DE3625700C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Herstellen von Mehrkomponentenfilmen durch Kombination einer Ionenstrahl- Aufstäubungsanlage, die mehrere Zerstäubungsquellen und mehrere Targets enthält, und einer Analyse-Anlage, die in einem gemein samen Ultrahochvakuum-System angeordnet sind.The invention relates to a device for manufacturing of multi-component films by combining an ion beam Sputtering system that has multiple atomization sources and multiple Targets contains, and an analysis facility, which in one common seed ultra-high vacuum system are arranged.
Es ist bekannt, daß Mehrkomponentenfilme aus Dünnschichten, die beispielsweise für Magnetspeicher geeignet sind, in Ionen strahl-Aufstäubungsanlagen, sogenannten IBS-Anlagen (ion beam sputtering), hergestellt werden können. Mit einer Ionenkanone werden aus Targets Ionen und Neutralteilchen ausgelöst und auf einem Substrat abgeschieden. Die Dünnschichten verschiedener Zusammensetzung können sowohl aus Metallen als auch aus Halb leitern oder Isolatoren bestehen. Eine bekannte Anlage enthält mehrere Targets und zwei Ionenkanonen, von denen eine auf das Substrat gerichtet ist und die andere den Targets zugeordnet ist. Von den Targets, die durch einen Schrittmotor bewegt wer den können, ist jeweils eines der Ionenkanone ausgesetzt. Die Abscheidungsgeschwindigkeit wird durch einen Kristalloszillator angezeigt (Rev. Sci. Instr. 56 (7), Juli 1985, Seiten 1340 bis 1343).It is known that multi-component films made of thin layers, the are suitable for magnetic storage, for example, in ions jet sputtering systems, so-called IBS systems (ion beam sputtering). With an ion gun ions and neutral particles are released from targets and open deposited on a substrate. The thin layers different Composition can be made from both metals and half conductors or insulators. A known plant contains several targets and two ion guns, one of which is on the Substrate is directed and the other assigned to the targets is. The targets that are moved by a stepper motor one of the ion cannons is exposed. The Deposition rate is through a crystal oscillator indicated (Rev. Sci. Instr. 56 (7), July 1985, pages 1340 to 1343).
Es ist ferner eine Kombination einer Ionenstrahl-Aufstäubungs anlage mit einer Analyse-Anlage bekannt, die in einem gemeinsa men Ultrahochvakuum-System angeordnet sind. Die Ionenstrahl- Aufstäubungsanlage enthält mehrere Targets und zwei Ionenkano nen, die jeweils einem Target zugeordnet sind. Mit einem LEED- System (low energy electron diffraction) kann eine in-situ-Ana lyse des Substrats und der aufgewachsenen Schichten durchge führt werden. Eine AES-Analyse (Auger electron spectroscopy) kann in einer getrennten, aber mit der IBS-Anlage verbundenen Kammer durchgeführt werden (CRC Critical Reviews on Sol. State and Mat. Sci., Vol. 11, Issue 1, Seiten 68 und 69).It is also a combination of ion beam sputtering known system with an analysis system, which in a common Men ultra high vacuum system are arranged. The ion beam The sputtering system contains several targets and two ion canons nen, which are each assigned to a target. With a LEED System (low energy electron diffraction) can an in situ Ana lyse the substrate and the grown layers leads. An AES analysis (Auger electron spectroscopy) can be in a separate but connected to the IBS facility Chamber (CRC Critical Reviews on Sol.State and Mat. Sci., Vol. 11, Issue 1, pages 68 and 69).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Anlage derart zu verbessern, daß zugleich eine Analyse der Pro ben als auch der Targets möglich ist.The invention is based on the object, this known Plant to improve so that at the same time an analysis of the Pro ben as well as the targets is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeich nenden Merkmalen des Anspruchs 1. Mit dem Präzisionsmanipulator werden die Proben von einer Transferposition aus einer Schleuse in ihre Beschichtungsposition gebracht. Mit dem Greifarm können die Proben vom Präzisionsmanipulator abgenommen und auf den Drehschiebemanipulator aufgesetzt werden, der sie zur Analyse anlage transportiert. Der Drehschiebemanipulator dient außerdem zum Transport der Targets zwischen ihrer Beschichtungsposition und ihrer Analyseposition. Mit dieser Einrichtung können somit sowohl die Proben als auch die Targets analysiert werden und es können Mehrkomponentenschichten aus Metallen, Halbleitern und Isolatoren hergestellt werden. Besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Einrichtung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved with the character nenden features of claim 1. With the precision manipulator are the samples from a transfer position out of a lock brought into their coating position. Can with the gripper arm the samples are taken from the precision manipulator and placed on the Rotary slide manipulator placed on it for analysis plant transported. The rotary slide manipulator also serves to transport the targets between their coating positions and their analysis position. With this facility you can both the samples and the targets are analyzed and it can multi-component layers made of metals, semiconductors and Insulators are made. Particularly advantageous others Refinements of the device of the invention result from the subclaims.
