DE2204333A1 - Device for monitoring vapor deposition during vacuum deposition of thin layers - Google Patents
Device for monitoring vapor deposition during vacuum deposition of thin layersInfo
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Description
BALZERS HOCHVAKUUM GMBH, Heinrich-Hertz-Str.6, D 6 Frankfurt/MBALZERS HOCHVAKUUM GMBH, Heinrich-Hertz-Str. 6, D 6 Frankfurt / M
Einrichtung zur Ueberwachung der Aufdämpfung beim Vakuumaufdampfen von dünnen Schichten.Device for monitoring the attenuation during vacuum evaporation of thin layers.
Seit Jahren werden Quarzoszillatoren zur Dickenbestimmung und zur Messung der Aufdampfrate (pro Zeiteinheit aufgebrachte Schichtmasse) bei der Herstellung von dünnen Schichten durch Aufdampfen im Vakuum verwendet. Bekanntlich wird hiebei auf einem in der Aufdampfanlage angeordneten Schwingquarz eines quarzgesteuerten Oszillators eine Schicht niedergeschlagen, deren Masse die Frequenz des Steuerquarzes verändert, so dass die gemessene Frequenzänderung als Mass für diese Masse und damit die Dicke der niedergeschlagenen Schicht verwendet v/erden kann. Die Frequenzänderung proFor years, quartz oscillators have been used to determine the thickness and to measure the vapor deposition rate (applied per unit of time Layer mass) used in the production of thin layers by vapor deposition in a vacuum. As is well known in this case on a quartz oscillator arranged in the vapor deposition system a crystal-controlled oscillator, a layer is deposited, the mass of which is the frequency of the control crystal changed so that the measured frequency change as a measure of this mass and thus the thickness of the deposited Layer used v / ground. The frequency change per
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Zeiteinheit ist dementsprechend ein Mass für die Aufdampfrate* Die Messgenauigkeit dieser bekannten Einrichtung wird durch die Tatsache beeinträchtigt, dass die Frequenzänderung über einem grösseren Massenbereich nicht linear von der Massenbelegung des Quarzes abhängig ist.Accordingly, the time unit is a measure of the evaporation rate * The measurement accuracy of this known device is impaired by the fact that the frequency change is not linearly dependent on the mass occupancy of the quartz over a larger mass range.
Man könnte nun zwar für jede bestimmte-.Messanordnung eine eigene Eichkurve erstellen, welche die Abhängigkeit der Frequenzänderung von der aufgedampften Gesamtmasse angibt. Das bedeutet, dass bei der Messung der Aufdampfrate die Anzeige nicht nur von der Aufdampfrate selbst sondern ausser dem von der bereits vorher aufgedampften Masse bzw. Schichtdicke abhängt. Ein solches Vorgehen ist nicht nur unbequem, sondern führt zu neuen Fehlern, die durch falsches Ablesen aus der Eichkurve oder durch falsche Angaben über die Masse bzw. Dicke der schon vorher aufgedampften Schicht entstehen können. Es braucht ausserdem nicht betont zu werden, dass Messeinrichtungen mit nicht linearem Zusammenhang zwischen der Anzeige und der Messgrösse als Steuereinrichtungen in automatischen Aufdampfanlagen wenig geeignet sind.It is true that one could now have one for each specific measuring arrangement Create your own calibration curve, which indicates the dependence of the frequency change on the total vapor deposited mass. This means that when measuring the evaporation rate the Display not only of the vapor deposition rate itself, but also of the mass or layer thickness that has already been vapor deposited depends. Such a procedure is not only inconvenient, but also leads to new errors caused by incorrect reading arise from the calibration curve or from incorrect information about the mass or thickness of the previously vapor-deposited layer can. Furthermore, it does not need to be emphasized that measuring devices with a non-linear relationship between the display and the measured variable are not very suitable as control devices in automatic vapor deposition systems.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, hier Abhilfe zu schaffen und eine Einrichtung zur Ueberwachung der Aufdampfung anzugeben, welche mit geringem Aufwand zuverlässigThe aim of the present invention is to remedy this situation and to provide a device for monitoring the vapor deposition indicate which are reliable with little effort
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eine Linearisierung der Eichkurve erzielen lässt. Diese Einrichtung kann andererseits auch dazu dienen, eine vorbestimmte nicht lineare Charakteristik zu verwirklichen. Die Erfindung strebt insbesondere eine Einrichtung an, Vielehe sich ohne Schviierigkeiten als Messfühler in einer automatisierten Aufdampfanlage verwenden lässt.a linearization of the calibration curve can be achieved. On the other hand, this facility can also serve to provide a to realize predetermined non-linear characteristic. More particularly, the invention seeks to provide a facility for polygamy without difficulty as a measuring probe in an automated Can use evaporation system.
