DD239810A1

DD239810A1 - Einrichtung zur kontrolle einer plasmatronquelle

Info

Publication number: DD239810A1
Application number: DD27916785A
Authority: DD
Inventors: Johannes Struempfel; Ullrich Heisig; Karl Steinfelder; Siegfried Schiller; Hendrik Ivan; Peter Vetters; Reinhardt Bauer
Original assignee: Ardenne Forschungsinst
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1986-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kontrolle einer Plasmatronquelle, insbesondere bei der Herstellung von Verbindungsschichten. Das Ziel ist die langzeitstabile Kontrolle des Zerstaeubungsprozesses und die Aufgabe ist es, das Plasmaemissionssignal aus der Plasmatronquelle auszukoppeln. Erfindungsgemaess ist der den Entladungsraum umgebende Plasmaschirm mit zwei gegenueberliegenden Bohrungen in mindestens 20 mm Abstand parallel zur Targetoberflaeche verlaufend versehen. An einer Bohrung ist ein System von Metallrohren von mindestens 50 mm Laenge mit einem Durchmesser-Laengenverhaeltnis von kleiner als 1:50 angeordnet. Am der Plasmaquelle abgewandten Ende sind die Fasern eines Lichtleitkabels angebracht, welches durch die Rezipientenwand nach aussen zu den Mess- und Regeleinrichtungen fuehrt. Figur

Description

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Pläsmatronquelle mit Plasmaschirm mit in ihm angebrachter Bohrung, unter Verwendung von Lichtleitkabeln, dadurch gelöst, daß unmittelbar an der Bohrung ein System von mindestens fünf Metallrohren derart angeordnet ist, daß die Achse des Systems parallel zur Targetoberfläche und in einem Abstand von mindestens 20mm von der Targetoberfläche verläuft, wobei mindestens einmal der Plasmaring der Piasmatronquelle senkrecht geschnitten wird. Die Metallrohre sind mindestens 50 mm lang und deren Durchmesser-Längenverhältnis ist kleiner als 1:50. Anden Enden jedes Metallrohres ist je eine Faser eines Lichtleitkabels eingeführt und gehaltert. Das gesamte Kabel ist aus der Vakuumkammer derart herausgeführt, daß im Bereich der Wand jede Faser einzeln durch eine Bohrung eines elastisch verformbaren Körpers geführt ist, der durch zwei Halteteile gepreßt wird, so daß er jede Einzelfaser dichtet sowie selbst an der Fassung der Halteteile vakuumdicht anliegt. Auf der Gegenseite des Rohrsystems ist im Plasmaschirm eine weitere Bohrung angebracht, deren Durchmesser mindestens so groß ist, wie der zur Auskopplung der Plasmaemission.

In das System von Metallrohren dringt sowohl die Piasmatronstrahlung als auch das gesputterte Material ein.· Durch die Anordnungwirdjedoeh einedifferenzierte Wirkung auf Plasmastrahlung und gesputterten Materialstrom erreicht. In dasSystem von Meitallrohren dringt durch die Art der Anordnung nicht der direkte Materialstrom ein, der von der Oberfläche des Targets ausgeht, sondern der im Arbeitsgas gestreute Anteil. Auch dieser Anteil würde eine zu große Beschichtung der Lichtleiteinrichtung zur Folge haben, wenn nicht im Inneren der Metallrohre durch das Zusammenwirken von weiteren '

