DE3412724C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach Patentanspruch 1.The invention relates to an arrangement according to claim 1.
In den deutschen Patentanmeldungen P 34 05 559.2, 34 05 596.7 und 34 05 625.4 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 Aufstäuben 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 die Dicke wesentlich. In German patent applications P 34 05 559.2, 34 05 596.7 and 34 05 625.4 describe methods which make it possible, in particular during layer production the alloy composition or installation of doping gases in the layer to regulate. To do this continuously measured the sheet resistance and / or the Layer thickness can be calculated. On the other hand, the exact one Knowledge of the composition and the thickness of Layers made by vapor deposition or dusting for the manufacture of thin-film circuits or integrated circuits of crucial importance. While the composition is very sensitive to the electrical and metallurgical properties (for example Diffusion, reaction) is influenced by layers, which are used for example as a resistor or etching barrier knowledge of the thickness is essential.
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.As miniaturization progresses, they are Tolerances regarding composition and thickness are very narrow become so that a measurement of these two quantities is already indispensable during layer production, to achieve a sufficiently 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.To be homogeneous in terms of layer thickness and composition Obtaining layers usually become the substrates moved during coating (for example rotation, Planetary movement). Because there are also modern coating systems very often have a lock over which the substrates be introduced into the actual coating chamber, the substrate is not stationary, which makes an in situ determination the layer thickness or the composition very much is 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. Voraussetzung dabei ist, daß der spezifische elektrische Widerstand während der Beschichtung konstant ist bzw. 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 Abscheideleistung notwendig. Das oben angegebene Verfahren der Dickenmessung allein durch elektrische Messung ist dann nicht mehr anwendbar.In the above patent applications, procedures described as by in-situ measurement of the electrical Resistance to moving during layer production Substrate the current layer thickness of alloy layers can be determined with and without gas doping. The prerequisite is that the specific electrical Resistance during coating is constant or assumes different, defined values that were previously in Verification tests have been set. Unexpected changes occur on, for example by changing the residual gas or by changing the target composition further independent measurements, for example the residual gas composition (Mass spectrometer) or the separation performance necessary. The above procedure of Thickness measurement by electrical measurement alone is then no longer applicable.
Andere Verfahren zur Schichtdickenmessung, die auf sonstige elektrische, optischen und mechanischen Methoden beruhen oder andere physikalische Effekte nutzen, sind zum Beispiel in Physics of Thin Films 3 (1966) 1-53, D. Hass, R. E. Thum (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 werde. 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 measuring layer thickness based on other electrical, optical and mechanical Methods are based or other physical effects are, for example, in Physics of Thin Films 3 (1966) 1-53, D. Hass, R.E. Thum (Ed), Academic Press, N.Y., London or Solid State Technology (1983) February, pages 99 to 103. Few of these methods are suitable the layer thickness increases in situ during layer production measure up. However, in each of the cases described, the measuring equipment stationary, separated from the movable pallet, in attached to the coating chamber. This has the disadvantage that not the coating rate and thus the layer thickness is determined at the location of the substrate to be coated. The assignment between measured layer thickness and true layer thickness must then be done via calibrations that are checked again and again Need to become.
Weiterhin ist in der US-PS 42 07 836 eine Beschichtungsanlage beschrieben, die lediglich einen evakuierbaren Rezipienten aufweist, in dem ein Schwingquarz-Meßsystem fest installiert ist und nur durch Demontage des Rezipienten ausgewechselt werden kann. Dabei ist der innerhalb des Rezipienten liegenden Teil des Meßsystems kein Datenkodiersystem, sondern lediglich ein Verstärker. Dieses Meßsystem ist außerdem aufgrund seiner speziellen Ausgestaltung zur induktiven Datenübertragung nicht als unabhängige Einheit auf den Substrathalter montiert. Auch eine Datenübertragung durch elektromagnetische Strahlung mit Telemetriesystem ist nicht vorhanden.Furthermore, in US-PS 42 07 836 a coating system described, which has only one evacuable recipient, in which a quartz crystal measuring system is permanently installed and can only be replaced by disassembling the recipient can. The part of the Measuring system no data coding system, but only an amplifier. This measuring system is also because of its special Design for inductive data transmission not as an independent one Unit mounted on the substrate holder. Also one Data transmission by electromagnetic radiation with telemetry system is not present.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßanordnung anzugeben, die es ermöglicht, die Schichtdicke und gegebenenfalls die Konzentration von Schichten während des Beschichtungsprozesses zu bestimmen, wobei berücksichtigt wird, daßThe object of the invention is therefore to provide a measuring arrangement, which enables the layer thickness and possibly the concentration of layers during the coating process determine taking into account that
- a) eine Beschichtungsanlage mit Schleusenkammer verwendet wird,a) a coating system with a lock chamber is used,
- b) die Substratpalette bzw. die Substrate während der Beschichtung bewegt werden.b) the substrate palette or substrates during the coating be moved.
