晶体的模式频率，频率合成器的频率(f)横扫包含一种模式频率的频率范围。当频率合成器的频率接近并穿过第一模式(模式A)的谐振频率时，AC电流在晶体中产生并达到最大值。该幅值由RF功率检测器转换成DC电压，我们称之为DC谐振幅值信号V_A(f)。该信号被转换成数字量，该数字量在频率横扫进程时被计算机重复读取。中央频率靠近最大值的位置。包含下一模式(模式B)的谐振频率的另一频率范围被横扫，并且相应谐振幅值信号V_B(f)的最大值大致位于其谐振频率。在使用该过程大致定位模式频率之后，基于方波频率调制的锁定方案用于更加精确地测量和遵循谐振频率。对于谐振A附近的频率f，合成器的频率以频率调制幅值Δf依次逐步靠近在谐振两侧之一有微小偏移的频率f±Δf。调制幅值Δf是在测量的第一步骤中峰值曲线的半高宽的量级。在每一个频率，谐振幅值信号都被读取，并且按差异的比例：V_A(f-Δf)-V_A(f+Δf)来调整中央频率，从而迫使该差异逼近0。当这是正确时，中央频率就是模式A的谐振频率的精确测量：f_A＝f。然后系统重复该过程以测量第二模式(模式B)的谐振频率，从而找到精确的谐振频率f_B。从这两中测量中，按照如上所述找出温度和厚度(已对温度修正)。

对于本领域一般技术人员来说显而易见，其它读取电路和电子系统可用在本发明中，用于测量SC切割石英微平衡传感器的A和B模式(或者其它模式)的频率。处理依次激发A和B模式的读取电路之外，本发明包括能够同时激发A和B模式(诸如U.S专利nos.5,869,763、4,872,765以及4,079,280)的读取电路。

通过使用有源振荡器中的晶体也可确定模式频率，该振荡器具有交替隔离两种振荡模式的可转换过滤器，以及频率计数器。基本模式SC-cut石英晶体微平衡在两种独立的模式中展现了谐振。这些模式被称作c-mode和b-mode。在一实施例中，f_A对应于c-mode的谐振频率，f_B对应于b-mode的谐振频率。对于倍频(overtone)的SC-cut石英晶体微平衡有四种独立的振荡模式：基本c-mode、基本b-mode、倍频c-mode、倍频b-mode。对于倍频SC-cut石英晶体微平衡有三种实施例：(1)f_A对应于基本c-mode，f_B对应于基本b-mode；(2)f_A对应于倍频c-mode，f_B对应于倍频b-mode；(3)f_A对应于倍频c-mode，而f_B对应于基本c-mode。在该方式中获得的厚度测量的时间序列然后被用作控制在此所描述的淀积处理。图11A和11B示出较之基于AT-cut石英晶体的监测器，基于具有前述段落所描述的温度修正的SC-cut石英晶体的监测器的处理改进。图11A对应于由AT-cut石英晶体微平衡所提供的淀积控制，以及图11B对应于由SC-cut石英晶体微平衡所提供的淀积控制。在两种情形中，监测器遵循基本与部件基本一致的轨线，为的是消除或减少由部件对监测器比值中的波动所导致的误差。设计出多层薄膜涂层以做出锐边(sharp edge)过滤器。在两种情形中监测器在与部件(例如，基底)基本一致的轨线运行，并且得出的部件的光谱在五次几乎连续的运行中示出。注意到对于SC-cut石英晶体微平衡，置中(centering)(边缘的水平定位)得到了更好的控制，并且高透射边缘也更加均一。更好的置中以及更加均一的形状都是改进的层厚度控制的体现。

使用沿着轨线(与经历处理的基底的轨线基本一致)移动的移动淀积传感器(例如，SC-cut和AT-cut石英晶体微平衡)使得淀积薄膜的物理厚度波动选定在1.2％之内。但是，使用结合沿着轨线(与经历处理的基底的轨线基本一致)移动的移动淀积传感器(该传感器具有在两种或两种以上的模式被激发的SC-cut石英晶体微平衡)能够使得淀积薄膜的物理厚度波动选定在0.3％之内。在厚度控制中的改进包括在使用固定位置AC-cut石英晶体微平衡的常规方法上提高了10倍的改进。

Claims (24)

1.一种用于在基底上处理薄膜的设备，所述设备包括：

用于在流量区域生成先质流量的薄膜淀积源；

用于旋转所述基底的装置，其中所述基底具有用于接收所述先质的承接表面，其中所述基底的旋转使得所述承接表面围绕第一旋转轴旋转；

用于在所述流量区域中平移所述旋转的基底的装置；

具有用于接收所述先质的感应表面的传感器；

用于旋转所述传感器的装置，其中所述传感器的旋转使得所述感应表面围绕第二旋转轴旋转；以及

用于在所述流量区域中平移所述旋转的传感器的装置；

其中所述基底的旋转和平移使得承接表面沿着所述流量区域中的承接表面轨线移动，并且所述传感器的旋转和平移使得所述感应表面沿着流量区域中的感应表面轨线移动，所述感应表面轨线与所述承接表面轨线基本一致。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基底和所述传感器的旋转和平移导致在选定的淀积时间内，对所述承接表面和所述感应表面有基本相同的先质平均流量。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述基底的所述承接表面以及所述传感器的所述感应表面同时接收所述先质。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，用于平移所述旋转基底的装置以及用于平移所述旋转传感器的装置包括双重旋转行星系统的中央行星，其中所述中央行星的旋转使得所述旋转基底和所述旋转传感器在围绕所述双重旋转行星系统的中央旋转轴的轨道上移动，并且所述第一和第二旋转轴与所述中央旋转轴的距离相等。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述中央行星的旋转使得所述旋转基底和所述旋转传感器在围绕所述双重旋转行星系统的中央旋转轴的圆形轨道上移动。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，用于旋转所述基底的装置是所述双重旋转行星系统的基底子行星，其中所述基底子行星的旋转使得所述承接表面围绕所述第一旋转轴旋转。

