DE3730834A1 - Verfahren und vorrichtung zur physikalischen dampfablagerung duenner filme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur physikalischen Dampfablagerung dünner Filme.

Physikalische Dampfablagerung (physical vapor deposition "PVD") zunehmend reiner und gleichförmiger dünner Filme einer großen Anzahl unterschiedlicher Materialien auf eine ebenso große Anzahl unterschiedlicher Arten und Größen von Substratmaterialien ist ein Schlüsselerfordernis bei der Herstellung vieler Hochtechnonogie-Produkte einschließlich integrierter Schaltungen, magnetischer und optischer Spei­ chermedien, aktiver und passiver Solarenergie-Geräte und optischer Beschichtungen. Es bestehen mehrere Arten von PVD-Verfahren einschließlich thermischer Verdampfung, Ionen­ strahl-Abtragung und Magnetron-Sputtering sowie Molekular­ strahl-Epitaxie, um nur einige zu nennen.

Ein bei all diesen Verfahren auftretendes, gemeinsames Problem besteht darin, auf welche Weise hochreine homogene Schichten gleichförmiger Dicke über jeden vorgegebenen Substratabschnitt abgelagert werden können, während gleich­ zeitig annehmbare kommerzielle Durchsätze und Quellenlei­ stungen erzielt werden sollen. Dieses Problem ist in Fig. 1 für den speziellen Fall einer Ringmagnetron- Sputterquelle gezeigt, obwohl die nachfolgende Diskussion auf jedwede PVD-Quelle zutrifft. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Verteilung des gesputterten Materials an der Sub­ stratebene in hohem Maße ungleichförmig. Die Amplitude (Ablagerungsgeschwindigkeit) und die Form (Profil) dieser Verteilung hängen nicht nur von der Art, der Konstruktion und den Betriebsbedingungen (beispielsweise Ablagerungs­ kammerdruck) der PVD-Quelle ab, sondern auch vom jeweili­ gen Quellenmaterial (Target), dem Zustand der Erosion (Verbrauch bzw. Abnutzung) des Targets und dem Abstand zwischen Target und Substrat. (Es ist anzumerken, daß die Eigenschaften des Substrats ebenfalls die Quellenvertei­ lung beeinflussen können. Bei PVD-Quellen ist dieser Ein­ fluß typischerweise gering und/oder voraussagbar. Dies steht im Gegensatz zu chemischer Dampf-Ablagerung (chemi­ cal vapor deposition "CVD"), wo der Effekt des Substrats auf die Ablagerung der dominierende Faktor sein kann.)

Die PVD-Ausrüstung liefernde Industrie hat die folgenden Techniken entwickelt, um gleichförmigere Ablagerungen zu erzielen:

• a) Verwendung von Targets, die sehr viel größer sind als die Substrate;
• b) Verwendung von elektrischen und magnetischen Abstim­ mungs-Feldern, Schattenmasken und dgl., um die Quel­ lenverteilung zu formen;
• c) die Verwendung von Substratbewegung, um die Quellenver­ teilung zu mitteln;
• d) unterschiedliche Kombination der vorstehenden Maß­ nahmen.

Das Problem bei der erstgenannten Methode liegt in ihrer offensichtlichen geringen Effizienz. Sie ist nicht nur verschwenderisch und teuer, insbesondere bei Edelmetall- Ablagerungen, die Verwendung von sehr großen Quellen setzt eine Kettenreaktion bezüglich steigender Größe und Kosten und verminderte Vielseitigkeit der Konstruktion und der Leistung von PVD-Einrichtungen in Gang. Insbesondere ist die Forschung und Entwicklung in einem Produktions-PVD- System (oder umgekehrt) ein schwieriges, teures und wenig lohnenswertes Unterfangen. Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, getrennte Systeme für Forschung und Entwicklung einerseits und Produktion andererseits zu verwenden, dies erfordert jedoch, daß die bei einem Forschungs- und Ent­ wicklungs-System entwickelten Verarbeitungstechniken wirk­ sam und genau auf ein Produktionssystem übertragen werden. Diese Zeit, die erforderlich ist, um ein Produkt aus dem Labor und in die Produktion zu bekommen, stellt eines der Hauptproblembereiche in der Industrie dar.

Die Targetgröße kann wesentlich reduziert werden, wenn ver­ schiedene Techniken benutzt werden, um die Quellenvertei­ lung so zu formen, daß Ablagerungen gleichförmigerer Dicke entstehen. Auch dieser Lösungsweg birgt jedoch Probleme in sich. Zum ersten kann, nachdem ein jeder Punkt auf einem feststehenden Substrat eine unterschiedliche räumliche Be­ ziehung zu einer ausgedehnten Quelle hat, die Homogenität des Films über das Substrat wesentlich variieren, selbst wenn die Dicke gleichförmig ist, insbesondere bei reaktiv abgelagerten Filmen. Zum zweiten weist ein jedes Quellen­ material unterschiedliche Erfordernisse hinsichtlich des Formens auf, was diesen Lösungsweg langwierig und zeit­ intensiv macht. Zum letzten ändert sich das Ablagerungs­ profil mit der Erosion des Quellenmaterials, was es erfor­ derlich macht, daß dessen Quellenverteilung erneut geformt werden muß oder daß es durch ein neues Target ersetzt wird, oftmals bereits nach einigen wenigen Prozent Targetabnut­ zung.

Mehrere Arten von Substratbewegung sind, wenn sie mit den obengenannten Techniken zum Steuern der Quellenverteilung kombiniert werden, ziemlich wirksam, um viele der vorge­ nannten Probleme zu minimieren. Planetarisch bewegte Sub­ strathalterungen, die in der Industrie verwendet werden, sind ein Beispiel für diesen Lösungsweg. Dies sind typi­ scherweise mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene Mechanismen mit einem oder mehreren Freiheitsgraden, die so konstruiert sind, daß sie die Quellenverteilung über große Subtratzonen in einer Weise mitteln, die gleichför­ migere Ablagerungen erzeugt. Die Vorteile der kleineren Targetgröße und verbesserter Ablagerungs-Gleichförmigkeit, die sich aus der Substratbewegung während der Ablagerung ergeben, sind unter der Annahme bzw. Voraussetzung recht bedeutsam, daß die Umgebung der Ablagerung ausreichend sauber ist, um sehr reine Ablagerungen selbst aufgrund des Umstandes sicherzustellen, daß sich das Substrat als Folge dieser Bewegung wiederholt in und aus der Ablagerungszone bewegt. Die seitens der einschlägigen Industrie derzeit hergestellten planetarischen Anordnungen mitteln jedoch lediglich die Unterschiede in der Quellenverteilung, wie beispielsweise diejenigen aufgrund unterschiedlicher Tar­ getmaterialien und Erosionszustände. Weiterhin sind mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene planetarische Ein­ richtungen in hohem Maße uneffizient, wenn sie für For­ schung und Entwicklung verwendet werden, nachdem sie dazu konstruiert sind, gleichförmige Ablagerungen über die ge­ samte planetarische Oberfläche zu erzielen und nicht etwa über ausgewählte kleinere Abschnitte, was für Ablagerungen in der Forschung und Entwicklung angemessen wäre.

Als Ergebnis ist für PVD-Vorrichtungen, die unterschiedli­ che Kombinationen dieser Formungs- und Mittelungstechniken verwenden und gleichzeitig ausreichende Produkt-Durchsätze und eine ausreichende Target-Effizienz sicherstellen, die angegebene Leistung nach dem Stand der Technik nicht bes­ ser als 90 bis 95% Dicken-Uniformität.

Im folgenden werden mehrere Schlüsselworte jeweils in ihrer breitesten Bedeutung verwendet, nämlich insbeson­ dere:

• a) Quelle:
  die Quelle kann jede beliebige PVD-Quelle sein, insbesondere eine Gleichstrom/Hochfrequenz-Magnetron-, Dioden- oder Trioden-Sputter-Quelle, thermische und Elektronenstrahl-Verdampfungs-Quelle, Ionenstrahl-Fräs- und Sekundärionenstrahl-Ablagerungsquelle, eine Moleku­ larstrahl-Epitaxie-Quelle oder eine Strahlungsheizer­ quelle. Das primäre Anfordernis an die Quelle für eine erfolgreiche Durchführung der Erfindung besteht darin, daß die Quellenverteilung (Definition siehe unten) aus­ reichend stabil und unabhängig von den Eigenschaften des Substrats ist, so daß ihre Ablagerungseigenschaften vorausgesagt werden können, indem die Form und die Amp­ litude ihrer Verteilung gemessen werden.
• b) Substrat:
  definiert die Oberfläche, auf der die Abla­ gerung stattfindet. Seine Größe und sein Material sind nur aufgrund der Kammergröße und der Vakuumkompaktibi­ lität beschränkt.
• c) Ablagerung:
  diese soll so definiert sein, daß sie zu­ sätzlich zu dem tatsächlichen Ablagern des Materials auf einem Substrat auch das Entfernen und/oder Aufhei­ zen des Substratmaterials mittels einer Quelle umfaßt.
• d) Quellenverteilung:
  die Amplitude und Form der Ablage­ rung mittels einer Quelle auf einem stationären Sub­ strat, welches bezüglich der Quelle zentriert ist.
• e) Scanner:
  jedes Gerät oder jeder Mechanismus, der in der Lage ist, eine vorbestimmte und gesteuerte relative Bewe­ gung zwischen einer Quelle und einem Substrat zu erzeugen.
• f) Nichtlineare Abtastung:
  dieser Begriff umfaßt alle mög­ lichen vorbestimmten und gesteuerten Scanner-Bewegungen, einschließlich (jedoch nicht ausschließlich) konstante und nichtkonstante Geschwindigkeit, geradlinige Bewegung, kreisförmig, oszillierend, kontinuierlich und intermit­ tierend. Er umfaßt auch die Möglichkeit der Zeitvariation der Amplitude der Quellenverteilung während der Ablage­ rungen.
• g) Quellenprofilierer:
  jedes Gerät oder Gerätekombination, welches in der Lage ist, die Amplitude und Form einer Quellenverteilung zu erstellen. Solche Geräte umfassen externe Taststift-Profilierer und in situ Echtzeit- Ablagerungs-Monitore wie beispielsweise Quarzkristall- Massenablagerungs-Sensoren, Widerstandsthermometer und Thermoelemente sowie Faradaykäfig-Strommonitore, sind jedoch auf diese nicht beschränk.
• h) Gleichförmigkeit:
  beschreibt alle Aspekte der Ablage­ rungs-Homogenität (beispielsweise Dichte, Zusammenset­ zung, Struktur) sowie Gleichförmigkeit der Ablagerungs­ dicke. Der Begriff umfaßt Ablagerungen von vorgeschrie­ bener nicht-gleichförmiger Dicke, wenn in diesem Fall die spezifizierte Gleichförmigkeit verwendet wird, um das Ausmaß zu beschreiben, zu welchem das vorgeschriebe­ ne endgültige Ablagerungsprofil erreicht ist.

Der erfindungsgemäße Lösungsweg verbessert den derzeitigen Stand der Technik der gleichförmigen Dünnfilmablagerung ins­ besondere auf Substraten, deren Größe vergleichbar mit oder größer als die Quelle ist, wirksam und zuverlässig, indem eine Technik angegeben wird, welche in der Lage ist, die Wirkungen der Unterschiede und/oder Änderungen unterschied­ licher Quellenprofile schnell, genau und routinemäßig in den Griff zu bekommen. Die Technik basiert auf der Voraus­ setzung, daß es dann, wenn man über eine vollständige Kennt­ nis einer Quellenverteilung (jedweder Form) verfügt und wenn man auch die Steuerung einer beweglichen Substrathal­ terung (scanner) vollkommen in der Hand hat, welche in der Lage ist, jeden gegebenen Punkt auf dem Substrat an jeder gegebenen Position in der Quellenverteilung während einer Zeitdauer zu plazieren, möglich sein müßte, ein Quellen- Substrat-Bewegungsszenarium zu finden, welches Ablagerungen beliebig hoher Gleichförmigkeit auf Substratzonen beliebi­ ger Größe erzeugt. Für eine zeitunabhängige Quellenvertei­ lung (d. h. konstante Ablagerungsgeschwindigkeit) ist typi­ scherweise eine nichtlineare Zeitablenkung des Substrats relativ zur Quelle erforderlich. In alternativer Weise könnte eine lineare Ablenkung mit einer zeitvariablen Quel­ lenverteilung kombiniert werden, um das gleiche endgültige Ablagerungsprofil zu erreichen. Das tatsächliche Scanning- Szenarium und/oder die tatsächlichen zeitveränderlichen Ablagerungsgeschwindigkeiten, die während einer bestimmten Ablagerung verwendet werden, werden durch die entsprechen­ den Gleichförmigkeits-Erfordernisse bestimmt, und zwar so­ wohl hinsichtlich der Dicke als auch hinsichtlich der Homo­ genität. Jedenfalls werden alle solchen Ablagerungstechniken im folgenden "nichtlineare Ablenkungen" der Quelle bezüglich des Substrats genannt, was im Einklang mit der zu Beginn dieses Abschnitts angeführten Definition steht.