In einer besonderen Ausführungsform der Einrichtung sind Neu tralteilchenquellen als Zerstäubungsquellen vorgesehen. Damit ist eine Abscheidung von metallischen oder halbleitenden Schichten sowie Isolatorschichten möglich. Eine weitere Zer stäubungsquelle kann zum simultanen Teilchenbeschuß während der Beschichtung eingesetzt werden, wodurch die mikrostrukturellen und magnetischen Eigenschaften der so hergestellten Filme be einflußt werden können. Ferner kann die Einrichtung vorzugswei se mit einem Analysegerät zur Verfolgung des Wachstumsprozesses mit Laser-Licht versehen sein. Damit ist eine Feststellung optischer und magnetooptischer Eigenschaften im Falle von Ma gnetschichten der aufgewachsenen Schichten während des Abschei dungsprozesses möglich.In a special embodiment of the device are new Particle sources provided as atomization sources. In order to is a deposition of metallic or semiconducting Layers and insulator layers possible. Another Zer Dust source can be used for simultaneous particle bombardment during the Coating can be used, creating the microstructural and magnetic properties of the films thus produced can be influenced. Furthermore, the device can preferably se with an analyzer to track the growth process be provided with laser light. This is a statement optical and magneto-optical properties in the case of Ma net layers of the grown layers during the separation process possible.
Für die Probe kann vorzugsweise ein gerichtetes Magnetfeld vor gesehen sein, mit dem eine magnetooptische Charakterisierung von Magnetschichten in situ möglich ist; außerdem kann man da mit beispielsweise innerhalb aufwachsender magnetischer Schich ten eine magnetische Anisotropie in Feldrichtung induzieren. Das Magnetfeld kann vorzugsweise durch eine innerhalb der Ionenstrahl-Aufstäubungsanlage transportierbare Magnetspule induziert werden. Insbesondere kann eine geteilte Magnetspule vorgesehen sein, deren Teilspulen auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Probe angeordnet werden.A directional magnetic field can preferably be provided for the sample be seen with a magneto-optical characterization of magnetic layers is possible in situ; you can also go there with, for example, a magnetic layer growing up inside induce magnetic anisotropy in the field direction. The magnetic field can preferably be generated by one within the Magnetic coil portable ion sputtering system be induced. In particular, a split solenoid be provided, the sub-coils on two opposite Sides of the sample.
Der Präzisionsmanipulator ist vorzugsweise mit einer Heizein richtung und einer Kühleinrichtung für die Probe versehen.The precision manipulator is preferably with a heater direction and a cooling device for the sample.
Die Analyse-Anlage kann außerdem noch mit einer Ionenquelle für tiefenaufgelöste Augerelektronenspektroskopie und Röntgenphoto emissionsspektroskopie ausgerüstet sein.The analysis system can also use an ion source for deep-resolution Auger electron spectroscopy and X-ray photo be equipped with emission spectroscopy.
