DE2812995B2 - Rückstreuungsmeßvorrichtung zur Dickenmessung an einer Schicht - Google Patents
Rückstreuungsmeßvorrichtung zur Dickenmessung an einer SchichtInfo
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Description
65
Die Erfindung betrifft eine Rückstreuungsmeßvorrichtung zur Dickenmessung an einer Schicht, wie sie im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher angegeben ist.
Zqr Dickenmessung von Schichten werden Rfickstreuungsjnstrumente benutzt, mit denen eine auf einem
Substrat befindliche Schicht bestrahlt wird und die von
der Schicht röckgestreuten Teilchen gezählt werden.
Zur Messung muß der Benutzer die Sonde positionieren, die sowohl eine Strahlenquelle für die Bestrahlung der
Schicht wie auch ein Gerät zur Feststellung der von den Schichten rückgestreuten Teilchen aufweist, und die sich
in der Nachbarschaft der zu messenden. Schicht
befindet
Ein derartiges Schichtdickenmeßgerät auf der Basis von Rückstreuverfahren ist beispielsweise aus »Fachberichte für OberBächentechnik^ J 973, S. 54 bis 56
bekannt Das dort beschriebene Gerät besteht aus zwei Einheiten, einem Meßkopf und einem Elektronikteil für
das Erfassen und Auslesen des Meßergebnisses. Der Meßkopf enthält eine radioaktive Strahlungsquelle und -ein Geiger-Müller-Zählrohr zur Messung der Rückstreustrahlung.
Ein Rückstreuungsmeßinstrument ist mit der Sonde
verbunden, um die rückgestreuten Teilchen für einen vorgegebenen Zeitabschnitt zu zählen und die dieser
Zählung entsprechende Schichtdicke anzuzeigen. Es ist wünschenswert, daß die Sonde und derjenige Teil des
beschichteten Materials, der ausgemessen werden soll, während der Meßzeit stationär zueinander bleiben. Je
langer die Meßperii>de andauert, desto genauer ist das
Ergebnis.
Ein weiteres Schichtdickenmeßgerät, das auf der Basis von Rückstreustrahlung arbeitet, ist aus der
US-PS 34 12 249 bekannt Das dort verwendete System
berücksichtigt, daß herkömmliche Schichtdickenmeßeinrichtungen Fehler anzeigen können, wenn der
Abstand zwischen Strahlungsquelle und der Schichtoberfläche sich verändert Um diese Fehlerquelle
auszuschalten, wird bei der dort angegebenen Vorrichtung nicht die rückgestreute Beta-Strahlung zur
Schichtdickenmessung verwendet sondern die bei Bestrahlung der Schicht entstehende Röntgen-Bremsstrahlung. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß das
Energiespektrum der in der Schicht erzeugten Röntgen-Bremsstrahlung sehr breit und flach verläuft
In der elektronischen Industrie haben die Hersteller von beschichteten Substraten sehr wirkungsvolle und
wirtschaftliche Prozesse zur Beschichtung von Streifen aus Substratmatcrial entwickelt Dies ist eine hochentwickelte Technik, bei der Beschichtungen im Bereich
von etwa 0,7 μπι bis etwa 2,6 μπι (30 bis 100 microinch)
mit einem hohen Gleichförmigkeitsgrad aufgetragen werden können. Es hat sich herausgestellt, daß das
Beschichten von Streifen aus Substratmaterial wirtschaftlicher ist als stückweises Beschichten von
Substraten.
In den letzten Jahren hat sich ein besonderes Bedürfnis für ein Gerät zur genauen Dickenmessung
von Schichten auf Substratmaterial ergeben, da Gold in elektronischen Schaltkreisen für Kontaktpunkte verwendet wird und da der Preis des Goldes sich
beträchtlich erhöht hat Dementsprechend hat es eine zunehmende Nachfrage für genaue Instrumente ergeben, mit denen bestimmt wird, wieviel Gold beim
Beschichtungsprozeß abgelagert wird.