Die obengenannte Voraussetzung ist bei einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung verwirklicht, welches eine horizontale, planetarische Flachplatten-Substrathalterung verwendet, wie dies in Fig. 2 (Seitenansicht) und Fig. 3 (Draufsicht) ge­ zeigt ist. Diese planetarische Halterung weist zwei Frei­ heitsgrade auf, nämlich Eigenrotation der einzelnen Sub­ stratträger um ihre Achsen, wie diese durch den Pfeil A in Fig. 3 angedeutet ist, und Orbital-Rotation der diese Trä­ ger haltenden Hauptplatte um ihr Zentrum, wie dies durch den Pfeil B angedeutet ist. Dies bedeutet, daß das Zentrum eines jeden Substratträgers an jedem Punkt seiner Umlauf­ bahn unterhalb einer gegebenen PVD-Quelle positioniert werden kann, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Bei jeder vorgegebenen Orbitalposition stellt die Umdre­ hung der Substratträger kreissymmetrische Ablagerungen um das Zentrum der Substratträger sicher. In Abhängigkeit von dem horizontalen Abstand zwischen dem Zentrum der Quelle und dem Zentrum des Substratträgers kann ein weiter und gleichförmiger Bereich an Substrat-Ablagerungsprofilen erzeugt werden. Vier spezielle Ausführungsbeispiele von Ablagerungsprofilen (jeweils gleiche Ablagerungszeit) als Funktion des horizontalen Abstandes (Mitte zu Mitte) sind in Fig. 4 für den Fall einer Quarzablagerung von einer Hochfrequenz-Magnetron-PVD-Quelle gezeigt. Es ist anzu­ merken, daß dann, wenn der Mitte-zu-Mitte-Abstand Null ist, der Träger unter der Quelle zentriert ist und das Substrat- Ablagerungsprofil das gleiche ist wie das weiter oben dis­ kutierte Quellenverteilungsprofil (beispielsweise Fig. 1). Indem dieser Abstand als nichtlineare Funktion der Zeit variiert wird, kann eine gewichtete Überlagerung der Ab­ lagerungsprofile auf dem Substratträger erhalten werden. Fig. 5 ist ein Beispiel, wie eine gewichtete Überlagerung verwendet werden kann, um mehr als 99% Dicken-Gleichför­ migkeit über ein Substrat mit 10 cm Durchmesser (4 Inch) zu erzielen, obwohl die Quellenverteilung über das gleiche Gebiet in hohem Maße ungleichförmig ist.

Es ist wichtig, anzumerken, daß dieses spezielle Beispiel einer nichtlinearen Ablenkung nur eines von vielen mögli­ chen Scan-Szenarien darstellt, welche in der Lage sind, im wesentlichen entsprechende Dicken-Gleichförmigkeit über das gleiche Substratgebiet zu erzielen. Es ist ein Merk­ mal der Erfindung, daß man das beste nichtlineare Scan- Szenarium wählen kann, um sowohl die Ablagerungshomogenität als auch die Dicken-Gleichförmigkeit gleichzeitig zu opti­ mieren. Beispielsweise wird eine kontinuierliche Hochge­ schwindigkeitsablenkung der in Fig. 5 dargestellten Stop- und Dreh-Ablenkung bevorzugt, wenn man primär an der Ab­ lagerungshomogenität interessiert ist (beispielsweise während reaktiver Ablagerungen). In der Praxis muß dieses Erfordernis gegen die mechanischen Begrenzungen des spe­ ziell verwendeten Scanner-Systems abgewägt werden.

Es sollte auch angemerkt werden, daß bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung angenommen bzw. voraus­ gesetzt wird, daß die Ablagerung isotropisch (nicht ge­ richtet) ist, was für PVD-Sputter-Quellen typisch ist. Wenn die Gerichtetheit der Quelle ins Gewicht fällt, bei­ spielsweise bei Ionen- oder Elektronenstrahlquellen, so wird Gleichförmigkeit hinsichtlich aller Ablagerungseigen­ schaften wie weiter oben beschrieben dennoch erreicht, wenn der Strahl von der Quelle rechtwinklig bezüglich der Substratoberfläche ausgerichtet ist, oder selbst dann, wenn der Strahl nicht rechtwinklig ausgerichtet ist, falls die Substratoberfläche gegenüber der Richtung des Strahls nicht sensitiv ist.

In Abhängigkeit von der Ausrichtung von Nuten, Stufenkan­ ten und dgl. auf der Oberfläche des Substrats kann die Oberfläche gegenüber einer solchen Ausgerichtetheit sen­ sitiv sein. Falls dies der Fall ist, muß ein weiterer Frei­ heitsgrad des Substrats bezüglich der Quelle hinzugefügt werden, wie beispielsweise radiale Bewegung einer umlau­ fenden planetarischen Bewegung, um vollständig gleichför­ mige Ablagerungen zu erhalten. Obwohl ein Scanner mit drei Freiheitsgraden in mechanischer Hinsicht kompliziert ist, ist er im Hinblick auf die Konstruktion, die Betriebsprin­ zipien und die Ablagerungen hoher Gleichförmigkeit der vorliegenden Erfindung in vollem Umfang geeignet.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß es im Falle der vor­ liegenden Erfindung sowohl in theoretischer Hinsicht als auch experimentell gezeigt wurde, daß eine nichtlineare Ablenkung eines Substrats bezüglich einer Quelle verwendet werden kann, um Ablagerungen extrem hoher Gleichförmigkeit sowohl bezüglich Dicke als auch Homogenität auf Substrat­ zonen beliebiger Größe sowohl von gerichteten als auch von nicht gerichteten PVD-Quellen sämtlicher Arten zu er­ zeugen, selbst wenn die Quellenverteilungen in dem hier interessierenden Maßstab in hohem Maße ungleichförmig sind.

Trotz dieser nachgewiesenen Fähigkeit, Ablagerungen extre­ mer Gleichförmigkeit von in hohem Maße ungleichförmigen Quellenverteilungen zu erzeugen, hängt der kommerzielle Nutzen dieser PVD-Technik davon ab, ob sie auch in einer Weise realisiert werden kann, die für einen vernünftigen Durchsatz und eine vernünftige Leistungsfähigkeit bei die­ ser Art von Einrichtung wirkt. Im folgenden werden kurze Beschreibungen gewisser Schlüsselelemente der Erfindung gegeben, die verwendet werden können, um einen vernünfti­ gen Durchsatz und eine vernünftige Effizienz zu gewährlei­ sten, und zwar zusätzlich zu einer beispiellos hohen Lei­ stung.

a) In situ angeodneter, mobiler Quellenablagerungsmonitor

Es ist eine präzise Kenntnis der Quellenverteilung er­ forderlich, um die nichtlineare Ablenkung vorherzusagen, die erforderlich ist, um eine Ablagerung spezieller Gleich­ förmigkeit über ein spezielles Gebiet zu erzeugen. Aufgrund von Änderungen der Betriebsbedingungen und/oder -charakte­ ristika der Quelle (beispielsweise Umfang der Targeterosion) kann die Quellenverteilung von Durchlauf zu Durchlauf in signifikanter Weise variieren. Konventionelle Techniken zum Kalibrieren (Messen der Amplitude und der Form) von Quellenverteilungen, wie beispielsweise Taststiftmes­ sungen von Schritthöhen an Testsubstraten, sind nicht in situ und sind ermüdend und zeitraubend. Kommerzielle Quarzkristall-Echtzeit-Ablagerungsmonitore sind zwar in situ Geräte, müssen jedoch als feststehende (stationäre) Monitore aufgrund der aufwendigen und viel Platz beanspru­ chenden elektrischen Anschlüsse und/oder Wasserkühlungs­ einrichtungen betrieben werden. Im Falle der vorliegenden Erfindung wurde ein kommerziell erhältlicher Quarzkristall-Monitor für einen mobilen Betrieb modifiziert und direkt auf den Scanner integriert. Eine entsprechende Steuerelektronik für diesen Monitor sorgt für ein wirksames Interface für die wahlweise computergesteuerte Amplituden- und Form- Kalibrierung jedweder PVD-Quelle direkt vor der Substrat­ ablagerung (mit Ausnahme von Heizern, welche einen sepa­ raten mobilen thermischen Ablagerungsmonitor erfordern). Dieser schnelle (kleiner als 1 Minute) und genaue Weg, um die Quellenverteilung rechtzeitig auf den neuesten Stand zu bringen, stellt ein wichtiges Merkmal dar, welches ins­ besondere im Vergleich mit derzeitigen Alternativlösungen seine Berechtigung hat, die nicht in situ angeordnet sind und Stunden erfordern, um eine entsprechende Information zu erzeugen. Der erfindungsgemäße Monitor ist in gleicher Weise geeignet, Ätzraten und Ätzprofile zu messen, welche von einer kollimierten Ionenstrahlquelle erzeugt werden. Allein dieses Merkmal sorgt für die Möglichkeit, in effi­ zienter Weise in einem System die vollen Möglichkeiten unterschiedlicher PVD-Quellen, welche bislang üblicher­ weise getrenntgehalten wurden, zu kombinieren, wie in Fig. 2 angedeutet. Zusätzlich zur offensichtlichen Kosten­ ersparnis öffnet diese Kombinationsmöglichkeit in einem einzigen System die Türe für bestimmte Arten von Substrat­ bearbeitung, welche bislang unerreichbar waren. Es ist an­ zumerken, daß bei der Messung von Ätzraten im Gegensatz zu Ablagerungsraten der Quarzkristallsensor mit dem jeweils interessierenden Material vorbeschichtet werden muß. Die Verfügbarkeit einer Mehrzahl von Ablagerungsquellen im gleichen Vakuumsystem mit der Ionenstrahl-Ätzquelle macht dieses Erfordernis der Vorbeschichtung sowohl einfach als auch schnell, und die entsprechenden Ätzraten-Messungen sind sehr genau. Dies steht im Gegensatz zu dem traditio­ nellen Verfahren, Ionenstrahlquellen zu charakterisieren, welches einen Faradaykäfig verwendet, um den Ionenstrahl- Strom zu messen. Dieses Verfahren ist deutlich weniger zu­ friedenstellend, nachdem der Ionenstrahl-Strom nur indirekt mit den tatsächlichen Ätzraten der verschiedenen interes­ sierenden Materialien in bezug steht und nachdem mit die­ sem Verfahren die Anwesenheit von hochenergetischen neu­ tralen Atomen nicht nachgewiesen werden kann, welche je­ doch ebenfalls zur Ätzrate beitragen. Ein mobiler Faraday­ käfig als Ionenstrahlstrom-Monitor wird im Falle der vor­ liegenden Erfindung jedoch zusätzlich vorgesehen, nachdem hierdurch ergänzende Messungen durchgeführt werden können.