Ferner kann die Analyse-Anlage noch mit der Kombination einer zusätzlichen Ionenquelle mit einem Sekundärionen-Massenspektro meter SIMS zur Messung von Verunreinigungen sowie der Zusammen setzung der Schichten versehen sein.Furthermore, the analysis system can still be combined with a additional ion source with a secondary ion mass spectrometer meter SIMS for measuring impurities as well as together settlement of the layers.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Herstellen von Mehrkomponentenschichten gemäß der Erfindung als Außenansicht schematisch veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Ionenstrahl-Aufstäubungs anlage und in Fig. 3 ein Schnitt durch die Analyseanlage dar gestellt.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which FIG. 1 schematically illustrates an exemplary embodiment of a device for producing multi-component layers according to the invention as an external view. In Fig. 2 is a section through the ion beam sputtering system and in Fig. 3 is a section through the analysis system.
In der Ausführungsform einer Einrichtung zum Herstellen von Mehrkomponentenschichten gemäß Fig. 1 bildet die Kombination einer Ionenstrahl-Aufstäubungsanlage 10 mit einer Analyse-An lage 30 ein gemeinsames Vakuumsystem 11 mit einem Ultrahoch vakuum von vorzugsweise mindestens 10-7 Pa und insbesondere etwa 10-9 Pa zugeordnet. Diese Einrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein zum Herstellen von magnetischen Speicherschich ten, beispielsweise Kobalt-Chrom Co x Cr1-x oder Seltenen-Erd- Übergangsmetallegierungen, beispielsweise Terbium-Eisen-Kobalt Tb x (Fe1-yCo y )1-x oder Metallschichten, beispielsweise Kupfer Cu sowie von Halbleiter- oder auch Isolatorschichten.In the embodiment of a device for producing multi-component layers according to FIG. 1, the combination of an ion beam sputtering system 10 with an analysis system 30 forms a common vacuum system 11 with an ultra-high vacuum of preferably at least 10 -7 Pa and in particular about 10 -9 Pa assigned. This device can be provided, for example, for producing magnetic storage layers, for example cobalt-chromium Co x Cr 1-x or rare earth transition metal alloys, for example terbium-iron-cobalt Tb x (Fe 1-y Co y ) 1-x or Metal layers, for example copper Cu and semiconductor or insulator layers.
Mehrere Zerstäubungsquellen, von denen in Fig. 1 nur drei sichtbar und mit 8 bezeichnet sind, dienen als Zerstäubungs kanonen für innerhalb der Zerstäubungsanlage angeordnete Tar gets. Als Zerstäubungsquellen 8 können vorzugsweise Neutral teilchenquellen vorgesehen sein. Damit ist die Herstellung sowohl von Metall- als auch von Halbleiter- und Isolatorschich ten möglich. Durch die Zerstäubungsquellen 8 wird Material aus der Oberfläche der Targets ausgelöst und zerstäubt und auf ei nem Substrat niedergeschlagen. Die Fokalpunkte der Zerstäu bungsquellen 8 liegen nebeneinander auf einer Linie parallel zur waagrechten Achse des Vakuumsystems 11. Durch das Zerstäu ben von Mehrkomponenten-Targets oder gleichzeitiges Zerstäuben mehrerer Ein- oder Mehrkomponenten-Targets entstehen auf dem Substrat Multikomponentenschichten.Several atomization sources, of which only three are visible in FIG. 1 and are designated 8 , serve as atomization cannons for Tar gets arranged within the atomization system. As atomization sources 8 , neutral particle sources can preferably be provided. This enables the production of metal as well as semiconductor and insulator layers. The atomization sources 8 trigger material from the surface of the targets and atomize them and deposit them on a substrate. The focal points of the atomization sources 8 lie side by side on a line parallel to the horizontal axis of the vacuum system 11 . By sputtering multi-component targets or simultaneously sputtering multiple single or multi-component targets, multi-component layers are formed on the substrate.