Der Beschichtungsprozeß für Streifen von Substratmaterial verläuft kontinuierlich, wobei sich das Substratmaterial mit vorgegebener Geschwindigkeit durch die
Beschichtungsstufe bewegt. Da die Sonde während der Periode der Rückstreuungs-Dickenmessung vorzugsweise stationär bezüglich des beschichteten Substrat-
materialstreifens bleibt, ist es bei konventionellen
Instrumenten notwendig, den Beschicbtungsprozeß
anzuhalten, wenn die Messung ausgeführt wird, und ihn anschließend erneut zu starten. Dieser diskontinuierliche Vorgang des Anhaltens und Startens benötigt viel 5
Zeit, so daß sich ein Bedürfnis für eine Vorrichtung ergeben hat, mit der die Schichtdickenmessung ausgeführt werden kann, ohne daß die Bewegung des
SubstratmateriaJstreifens angehalten werden muß,
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige
Vorrichtung zu schaffen, die es ertaubt, eine Schichtdikkenmessung bei sich bewegendem Substratmaterialstreifen auszuführen.
Diese Aufgabe wird durch eine im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebene Rückstreuungsmeßvor- |5
richtung gelöst die erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Pateritanspruchs 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit der vorliegenden Erfindung we-'den die Nachteile
der konventionellen Geräte vermieden, indem ein Meßrad vorgesehen ist mit dem die Sonde stationär zu
einem auszumessenden, beschichteten Substratmaterialstreifen positioniert wird, während sich der beschich-
tete Streifen aus einem Vorrat zu einer Aufnahmestelle mit vorgegebener Geschwindigkeit bewegt
Erfindungsgemäß ist ein Meßrad vorgesehen, auf dessen Kranz Rückstreuungssonden angebracht sind,
die zur Bestrahlung und zur Feststellung der von dem beschichteten Substrat rückgestreuten Strahlung dienen. Der beschichtete Substratmaterialstreifen wird auf
der Außenseite des Radkranzes geführt Das Meßrad dreht sich mit einer solchen Geschwindigkeit daß die
Tangentialgeschwindigkeit eines Punktes des Radkranzes der Geschwindigkeit des Streifens gleich ist wobei
die Sonde und ein benachbarter Punkt des Streifens relativ zueinander stationär bleiben, solange der Punkt
auf dem Streifen an dem Radkranz anliegt Auf diese Weise kann eine Messung ausgeführt werden, ohne daß
die Bewegung des beschichteten Streifens angehalten werden muß.
Gemäß der Erfindung wird also eine Sonde an dem Kranz des Meßrades befestigt und es wird der sich
bewegende Substratmaterialstreifen um die Außenseite des Radkranzes herumgeführt Das Meßrad wird dabei
mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht, daß die Tangentialgeschwindigkeit eines Punktes auf dem
Radkranz mit der Fortbewegungsgeschwindigkeit des beschichteten Substratmaterialstreifens übereinstimmt.
Die Sonde und der zu messende Anteil des beschichteten Streifens bewegen sich somit in einer zueinander
stationären Beziehung, bis der zu messende Teil des beschichteten Streifens den Kranz des Meßrades
verläßt und sich zu der Aufnahmestelle bewegt
Wenn der zu messende Anteil des beschichteten
Streifens der Sonde benachbart ist bestrahlt die Sonde die Beschichtung und stellt die rückgestreute Strahlung
fest. Ein Rückstreuungsmeßinstrument (in der vorliegenden Erfindung nicht enthalten) ist mit der Sonde
verbunden. Dieses Instrument zählt die Teilchen, die während der von dem Benutzer ausgewählten Meßperiode von der Beschichtung rückgestreut werden und
übersetzt diese Rückstreuungszählung in eine Anzeige der Schichtdicke. Die Meßperiode kann von dem
Benutzer eingesteift 'verden; dabei ist die obere Grenze
durch diejenige Zeit gegeben, die der auszumessende Teil des beschichteten .Substratmaterialstreifens benö-
35
40
50
55 tigt, um sich von seinem ersten Angreifen an das
Meßrad zu der Stellung zu bewegen, an iier er ',ich von
dem Meßi ad wieder löst
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben und näher erläutert
Die F i g, 1 zeigt schematised eine Vorderansicht
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig,2 zeigt schematisch eine rechtsseitige Ansicht der Vorrichtung nach Fi g, 1, wobei die 4lifnehmerspu!e
fortgelassen ist und .