Die Bedeutung dieses mobilen Quarz-Ablagerungs-Monitors, der in situ angeordnet ist, im Hinblick auf die Effizienz der vorliegenden Erfindung, kann nicht hoch genug einge­ schätzt werden. Obwohl es oftmals möglich ist, die erfin­ dungsgemäße Ablagerungstechnik durchzuführen, ohne sich auf diesen in situ Monitor zu stützen (beispielsweise wei­ sen einige reine Metallquellen ziemlich konstante Ablage­ rungsprofile auf), vergrößert seine Anwesenheit in hohem Maße die Effizienz und vereinfacht den Betrieb selbst für diese speziellen Fälle. Für Ablagerungen, wo die Quellen­ verteilung oftmals von Durchlauf zu Durchlauf wesentlich variieren (beispielsweise reaktives Sputtern oder Ionen­ strahl-Abtragung) ist die Anwesenheit dieses mobilen in situ Monitors unabdingbar, um unter Verwendung dieser Ablage­ rungstechnik kommerziell sinnvolle Durchsätze erreichen zu können. Zusätzlich vereinfacht die Anwesenheit dieses mobilen Monitors in einem Vielfach-Quellen-Systeminnern das Stellen der absoluten Ablagerungsrate unterschiedli­ cher Quellen, was typischerweise häufig auf den neuesten Stand gebracht werden muß. Obwohl ein Quarzkristallmonitor kein absoluter Ablagerungsmonitor ist, nachdem sein An­ sprechen als Funktion der Kristallebensdauer variiert, ist sein relatives Ansprechen auf Ablagerungen von unterschied­ lichen Quellen keine Funktion der Kristallebensdauer, zu­ mindest in erster Annäherung. Wenn das relative Kristall- Ansprechvermögen des mobilen Monitors auf Ablagerungen von all den unterschiedlichen interessierenden Quellen einmal gemessen worden ist, so liefert die Messung der absoluten Ablagerungsrate einer einzigen Quelle eine absolute Aktua­ lisierung der Kalibrierung des Quarzmonitors für alle Quellen. Dies steht im Gegensatz zum traditionellen Lö­ sungsweg, für jede Quelle feststehende Quarzmonitore zu verwenden, wobei das relative Ansprechvermögen auf unter­ schiedliche Quellenablagerungen irrelevant ist, und wobei für jedes Monitor-Quelle-Paar Aktualisierungen der absolu­ ten Ablagerungsraten durchgeführt werden müssen. Es ist schließlich klar, daß dieser besondere Aspekt der Erfindung beachtliche Bedeutung für sich allein gesehen hat. Das Er­ fordernis eines schnellen und genauen Verfahrens zum Messen der Form und der Amplitude von Quellenverteilungen in situ ist ein universelles Erfordernis, welches in der gesamten PVD-Industrie auftritt. Eine alleinstehende Einheit, be­ stehend aus einem Quarzmonitor, einem Scanner-Mechanismus, Vakuum-Durchführungen, Auslese-Elektronik und einer ent­ sprechenden Computersteuerung und einem Datenbeschaffungs­ system ist daher ein weiterer wichtiger Aspekt der vorlie­ genden Erfindung.

b) Prozeßsteuerung

Der mobile Ablagerungsmonitor führt die Quellen-Kali­ brierung nicht während, sondern direkt vor den Substrat­ ablagerungen durch. Dies ist erforderlich, nachdem die in zweckmäßiger Weise plazierten Echtzeit-Ablagerungs-Monitore in signifikanter Weise die Quellenverteilung behindern bzw. beeinflussen, insbesondere dann, wenn die Größe der Sub­ strate vergleichbar oder größer ist als die Quellenvertei­ lung. Die Wirksamkeit der Ablagerungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung hängt daher direkt davon ab, wie ähnlich die Quellenverteilung während der Substratablage­ rung derjenigen Quellenverteilung ist, die während der Kalibrierung vorgeherrscht hat. Um diese geforderte Ähn­ lichkeit in minimaler Weise zu erreichen, muß die gesamte Ablagerungsumgebung während des gesamten Ablagerungsver­ fahrens präzise und reproduzierbar kontrolliert bzw. ge­ steuert werden. Eine gesteuerte Ablagerungs-Umgebung stellt für den sinnvollen Betrieb eines jeden PVD-Systems eine Notwendigkeit dar. Nachdem die vorliegende Erfindung je­ doch gegenüber dem Stand der Technik bezüglich der Gleich­ förmigkeit der Ablagerung wesentliche Verbesserungen bringt, ist die Notwendigkeit für entsprechende Verbesserungen bei der Ablagerungs-Umgebung zu erwarten. Bei der vorliegenden Erfindung wurde keine neue Technologie eingeführt, um eine verbesserte Prozeßsteuerung zu erreichen. Es wurden viel­ mehr beachtliche Sorgfalt und Beachtung von Details bei der Auswahl und dem Betrieb kommerziell erhältlicher Druck- und Quellen-Steuerungsgerät verwendet. Die eine mögliche Ausnahme hierzu ist die Verwendung eines passiv gesteuer­ ten Zuführsystems für hochreines Gas, welches für eine ideale Kombination an Leistung, Vielseitigkeit und Zuver­ lässigkeit im Zusammenhang mit der Realisierung der Erfin­ dung wirkt.

c) Präzisions-Scanner

Um die Erfindung erfolgreich ausführen zu können, ist zum schnellen, genauen und reproduzierbaren Positionieren der Substrate und der mobilen Quellen-Monitore relativ zu einer jeden vorgegebenen Quellenverteilung ein Präzisions- Bewegungs-Mechanismus erforderlich. Je schneller die Bewe­ gung dieses Mechanismus ist, um so höher ist die Qualität der Ablagerungen in jeder Hinsicht (beispielsweise Ablage­ rungs-Homogenität und Substrat-Durchsatz). Die vorliegende Ausführungsform ist ein planetarisches System mit zwei un­ abhängigen Freiheitsgraden (Umlauf und Eigendrehung) mit einer reproduzierbaren Umlauf-Positioniergenauigkeit besser als 0,25 mm (0,010 Inch). Dies ist eine Hochleistungs-Aus­ führungsform (beispielsweise Lager höherer Präzision, Teile niedrigerer Toleranz) einer konventionellen planetarischen Flachplatten-Halteeinrichtung, wie sie kommerziell erhält­ lich sind, und sie stellt nur eine mögliche Ausführungsform einer Vielzahl von möglichen Bewegungsmechanismen dar, um die relative Positionierung von Quelle und Substrat zu ver­ ändern (einschl. der Bewegung der Quelle). Jedenfalls hängt für jede gegebene Ablagerung die erforderliche Positonie­ rungsgenauigkeit von den speziellen Gleichförmigkeit- Erfordernissen ab.

d) Computersteuerung, Datenerfassung und Analyse

Die Rechnerzeit, die zum Berechnen der Scanner-Bewegung, welche erforderlich ist, um eine Ablagerung jedweder spe­ ziellen Gleichförmigkeit auf jedwedem speziellen Gebiet von jedweder vorgegebenen Quellenverteilung zu erzeugen, benö­ tigt wird, ist hervorragend. Nur mit dem Erscheinen der neuesten Generation tragbarer Instrumenten-Steuercomputer ist es möglich geworden, diese Forderung in praktischer Weise in der gewünschten Zeit zu erfüllen. Ein weiteres Merkmal dieser Hochgeschwindigkeits-Computer ist ihre ver­ besserte Arbeitszulässigkeit. Ein Problem bei jeder computergesteuerten Prozeßsteuerung in der Industrie be­ steht in Rechenfehlern, die durch elektrisches Geräusch induziert wurden. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist eine Arbeits-Zuverlässigkeit von ganz besonderem Interesse, nachdem Fehler in der komplizierten und sehr schnellen pla­ netarischen Bewegung leicht übersehen werden können, selbst von einem aufmerksamen Beobachter. Ein Hochgeschwindigkeits­ computer ermöglicht den Luxus, die meisten Kommandos vor der Verarbeitung zumindest zweimal zu überprüfen.

e) Effizienten, mobiler Vorderseiten-Erhitzer

Ein mobiler Strahlungserhitzer ist für den Gesamterfolg von erfindungsgemäßen Dünnfilm-Ablagerungssystemen wichtig, nachdem bei vielen Anwendungen die Substrate unter Vakuum über einen breiten Temperaturbereich (100 bis 600°C) di­ rekt vor oder während der Ablagerung der dünnen Filme er­ hitzt werden müssen. Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Vorderseiten-Strahlungserhitzer von einmalig hoher Mobili­ tät, welcher den ungehinderten Betrieb des Rests des Sy­ stems erlaubt, ohne daß der Benutzer auf einen Echtzeit- Erhitzer verzichten müßte. Der Kern dieses Aspekts der Er­ findung liegt in der Verwendung eines Materials mit einem starken Widerstands-Temperaturkoeffizienten für das Heiz­ element und dem Befestigen des Erhitzers auf der drehbaren Blende (Fig. 2). Ein starker Temperaturkoeffizient ermög­ licht es, das Heizelement gleichzeitig als Sensor zu ver­ wenden, um die Erhitzer-Temperatur zu überwachen. Weiter­ hin kann durch Verwendung einer Stromversorgung mit kon­ stanter Spannung und mit Strombegrenzung als Quellen-Steue­ rung für Heizelemente mit positivem Koeffizient (und umge­ kehrt für Heizelemente mit negativem Koeffizient) auch ein bedeutendes Maß an Temperatursteuerung erreicht werden. Daher ist nur eine einzige elektrisch isolierte Hochvakuum- Durchführung erforderlich, um diese Ausführungsform eines Strahlungserhitzers mit Strom zu versorgen, zu überwachen und zu steuern. Der Strahlungserhitzer kann ein Dickfilm Platin-Widerstand sein, der auf ein isolierendes kerami­ sches Substrat aufgebracht ist. Dieser Aspekt der Konstruk­ tion des Erhitzers ist für seine phänomenale Mobilität innerhalb der Hochvakuumkammer verantwortlich. Im Falle der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, die Substratträger zwischen zwei beliebigen Quellen schnell oszillieren zu lassen, so daß auf diese Weise während der Ablagerungen ein Erhitzen auf einfache Weise erreicht wer­ den kann, wobei sich die Wärmequelle vorzugsweise nahe der entsprechenden Ablagerungsquelle befindet. Nachdem das System fünf oder mehr Ablagerungsquellen aufweisen kann, ist ein in hohem Maße mobiler bzw. beweglicher Erhitzer erforderlich, um das Erfordernis zu erfüllen, daß sich der Erhitzer neben der jeweiligen Ablagerungsquelle befindet, immer wenn sequentielles Vorheizen oder Heizen während der Ablagerung erforderlich ist. Dies wird dadurch gelöst, daß der Erhitzer auf der drehbaren Blende befestigt ist, und daß ein gleitender elektrischer Kontakt verwendet wird, der auf der Rotationsachse der Blende als elektrische Ver­ bindung zwischen dem Erhitzer und seiner Stromversorgung positioniert ist. Schließlich ist der mobile Vorderseiten- Strahlungserhitzer gemäß der vorliegenden Erfindung extrem effizient, nachdem der Großteil seiner Energie direkt auf das Subtrat gelangt und nicht in die Umgebung. Dies steht in direktem Gegensatz mit den meisten kommerziell erhält­ lichen Strahlungserhitzer-Anordnungen (beispielsweise Quarzröhren-Strahlungserhitzer), wo die Kopplungs-Wirkungs­ grade oftmals so gering sind, daß die maximal möglichen Subtrattemperaturen von den Temperaturbegrenzungen der Umgebung diktiert werden.

f) Mobile Substratträger-Wärmesenken

In vielen Anwendungsfällen besteht das Erfordernis, die Substrate zu kühlen, um die Ablagerungstemperaturen zu stabilisieren. Der konventionelle Lösungsweg, der darin besteht, wassergekühlte Substratträger zu verwenden, ist mit der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, bei der die Substratträger extrem mobil sein müssen, unvereinbar. Verschiedene phasenändernde Materialien mit hoher Transfor­ mationswärme wurden in die erfindungsgemäßen Substratträger integriert, um einen weiten Bereich stabiler Ablagerungs­ temperaturen zu erhalten, ohne die Mobilität der Träger be­ schränken zu müssen. Beispielsweise wirkt Kalziumchlorid- Hexahydrat, welches in einem Substratträger aus Aluminium oder rostfreiem Stahl versiegelt ist, für eine effektive 27°C-Wärmesenke für das mobile Substrat zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.