Streueffekten und der Kondensation des gesputterten Materials an den Innenwandungen der Metallrohre der Materialstrom um Größenordnungen reduziert wird, während die Intensität nur um einen kleinen Faktor geschwächt wird, da die Summe der Querschnitte der Metallrohre etwa der Fläche der Bohrung im Plasmaschirm entspricht. Durch das erfindungsgemäße System von Metallrohren und deren Anordnung wird weiter erreicht, daß nicht die extrem dichte Plasmaemission unmittelbapam Target zur Auskopplung gelangt, sondern die Plasmaemission aus einem Bereich zwischen Target und Substrat. Die Emission aus diesem Plasmabereich ist einerseits nicht starken Dichteänderungen, die als Folge der Targeterosion auftreten, andererseits nicht den Dichteänderungen, die mit dem Wechsel von Substraten bzw. Substratflächen im Verlaufe der Beschichtung auftreten, ausgesetzt. Durch die Anordnung des Systems von Metallrohren und insbesondere durch die Richtung der Achse des Systems von Metallrohren wird außerdem erreicht, daß weder reflektierte Strahlung vom Target noch vonder Substratoberfläche in das Lichtleitsystem eindringt. Außerdem kann auch die vom Plasmaschirm reflektierte Plasmastrahlung nicht in die Öffnungen des Systems von Rohren eindringen, da durch das System von Metallrohren nur Strahlung aus einem sehr kleinen Raumwinkel gelangen kann. In diesem Raumwinkel gibt es praktisch keine reflektierte Strahlung, da in der Verlängerung der Achse des Systems von Metallrohren auf der der Bohrung zur Auskopplung der Plasmaemission gegenüberliegenden Seite des Plasmaschirmes außerdem noch eine weitere Bohrung angebracht ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung sichert die Vakuumdichtheit des Lichtleitkabels durch den Druck, den der elastisch verformte Körper auf den Plastmantel jeder Einzelfaser ausübt. Auf diese Weise ist sowohl der Spalt zwischen Plastmantel und elastisch verformten Körper als auch zwischen Plastmantel und Einzelfaser vakuumdicht.

Außerhalb der Sputteranlage werden die Einzelfasern wieder zu einem Lichtleitkabel zusammengefaßt und in einer an sich bekannten Weise zu einem Sensorfür die Plasmaemission geführt. Als Sensorfür die Umwandlung des Optischen Signals in ein elektrisches Signal kann ein Sekundärelektronenvervielfacher oder eine Fotodiode verwendet werden. Im aligemeinen werden hinsichtlich der Wellenlänge ausgewählte Signale dem Sensorzugeführt. Um dies zu erreichen, wird die emittierte Strahlung vor dem Sensor monochromatisiert. . .

Ausführungsbeispiel -

Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Plasmatron-Beschichtungseinrichtung im Schnitt.

Im Rezipenten 1 ist eine Piasmatronquelle, bestehend aus der Magneteinrichtung 2, der Dunkelfeldabschirmung 3 und dem Target 4 sowie dem Plasmaschirm 5 angeordnet. Durch die Einwirkung des katodennahen Plasmas 6 auf das Target wird der Teilchenstrom 7 zur Beschichtung des Substrates 8 erzeugt. Vor der Bohrung 9 von 8 mm Durchmesser im Plasmaschirm 5 ist ein System von zwölf Metallrohren 10 parallel angeordnet. Jedes Metallrohr 10 hat einen Innendurchmesser von 1 mm und eine Länge von 100 mm. Die Achse des Systems der Metallrohre 10 verläuft in einem Abstand von 25mm über.der Targetoberfläche, im Bereich des katodenfernen Plasmas 11. Diese Achse schneidet den Plasmaring der Entladung zweimal, in Verlängerung der Achse ist eine weitere Bohrung 12 und 10 mm Durchmessr im Plasmaschirm 5 angebracht. In jedes Metallrohr 10 ist eine einzelne Faser 13 des Lichtleitkabels 14 eingeführt. Im Bereich der Wand des Rezipienten 1 sind die Halteteile 15 für einen elastischen Körper 16 angeordnet. Die elastische Verformung wird dadurch erreicht, daß die Halteteile 15 als Druckplattenrnit entsprechenden Bohrungen ausgeführt sind. Das Lichtleitkabel 14 wird in bekannter Weise über einen Adapter 17 dem Sensor 18 zugeführt. Das Sensorgehäuse enthält ein optisches Filter für eine Wellenlänge von λ = 461 mm und einen Sekundärelektronenvervielfacher zur Intensitätsmessung. Die'elektronische Einheit 19 enthält die Stromversorgung für den Sekundärelektronenvervielfacher sowie eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Sputterprozesses.

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Kontrolle einer Plasmatranquelle, bestehend aus einem den Entladungsraum umgebenden Plasmaschirm, der eine Bohrung zur Auskopplung der Plasmaemission besitzt und einem Lichtleitkabel zur Signalübertragung¹, dadurch ' >