F i g, 3 zeigt schematisch eine linksseitige Ansicht der Vorrichtung nach F i g. 1.
Jn dem in F j g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
gezeigt wie sich der Weg eines kontinuierlichen Streifens von beschichtetem Substratmaterial 10 von
einem (nicht dargestellten) Vorrat in Pfeilrichtung zu einer Aufnehmerspule 14 bewegt Der Vorratsbehälter
kann beispielsweise der Badbehälter zum Beschichten des Substfdtmaterials sein.
Der Streifen 10 wird aus dem ^rrat über ein frei
drehbares Führungsrad 16, das an e.ner Achse 18 befestigt ist um ein frei drehbares Meßrad 20, das auf
einer Achse 22 montiert ist und um ein weiteres frei drehbares Führungsrad 26, das auf einer Achse 24
befestigt ist zu der Aufnehmerspule 14 geführt
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Aufnehmerspule 14 durch einen (nicht dargestellten)
Motor in Pfeilrichtung gedreht Der Substratmaterial· streifen, der sich durch die Badbehälter bewegt
unterliegt Zugkräften, die diesen Streifen 10 unter Spannung halten, wenn er zu der Aufnehmerspule 14
gezogen wird. Das Meßrad 20 besitzt einen Kranz 28, der zwei ringförmige Seitenstützen 30 und 32 aufweist,
die durch gummibedeckte Stäbe 34 getrennt sind. Auf der Seitenstütze 32 sind Streifenführungsglieder 35
befestigt die die Kante des Streifens 10 auf dem Meßrad führen, wie es in F i g. 2 dargestellt ist Zusätzlich wird
die andere Kante des Streifens 10 auf dem Meßrad entsprechend der Darstellung in F i g. 3 durch einen a.if
dem Leitrad 16 angebrachten Leitkranz 17 geführt.
Da der Streifen 10 unter Zug steht, greift der Streifen 10, wenn er sich mit vorgegebener Geschwindigkeit von
dem Vorrat zu der Aufnehmerspule 14 bewegt, auf Grund Reibung an den gummibedeckten Stäben 34 an
und dreht das frei drehbare Meßrad 20 um seine Achse 22. Somit ist die Drehgeschwindigkeit des Meßrades 20
so beschaffen, daß ein Punkt auf dem Streifen 10 und ein benachbarter Punkt auf dem Kranz 28 des Meßrades 20
zueinander stationär sind, solange sich der Streifen 10 um die Achse 22 der Meßrades 20 bewegt.
Das Führungsrad 36, das auf der Achse 38 montien ist wird nicht benutzt, wenn der Streifen 10 entsprechend F i g. 1 geführt ist. Dagegen wird das Führungsrad
36 benutzt und das Führungsrad 24 nicht benutzt, wenn der Streifen 10 uniuas Meßrad 20 in entgegengesetzter
Richtung geführt wird, um die Schichtdicke auf der anderen Seite des Streifens 10 zu messen.
Die in F i g. 1 schematisch dargestellten Sonden 40 und 42 sind in Sondenhaltern 41 bzw. 43 an dem Kranz
28 des Meßrades 20 befestigt. Die Sonden 40 und 42 erstrecken sich zwischen den gummibedeckien Stäben
32 bis zu einer Stellung in enger Nachbarschaft oder in Kontakt mit dem Streifen 10. Diese Sonden sind
konventionell aufgebaut und weisen Strahlungsquellen für die Bestrahlung öes beschichteten Substrats sowie
Vorrichtungen zum Erfassen der von dem beschichteten Substrat rückgestreuten Strahlung auf. Die Sondenhai-
ter 41 und 43 sind entsprechend den Fig. 1 und 2
vorzugsweise an den Släben 44 befestigt, die an dem Kranz 28 angebracht sind. Dies erlaubt, daß die Sonden
40 und 42 quer zu der Oberfläche des Streifens IO bewegt werden können, so daß die Sonden für
Messungen an jeder beliebigen seitlichen Position an dem Streifen 10 eingestellt werden können.