Im folgenden wird die Bedeutung der Verfahrenstechniken der vorliegenden Erfindung zusammengefaßt:

• a) Es sind nun Dünnfilm-Ablagerungen hoher Qualität mit Gleichförmigkeiten über 99% möglich, ohne daß nennens­ werte Kompromisse hinsichtlich des Durchsatzes erforder­ lich wären. Bedeutsame Anwendungen für diese beispiellose Gleichförmigkeit umfassen die Herstellung von optischen und magnetischen Speichermedien, von aktiven und passi­ ven Halbleitereinrichtungen (insbesondere auf großen monolithischen Schaltkreisen), und passive Komponenten für hybrid-integrierte Stromkreise. Die aus den sehr gleichförmigen Ablagerungen über große Substratgebiete resuliterende Reproduzierbarkeit verbessert die Ausbeute und kann die Notwendigkeit von zeitraubenden und teuren Abgleich- bzw. Trimmer-Vorgängen eliminieren, die derzeit oft erforderlich sind. In ähnlicher Weise ist die Gleich­ förmigkeit hinsichtlich der Zusammensetzung eine Schlüs­ selvoraussetzung bei der Herstellung von reproduzierbaren und stabilen Dünnfilm-Widerständen. Obwohl sie als Ver­ fahrensvoraussetzung nicht besonders üblich ist, ist die weiter oben beschriebene Fähigkeit der Nicht-Gleichförmig­ keit gemäß vorliegender Erfindung ebenfalls ziemlich be­ deutsam. Ein Beispiel einer Anwendung, bei der eine Dünn­ film-Ablagerung von spezieller Nicht-Gleichförmigkeit nützlich wäre, ist die Herstellung von räumlich variie­ renden optischen Elementen wie beispielsweise Apodisa­ tionsfiltern.
• b) Eine große Vielzahl kleiner PVD-Quellen hoher Leistung können auf dem gleichen PVD-System kombiniert werden, um innerhalb des gleichen Systems eine unvergleichlich große Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit zu schaffen. Nach­ dem die Quellenverteilungen kontinuierlich auf den neue­ sten Stand gebracht werden können, sind die Art und die Konstruktion der Quellen nicht kritisch und es kann rou­ tinemäßig eine extrem hohe Ausnutzung der Targets erreicht werden. Bedeutsame Anwendungen für die gleichzeitige Ver­ wendung unterschiedlicher Arten von Quellen bei TVD-Sy­ stemen umfassen die Planarisation von Beschichtungen auf hochstrukturierten Substratoberflächen durch Kombination der stufenbedeckenden Eigenschaften der Magnetron-Sputter- Einrichtungen mit den in hohem Maße gerichteten Ätzeigen­ schaften einer Ionenstrahl-Quelle mit variablem Einfalls­ winkel, die auf ein rotierendes Substrat fokussiert ist. In ähnlicher Weise kann die Ionenstrahl-Quelle verwendet werden, um Trocken-Ätz-Muster-Zeichnungen auf hydroskopi­ schen Materialien durchzuführen, die dann ohne Aufhebung des Vakuums mit einer geeigneten gesputterten Dünnfilm- Schutzschicht hermetisch versiegelt werden.
• c) Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten können mit großer Effizienz durchgeführt werden und dann auf Substrate in Produktions-Größe vergrößert werden (bis zu 20 cm Durch­ messer bei der vorliegenden Anordnung), ohne die Quellen oder die Alterungen zu ändern. Dies ist möglich, da die Ablagerungsgebiete hoher Gleichförmigkeit unterteilt wer­ den können, um an die Substragröße und an die Gleichför­ migkeits-Anforderungen einer jeden speziellen Aufgabe an­ gepaßt zu sein, indem einfach der Computer entsprechend programmiert wird. Auf diese Weise kann der erfindungsge­ mäße Lösungsweg verwendet werden, um in effizienter und wenig aufwendiger Weise die Lücke zu schließen, die zwi­ schen der anfänglichen Herstellung eines einzelnen For­ schungs- und Entwicklungsgerätes und der Produktion des­ selben Gerätes mit den erforderlichen kommerziellen Durchsätzen klafft.

Weitere Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben ist. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer typischen PVD- Quelle, die deren Ablagerungsprofil zeigt,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungs­ beispiels eines erfindungsgemäßen Ablagerungs­ systems,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die umlaufende planetarische Substrathalterung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Satz hypothetischer Ablagerungsprofile,

Fig. 5 einen optimierten Satz hypothetischer Ablagerungs­ profile, einschließlich der (kombinierten) Gesamt- Ablagerungs-Profile,

Fig. 6 ein funktionelles Hardware-Blockdiagramm eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Gesamtsystems,

Fig. 7 ein Komponenten-Blockdiagramm eines Ausführungs­ beispiels des Gesamtsystems gemäß Fig. 6,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Phasenänderungs- Substratträgers,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer beispielswei­ sen Befestigung einer Ionenstrahl-Quelle, welche bezüglich der Rotationsachse eines sich drehenden Substratträgers um einen Winkel geneigt ist,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer beispielswei­ sen Anordnung mit gekreuztem Strahl zum gleichzei­ tigen Ablagern von Sekundärionen und Ionenstrahl- Schrubben ("scrubbing") auf einem umlaufenden und/oder rotierenden Subtrat,

Fig. 11 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer rotierenden Blende einschließlich der Heizein­ richtung gemäß Fig. 12,

Fig. 12 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Substrat-Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 ein Flußdiagramm des Gesamtbetriebs des Systems gemäß Fig. 6 und 7,

Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Zweifach-Substrat-Ablagerung gemäß der vorliegen­ den Erfindung,

Fig. 15 ein Flußdiagramm eines Programms für die Form- Kalibrierung der Quellenverteilung zur Verwen­ dung im Betrieb nach Fig. 13,

Fig. 16 ein Flußdiagramm eines Quellen-Kalibrierungs- Programms zur Verwendung im Betrieb nach Fig. 13, um eine Korrelation von Quellen-Spitzenablage­ rungs-Raten zu entsprechenden elektrischen Ein­ gangsleistungen der Quelle zu schaffen,

Fig. 17 eine graphische Darstellung von mit dem Programm gemäß Fig. 15 beispielsweise erhaltenen Profilie­ rungsdaten,

Fig. 18 eine graphische Darstellung, welche das Quellen­ profil entsprechend den Daten gemäß Fig. 17 dar­ stellt,

Fig. 19 ein Flußdiagramm eines Programms, um ein Quellen- Planet-Modell im Einklang mit dem Quellen-Planet- Modellierungs-Unterprogramm gemäß Fig. 13 zu er­ halten,

Fig. 20 ein Flußdiagramm eines Programms, um eine Scan- Optimierung im Einklang mit dem Scan-Optimie­ rungs-Unterprogramm gemäß Fig. 13 zu erhalten, und

Fig. 21 ein Flußdiagramm eines Programms, um Berechnun­ gen der Ablagerungs-Parameter im Einklang mit dem Unterprogramm gemäß Fig. 14 zur Berechnung der Ablagerungs-Parameter zu erhalten.

Im folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile betreffen.

Fig. 6 ist ein hochschematisches Blockdiagramm der grundle­ genden Teile-Hardware der Erfindung. Das Hardware-Blockdia­ gramm gemäß Fig. 6 ist in dem Sinne hochschematisch, als ein jeder Block ein funktionelles Hardware-Untersystem re­ präsentiert. Jedes Hardware-Untersystem besteht typischer­ weise aus mehreren getrennten Hardware-Komponenten, die synergistisch arbeiten, wie weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 7 näher beschrieben werden wird.

Im allgemeinen umfassen die Systeme gemäß Fig. 6 und 7 ein Vakuum-Ablagerungs-Untersystem, von dem gefordert wird, daß es eine stabile und kontrollierte Umgebung zur reprodu­ zierbaren Herstellung von Dünnfilm-Strukturen und -Anordnun­ gen schafft. Dieses Vakuum-Untersystem umfaßt eine Ablage­ rungskammer 10 und umfaßt all die Pumpen, Ventile und Durch­ führungen 100 (Fig. 7), die erforderlich sind, um ein Hoch­ vakuum beispielsweise kleiner als 10^-7 Torr in der Kammer zu erzeugen, wobei solches Zubehör dem Fachmann bekannt ist. Vakuum-Untersysteme, die zur Verwirklichung der vorliegen­ den Erfindung geeignet sind, sind von unterschiedlichen Her­ stellern kommerziell erhältlich, je nach Wunsch entweder als Einzelteil oder in zusammengebauter Form (beispielsweise Varian Associates, Torr-Vacuum Products).

Das System umfaßt auch ein Druck-Steuer-Untersystem 12 ( Fig. 6), welches all diejenigen Teile umfaßt (beispiels­ weise Steuerventile, Gasleitungssysteme, Drucksensoren usw.), welche notwendig sind, um den Gas-Hintergrund in der Vakuumkammer während der Ablagerung stabil und repro­ duzierbar einzustellen, zu messen und zu steuern. Ein ge­ eignetes aktives Feedback-Steuer-Untersystem dieser Art ist von MKS-Instruments Corporation kommerziell erhältlich. Bei der vorliegenden Erfindung, wo unterschiedliche PVD- Quellen gleichzeitig benutzt werden können, ist es übli­ cherweise jedoch notwendig, Gemische mehrerer unterschied­ licher hochreiner Gase über einen sehr weiten Druckbereich zu steuern. Nachdem die meisten kommerziell erhältlichen aktiven Drucksteuergeräte Geräte mit engem Druckbereich sind, würden mehrere solcher Geräte erforderlich sein. Im Falle dieses Beispiels kann das System vorzugsweise ein passives Drucksteuergerät verwenden, bei dem zumindest ein oder mehrere (vorzugsweise drei) regulierte Versorgungs­ kanäle für Edelgas und/oder reaktives Gas 106 (Fig. 7) vorgesehen sind, wobei ein jeder dieser Kanäle typischer­ weise drei separate Zuführungen 110 zur Vakuumkammer hat, wobei die drei Zuführungen typischerweise den unterschied­ lichen Arten der Quellen, die individuell oder gemeinsam im System verwendet werden können, zugeordnet sind. Diese Quellen sind typischerweise eine oder mehrere Gleichstrom- und/oder Hochfrequenz-Sputterquellen, eine oder mehrere Ionenstrahl-Quellen, eine Wärmequelle und eine oder mehre­ re Hilfsquellen wie beispielsweise eine Verdampfungsquelle, usw. (Fig. 2). Jede dieser Quellen erfordert typischerweise unterschiedliche Druckniveaus in der Kammer und daher um­ faßt eine jede Zuführleitung ein Nadelventil 114 für die Druckeinstellung über einen Bereich von typischerweise 10^-1 bis 10^-6 Torr. Eine jede Zuführleitung umfaßt auch ein Ein/Aus-Solenoidventil 116 zur Auswahl der Zuführlei­ tung und der Kammerisolation. Ein weiteres Solenoidventil 115 kann verwendet werden, um den Kanal zwischen den ein­ zelnen Gaszufuhren zu reinigen. Der Betrieb sämtlicher Solenoidventile ist über das weiter unten diskutierte Mul­ tiprogrammer-Computer-Interface 105 programmierbar. Mes­ sungen des Kammerdrucks können mit einer zusätzlichen Kombination von Druckmeßgeräten 101 und 118 und entspre­ chender Steuerelektronik 102 und 119 durchgeführt werden, wie in Fig. 7 dargestellt, wie beispielsweise dem Kapazi­ tätsmanometer MKS Modell 390 und dem Steuergerät Modell 270B, und dem Ionen- und Thermoelement-Druckmeßsystem Granville-Phillips Modell UPC-303. Es sei angemerkt, daß das Granville-Phillips Modell UPC-303 auch als automati­ sches Steuergerät 102 für die Pumpen und Ventile 100 des Vakuum-Untersystems 10 dient.

Das umlaufende planetarische Substratträgersystem 16 ist ein in situ angeordneter Präzisions-Bewegungsmechanismus, welcher die Substrate und die beweglichen Quellenmonitore schnell, genau und reproduzierbar relativ zu jeder gegebe­ nen Quellenverteilung positioniert, um die vorliegende Erfindung erfolgreich zu verwirklichen. Diese planetari­ sche Halterung kann eine planetarische Anordnung mit einer horizontalen flachen Platte mit 60 cm (24 Inch) Nominal­ durchmesser umfassen mit unabhängigen Orbit- und Spin- Bewegungen von bis zu 10 Planeten (Substratträgern) mit 11 cm (4,5 Inch) Durchmesser, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Elektrisch isolierte Substratträger sor­ gen für eine Gleichstrom/Hochfrequenz-Vorspannung und eine Ätzfähigkeit. Eine einfache Einstellbarkeit des Ab­ standes der Quelle zum Substrat ermöglicht Substratdicken über 2,5 cm (1 Inch) und ermöglicht die Verwendung von Substratträgern, wie beispielsweise die weiter unten be­ schriebenen Phasenänderungs-Träger. Eine solche planetari­ sche Anordnung ist kommerziell erhältlich (beispielsweise Torr-Vacuum Products), obwohl eine hochwertige Ausfüh­ rungsform für die vorliegende Erfindung bevorzugt wird, welche Präzisionslager und Teile geringerer Toleranz ver­ wendet.