Die Kombination der beiden Anlagen ist mit einem Transfermecha nismus versehen, der aus der Kombination eines Präzisionsmani pulators 2 mit einem Greifarm 12 und einem Drehschiebemanipula tor 40 besteht. Mit diesem zusammenwirkenden Mechanismus können sowohl die Proben, als auch die Targets zwischen der Ionen strahl-Aufstäubungsanlage 10 und der Analyseanlage 30 hin- und hertransportiert werden.The combination of the two systems is provided with a transfer mechanism which consists of the combination of a precision manipulator 2 with a gripper arm 12 and a rotary slide manipulator 40 . With this cooperating mechanism, both the samples and the targets can be transported back and forth between the ion beam sputtering system 10 and the analysis system 30 .
Der Präzisionsmanipulator 2 bildet einen Teil der Ionenstrahl- Aufstäubungsanlage 10 und ermöglicht eine Bewegung der Proben innerhalb der Aufstäubungsanlage in X-, Y- und Z-Richtung und eine Drehbewegung 0 um seine senkrechte Achse sowie zusätzlich eine Drehbewegung ϕ um eine in der X-Y-Ebene liegende Achse. Für die Verstellung in X- und Y-Richtung sind Antriebe vorge sehen, die mit 3 bezeichnet sind. Ein Antrieb 4 ist für die Höhenverstellung (z-Richtung) und ein Antrieb 5 für die Drehbe wegung vorgesehen. Ein Faltenbalg 6 ermöglicht die vakuumdichte Höhenverstellung.The precision manipulator 2 forms part of the ion beam sputtering system 10 and enables movement of the samples within the sputtering system in the X, Y and Z directions and a rotary movement 0 about its vertical axis and additionally a rotary movement ϕ about one in the XY plane lying axis. For the adjustment in the X and Y directions, drives are provided, which are designated by 3 . A drive 4 is provided for the height adjustment (z direction) and a drive 5 for the rotary motion. A bellows 6 enables the vacuum-tight height adjustment.
Der Präzisionsmanipulator 2 ist mit einer nicht dargestellten Heizeinrichtung versehen, die eine Erwärmung der Probe auf etwa 1000 K erlaubt. Ferner kann der Präzisionsmanipulator 2 auf Flüssigstickstoff-Temperatur von 77 K gekühlt werden. Durch diese Heizung und Kühlung der Proben ist eine Beeinflussung der Eigenschaften der aufgewachsenen Dünnschichten möglich. Es kön nen beispielsweise amorphe Metallschichten auf einem gekühlten Substrat abgeschieden werden. Ferner können die Proben getem pert und die Schichten durch Festkörperreaktionen und Inter diffusion zwischen benachbarten Lagen bei Schichtpaketen ver ändert werden. Es ist beispielsweise ein Amorphisieren durch Tempern von Schichtpaketen möglich.The precision manipulator 2 is provided with a heating device, not shown, which allows the sample to be heated to approximately 1000 K. Furthermore, the precision manipulator 2 can be cooled to a liquid nitrogen temperature of 77 K. This heating and cooling of the samples enables the properties of the grown thin layers to be influenced. For example, amorphous metal layers can be deposited on a cooled substrate. Furthermore, the samples can be tempered and the layers can be changed by solid-state reactions and interdiffusion between adjacent layers in layer packages. For example, amorphization by annealing layer packets is possible.