Die Sonden 40 und 42 sind durch Leitungen 46 und 48 mit Muffen 50 und 52 auf der Nabe 54 verbunden. Ein
mit den Muffen 50 und 52 verbundenes Kabel 56 überträgt die elektrischen Signale, die den von den
Sonden 40 und 42 festgestellten rückgestreuten Teilchen entsprechen, durch einen in die Achse 22 eingelassenen
Kanal 60 zu einem Schleifringverbinder 58. Die andere Seile des Schleifringverbinders 58 ist mit einem
Rückstreuungs-Dickenmeßinstrument 62 verbunden, das der Sonde 40 zugeordnet ist, und einem weiteren
Rückstreuungs-Dickenmeßinstrument 63. das der Sonde 42 zugeordnet ist.
Die Achse 22 des rvießrades 2ü wird von Achslagern
64 und 64a gehalten, die wiederum durch einen Rahmen 66 gehalten werden (vgl. F i g. 2). Die Achse 18 des
Führungsrades 16 wird durch Lager 68 und 68a gehalten; die Achse 26 des Führungsrades 24 durch
Lager 70 und 70a: ehe Achse 38 des Führungsrades 36 durch Lager 72 und 72a. Diese Lager werden wiederum
von dem Rahmen 66 entsprechend F i g. 3 gehalten. Die Lager 68 und 68a sind wiederum so aufgebaut, daß sie
eine axiale Bewegung der Achse 18. die das Führungsrad 16 trägt, erlauben, um eine Anpassung an
verschiedene Breiten des Streifens 10 zu ermöglichen. Der Streifen 10 wird um das Meßrad 20 zwischen dem
Führungskranz 17 des Führungsrades 16 und den Führungsgliedern 35 geführt. Wenn das Führungsrad 16
in Fig. 3 nach rechts bewegt wird, kann ein breiterer
Streifen 10 untergebracht werden. Wenn die Achse 18 einmal richtig eingestellt ist. halten (nicht dargestellt)
Gewindestifte die Achse 18 in dieser Stellung fest.
Die Rückstreustrahlungs-Zählvorrichtungen. die in den Rückstreuungs-Dickenmeßinstrumemen 62 und 63
enthalten sind, werden durch die Magnetschalter 74. 76.
78 und 80 in der unten beschriebenen Weise betätigt. Diese Magnetschalter sind mit den Rückstreuungs-Dikkenmeßinstrumenten
62 und 63 über die Anschlußplatte 82 entsprechend F i g. 2 verbunden.
An der Seitenstötze 32 des Meßrades 20 sind zwei
Magnete 88 und 90 montiert. Der Magnet 90 ist in der Nähe des Kranzes 28 montiert und so ausgezeichnet,
daß er die Magnetschalter 74 und 78 betätigt, wenn das Meßrad 20 sich dreht. Der Magnet 88 ist auf die
Magnetschalter 76 und 78 ausgerichtet, so daß er diese Schalter betätigt, wenn das Meßrad 20 sich dreht. An
der Anschlußplatte 82 ist eine (nicht dargestellte) Schaltvorrichtung vorgesehen, um selektiv jeweils das
Paar der Magnetschalter 76 und 78 oder das Paar der Magnetschalter 74 und 80 zu betätigen, je nachdem ob
das Meßrad im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.
Bei dem in Fig. I dargestellten Aufbau wird das Meßrad 20 im Uhrzeigersinn gedreht; dabei sind die
Magnetschalter 76 und 78 in Betrieb und die Magnetschalter 74 und 80 außer Betrieb gesetzt.
Die Ereignisfolge ist dann folgendermaßen;
1. Wenn der Magnet JW den MagnrKrhaltrr 7R
passiert, beginnt die Meßperiode für die Sonde 42 und damit die Zählung der von der Sonde 42
festgestellten rückgestreuten Strahlung.
2. Wenn der Magnet 88 den Magnetschalter 76
passiert, beginnt die Meßperiode für die Sonde 40 und damit die Zählung der von der Sonde 40
festgestellten Rückstreustrahlung.