Auf der kreisenden, planetarischen Substrathalterung 16 sind ein oder mehrere Substratträger 15 angeordnet, wobei ein jedes Substrat 14 auf den Substratträgern 15 angeord­ net ist, wie dies in den Fig. 3, 6 und 7 angezeigt ist. Die Substratträger 15 können ein phasenänderndes Material hoher Schmelzwärme enthalten, um eine stabile Wärmesenke für die Substrate während der Ablagerungen zu bilden, falls dies erforderlich ist. Ein solcher Lösungweg der Kühlung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wird bevorzugt, weil der konventionelle Lösungsweg unter Verwendung von wassergekühlten Substratträgern mit dem Erfordernis, daß die Substratträger in hohem Maße mobil sein müssen, unver­ einbar ist. Es kann jede beliebige Anzahl von phasenändern­ den Materialien mit einem weiten Bereich von Übergangstem­ peraturen verwendet werden, einschließlich Metalle, Legie­ rungen und organische und anorganische Zusammensetzungen. Für diese Anwendung wird die endgültige Wahl in erster Linie von Betrachtungen der Übergangstemperatur diktiert, der Schmelzwärme pro Einheitsvolumen, der Sicherheit in der Handhabung, der Aufbewahrung und dem Betrieb, sowie der Stabilität und Zuverlässigkeit der phasenändernden Eigenschaften (beispielsweise minimale Überkühlungs- und/ oder Überhitzungs-Wirkungen). Basierend auf diesen Betrach­ tungen kann das phasenändernde Material eines aus einer Vielzahl von Salzhydraten einschließlich Kalzium, Natrium und Magnesium sein. Eine spezifische Ausführungsform kann Kalziumchlorid-Hexahydrat 148 sein (welches Nukleatoren enthält, um eine Überkühlung zu unterdrücken), welches in einem Behälter 150 aus rostfreiem Stahl oder Aluminium mit einem eingearbeiteten Innenraum 149 dicht eingeschlos­ sen ist, um die thermische Leitfähigkeit zwischen dem phasenändernden Material und seinem Behälter zu verbessern, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Kalziumchlorid-Hexa­ hydrat weist einen Schmelzpunkt von 27°C auf, ein spezi­ fisches Gewicht von 1,6 und eine Schmelzwärme von 46 Kalo­ rien pro Gramm. Diese Eigenschaften machen es ideal geeig­ net für eine mobile, kompakte, leichtgewichtige, stabile, zuverlässige und effektive Niedrigtemperatur-Wärmesenke selbst für hochenergetische Ablagerungen. Beispielsweise wiegen 500 g dieses Materials, in einem Aluminiumbehälter von 11 cm (4,5 Inch) Durchmesser und 4 cm (1,5 Inch) Höhe eingeschlossen, weniger als insgesamt 750 g, absorbieren jedoch über 20 Watt kontinuierlicher Eingansleistung bis zu einer Stunde lang, ohne eine Phasenänderung bei 27°C abgeschlossen zu haben.

Die rotierende Blende 32 (Fig. 7) kann eine elektropolier­ te Platte aus rostfreiem Stahl mit 55 cm (22 Inch) Durch­ messer umfassen, die innen auf einem nicht dargestellten Kupplungslager aufgehängt ist. Eine planetarische Orbital­ bewegung kann verwendet werden, um die Blende zu positio­ nieren, so daß auf diese Weise das Erfordernis nach einer separaten Betätigungseinrichtung, einem Positions-Anzeiger, einem Computer-Interface und einer Hochvakuum-Drehdurch­ führung entfällt. Die Blende sorgt für einen zusätzlichen Schutz des Substrats gegenüber teilchenförmiger Kontamina­ tion, dient als Träger für den beweglichen Vorderseiten- Strahlungs-Substraterhitzer und kann dazu verwendet werden, individuelle Substratträger für Gleichstrom/Hochfrequenz- Vorspannungs/Ätz-Sputtern auszuwählen. Blenden dieser all­ gemeinen Bauart (die externe Betätigungseinrichtungen ver­ wenden) sind von Torr-Vakuum Products kommerziell erhält­ lich.

Die Steuereinrichtung 26 für die planetarische Vorrichtung (Fig. 6) stellt die Einrichtung zum genauen Setzen der pla­ netarischen Position und/oder zum Steuern der planetari­ schen Geschwindigkeit und der Richtung zu jeder vorgege­ benen Zeit dar. Sie sorgt auch für die Echtzeit-Überwachung dieser Parameter direkt im Zusammenwirken mit dem Computer­ system 28 (Fig. 6). Aufgrund der Computersoftware sind da­ her eine unbegrenzte Zahl planetaricher Bewegungs-Szena­ rien dem Benutzer zugänglich. Die Steuereinrichtung kann eine programmierbare Zweikanal-Stromversorgung 140 sein (beispielsweise Hewlett-Packard Model 6205C), welche zwei reversible Motoren 142 und 144 variabler Geschwindigkeit steuert, welche dazu verwendet werden, die Orbit- und die Spin-Bewegungen unabhängig anzutreiben, wie in Fig. 7 ge­ zeigt. Die Orbit-Position kann mittels eines optischen Wellencodierers 146 (beispielsweise BEI series M-25) prä­ zise überwacht werden. Schalter und Zustandsanzeiger an einem Bedienungspult ermöglichen auch die vollständige manuelle Steuerung, falls dies gewünscht wird.

Das Computersystem 28 (Fig. 6) ist das Nervenzentrum des erfindungsgemäßen PVD-Systems. Obwohl manuelle Überbrückun­ gen bzw. Übersteuerungen vorgesehen sind und das Computer­ system nicht benutzt werden muß, ist dieses in der Praxis für praktisch alle Ablagerungen mit Ausnahme der einfach­ sten Ablagerungen erforderlich. Es besteht aus all der Software und computerbezogenen Hardware und den Interfaces, die notwendig sind, um den Rest der Systemhardware einzu­ stellen, zu steuern, zu überwachen und zu dokumentieren. Dies umfaßt die Benutzer-Interfaces (keyboard und/oder touchscreen), Zentraleinheit, Platten-Massenspeicher, CRT- Monitor, Printer und verschiedener Steuer- und Datenerfas­ sungs-Interfaces (beispielsweise HPIB, GPIO, RS-232, Mul­ tiprogrammer), die notwendig sind, um mit den ausgewählten programmierbaren Hardware-Komponenten zu kommunizieren, welche einen großen Teil des Rests des PVD-Systems umfas­ sen. Der Computer des Systems kann ein Hewlett-Packard 9000 Model 310 sein, welcher ein gebündeltes Meß-Automa­ tionssystem ist, welches folgendes umfaßt:
98 561A SPU, 35 731A CRT-Monitor, 46 020A Keyboard, Basic 5.0, 1 Mbyte RAM, HPIB, GPIO, RS-232 und HP-HIL, Touch-screen-Fenster, und batteriegesicherter Echtzeit-Zeitgeber. Der Disketten­ antrieb kann ein Hewlett-Packard Model 9153A sein, welcher die Speicherkapazität (10 Mbyte und die Geschwindigkeit einer Festplatte mit den Überlagerungs- und Austausch- Fähigkeiten von 3¹/₂-Zoll Mikrofloppies (780 Kbyte) in einem einzigen kompakten Paket vereinigt. Der Printer kann ein 150 cps Hewlett-Packard Modell 225A sein. Der Multi­ programmer kann ein Hewlett-Packard Modell 6940B sein, welcher die unterschiedlichen erforderlichen A/D und D/A- Interfaces aufweist sowie eine erweiterbare Card-Cage-Ein­ richtung, die ihn für einen breiten Einsatzbereich bei automatischen Hochgeschwindigkeits-Tests, Datenerfassung und der Steuerung je nach Bedarf einsetzbar macht.

Wie weiter oben festgestellt, können die Quelle(n) 18 (Fig. 6) beliebige aus einer Anzahl unterschiedlicher Ar­ ten von PVD-Quellen sein, wie beispielsweise DC/RF-Magne­ tron-, Dioden- und Trioden-Sputter-Quellen, thermische Widerstands- und Elektronenstrahlen-Verdampfungsquellen, Ionenstrahl-Abtragungs- und Sekundärionen-Ablagerungsquellen und Strahlungserhitzer-Quellen. Im Falle des hier diskutierten bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die Quellen entweder auf der oberen Platte der Ablagerungskammer oder auf der rotierenden Blende (Fig. 2) angeordnet. Diese in Richtung nach unten ablagernde Konfiguration ist hinsichtlich der Realisierung der Erfindung willkürlich und die meisten anderen Konfigurationen einschließlich Ablagerung nach oben und Ablagerung zur Seite sind in dieser Hinsicht eben­ falls akzeptabel. Die primäre Anforderung an eine jede Quelle, um die erfindungsgemäße Ablagerungstechnik erfolg­ reich durchzuführen, besteht darin, daß die Quellenvertei­ lung ausreichend stabil und unabhängig von den Eigenschaf­ ten des Substrats sein soll, so daß ihre Ablagerungseigen­ schaften von der Form und der Amplitude dieser Verteilung vollständig charakterisiert oder vorhergesagt werden kann. Selbst wenn die Substrateigenschaften die Ablagerungseigen­ schaften von der Form und der Amplitude dieser Verteilung vollständig charakterisiert oder vorhergesagt werden kann. Selbst wenn die Substrateigenschaften die Ablagerungseigen­ schaften der Quelle beeinflussen, ist es oft genug möglich, diese Beeinflussungen systematisch vorherzusagen und/oder experimentell zu messen und die entsprechenden kompensie­ renden Korrekturen der Ablagerungsparameter durchzuführen. Beispielsweise kann man die Wirkung der Substrattemperatur auf die Ablagerungsgeschwindigkeit leicht in den Griff be­ kommen. Eine jede Quelle (mit Ausnahme des Erhitzers) ist in bekannter Weise mit einer der Öffnungen in der oberen Platte der Vakuumkammer hermetisch verbunden, wie in Fig. 2 gezeigt. Eine spezielle DC/RF-Sputter-Quelle 120 (Fig. 7), welche verwendet werden kann, ist Sputtered Films Inc. Model PSG-3. Die entsprechende Gleichstrom-Versorgungsein­ heit 122 kann Sputtered Films Inc. Model 600-4.5 sein. Das entsprechende Hochfrequenz-Netteil 124 und das passende Leitungsnetz 126 können RF Plasma Products Models RF-10 bzw. AM-10 sein. Als Ionenquelle 128 kann Ion Tech Model 3-1500-250 verwendet werden, wobei Ion Tech Model MPS-3000FC als ent­ sprechende Stromversorgung 130 verwendet wird. Wie in Fig. 9 gezeigt, können Haltevorrichtungen 121 mit vom Benutzer spezifizierten Einfallswinkeln vorgesehen sein, welche von 0 bis 50° relativ zur Rotationsachse der sich drehenden Sub­ stratträger 15 reichen. In der Ablagerungskammer kann auch eine zweite Ionenkanone angeordnet sein, entweder in einer fünften Öffnung in der oberen Platte oder an einer wahlwei­ sen Befestigungseinrichtung 123 für sich kreuzende Strah­ len, welche dazu ausgebildet ist, während der Ablagerung von Sekundärionen die Substrate mittels Ionenstrahlen zu schrubben, wie in Fig. 10 dargestellt, wobei die Sekundär­ ionen-Ablagerung durch Ionenstrahl-Bombardierung eines Quellenmaterials 193 auf einem Substrat 14 bewirkt wird.