Der Greifarm 12 wirkt wie eine Pinzette und dient zusammen mit dem Drehschiebemanipulator 40 zum Transport der Proben und Tar gets zur Analyseanlage 30. Der Greifarm 12 dient außerdem zu gleich zur Betätigung einer Schleuse 14, die ein Karussell ent hält, auf dem vorzugsweise zugleich mehrere Substrate, bei spielsweise 10 Substrate, befestigt sind. Das Karussell wird auf einem in der Figur nicht dargestellten Manipulator abge setzt. Einzelne Substrate können von diesem Karussell mit dem Greifarm 12 auf den Präzisionsmanipulator 2 in ihre Arbeits position gebracht werden, in der sie von dem Material erreicht werden, das aus der Oberfläche der Targets ausgelöst wird.The gripper arm 12 acts like tweezers and, together with the rotary slide manipulator 40, serves to transport the samples and targets to the analysis system 30 . The gripper arm 12 also serves to actuate a lock 14 , which holds a carousel, on which preferably several substrates, for example 10 substrates, are attached at the same time. The carousel is placed on a manipulator, not shown in the figure. Individual substrates can be brought from this carousel with the gripper arm 12 onto the precision manipulator 2 into their working position, in which they are reached by the material that is triggered from the surface of the targets.
Für die Ionenstrahl-Aufstäubungsanlage 10 sind ferner vor zugsweise mindestens zwei Anschlußflansche 20 für ein in der Figur nicht dargestgelltes Analysegerät zur Verfolgung des Wachstumsprozesses der Dünnschichten mit Laser-Licht vorge sehen. Mit diesem Analysegerät können optische Eigenschaften der Dünnschichten, beispielsweise der Brechungsindex n, der Absorptionsindex k oder auch das Reflexionsvermögen R, während ihres Wachstumsprozesses festgestellt werden. Das Analysegerät dient ferner in Kombination mit der Magnetspule 50 zur Messung magnetooptischer Eigenschaften der Probe, beispielsweise zur Messung des Kerr-Winkels R k. Außerdem kann damit die Phasenum wandlungstemperatur (Curie-Temperatur) von der ferromagneti schen oder ferrimagnetischen in die paramagnetische Phase sowie die Kompensationstemperatur bei ferrimagnetischen Materialien ermittelt werden. Darüber hinaus ist damit simultan während des Wachstumsprozesses eine Messung des Reflexionsvermögens R als Funktion der Schichtdicke möglich. Für optische Anpassungs schichten muß bekanntlich R als Funktion der Schichtdicke mi nimiert werden. Mit einem Mikroprozessor kann dieser Prozeß automatisiert werden. Sichtfenster 16 dienen zur Beobachtung der Proben- und Targetmanipulatoren. Verschiedene Flansche 18 sind zum wahlweisen Anschluß von Geräten, die zum Betrieb der Anlage zweckmäßig sein können, beispielsweise von Massenspek trometern oder Vakuummeßröhren, vorgesehen.For the ion beam sputtering system 10 are also seen preferably before at least two connecting flanges 20 for a not shown in the figure analyzer for tracking the growth process of the thin layers with laser light. With this analysis device, optical properties of the thin layers, for example the refractive index n , the absorption index k or also the reflectivity R , can be determined during their growth process. The analysis device is also used in combination with the magnet coil 50 to measure magneto-optical properties of the sample, for example to measure the Kerr angle R k . It can also be used to determine the phase transition temperature (Curie temperature) from the ferromagnetic or ferrimagnetic phase to the paramagnetic phase as well as the compensation temperature for ferrimagnetic materials. In addition, a measurement of the reflectivity R as a function of the layer thickness is possible simultaneously during the growth process. As is known, for optical adaptation layers, R must be minimized as a function of the layer thickness. This process can be automated with a microprocessor. Viewing windows 16 are used to observe the sample and target manipulators. Various flanges 18 are for the optional connection of devices that may be useful for operating the system, for example mass spectrometers or vacuum measuring tubes.