Diese erfindungsgeniässe Einrichtung zur Ueberwachung der Auf damp fung beim Vakuuniauf dampf en von dünnen Schichten mit einem in der Aufdampfanlage angeordneten Schwingquarz eines quarzgesteuerten Oszillators, dessen eine Fläche dem zu überwachenden Dampfstrom ausgesetzt wird, wobei die durch die Massenbelegung des Quarzes hervorgerufene Frequenzänderung als Mass für die Dicke der aufgedampten Schicht verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass vor der zu bedampfenden Fläche des Schwingquarzes eine Blende mit einstellbarer Apertur angeordnet ist.This inventive device for monitoring the On evaporation in the case of vacuum evaporation of thin layers with a quartz oscillator arranged in the vapor deposition system a quartz-controlled oscillator, one surface of which is exposed to the steam flow to be monitored, the Frequency change caused by the mass occupancy of the quartz as a measure of the thickness of the vapor-deposited layer is used, is characterized in that in front of the surface of the oscillating crystal to be vaporized, a diaphragm with adjustable aperture is arranged.
Zum besseren Verständnis wird im nachfolgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung näher beschrieben.For a better understanding, an exemplary embodiment is shown below the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings.
In der Zeichnung Figur 1 bedeutet 1 die Wand einer Vakuumauf dampf anlage mit einer Flanschöffnung 2 zum Anflanschen der vom Flansch 5 getragenen Einrichtung geinäss Erfindung.In the drawing Figure 1, 1 means the wall of a vacuum on steam system with a flange opening 2 for flanging the device carried by the flange 5 according to the invention.
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Diese Einrichtung weist ein mit Kühlkammern 4 mit Kühlmittelzu- und -ableitungen 5 versehenes Gehäuse 6 auf, in welchem auf einer Wechselvorrichtung (Drehscheibe 7) mehrere Schwingquarze 8 in bekannter Weise angeordnet sind, von denen jeweils einer durch eine Oeffnung im Boden des Gehäuses durch den zu überwachenden Dampfstrom bedampft wird. Der gerade in Messpositibn befindliche Schwingquarz ist über die beiden Schleifkontakte 9 mit dem Messoszillator 10 verbunden. Ein Referenzoszillator und evtl. weitere elektronische Einrichtungen zur Bildung der Frequenzdifferenz können ausserhalb der Aufdampfanlage angeordnet sein. Die Ausbildung des elektronischen Teils der beschriebenen Messeinrichtung bildet nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird deshalb nicht im Detail beschrieben.This device has a housing 6 provided with cooling chambers 4 with coolant supply and discharge lines 5, in which several quartz crystals 8 are arranged in a known manner on a changing device (turntable 7), one of which each through an opening in the bottom of the housing through the to be monitored steam flow is steamed. The quartz that is currently being Messpositibn is connected to the two sliding contacts 9 with the measuring oscillator 10th A reference oscillator and possibly further electronic devices for forming the frequency difference can be arranged outside the vapor deposition system. The design of the electronic part of the described measuring device does not form the subject of the present invention and is therefore not described in detail.
Das vom Messoszillator 10 über vakuumdichte Durchführungen nach aussen abgeleitete Signal bzw. das nach Vergleich mit einem Referenzoszillator erhaltene Prequenzdifferenzsignal steht dann zur v/eiteren Benutzung z. B. zur Steuerung der den Dampfquellen in der Aufdampfanlage zugeführten Heizleistung zur Verfügung.That from the measuring oscillator 10 via vacuum-tight bushings externally derived signal or the frequency difference signal obtained after comparison with a reference oscillator is then available for further use z. B. to control the heating power supplied to the steam sources in the evaporation system to disposal.