- c) die Meßstelle sich auf der Substratplatte bzw. auf einem Substratplatz befindet.c) the measuring point on the substrate plate or on a Substrate space is located.
Die Meßanordnung soll unabhängig von der Beschichtungsmethode sowie von der Zahl der verwendeten Materialquellen anwendbar sein.The measuring arrangement should be independent of the coating method as well as the number of material sources used be.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. This task will by the features of the claim 1 solved.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further embodiments of the invention are the subject of 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. Diese Änderung der Eigenfrequenz Δv ist proportional der auf den Schwingquarz aufgebrachten Masse Δm und bei konstanter Dichte des aufgebrachten Materials γ proportional zur aufgebrachten Schichtdicke Δd (siehe K. L. Chopra, Thin Film Phenomena, Mc Graw Hill Book Comp. 1969, N. Y.).As a measuring principle for measuring the layer thickness, the Quartz crystal method applied. With the application of one Layer on a quartz crystal changes the total mass of the quartz crystal and thus its natural frequency. This change in natural frequency Δv is proportional to mass Δm applied to the quartz crystal and at constant Density of the material applied γ proportional for the applied layer thickness Δd (see K.L. Chopra, Thin Film Phenomena, Mc Graw Hill Book Comp. 1969, N.Y.).
mit K = Kristallkonstante, A = beschichtete Kristallflächewith K = crystal constant, A = coated Crystal surface
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 Forschungs- 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 ΔdAi und ΔdBi bzw. die Frequenzänderung ΔvAi und ΔvBi. Daraus läßt sich die momentane Konzentration Zi der i-ten Lage AB berechnen.In the production of alloy layers (A, B) by using, for example, two spatially separate material sources made of, in part, pure elements, the substrates being alternately coated by the two material sources (compare cosputtering: Siemens research and development reports 11 (1982) Pages 145 to 148), the layer thickness change Δd Ai and Δd Bi or the frequency change Δv Ai and Δv Bi are obtained for the i-th layer of material A and B, for example. The instantaneous concentration Z i 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 crystal is part of an electrical resonant circuit the one with the natural frequency of the quartz crystal oscillates, that is, the quartz crystal is part of one electric 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 Fig. 2) und beim Beschichten der Substrate in der gleichen Weise wie diese beim Durchgang zum Beispiel unter einer Materialquelle A oder B beschichtet wird. Außerdem muß die Befestigung des Schwingquarzes in der Weise erfolgen, daß durch die Randhalterung des Schwingquarzes keine Abschattungseffekte auf dem Quarz auftreten können.The disk-shaped quartz crystal is mounted on the top of the substrate holder in such a way that it is located next to the other substrates to be coated (see FIG. 2) and when coating the substrates in the same way as when passing through, for example, under a material source A or B is coated. In addition, the quartz crystal must be attached in such a way that no shading effects can occur on the quartz due to the edge mounting of the quartz crystal.
Das Schwingquarzsystem besteht aus einem Schwingquarz, der entsprechenden mechanischen Halterung und der elektrischen Kontaktierung.The quartz crystal system consists of a quartz crystal, the corresponding mechanical bracket and the electrical contacting.
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 beim HF-Dioden-Sputtern, können in den Schwingkreis noch Filterelemente eingebaut werden. The remaining elements of the electrical resonant circuit can preferably on the, facing away from the coating Side of the pallet or the substrate holder or holding devices for the substrate holder. Around Faults in the oscillating circuit due to the influence of to prevent outside, for example by the RF transmitter when RF diode sputtering, can in the resonant circuit still filter elements are installed.
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 µsec bis 50 sec, bevorzugt alle 0,1 bis 10 sec. Der Frequenzzähler gibt das Ergebnis am besten in digitaler Form an ein Meßdatenaufbereitungsmodul 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 using a standard Frequency counter continuously determined, that is, depending on the design of the frequency counter and the type of layer production every 1 µsec to 50 sec, preferably every 0.1 up to 10 sec. The frequency counter gives the result on best in digital form to a measurement data processing module further, which prepares the data in such a way that they can be moved wirelessly from the mobile using a transmitter Pallet to a recipient outside of the coating system are transferable. This processing module can be a PCM encoder, a frequency or an amplitude modulator be. The data processing module can other measurement data at the same time, for example Temperature values, resistance values or layer thickness values from other measuring points for wireless transmission prepare.
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 resonant circuit, the frequency counter, the data processing module, the transmitter and the necessary power supply (Battery) are an independent measuring system trained and be on or under the movable Substrate holder arranged.