Mit einem Schichtdickenmeßgerät, das im allgemeinen einen in nerhalb des Vakuumsystems 11 angeordneten Schwingquarz 23 ent hält, wird die Materialzufuhr und damit die Abscheidungsge schwindigkeit gemessen und wahlweise durch entsprechende Steue rung der Zerstäubungsquellen 8 eingestellt.With a layer thickness measuring device, which generally contains a quartz crystal 23 arranged inside the vacuum system 11 , the material supply and thus the separation speed is measured and optionally adjusted by appropriate control of the atomization sources 8 .
Zur Analyse-Anlage 30 gehören ein Energie- und Intensitäts analysator 32, eine Röntgen-Photoemissionsquelle (XPS) 34 (Fi gur 3) sowie eine Elektronenquelle, die mit 36 bezeichnet ist.The analysis system 30 includes an energy and intensity analyzer 32 , an X-ray photoemission source (XPS) 34 (Fig. 3 ) and an electron source, which is denoted by 36 .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung ist die Analyseanlage 30 ferner mit einer zusätzlichen Ionenquelle 44 versehen, die vorzugsweise zum Herstellen von Tiefenprofilen dienen kann. Mit dieser Einrichtung kann somit abwechselnd aufgestäubt und gemessen werden. Dieser Vorgang kann vorzugs weise von einem Rechner gesteuert werden. Es kann beispiels weise zunächst ein Auger-Spektrum oder ein Röntgen-Photoemis sions-Spektrum aufgenommen, anschließend wieder eine Schicht abgestäubt und dann wieder eine Messung vorgenommen werden. Die Prozesse können auch simultan ablaufen.In a preferred embodiment of the device, the analysis system 30 is also provided with an additional ion source 44 , which can preferably be used to produce depth profiles. This device can thus alternately dust and measure. This process can preferably be controlled by a computer. For example, an Auger spectrum or an X-ray photoemission spectrum can first be recorded, then a layer can be dusted again and then a measurement can be carried out again. The processes can also run simultaneously.
Ein Drehschiebemanipulator 40 dient zum Transport der Targets und Proben von der Ionenstrahl-Austäubungsanlage 10 zur Analy seanlage 30. Ferner werden damit die Targets und Proben in ihre zur Analyse erforderliche Lage gebracht. Durch die Linearbewe gung in Achsrichtung erfolgt der Transport zwischen der Ionen strahl-Aufstäubungsanlage 10 und der Analyse-Anlage 30 und mit seiner Drehbewegung wird der Einschußwinkel der Zerstäubungs quellen 8 eingestellt. Dadurch kann z.B. die Aufstäubungsge schwindigkeit verändert und optimiert werden.A rotary slide manipulator 40 is used to transport the targets and samples from the ion beam dusting system 10 to the analysis system 30 . Furthermore, the targets and samples are brought into their position required for analysis. Due to the linear movement in the axial direction, the transport takes place between the ion beam sputtering system 10 and the analysis system 30 and with its rotational movement the angle of incidence of the atomizing sources 8 is set. As a result, the speed of dusting can be changed and optimized, for example.
Eine Vakuumpumpe für Ultrahochvakuum, von der lediglich ein Anschlußrohr 42 in der Figur angedeutet ist, dient zur Erzeu gung des Vakuums im Vakuumsystem 11. Die Vakuumpumpe kann vor zugsweise eine Turbomolekularpumpe in Kombination mit einer Titan-Verdampferpumpe sein, mit der auch Wasserstoff H2 abge pumpt werden kann und damit ein Ultrahochvakuum von mindestens 10-8 Pa erreichbar ist.A vacuum pump for ultra-high vacuum, of which only a connecting pipe 42 is indicated in the figure, is used to generate the vacuum in the vacuum system 11 . The vacuum pump can preferably be a turbomolecular pump in combination with a titanium evaporator pump, with which hydrogen H 2 can also be pumped off and thus an ultra-high vacuum of at least 10 -8 Pa can be achieved.