Im Sinne der Erfindung ist im Gehäuse 6 eine mittels Drehdurjchführung von ausserhalb.des Vakuumraumes oder mittelsFor the purposes of the invention, the housing 6 is provided with a rotary guide from outside the vacuum space or by means of
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, eingebauten Motors betätigbare drehbare Blendenscheibe 12 vorgesehen, welche eine Mehrzahl verschieden grosser Blendenöffnungen Γ3 bis 17 - siehe Figur 2 - aufweist. Beim Aufdampfen kann zum Einstellen einer passenden Empfindlichkeit wahlweise eine bestimmte Blendenöffnung vor die schwingende Fläche des Steuerquarzes gebracht werden und zwar so dass die Achse der Blendenöffnung mit der Achse der kreisförmigen Fläche des Schwingquarzes zusammenfällt. Die Figur 2 zeigt eine Blende mit 5 Blendenöffnungen verschiedener Grosse und am Umfang der Scheibe diesen zugeordnete Kerben, welche mit Hilfe einer Einrastvorrichtung die verschiedenen Betriebsstellungen festlegen. , built-in motor-actuated rotatable aperture disk 12 provided, which has a plurality of diaphragm openings of different sizes Γ3 to 17 - see Figure 2 - has. At the To set a suitable sensitivity, vapor deposition can optionally place a certain aperture in front of the oscillating one Surface of the control crystal are brought so that the axis of the aperture with the axis of the circular Surface of the quartz crystal coincides. FIG. 2 shows a diaphragm with 5 diaphragm openings of different sizes and on the circumference of the disk these associated notches, which define the various operating positions with the aid of a latching device.
Anstelle der beschriebenen Blendenscheibe mit bestimmten Aperturwerten der Blendenöffnung kann für den Zweck der Erfindung selbstverständlich auch eine kontinuierlich verstellbare Blende verwendet werden, doch hat sich erwiesen, dass eine stufenweis veränderliche Blende den praktischen Anforderungen genügt.Instead of the diaphragm disk described with certain aperture values of the diaphragm opening, for the purpose of Invention, of course, a continuously adjustable diaphragm can also be used, but it has been found that a gradually variable aperture meets the practical requirements.
Diese Grosse der Blendenöffnungen wird zweckmässigerweise so abgestuft, dass sich eine gleichbleibende Empfindlichkeit und damit eine lineare Eichkurve ergibt, wenn die einzelnen Blendenöffnungen der Reihe nach bei vorbestimmten Frequenzwerten eingeschaltet v/erden. Wenn die Empfindlichkeit des This size of the aperture openings is expediently graded so that there is a constant sensitivity and thus results in a linear calibration curve if the individual diaphragm openings are switched on one after the other at predetermined frequency values. If the sensitivity of the
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Steuerquarzes mit zunehmender Massenbelegung zunimmt (was bei der gezeichneten Anordnung überraschenderv?eise der Fall ist) muss also im Zuge der fortlaufenden Bedampfung die Blendenapertur allmählich verringert v/erden. Bei einer gegebenen Anordnung können die passenden Aperturwerte am einfachsten durch empirische Eichung gefunden werden.Control crystal increases with increasing mass occupancy (What is surprising about the drawn arrangement is the case) must therefore in the course of the continuous steaming the diaphragm aperture is gradually reduced. For a given arrangement, the appropriate aperture values can most easily be found by empirical calibration.
Gegenüber einer denkbaren Beeinflussung der Charakteristik einer Schwingquarzschichtdicken-Messeinrichtung auf elektronischem Wege - Nachführen des Referenzoszillators hat die erfindungsgemässe Einrichtung neben ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit den besonderen Vorteil, dass die Frequenz des Referenzoszillators konstant gehalten werden kann.Compared to a conceivable influence on the characteristics of an oscillating quartz layer thickness measuring device on electronic Path tracking of the reference oscillator has the device according to the invention in addition to its simplicity and reliability have the particular advantage that the frequency of the reference oscillator can be kept constant can.
Eine Aufdampfanlage in welcher die Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise verwendet werden kann, ist in der Patentschrift No. näher beschrieben.A vapor deposition system in which the device after the Invention may be used, for example, is disclosed in patent specification no. described in more detail.
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