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 nm. Die aktiven Elemente, wie zum Beispiel Dioden und Transistoren, werden in die Schichtschaltung nachträglich integriert.The entire measuring system is miniaturized, so it is without significant geometry disturbance can be attached to the substrate holder. In the miniaturized design become the passive elements of the Circuit, such as conductor tracks, resistors, Capacities and inductors in thick-film or thin-film technology applied to ceramics or glass substrates. The layer thickness of these elements is between 10 nm and 5000 nm. The active elements, such as Diodes and transistors are used in the layer circuit subsequently integrated.
Ferner ist das Meßsystem 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 contamination of 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 them all Components. By suitable heat-insulating assembly the side of the substrate holder, that of an existing one The measuring system can face away from the heat source also used at higher coating temperatures will. The power supply to the measuring system can either via a battery or via a single sliding contact from the outside or via a solar cell, which via the Plasma lights are fed.
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 Attached to the inside of the recipient (coating room) and is via an electrical feedthrough with the Receiver connected outside of the coating system where further signal processing via amplifiers, decoders and process computer takes place. The data can be processed using the pulse code modulation method or frequency or also Amplitudes modulated as digital or analog quantities be transmitted. The PCM method is preferred because data transmission is the least susceptible to interference.
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.For the telemetric transmission of the measurement data come Transmitter in the HF or gigahertz range, an inductive or capacitive coupling between substrate range and recipient or an infrared transmitter in question. The used Frequency ranges result from the transmission method.
Im Decoder werden die übertragenden 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) 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 for the further Processing prepared (decoded) and as digital or transfer analog data to a process computer, which the measured and transmitted frequencies according to formula (1) or (2) in the corresponding layer thicknesses or concentrations converted. The real purpose of Layer thickness and concentration is therefore outside the coating system; is transmitted wirelessly preferably only the measurement signal, that is the current one Natural frequency of the resonant circuit.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Fig. 1 bis 4 noch näher beschrieben. Dabei zeigtThe invention is described in more detail below with reference to an exemplary embodiment and FIGS. 1 to 4. It shows
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Anlage zum Cosputtern mit zwei Targets, Fig. 1 shows the schematic structure of a system for co-sputtering with two targets,
Fig. 2 die Draufsicht auf einen Substrathalter (Palette) mit Schwingquarz, Fig. 2 is a plan view of a substrate holder (pallet) with oscillating quartz,
Fig. 3 ein Schnittbild durch eine Doppelpalette mit Schwingquarzsystem und Fig. 3 is a sectional view through a double pallet with quartz crystal system and
Fig. 4 die schematische Darstellung der Schichtdickenmeßvorrichtung mit telemetrischer Datenübertragung. Fig. 4 is a schematic representation of the layer thickness measuring device with telemetric data transmission.
In allen Figuren gelten für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.The same reference numerals apply to the same parts in all figures.
Fig. 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 (≈10-6 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 Transportschlitten 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 embodiment, the measurement setup of a sputtering system with a flat substrate holder is described. The layer thickness of a tantalum silicide layer on a silicon substrate is to be measured. To load and unload the pallet 3 with substrates (not shown in the figure), the lock cover 2 of the high vacuum lock 1 is opened. The intermediate valve 7 is closed. High vacuum (≈10 -6 mbar) is still in the sputter recipient 8 . The pallet 3 is transported into the coating room 8 (see double arrow 13 ) via a slide system 4 if the pressure conditions in the lock 1 are similar to those in the coating room 8 . There the pallet 3 is placed on a turntable 11 . The transport carriage 4 moves back into the lock 1 and the intermediate door 7 is closed again. During the coating, the pallet is rotated using the turntable 11 . The arrows 5 and 12 indicate the connection of the high vacuum pumps. Reference number 9 denotes the sputtering targets made of tantalum (material A) and silicon (material B), 10 the argon inlet valve and 6 the ventilation valve.
Fig. 2: Die Substrate 14 (zum Beispiel 10 Siliziumkristallscheiben 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. Fig. 2: The substrates 14 (for example, 10 silicon wafers of 4 inches in diameter) are annularly arranged on the pallet 3. The relatively small quartz crystal holder 15 is located between the silicon wafers 14 . The dashed circle A is the coating zone for tantalum, the dashed circle B is the coating zone for silicon.