Ein Vorderseiten-Strahlungserhitzer 30 kann auf einer pla­ netarischen Blende 32 angeordnet sein, um ein mobiles Er­ hitzen der Vorderseite der Substrate vor und/oder während der nachfolgenden Ablagerungen zu ermöglichen (Fig. 7). Eine Draufsicht auf eine rotierende Blende 32 ist in Fig. 11 gezeigt, wobei der Erhitzer 30 neben dem offenen Abschnitt 158 der Blende angeordnet sein kann. Nachdem der offene Ab­ schnitt der Blende stets mit der jeweiligen Ablagerungs­ quelle 18 (Fig. 6) ausgerichtet ist, stellt diese Konfigu­ ration sicher, daß der Erhitzer stets neben der jeweiligen Quelle ist und daß daher das sequentielle Erhitzen der Sub­ strate vor oder während der Ablagerungen leicht durchge­ führt werden kann, wie oben diskutiert. Ein Schlitz 160 (Fig. 11) kann in der Blende 32 vorgesehen sein, durch den ein einzelner isolierter elektrischer Draht 162 den Erhitzer 30 mit einem gleitenden elektrischen Kontakt 152 (Fig. 7) verbindet, welcher demjenigen ähnlich sein kann, der für die mobilen Ablagerungs-Monitore verwendet wird, wie dies weiter unten diskutiert wird. Wenn der Erhitzer einen großen Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist, so ist nur ein einziger isolierter Draht erforderlich, nach­ dem in diesem Fall der Erhitzer gleichzeitig als Heizeele­ ment, als Temperatursensor und als Temperatursteuerung ver­ wendet werden kann, wie dies weiter oben besprochen wurde. Das Heizelement kann einen Strahlungserhitzer 155 mit einem Dickfilm-Platinwiderstand von normal 10 Ohm umfassen, welcher mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden und dann bei einer Temperatur <1100°C auf eine Seite eines Sub­ strats 153 aus Aluminium oder BeO-Keramik aufgebracht wurde, welches einen Durchmesser von 11 cm (4,5 Inch) und eine Dicke von 1 mm (0,4 Inch) aufwies. Das gesamte Erhitzer- Muster (mit Ausnahme des Kontaktanschlusses 154 und des Erdungs-Kontaktanschlusses 156 ) kann mit einer isolierenden Überglasung beschichtet werden und dann bei Temperaturen <900°C gebrannt werden. Es können Erhitzertemperaturen über 600°C bei Versorgungsleistungen <100 Watt mit +/-1% Repro­ duzierbarkeit erreicht werden. Ein geeignetes Netzteil 138 (Fig. 7) mit konstanter Spannung und Strombegrenzung kann ein Kepco Model JQE 55-2M sein.

Die fern-programmierbaren Quellen-Versorgungsgeräte 122, 124, 130 und 138 gemäß Fig. 7 sind in der Quellen-Steuereinheit 20 gemäß Fig. 6 integriert. Unter "fern-programmierbaren" wird verstanden, daß das programmierbare Gerät mittels eines ge­ eigneten Steuer- und/oder Datenerfassungs-Interface zum Computer 103 mittels des Computers fernbedient werden kann.

Geeignete Interfaces, um eine Kommunikation zwischen dem Computer und den Stromversorgungen zu ermöglichen, ebenso wie mit all den anderen programmierbaren Komponenten und Untersystemen der Erfindung (beispielsweise den Vakuum- und Druck-Steuereinrichtungen), können Standard-Interfaces GPIO, HPIB und RS-232 (104, 99 bzw. 129 in Fig. 4) umfassen sowie einen Multiprogrammer 105, der verschiedene A/D- und D/A-Converter enthalten kann, um mehrere Prozesse gleich­ zeitig zu steuern und/oder zu überwachen. In alternativer Weise kann bei Bedarf oder Wunsch eine lokale Programmierung gewählt werden, um einen gesteuerten Betrieb der Komponente oder des Untersystems zu erzielen. Im allgemeinen umfaßt die Quellen-Steuerung 20 (Fig. 6) eine Kombination von fern- und/oder lokalprogrammierbarer Stromversorgungen und Feed­ back-Monitoren, die notwendig sind, um die elektrischen Parameter einer bestimmten Quelle während der Ablagerungen einzustellen und zu steuern. Es ist darauf hingewiesen, daß diese Steuertechniken insofern indirekt sind, als die elek­ trischen Parameter der Quelle gesteuert werden und nicht die tatsächlichen Ablagerungs-Parameter. Beispielsweise in der Gleichstromversorgung 122 ( Fig. 7) wird der der Quelle gelieferte Strom intern über eine Rückkopplungsschleife ge­ steuert, um auf diese Weise die Amplitude (Rate bzw. Ge­ schwindigkeit) der Quellenverteilung zu steuern. Die Effek­ tivität dieser indirekten Steuerungstechniken hinsichtlich des Erreichens gleichförmiger Ablagerungen hängt daher in starkem Maße von der Reproduzierbarkeit und Stabilität der Ablagerungs-Umgebung ab, wie weiter oben diskutiert.

Auf der drehbaren planetarischen Subtrathalterung 16 (Fig. 6) sind mobile Quellenablagerungsmonitore 22 vorgesehen. Diese Monitore werden dazu verwendet, die verschiedenen Quellen 18 bei Bedarf vor den Substratablagerungen zu kalibrieren (Feststellen der Amplitude und der Form). Diese Monitore können einen thermischen Ablagerungs-Monitor 134, einen Ionenstrahlstrom-Ablagerungsmonitor 132, und einen Massen­ sensiblen-Ablagerungsmonitor 133 umfassen, wie in Fig. 7 dargestellt. Die grundlegenden Anforderungen an diese Moni­ tore bestehen darin, daß sie in situ angeordnet sind, Real­ zeit-Messungen vornehmen und mobil sind, und daß sie aus­ reichend genaue Kalibrierungsinformation der verschiedenen Quellenverteilungen liefern, so daß es möglich ist, das gewünschte Niveau an Gleichförmigkeit der Substratablage­ rung zu erreichen. Der thermische Ablagerungsmonitor kann ein Widerstandsthermometer umfassen (beispielsweise ein Dickfilm-Platin-Widerstandsthermometer auf einem 2,5 cm² (1 Quadratinch) großen keramischen Substrat, welches kom­ merziell von Johnson Matthey Inc. erhältlich ist) oder ein Thermoelement (beispielsweise ein mit rostfreiem Stahl um­ hülltes Thermoelement vom K-Typ, welches von Omega Engineering erhältlich ist und auf einem 2,5 cm Durchmesser (1 Inch) mittels einer 0,13 mm (0,005 Inch) dicken Sensor­ platte aus rostfreiem Stahl befestigt ist. Der Ionenstrahl­ strommonitor kann einen Faradaykäfig umfassen. Der massen­ sensitive Monitor kann einen Quarzkristallsensor umfassen, beispielsweise Inficon Model 007-215, mit geeigneten Modi­ fikationen der thermischen und elektrischen Anschlüsse, um, wie weiter unten beschrieben, dessen Mobilität zu verbes­ sern. Ein jeder dieser Monitore verwendet vorzugsweise einen Gleitkontakt-Anschluß 152 (Fig. 7) zwischen beweglichen und nicht beweglichen Teilen, um maximale Beweglichkeit zu er­ möglichen. Ein geeigneter, in situ koaxial gleitender elek­ trischer Kontakt kann von Suhner erhalten werden (beispiels­ weise "subminiature bayonet connector model SMS"). In alter­ nativer Weise kann eine rotierende elektrische Durchführung verwendet werden und die gleitenden elektrischen Kontakte außerhalb der Kammer angeordnet werden, wie dies dem Fach­ mann bekannt ist. Der Quarzkristallmonitor erfordert auch eine thermische Grenzfläche, um seine Arbeitstemperatur zwi­ schen 0 und 250°C, der zuverlässigsten Arbeitstemperatur, aufrechtzuerhalten. Kommerziell erhältliche Quarzkristall­ monitore arbeiten als Festpunkt-Sensoren und verwenden auf­ wendige Wasserkühleinrichtungen, um dieses Erfordernis der thermischen Grenzfläche zu befriedigen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde das Erfordernis der Wasserleitungen eliminiert, indem eine starke thermische Verbindung zwischen dem Quarzkristallmonitor 133 und der massiven und daher eine hohe Wärmekapazität aufweisenden + planetarischen Substrathalterung 16 (Fig. 7) hergestellt wird. Der Gesamt-Wärmeanstieg des thermisch kombinierten Monitor-Substrathalterung-Systems ist in dem hier interessie­ renden Maßstab minimal, insbesondere, nachdem der Quarzkri­ stallmonitor im Falle der vorliegenden Erfindung typischer­ weise intermittierend betrieben wird, im Gegensatz zu den meisten Festpunkt-Anwendungen, bei denen der Monitor konti­ nuierlich betrieben wird. Die Maßnahmen, um eine wirksame thermische Verbindung zu erreichen, umfassen die Verwendung thermischer Scheiben und Streifen, wie dies dem Fachmann be­ kannt ist. Bei sehr hohen Ablagerungsraten (beispielsweise Ionenstrahl-Abtragung können Masken verwendet werden, welche das Kristallfeld gegenüber der Quelle abblenden, um weiter­ hin akzeptable Betriebstemperaturen zu gewährleisten, nach­ dem bei hohen Ablagerungsraten die verminderte Empfindlich­ keit eines abgeblendeten Quarzkristallmonitors unbedeutend ist.

Quellenmonitor-Steuerungen 24 (Fig. 6) sind für jeden der obengenannten Ablagerungsmonitore kommerziell erhältlich (beispielsweise Thermoelement-Steuerung Omega Engineering Modell 402B, Stromversorgung und Ionenstrahlstrom-Monitor- Steuerung Ion Tech Modell MPS-3000FC und Quarzkristall-Steue­ rung Inficon Modell XTC). Kommerziell erhältliche Steuerun­ gen für Quarzkristallmonitore sind für den konventionellen Festpunkt-Betrieb ausgelegt und sind daher für mobile Anwen­ dungen nicht sehr gut geeignet. Beispielsweise ist der Ver­ lust eines einzelnen Datenpunktes während der Kalibrierung im Falle der vorliegenden Erfindung sehr viel schwerwiegen­ der als bei Festpunkt-Überwachung. Andererseits sind viele der Konstruktionsmerkmale der kommerziellen Einheiten (bei­ spielsweise Ausgleichzeit, Sollwerte, Abgaberampen usw.) bei mobilen Anwendungen ohne Wert. Ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung ist daher eine Quarzkri­ stall-Steuerung, welche für mobile Kalibrierungen und schnel­ le Computerdatenanalyse der Kalibrierungsdaten ausgelegt ist. Insbesondere kann eine Steuerung mit diesen Eigenschaften, die den leistungsstarken Steuerungscomputer ausnutzt, in wirk­ samer Weise durch geeignete Verwendung der Standard-Pulszählung, des Zeit- und Frequenzvergleichs und der Brettschaltungskar­ ten beim Hewlett-Packard Multiprogrammer Modell 6940B reali­ siert werden. Das Ausgangssignal dieser Steuerung ist einfach die massenabhängige Quarzkristall-Resonanzfrequenz. Der wirk­ same Betrieb dieser Quarzkristall-Steuerung ist daher im Falle der vorliegenden Erfindung in erster Linie ein Ergeb­ nis der Entwicklung und Herstellung der erforderlichen Steue­ rungs-Software, um Änderungen in dieser Resonanzfrequenz in Einheiten der interessierenden Kalibrierungs-Parameter zu interpretieren, wie dies weiter unten beschrieben wird. Die Verwendung des leistungsstarken System-Steuerungscomputers direkt zur Erfassung und Analyse der unaufbereiteten Daten des Quarzkristallmonitors bietet gegenüber kommerziellen Steuerungen spezielle Vorteile, einschließlich der Programm­ wahl, "gute" von "schlechten" Datenpunkten zu unterscheiden, spezielle Mittlungen vorzunehmen, Daten zu speichern und zu vergleichen, Interpolationen und Kurvenanpassungen durchzu­ führen usw.

Fig. 13 ist ein funktionelles Flußdiagramm der Ablagerungs­ technik gemäß vorliegender Erfindung, wobei das Programm vom Computersystem 28 (Fig. 6) durchgeführt wird. Zum Zwecke der Klarheit der Symbole werden Operator-Eingaben als Ellipsen, Operator-Entscheidungen als Rauten und computergesteuerte Hardware/Software-Operationen als Rechtecke dargestellt. Im folgenden werden Erklärungen jeder dieser Komponenten inner­ halb des Gesamtzusammenhangs des Flußdiagramms gegeben.

Operator-Eingaben

Die erforderlichen Operator-Eingaben sind für jede vorgegebe­ ne Ablagerung darauf beschränkt, an den geeigneten Punkten im Flußdiagramm lediglich einige wenige hauptsächliche Pro­ zeßparameter zu spezifizieren, nämlich:

• a) Art und Position der Quelle (Ellipse 34),
• b) planetarische Betriebsweise (Ellipse 36),
• c) Gebiet und Gleichförmigkeit der Ablagerung (Ellipse 38),
• d) Substratpositionen auf der planetarischen Einrichtung (Ellipse 40),
• e) Geschwindigkeit und Dicke der Ablagerung (Ellipse 42).