In der Schnitt-Darstellung gemäß Fig. 2 ist innerhalb des Vakuumsystems 11 ein Target 24 angedeutet, das auf dem in der Figur nicht dargestellten Dreh-Schiebemanipulator 40 befestigt sein soll und auf das eine Sputterquelle 8 gerichtet ist. Ober halb der Targets 24, von denen in der Figur nur ein einziges sichtbar ist, wird eine Probe 26, ein sogenanntes Kleinsub strat, dessen Durchmesser im allgemeinen etwa 10 mm nicht we sentlich überschreitet, angeordnet. Die Probe 26 ist am Präzi sionsmanipulator 2 befestigt. Zwischen dem Target 24 und der Probe 26 ist eine in ihrer Lage veränderbare Abschirmung 28 vorgesehen. Diese Abschirmung 28 schützt die Probe 26 vor allem während der Reinigung der Targets 24 vor Beginn des Abschei dungsprozesses. Mit dieser Reinigung werden beispielsweise Sauerstoff und Kohlenstoff von der Oberfläche der Targets 24 entfernt.In the sectional view according to FIG. 2, a target 24 is indicated within the vacuum system 11 , which is to be attached to the rotary-slide manipulator 40 ( not shown in the figure) and to which a sputter source 8 is directed. Above half of the targets 24 , of which only one is visible in the figure, a sample 26 , a so-called small substrate, the diameter of which generally does not exceed approximately 10 mm, is arranged. The sample 26 is attached to the precision manipulator 2 . A shield 28 whose position can be changed is provided between the target 24 and the sample 26 . This shield 28 protects the sample 26 especially during the cleaning of the targets 24 before the start of the deposition process. With this cleaning, for example, oxygen and carbon are removed from the surface of the targets 24 .
In der Schnittebene sind außerdem zwei Anschlußflansche 20 für Analysegeräte sowie ein Schwingquarz 23 des Schichtdickenmeß gerätes 22 sichtbar.In the sectional plane, two connection flanges 20 for analyzers and a quartz crystal 23 of the layer thickness measuring device 22 are also visible.
Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Vorrich tung zum Einbringen einer Magnetspule 50 vorgesehen sein, von der lediglich ein Flansch 48 sichtbar ist. In dieser Ausfüh rungsform ist die Einrichtung geeignet für optische und magne tooptische Messungen. Die Magnetspule 50 kann vorzugsweise als sogenannte Helmholtzspule aufgebaut sein, deren Teilspulen zu beiden Seiten der Probe 26 angeordnet sind.Furthermore, in a preferred embodiment, a device for introducing a magnet coil 50 can be provided, of which only a flange 48 is visible. In this embodiment, the device is suitable for optical and magnetic tooptic measurements. The magnet coil 50 can preferably be constructed as a so-called Helmholtz coil, the partial coils of which are arranged on both sides of the sample 26 .
Die Probe 26 ist mit Hilfe des Präzisionsmanipulators 2 um ihre senkrechte Achse um einen Winkel R drehbar und um eine Achse parallel zur Längsachse der Vakuumkammer 11 um einen Winkel ϕ schwenkbar.The sample 26 can be rotated around its vertical axis by an angle R with the aid of the precision manipulator 2 and can be pivoted through an angle ϕ about an axis parallel to the longitudinal axis of the vacuum chamber 11 .
Ferner kann die Präparationsanlage 10 vorzugsweise mit einer weiteren in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Ionen- oder Neu tralteilchenquelle 9 ausgerüstet sein, die zum simultanen Teil chenbeschuß während des Aufstäubens der Mehrkomponentenfilme dient. Dadurch können magnetische, optische und mikrostruktu relle Eigenschaften von dünnen Schichten beeinflußt werden.Furthermore, the preparation system 10 can preferably be equipped with a further ion or neutral particle source 9 , indicated by dashed lines in FIG. 2, which serves for simultaneous partial bombardment during the sputtering of the multi-component films. Magnetic, optical and microstructural properties of thin layers can thereby be influenced.