gekennzeichnet, daß unmittelbar an der Bohrung (9! im Plasmaschirm (5) ein System von mindestens fünf Meta 11 rohre η (10) vorr mindestens 50 mm Länge und mit einem Durchmesser-Längenverhältnis von kleiner als 1:50 angeordnet ist, daß in jedem Metallrohr (10) auf der der Plasmatronquelle abgewandten Seite mindestens eine Faser (13) des Lichtleitkabels (14) eingeführt und gehaltert ist, daß das Lichtleitkabel (14) durch die Wand des Rezipienten (1) derart geführt ist, indem jede Faser (13) einzeln durch einen in der Wand eingelassenen elastischen Körper (16), der mittels Halteteilen (15) zusammengepreßt ist, geführt ist, daß die Achse des Systems der Metallrohre (10) parallel und im mindestens 20mm Abstand zur Targetoberfläche verläuft und dabei mindestens einmal der Plasmaring der Plasmaquelle geschnitten ist und daß auf der den Metallrohren (10) gegenüberliegenden Seite im Plasmaschirm (5) eine weitere Bohrung (12) angebracht ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kontrolle bzw. Steuerung einer Plasmatronquelle mit Hilfe der ,Plasmaemission. Insbesondere findet sie Anwendung bei der Herstellung von Verbindungsschichten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Plasmatronquellen werden in Hochratezerstäubungsanlagen zur Beschichtung von Substraten eingesetzt. Dabei ist es erforderlich, die Schichten mit bestimmten Eigenschaften z.B. konstanter Schichtdicke oder Schichtzusammensetzung abzuscheiden, was eine Kontrolle oder Steuerung der Plasmatronquelle erforderlich macht. Es ist bekannt, aus der Emission des Plasmas einer Gasentladung Informationen über den Betriebszustand der Entladung zu gewinnen und zur Kontrolle oder Steuerung zu nutzen. In Plasmatronquellen betreffen diese Informationen u.a. die Dichte bzw. Zusammensetzung der angeregten zerstäubten Targetteilchen, die Dichte des angeregten Arbeitsgases und die Dichte bzw. Zusammensetzung des Restgases. In technischen Anlagen mit Plasmatronquellen und mit Plasmaschirm wird dazu die Plasmaemission durch eine Bohrung im Plasmaschirm ausgekoppelt und über eine Lichtleiteinrichtung z. B. ein Spiegelsystem oder ein Lichtleitkabel und ein Fenster in der Wand der Vakuumanlage einem Sensor für die Plasmastrahlung zugeführt. Die angeführte Einrichtung hat eine Reihe von Nachteilen, die den Einsatz der Plasmaemissionskontrolle bzw. Steuerung bisher eingeschränkt bzw. unmöglich gemacht haben.

Anlagen mit Plasmatronquellen zeichnen sich durch eine hohe Rate des zerstäubten Materialsaus. Beider Auskopplung der Plasmaemission aus der Plasmatronquelle z. B. durch eine Bohrung im Plasmaschirm, wird nicht nur die Plasmastrahlung ausgekoppelt, sondern es gelangt auch gesputtertes Material in die Lichtleiteinrichtung. Das gesputterte Material scheidet sich auf den Spiegeln oder den Stirnflächen des Lichtleitkabels ab und verfälscht den Meßwert der Plasmaemission, bzw. piacht die Messung nach begrenzter Sputterzeit unmöglich. Eine weitere Schwierigkeit bei der Auskopplung des Plasmaemissionssignales an Plasmatronquellen mit Plasmaschirm besteht darin, daß die Plasmastrahlung an den Wandungen des Plasmaschirmes reflektiert wird und auch auf diese Weise das Plasmaemissionssigna! verfälscht. Insbesondere ist bei konstanter Leistung der Plasmatronquelle das Plamaemissionssignal nicht konstant, da infolge der Abscheidung von Schichten auch auf der Innenwandung des Plasmaschirms sich die Reflexionsverhältnisse für die Plasmastrahlung ändern. Eine weitere Schwierigkeit, die eine quantitative Auswertung des Plasmaemissionssignals erschwert, hat ihre Ursache in der Eigenabsorption eines ausgedehnten Plasmas. Auf diese Weise ist z.B. die Proportionalität von Plasmadichte und Meßwert des Emissionssignals · beeinträchtigt. Noch eine Schwierigkeit bei der Nutzung der Plasmaemission zur Kontrolle oder Steuerung ist die Änderung des Emissionssignales mit der Erosion des Targets.

Ziel der Erfindung

Die Mängel an den bekannten Verfahren sind zu beseitigen, um eine langzeitstabile Kontrolle bzw. Steuerung des Zerstäubungsprozesses zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Kontrolle von Plasmatronquellen zu schaffen, bei der das Plasmaemissionssignal aus der Plasmatronquelle mit Plasmaschirm ausgekoppelt ist.