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung bietet meh­ rere planetarische Betriebsweisen für die Ablagerung, ein­ schließlich kontinuierlichem Betrieb, sequentiellem Betrieb, paarweisem Betrieb und Zweiquellen-Ablagerungs-Betrieb. Ein paarweiser Ablagerungsbetrieb ist in Fig. 14 in Draufsicht des Systems, bestehend aus Blende und planetarischen Anord­ nung, gezeigt, wobei die Quellenverteilung 173 als in der Blendenöffnung 158 ( Fig. 11) zentriert schematisch darge­ stellt ist. Das Substratträgerpaar 15 a und 15 b wird nicht­ linear in oszillierender Weise vor der Quelle hin- und her­ bewegt, um gleichzeitig gleichförmige Ablagerungen hierauf zu bewirken.

Es ist anzumerken, daß, wenn der Ablagerungsauftrag oder eine Serie von Ablagerungsaufträgen in der obengenannten Weise de­ finiert worden sind, diese gespeichert werden können und dann in der Zukunft je nach Wunsch wiederholt werden können, wobei die einzige erforderliche Benutzer-Eingabe dann darin besteht, die Positionen der Substrate auf der planetarischen Anordnung einzugeben und zu dokumentieren. Zum Zwecke der Klarheit ist diese spezielle Option im funktionellen Flußdiagramm gemäß Fig. 13 nicht dargestellt.

Operator-Entscheidungen

Um die Einzelheiten eines Ablagerungs-Auftrags innerhalb jed­ weder Ablagerungsauftragsfolge zu definieren, ist lediglich eine einzige logische Entscheidung des Operators erforderlich, wie bei der Raute 44 (Fig. 13) angedeutet:
Ist eine erneute Kalibrierung der Quellenverteilung erforderlich? Die Fakto­ ren, die mit der Entscheidung zusammenhängen, ob oder ob nicht erneut kalibriert werden soll, sind die folgenden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung führt der Quellenmonitor die Quellenkalibrierung nicht während, sondern direkt vor den Substratablagerungen durch. Der Grund hierfür liegt darin, daß zweckmäßig angeordnete Echtzeit-Ablagerungs­ monitore die Quellenverteilung in signifikanter Weise beein­ flussen, insbesondere dann, wenn die Größe der Substrate ver­ gleichbar oder größer ist als die Quellenverteilung. Die Effektivität der vorliegenden Erfindung beim Erreichen gleich­ förmiger Substratablagerungen hängt daher direkt davon ab, wie ähnlich die Quellenverteilung während der Ablagerung zu derjenigen während der Kalibrierung ist. Um das erforderli­ che Ausmaß an Ähnlichkeit bzw. Gleichheit der Quellenvertei­ lungen zu erreichen, ist es zumindest wesentlich, daß die Druck- und Quellen-Steuerungen 12 und 20 (Fig. 6) während der Substratablagerung präzise die gleiche Ablagerungs-Umge­ bung reproduzieren wie diejenige, die während der Quellenka­ librierung verwendet wurde. In der Tat stellt die Fähigkeit des präzisen Reproduzierens und Aufrechterhaltens der gesam­ ten Quellenverteilung ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, wobei beachtliche Sorgfalt und Aufmerksamkeit den Details gewidmet wurde, die zum Erreichen dieser Verfah­ rensvoraussetzung nötigen Hardware-Komponenten auszuwählen und zu betreiben. Die Quellenverteilung kann jedoch auch vom Zustand der Erosion des Quellenmaterials abhängen, was zu abnutzungsabhängigen Variationen der Quellenverteilung selbst dann führt, wenn die Ablagerungsumgebung konstantgehalten wird. Das Erfordernis und die Häufigkeit der erneuten Quel­ lenkalibrierungen werden zumindest von dieser Variation der Quellenverteilung bestimmt und ihre Wirkung auf die voraus­ gesetzten Gleichförmigkeitserfordernisse. Für die meisten Anwendungen ist diese abnutzungsbedingte Variation im Rah­ men der gegebenen Ablagerungsaufgabe extrem klein, kann je­ doch nach mehreren Durchläufen ziemlich signifikant werden. Es stellt ein einzigartiges Merkmal der vorliegenden Erfin­ dung dar, daß die gesamte erneute Quellenkalibrierung schnell (<3 Minuten) und wirksam falls nötig vor jedem Ab­ lagerungs-Auftrag durchgeführt werden kann, so daß auf die­ se Weise sämtliche (im Zeitrahmen der gegebenen Aufgabe ge­ sehen) langsam variierenden abnutzungsabhängigen Änderungen der Quellenverteilung als signifikante Fehlerquellen ausge­ schaltet werden können.

Computergesteuerte Hardware/Software-Operationen

Im Flußdiagramm gemäß Fig. 13 sind fünf computergesteuerte Hardware/Software-Operationen dargestellt. Obwohl diese Ope­ rationen je nach Bedarf automatisch auftreten, können sie, wenn dies erforderlich ist, individuell zugänglich sein, um die folgenden Einzeloperationen durchführen zu können.

• a) Die Quellenkalibrierung wird beim Block 50 durchgeführt. Dieses Programm steuert die planetarische Bewegung, die Datenerfassung und die Datenanalyse, die erforderlich sind, um unter Verwendung der verschiedenen mobilen Quel­ lenmonitore die Ablagerungsprofile, Ätzprofile, thermi­ schen Profile und/oder elektrischen Profile für jede Quellenverteilung aufzunehmen. Dieses Unterprogramm führt auch die Kurvenanpassung durch, die notwendig ist, um die Quellenspitzenrate (Amplitude) direkt und kontinuierlich mit den entsprechenden Quellen-Stromversorgungseinstel­ lungen in bezug zu setzen, wie im Einzelnen weiter unten diskutiert werden wird.
• b) Die Quelle/Planet-Formung wird im Block 52 durchgeführt. Bei vorgegebener Quellenverteilung und planetarischer Kon­ figuration berechnet dieses Programm einen vollständigen hypothetischer Ablagerungsprofile als Funktion der rela­ tiven Positionierung von Quelle und Substrat. Diese Ab­ lagerungsprofile dienen als Baublöcke für das weiter unten definierte Scan-Optimierungs-Programm.
• c) Die Scan-Optimierung wird im Block 54 durchgeführt. Die­ ses Programm verwendet für eine vorgegebene planetarische Betriebsweise die vorher berechneten Ablagerungs-Baublöcke, um den optimalen Satz planetarischer Scan-Parameter (rela­ tive Positionen, Geschwindigkeiten, Richtungen und Zeiten) aufzustellen, der erforderlich ist, um Ablagerungen der vorgegebenen Gleichförmigkeit über die vorgegebenen Ge­ biete herzustellen. Es sei angemerkt, daß "Gleichförmig­ keit" wiederum im weitesten Sinne verwendet wird und Gleichförmigkeit hinsichtlich aller Eigenschaften, nicht nur Dicke, bedeutet. Dies ist eine wichtige Unterschei­ dung, nachdem es oftmals möglich ist, die gleiche Dicken­ gleichförmigkeit über ein vorgegebenes Ablagerungs-Gebiet unter Verwendung eines von mehreren unterschiedlichen Scan-Szenarien zu erreichen. Zur Unterscheidung zwischen diesen unterschiedlichen Scan-Szenarien wird das Erfor­ dernis der Ablagerungs-Homogenität verwendet.
• d) Die Berechnung der Ablagerungsparameter wird im Block 56 durchgeführt. Dieses Programm berechnet für jedes vorge­ gebene Scan-Szenarium und für jede Wahl der Substratposi­ tionen auf der planetarischen Anordnung die Ablagerungs­ parameter (absolute Positionen, Ablagerungszeiten, Druck­ einstellungen, Stromversorgungseinstellungen usw.), die erforderlich sind, um eine Ablagerung der spezifizierten Dicke bei einer spezifizierten Spitzen-Ablagerungsrate zu erzeugen, wie diese vom Operator ausgewählt wurden (Ein­ gang 42 in Fig. 13).
• e) Die Steuerung der planetarischen Bewegung und der Ablage­ rung sowie die Prozeßdokumentation werden im Block 58 durchgeführt. Dieses Unterprogramm sorgt für eine präzise und fehlerfreie Steuerung der planetarischen Bewegung und der Ablagerungsumgebung, wie diese durch die oben erstell­ ten Scan- und Ablagerungs-Parameter bestimmt sind. Es sorgt auch für eine Realzeit-Dokumentation (TRT) sämtli­ cher Aspekte des Verfahrens während des Ablaufs, ein­ schließlich der Scan-Parameter, des Scan-Zustands, der Quellen-Parameter und des Gesamtsystem-Zustands. Am Ende des Durchlaufs wird eine Kopie einer prägnanten und ver­ ständlichen Zusammenfassung erstellt.
• Eine jede dieser Hardware/Software-Operationen kann mit einer vollständig automatischen Operation unter Verwen­ dung der nächsten Ebene der Softwaresteuerung kombiniert werden. Falls gewünscht, kann diese nächste Ebene der Softwaresteuerung ein vollständig computergesteuertes "Ein-Knopf"-Verfahren umfassen (d. h. computergesteuertes Abpumpen, Prozeßgas-Auswahl und -Steuerung, Quellenaus­ wahl, Stromversorgungs-Einstellung und -Steuerung usw.).

Nachdem die computergesteuerten Hardware/Software-Operatio­ nen 50, 52, 54, 56 und 58 (Fig. 13) kurz beschrieben wurden, werden einige nunmehr unter Bezugnahme auf spezielle Bei­ spiele näher beschrieben. Insbesondere wird in der folgenden Diskussion angenommen, daß die Quelle 120 (Fig. 7) als Gleichstrom-Sputter-Quelle betrieben wird, welche mittels einer Gleichstrom-Stromversorgung 122 gesteuert wird. Nach­ dem alle anderen möglichen PVD-Quellen und Versorgungsein­ heiten in im wesentlichen ähnlicher Weise betrieben werden, beschränkt die Bezugnahme auf dieses spezielle Ausführungs­ beispiel in keiner Weise die allgemeine Gültigkeit dieser Diskussion.

Die Entscheidung, die Quelle zu kalibrieren, wird im Block 44 getroffen, vgl. Fig. 13. Kalibrierung beinhaltet Aufnehmen sowohl der Form als auch der Amplitude der Quellenverteilung unter Verwendung der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Prozeduren.

Es wird auf Fig. 15 Bezug genommen. Die Prozedur zum Kali­ brieren der Form der Quellenverteilung besteht aus den fol­ genden Schritten. Der Block 501 beinhaltet das Einschalten der Quelle unter Verwendung von Stromversorgungs-Einstellun­ gen, die den gewünschten Ablagerungsraten entsprechen. (Die Stromversorgungs-Einstellungen sind nicht kritisch, nachdem die Form der Quellenverteilung üblicherweise unabhängig von der Ablagerungsgeschwindigkeit ist, zumindest in erster Ordnung.) Der Block 502 beinhaltet das Bewegen des Ablage­ rungsmonitors zu einer geeigneten Anfangsposition am Rand der Quellenverteilung. Im Block 503 wird die mittels des Ablagerungsmonitors gemessene Ablagerungsrate aufgezeichnet. Der Block 504 besteht darin, die Monitorposition um einen bestimmten Betrag weiterzuschalten (der von den Anforderun­ gen an die Kurvenanpassungsgenauigkeit vorbestimmt ist). Im Block 505 wird die Monitorposition überprüft, um zu sehen, ob die Formkalibrierungs-Datenerfassung abgeschlossen ist, d. h., ob der Ablagerungsmonitor die Quellenverteilung voll­ ständig abgetastet hat. Falls nicht, wird die Prozedur zum Block 503 zurückgeführt und es wird ein weiterer Datenpunkt aufgezeichnet. Wenn die Datenerfassung beendet ist, so wer­ den die Daten ausgedruckt, wie dies im Block 506 angedeutet ist. Ein Beispiel eines solchen Ausdrucks ist in Fig. 17 dargestellt. Wie beim Block 507 angedeutet, bewirkt das Formkalibrierungsprogramm auch die Kurvenanpassung, die notwendig ist, um die Quellenverteilungsform in Form von Parametern zur späteren Verwendung im Flußdiagramm gemäß Fig. 13 zu speichern. Fig. 18 zeigt die Kurve, die an die Daten gemäß Fig. 17 angepaßt wurde. Als Teil des Kurvenan­ passungsunterprogramms wird das wahre Zentrum der Quellen­ verteilung bestimmt, nachdem dieses und nicht etwas das geo­ metrische Zentrum der Quelle die tatsächliche Quellenposi­ tion von Interesse ist.