Gemäß Fig. 3 ist für die Analyse-Anlage 30 außer dem Elektro nenspektrometer 32 und der Elektronenquelle 36 noch eine Röntgen-Photoemissionsquelle (XPS) 34 vorgesehen. Mit der Kom bination dieser Geräte ist eine Analyse der Zusammensetzung, Oberflächensauberkeit und der elektronischen Struktur von Metall-, Halbleiter- und Isolatorschichten möglich.According to FIG. 3 for the analysis system 30 in addition to the electric nenspektrometer 32 and the electron source 36 or an X-ray photoemission source (XPS) 34 is provided. The combination of these devices enables an analysis of the composition, surface cleanliness and the electronic structure of metal, semiconductor and insulator layers.
Zur Untersuchung der elektronischen Struktur solcher Schichten kann die Analysenlage 30 vorzugsweise noch mit einer in Fig. 3 nicht dargestellten Ultraviolett-Photoemissionsquelle versehen sein.In order to examine the electronic structure of such layers, the analysis layer 30 can preferably also be provided with an ultraviolet photoemission source (not shown in FIG. 3).
Eine weitere Ionenquelle 54 ist kombiniert mit einem Sekundär ionen-Massenspektrometer (SIMS) 56. Mit der Ionenquelle 54 wird Material von der Probe 26 oder einem Target 24 abgetragen und mit dem Sekundärionen-Massenspektrometer 56 werden die aus der Oberfläche ausgelösten Sekundärionen erfaßt. Mit dieser Ein richtung kann somit durch Messung der Massenzahl und Intensität der ausgelösten Ionen ebenfalls die Zusammensetzung und der An teil von Verunreinigungen gemessen werden. Außerdem ist in der Figur eines der Fenster 16 sichtbar.Another ion source 54 is combined with a secondary ion mass spectrometer (SIMS) 56 . Material is removed from the sample 26 or a target 24 with the ion source 54 and the secondary ions released from the surface are detected with the secondary ion mass spectrometer 56 . With this device, the composition and the proportion of impurities can thus also be measured by measuring the mass number and intensity of the ions released. In addition, one of the windows 16 is visible in the figure.
Zu einer weiteren Analyse der Proben 26 außerhalb des Vakuum systems 11 können die Proben 26 innerhalb der Einrichtung mit geeigneten Schutzschichten versehen werden.For a further analysis of the samples 26 outside the vacuum system 11 , the samples 26 can be provided with suitable protective layers within the device.
Claims (10)
Für die Kombination der beiden Anlagen ist ein Transfermecha nismus vorgesehen, der aus der Kombination eines Präzisions manipulators (2) und eines Greifarms (12) sowie eines Dreh scheibenmanipulators (40) besteht,
die Analyse-Anlage (30) ist mit einem Elektronenspektrometer (32) versehen, dem eine Röntgen-Photoemissionsquelle (34) und eine Elektronenquelle (36) zugeordnet sind,
für die Analyse-Anlage (30) ist außerdem ein Sekundärionen- Massenspektrometer (56) vorgesehen, dem eine Ionenquelle (54) zugeordnet ist.1. Device for producing multi-component films by combining an ion beam sputtering system which contains several sputtering sources and several targets, and an analysis system which are arranged in a common ultra-high vacuum system, characterized by the following features:
For the combination of the two systems, a transfer mechanism is provided, which consists of the combination of a precision manipulator ( 2 ) and a gripper arm ( 12 ) and a rotary disk manipulator ( 40 ),
the analysis system ( 30 ) is provided with an electron spectrometer ( 32 ) to which an X-ray photoemission source ( 34 ) and an electron source ( 36 ) are assigned,
a secondary ion mass spectrometer ( 56 ), to which an ion source ( 54 ) is assigned, is also provided for the analysis system ( 30 ).
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| DE19863625700 DE3625700A1 (en) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | Device for producing and analysing multi-component films |
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1986
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| DE3625700A1 (en) | 1988-02-04 |
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