Wie aus Fig. 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 Fig. 3, the quartz crystal system ( 15, 25 ) is a separate 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 manner contacting the quartz oscillator 25, a plated electrical contact 16 is resiliently pressed against the back side of the crystal 25, which is coated with an electrically conductive layer 17th The front of the crystal 25 is also metallized and is electrically connected to the substrate holder 3 via the quartz crystal holder 15 (earth). There is no electrical connection between the rear side contact 16 and the front side 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 wärmeleitende Distanzstücke 19 mit der eigentlichen Substratpalette 3 verbunden ist. Das Meßsystem 18 einschließlich Sender ist in miniaturisierter Bauart ausgeführt; es besitzt eine relative kleine Fläche von 100 mm Ø 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 federnde Kontakte bezeichnet, die zur Halterung des Schwingquarzes dienen. Das Meßsystem 18 ist in einem vakuumdichten Gehäuse untergebracht.The measuring system 18 , consisting of an oscillator, frequency counter, PCM encoder, RF transmitter and power supply, is attached below the substrate pallet 3 . For this purpose, a second pallet 23 is fastened under the actual substrate pallet 3 and is connected to the actual substrate pallet 3 only via a few, poorly heat-conducting spacers 19 . The measuring system 18 including transmitter is designed in a miniaturized design; it has a relatively small area of 100 mm Ø 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 approximately 20 mm in the exemplary embodiment. The reference line 20 designates the measuring line, 21 the insulator for carrying out the resilient contacts which serve to hold the quartz crystal. The measuring system 18 is housed in a vacuum-tight housing.
Wie aus Fig. 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 Fig. 4, represents the built-in double pallet, 3, 23 or in the substrate holder measurement system 18 including the quartz resonator 15, 25, an independent system. The transmission of measuring data from the rotating pallet 3, 23 to a receiver, the attached to the wall of the coating chamber takes place wirelessly telemetrically, the PCM encoder converting the measured values into transferable 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.In the exemplary embodiment, a battery serves as the power supply for all components of the measuring system 18 . The measurement data is transmitted with the aid of an HF transmitter at 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 Beschichtungsanlange 8. The receiving antenna 31 is attached when using RF technology for the measurement data transmission within the recipient 8 and is led out of the recipient 8 via an insulated vacuum feedthrough 33 . The unit for processing the received telemetric data, RF receiver, amplifier, PCM decoder and process computer are located outside of the coating system 8 .
Der PCM-Decoder stellt den Prozeßrechner über ein 16 bitparalleles Interface die Frequenzwerte zur Verfügung.The PCM decoder puts the process computer over a 16 bit parallel Interface the frequency values are available.
Claims (9)
- a) mit einer Beschichtungsanlage aus einem evakuierbaren Rezipienten (8) und einer evakuierbaren Schleusenkammer (1),
- b) einem beweglich ausgebildeten Substrathalter (3, 23),
- c) mindestens einem Schwingquarzsystem, bestehend aus einem scheibenförmigen, durch eine Halterung (15) und einen von der des Beschichtung abgewandten Seite heranführenden federnden Kontakt (16) am Substrathalter (3) so fixierten Schwingquarz (25), daß eine Seite des Schwingquarzes während der Schichtherstellung mitbeschichtet wird,
- d) einem in Miniaturbauweise ausgeführten Meßsystem (18) zur fortlaufenden Messung der Eigenfrequenz des Schwingquarzes, die sich in Folge der Beschichtung ändert, wobei das Meßsystem (18) aus den Elementen für einen elektrischen Schwingkreis ohne Schwingquarz und aus Frequenzzähler, Datenaufbereitungsmodul, Sender und Stromversorgung besteht und zusammen mit dem Schwingquarzsystem als unabhängige Einheit auf/oder an dem beweglichen Substrathalter (3) oder an der Haltereinrichtung für den Substrathalter angeordnet ist und zur Übertragung der Meßdaten vom bewegten Substrathalter (3) zu einem stationären Empfänger in oder außerhalb des Rezipienten ein Telemetriesystem enthält, das im Pulscodemodulations-, im Frequenzmodulations- oder im Amplitudenmodulationsverfahren arbeiten und
- e) einem Empfänger, der an der Innenseite und/oder außerhalb des Rezipienten (8) angebracht ist.
- a) with a coating system consisting of an evacuable recipient ( 8 ) and an evacuable lock chamber ( 1 ),
- b) a movable substrate holder ( 3, 23 ),
- c) at least one quartz crystal system, consisting of a disk-shaped, through a holder ( 15 ) and a spring contact ( 16 ) from the side facing away from the coating on the substrate holder ( 3 ) so fixed quartz crystal ( 25 ) that one side of the quartz crystal during the Coating production is also coated,
- d) a miniature design measuring system ( 18 ) for continuous measurement of the natural frequency of the quartz crystal, which changes as a result of the coating, the measuring system ( 18 ) consisting of the elements for an electrical oscillating circuit without quartz crystal and a frequency counter, data processing module, transmitter and power supply exists and is arranged together with the quartz crystal system as an independent unit on / or on the movable substrate holder ( 3 ) or on the holder device for the substrate holder and for transmitting the measurement data from the moving substrate holder ( 3 ) to a stationary receiver in or outside the recipient, a telemetry system contains, which work in pulse code modulation, frequency modulation or amplitude modulation and
- e) a receiver which is attached to the inside and / or outside of the recipient ( 8 ).
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