7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，用于旋转所述传感器的装置是所述双重旋转行星系统的传感器子行星，其中所述传感器子行星的旋转使得所述感应表面围绕所述第二旋转轴旋转。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器还包括用于产生对应于所述传感器做出的测量的输出信号的无线传送器，其中所述输出信号包括红外辐射、无线电波或这两者。

9.如权利要求8所述的设备，还包括用于接收从所述传送器产生的信号的接收器。

10.如权利要求9所述的设备，还包括与用于接收所述输出信号的所述接收器通信的薄膜淀积源控制器，其中所述薄膜淀积源控制器控制所述流量区域中先质的源分布轮廓。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器是用于测量淀积在所述感应表面上的先质质量的质量传感器。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述质量传感器是具有SC-cut石英晶体的石英晶体微平衡淀积传感器，所述SC-cut石英晶体能激发至少两种不同的模式，其中所述模式是从由基本c-mode、基本b-mode、倍频c-mode、以及倍频b-mode所组成的组中选择出的。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述质量传感器还包括用于读取所述传感器的电路，并且其中所述电路放置成使它能够随着所述感应表面旋转和平移。

14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器从由如下组成的组中选出：

光学厚度监测器，用于测量在所述感应表面上的先质薄膜的光学厚度；

温度传感器，用于测量所述感应表面的温度；

折射率监测器，用于测量在所述感应表面上的先质薄膜的折射率；

静电计，用于测量在所述感应表面上的先质薄膜的电荷；以及

加速计，用于测量所述旋转传感器的加速度。

15.如权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括从由如下组成的组中选出的多个不同传感器：

质量传感器；

光学厚度监测器；

温度传感器；

折射率监测器；

静电计；以及

加速计。

16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器包括一传感器阵列，其中所述传感器阵列包括多个放置在离所述第二旋转轴有不同距离的传感器。

17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器通过提供能量的无线装置供电，其中提供能量的所述无线装置能够辐射地、磁性地、机械地、或者使用机载电池电源对所述传感器供电。

18.一种用于在基底上处理薄膜的设备，所述设备包括：

用于在流量区域生成先质流量的薄膜淀积源；

用于平移所述基底的装置，其中所述基底具有用于接收所述先质的承接表面；其中所述基底的平移使得所述承接表面沿着所述流量区域中的承接表面轨线移动；

石英晶体微平衡淀积传感器，包括具有SC切割、以及具有用于接收所述先质的感应表面的石英晶体；

用于平移所述石英晶体微平衡淀积传感器的装置，其中所述石英晶体微平衡淀积传感器的平移使得所述感应表面沿着所述流量区域中的传感器轨线移动，所述传感器轨线与所述承接表面轨线基本一致。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于平移所述基底的所述装置以及用于平移所述传感器的所述装置包括双重旋转行星系统。

20.如权利要求18所述的设备还包括与所述石英晶体微平衡淀积传感器电气连接的读取电路，其中所述读取电路能够激发具有所述SC切割的所述石英晶体的至少两种不同模式，其中所述模式从由基本c-mode、基本b-mode、倍频c-mode、以及倍频b-mode所组成的组中选择出的。

21.一种用于监测基底上的薄膜处理的方法，所述方法包括如下步骤：

提供用于在流量区域产生先质流量的薄膜淀积源，

提供具有用于接收所述先质的承接表面的基底；

提供石英晶体微平衡淀积传感器，它包括具有SC切割、以及具有用于接收所述先质的感应表面的石英晶体；

在所述流量区域平移所述基底，其中所述基底的平移使得所述承接表面沿着所述流量区域中的承接表面轨线移动；

在所述流量区域中平移所述石英晶体微平衡淀积传感器，其中所述石英晶体微平衡淀积传感器的平移使得所述感应表面沿着所述流量区域中的一轨线移动，所述轨线与所述承接表面轨线基本一致；以及

对所述传感器的所述感应表面上的薄膜的物理、光学或化学属性做出测量，藉此监测所述基底上的所述薄膜处理。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述石英晶体微平衡淀积传感器还包括无线传送器，所述方法还包括步骤：将对应于所述测量的输出信号从所述无线传送器传送到接收器。

23.如权利要求21所述的方法还包括步骤：激发具有SC切割的所述石英晶体的至少两种模式，其中所述模式从由基本c-mode、基本b-mode、倍频c-mode、以及倍频b-mode所组成的组中选择出的。

24.一种用于控制淀积在基底上的薄膜厚度的方法，所述方法包括如下步骤：

提供用于在流量区域产生先质流量的薄膜淀积源；

提供具有用于接收所述先质的承接表面的基底；

提供石英晶体微平衡淀积传感器，它包括具有SC切割、以及具有用于接收所述先质的感应表面的石英晶体；

在所述流量区域平移所述基底，其中所述基底的平移使得所述承接表面沿着所述流量区域中的承接表面轨线移动；

在所述流量区域中平移所述石英晶体微平衡淀积传感器，其中所述石英晶体微平衡淀积传感器的平移使得所述感应表面沿着所述流量区域中的一轨线移动，所述轨线与所述承接表面轨线基本一致；

确定淀积在所述感应表面上的薄膜的观测厚度；以及

将所述观测厚度与预选定的厚度相比较；以及

当所述观测厚度等于或大于所述预选定的厚度时，停止对所述承接表面的所述先质流量。

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