Wenn das Meßrad 20 so eingesetzt wird, daß es sieh
im Gegenuhrzeigersinn dreht, werden durch die (nicht dargestellte) Schaltvorrichtung an der Anschlußplatte
82 die Magnetschalter 74 und 80 in Betrieb und die Magnetschalter 76 und 78 außer Betrieb gesetzt. In
diesem Fall betätigt der Magnet 90 die Magnetschalter 74 und 80. um die Meßperiode für die Sonden 40 bzw. 42
zu beginnen.
Die Messung wird fortgesetzt für die Dauer der Meßperiode, die der Benutzer an den zugehörigen
Rückstreumeßinstrumenten 62 und 63 ausgewählt hat.
Mit der oben beschriebenen Vorrichtung kann ein Benutzer Dickenmessungen an einem sich kontinuierlich
bewegenden Streifen aus beschichteten Substratmaterial ausführen. Auf diese Weise können die
Messungen zur Überwachung des Beschichtungsprozesses mitlaufend ausgeführt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Rqckstreuungsineßvorrichtung zur Pjckenmessung an einer Schicht, die sich auf einem Streifen aus
Substratmaterial befindet, welcher sich mit vorgegebener Geschwindigkeit aus einem Vorrat zu einer
Aufnahmestelje. bewegt, mit einer Sonde zum
Bestrahlen der Schicht und zum Erfassen der von der Schicht rückgesteuerten Strahlung und mit einer an
die Sonde angeschlossenen Zählvorrichtung für die rückgestreute Strahlung und einer Meßvorrichtung
zur Schichtdickenbestimmung nach Maßgabe der Zählvorrichtung, gekennzeichnet durch ein
Meßrad (20) mit einem Kränz (28) und einer IS1
Drehachse (22), das sich mit einer solchen Drehgeschwindigkeit dreht, so daß die Tangentialgeschwindigkeit eines Punktes auf dem Kranz der vorgegebenen Geschwindigkeit des sich bewegenden Streifens
aus Substratmaterial gleich ist, eine Anarrfnung (16,26,36), mit der der beschichtete
Streifen (10) aus Substratmaterial in Reibungskopplung zu einem äußeren Anteil des Kranzes in einer
solchen Richtung geführt wird, so daß die Bewegungsrichtung des beschichteten Streifens (10) aus
Substratmaterial der Drehrichtung des Kranzes (28) entspricht,
Sonden (40,42), die am Kranz (28) des Meßrades (20)
angebracht sind, und die die Schicht auf dem beschichteten Substratmaterial bestrahlen und die
rückgestreute Strahlung feststellen.
2. RücksUjuungsmeßvorrichtung nach Anspruch
1, gekennzeichnet durch
ein frei drehbares Meßrad (20)
eine erste Führungsvorricfttunf *16) zum Führen des
beschichteten Streifens aus Substratmaterial in Reibungskopplung mit dem Kranz (28) des Meßrades (20),
eine zweite Führungsvorrichtung (26) zum Führen des beschichteten Streifens aus Substratmaterial aus *o
der Reibungskopplung mit dem Kranz (28) des Meßrades (20) zu einer Aufnahmestelle,
eine weitere Vorrichtung (14), die sich an ds*s
Aufnahmestelle befindet, und mit der der beschichtete Streifen aus Substratmaterial mit einer vorgege- *5
benen Geschwindigkeit um die erste Führungsvorrichtung (16) über einen Teil des Kranzes (28) des
Meßrades (20) und um die zweite Führungsvorrichtung (26) zu der Aufnahmestelle gezogen wird.
3. Rückstreuungsmeßvorrichtung nach Anspruch so
2, gekennzeichnet durch eine Schaltvorrichtung, die die Zählvorrichtung betätigt, wenn die Sonde (40,42)
unter eine Stellung gedreht werden, in der der beschichtete Streifen (10) aus Substratmaterial nach
Passieren der ersten Führungsvorrichtung (16) an dem Kranz (28) des Meßrades (20) angreift.
4. Rückstreuungsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum
selektiven Einstellen der Sondenvorrichtung in lateraler Richtung über den beschichteten Streifen
(10) aus Substratmaterial.
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