Die Prozedur des Kalibrierens der Spitzenamplitude (Ablage­ rungsgeschwindigkeit) der Quellenverteilung als Funktion der Stromversorgungs-Einstellungen ist in Fig. 16 darge­ stellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Ablagerungs­ monitor zunächst im wahren Zentrum der Quellenverteilung positioniert, wie durch den Block 511 angedeutet. Die Quelle wird dann eingeschaltet, indem eine spezielle Stromversor­ gungseinstellung am unteren Ende des interessierenden Be­ reichs gewählt wird, wie durch die Blöcke 512 bzw. 513 angedeutet ist. Beim vorliegenden Beispiel einer Gleichstrom- Sputter-Quelle bedeutet dies, den Strom der Stromversorgung einzustellen. Wie beim Block 514 angedeutet, werden die die­ ser Zeit alle relevanten elektrischen Ausgangsgrößen der Stromversorgung aufgezeichnet, einschließlich Strom, Span­ nung und/oder Leistung. Die vom Ablagerungsmonitor gemessene Ablagerungsgeschwindigkeit wird dann aufgezeichnet, wie beim Block 515 angedeutet. An diesem Punkt wird die Stromeinstel­ lung der Stromversorgung um einen vorbestimmten Betrag er­ höht (wie sich dies aus den Erfordernissen hinsichtlich der Genauigkeit der Kurvenanpassung ergibt), und wird dann über­ prüft, ob sie sich noch in dem interessierenden Kalibrie­ rungbereich befindet, wie dies durch die Blöcke 516 bzw. 517 angedeutet ist. Falls dies zutrifft, wird die Prozedur zurück zum Block 514 geführt und es wird für diese neue Stromein­ stellung ein weiterer Datensatz aufgezeichnet. Wenn die Am­ plitudenkalibrierung fertiggestellt ist, so werden die Daten ausgedruckt (Block 518), eine Kurvenanpassung durchgeführt (Block 519) und dann in Form von Parametern zur späteren Ver­ wendung im Flußdiagramm gemäß Fig. 13 gespeichert.

Unter Bezugnahme auf den Block 52 gemäß Fig. 13 verwendet das Quelle/Planet-Formungsprogramm die Quellenverteilung, die mittels des Quellenkalibrierungsprogramms (Block 50) be­ stimmt worden ist, um einen kompletten Satz hypothetischer Ablagerungsprofile als Funktion der relativen Positionierung von Quelle und Substrat zu berechnen. Diese Prozedur ist in größerem Detail in Fig. 19 dargestellt, wo die Amplitude und Form der Quellenverteilung beim Block 521 eingelesen werden. Der Block 522 ist ein das Programm in Gang setzender Schritt und umfaßt das Einstellen des hypothetischen Abstands von Quelle zum Substrat (Zentrum zu Zentrum) auf Null. Block 523 ist ein ähnlicher Einleitungsschritt und beinhaltet das Ein­ stellen des hypothetischen Substratringradius auf Null. Der­ jenige Abschnitt der Quellenverteilung, der einen Substrat­ ring von bestimmtem Radius bei einem bestimmten Quellen/ Substrat-Abstand überlappt, wird dann über die Fläche dieses Rings gemittelt, wie durch den Block 524 angedeutet. (In Wirklichkeit tritt diese Mitteilung auf, da sich das Substrat relativ zur Quelle dreht.) Der Radius des Substratrings wird dann in einer Weise schrittweise erhöht (Block 525), die mit dem Substratdurchmesser (Block 526) konsistent ist, bis ein hypothetisches Substratablagerungsprofil (Dicke gegen Sub­ stratradius) erhalten wird und für den speziellen Quelle/ Substrat-Abstand (Block 527) gespeichert wird. Der Quelle/ Substrat-Abstand wird dann über alle Abstände schrittweise erhöht (Block 528), an denen signifikante Substratablagerun­ gen (Block 529) vorhanden sein könnten, um letztlich einen vollständigen Satz hypothetischer Ablagerungsprofile zu er­ halten. Spezielle Beispiele von vier solcher hypothetischer Substratablagerungsprofile wurden in der obengenannten Fig. 4 gezeigt. In beiden Fällen des schrittweisen Erhöhens der Ab­ stände (Blöcke 525 und 528) ist die Schrittgröße von den Er­ fordernissen hinsichtlich der Genauigkeit dieser hypotheti­ schen Profile bestimmt, welche wiederum von den Erforder­ nissen hinsichtlich der gewünschten Gleichförmigkeit bestimmt ist. Es sind somit Computer-Rechenzeit und letztlich erfor­ derliches Ausmaß an Ablagerungsgleichförmigkeit gegeneinan­ der abzuwägen. Im allgemeinen werden genügend hypothetische Ablagerungsprofile erzeugt, so daß letztlich andere Faktoren die Ablagerungsgenauigkeit begrenzen. Beim vorliegenden Com­ putersystem entspricht dies Rechenzeiten in der Größenanord­ nung von 1 Minute.

Unter Bezugnahme auf den Block 54 in Fig. 13 benutzt das Scan-Optimierungsprogramm die im Block 52 erzeugten hypothe­ tischen Subtrat-Ablagerungsprofile als Bausteine, um einen optimalen Satz auszuwählen und abzuwägen, der in Kombination der gewünschten Dickengleichförmigkeit der Substratablage­ rung über einem Gebiet definierter Größe entspricht. Fig. 5 ist ein Beispiel eines Satzes gewichteter hypothetischer Ablagerungsprofile, die sich überlagern, um eine Dicken- Gleichförmigkeit <99% bei einem Substrat von 10 cm Durch­ messer (4 Inch) zu erzielen. Weitere Faktoren, die diesen Auswählungsprozeß und Wichtungsprozeß beeinflussen, sind die planetarische Ablagerungs-Betriebsweise und die gewünsch­ te Ablagerungs-Homogenität. Ein Beispiel des Scan-Optimie­ rungsprogramms, welches all diesen Faktoren Rechnung trägt, würde daher zu kompliziert sein. Ein Programm zur Reoptimie­ rung der Scan-Parameter zum Erreichen spezieller Erforder­ nisse hinsichtlich der Dickengleichförmigkeit nach einer erneuten Kalibrierung der Quelle ist jedoch für das gesamte Scan-Optimierungs-Programm ziemlich repräsentativ und es ist leichter mitzuteilen. Es wird daher das Beispiel einer Reoptimierung von Scan-Parametern gemäß Fig. 20 gebracht, wobei der Einfachheit halber angenommen wird, daß bei die­ sem speziellen Ablagerungs-Szenarium das Ablagerungsgebiet, die planetarische Betriebsweise und die Erfordernisse hin­ sichtlich der Ablagerungshomogenität bereits bei der ur­ sprünglichen Optimierung der Scan-Parameter berücksichtigt wurden. Bei diesem Beispiel muß die Prozedur den alten (vor der erneuten Kalibrierung geltenden) Satz an Scan-Parametern l 03990 00070 552 001000280000000200012000285910387900040 0002003730834 00004 03871esen, wie im Block 541 angedeutet. Die neuen hypothetischen Ablagerungsprofile, die auf der erneut kalibrierten Quellen­ verteilung basieren, werden dann im Block 542 eingelesen. Die Blöcke 543, 544 und 545 beinhalten das sequentielle schrittweise Ändern der alten Scan-Parameter und das an­ schließende Berechnen der entsprechenden Dicken-Gleichför­ migkeit, um zu sehen, ob diese den spezifizierten Anforde­ rungen entspricht. Falls nicht, wird das schrittweise Ändern der Scan-Parameter solange fortgeführt, als diese innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der alten Ablagerungsparameter (Block 546) bleiben. Falls sie sich außerhalb dieses Be­ reichs befinden, wird eine zusätzliche Operator-Eingabe benötigt, wie dies durch den Block 574 angedeutet ist. An­ dernfalls wird in der Prozedur fortgefahren, bis die erfor­ derliche Dickengleichförmigkeit erreicht ist. Wenn dies auftritt, so werden die neuen Scan-Parameter gespeichert (Block 548), um zur Berechnung der Ablagerungsparameter (Block 56 von Fig. 13) verwendet zu werden.

Schließlich ist in Fig. 21 ein Beispiel der Berechung der Ablagerungsparameter gezeigt. Dieses Flußdiagramm ist in großem Umfang von sich heraus verständlich, nachdem keine Schleifen vorgesehen sind. Die Blöcke 561, 562 und 563 deuten die nacheinanderfolgenden Schritte an, die mit der Berechnung der Stromversorgungs-Einstellungen entsprechend der spezifi­ zierten Ablagerungsrate in Zusammenhang stehen. Die Blöcke 564, 565 und 566 deuten die aufeinanderfolgenden Schritte an, die mit der Berechnung der absoluten Scan-Positionen (wie auf dem planetarischen Codierer angezeigt) in Zusammenhang stehen, bei gegebenen Substratpositionen auf der planetari­ schen Anordnung und den relativen Scan-Positionen (bezüglich des Zentrums der Quelle), welche im Block 54 (Fig. 13) be­ rechnet wurden. Die Blöcke 567, 568 und 569 deuten die auf­ einanderfolgenden Schritte an, die mit der Berechnung der Anzahl der Scan-Zyklen (d. h. der Anzahl der vollständigen Widerholungen der Scan-Positionen) in Zusammenhang stehen, welche erforderlich sind, um die vorgegebene endgültige Ab­ lagerungsdicke zu erreichen, bei vorgegebener Anhaltzeit an jeder Scan-Position. In der Nomenklatur dieser Erfindung ist die Anhaltzeit an einer jeden Position das Produkt des ent­ sprechenden Scan-Gewichts und einer minimalen Zeit, die durch Betrachtungen hinsichtlich der Ablagerungshomogenität bestimmt ist.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine beispiellose Kombination an Vielseitigkeit, Effizienz und hoher Leistung bietet. Im Falle des vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Er­ findung in idealer Weise sowohl für Forschungs- und Entwick­ lungszwecke als auch für Produktionsanwendungen mit kleine­ rem Produktionsvolumen geeignet. Es ist jedoch klar, daß andere Ausführungsformen dieser Erfindung ohne weiteres so ausgebildet sein können, daß ein sehr viel weiterer Anwen­ dungsbereich entsteht, einschließlich der Produktion in großem Maßstab. Dem Fachmann ist klar, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre viele Änderungen möglich sind, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.

Diejenigen Ausführungsformen bzw. Teile der Erfindung, für die ein ausschließliches Recht beansprucht wird, sind im nachfolgenden aufgelistet, wobei die nachfolgenden Schlüssel­ worte so zu verstehen sind, wie dies insbesondere in der Be­ schreibungseinleitung definiert ist:
"Quelle", "Substrat", "Ablagerung", "Quellenverteilung", "Scanner", "nichtlineare Abtastung", "Quellen-Profilierer" und "Gleichförmigkeit".

Claims (58)

1. Physikalisches Dampfablagerungssystem mit

• - zumindest einem Substrat,
• - zumindest einer Quelle, um auf dem Substrat abzulagern,
• - einer Quellen-Profilierungs-Einrichtung, um die Form und die Amplitude der Quellenverteilung zu erhalten,
• - eine Einrichtung zum Erzeugen eines hypothetischen Abla­ gerungsprofils, die auf die Quellen-Profilierungs-Ein­ richtung anspricht,
• - eine Einrichtung zum Optimieren des Substratablagerungs­ profils, welche auf die Einrichtung zum Erzeugen eines hypothetischen Ablagerungsprofils anspricht, und
• - eine Scanner-Einrichtung, die auf die Einrichtung zum Optimieren des Substratablagerungsprofils anspricht, und eine relative, nichtlineare Abtastung der Quelle mittels des Substrats bewirkt, um auf diese Weise das gewünschte Ausmaß an Gleichförmigkeit der Ablagerung auf dem Substrat zu erhalten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle stationär ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat stationär ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen-Profilierungs-Einrichtung eine Computersystem- Einrichtung für Datenaufnahme und -analyse umfaßt.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scanner-Einrichtung ein Computersystem umfaßt, um das Ansprechen auf die Quellen-Profilierungs-Einrichtung zu bestimmen.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scanner-Einrichtung ein Computersystem umfaßt, um die relative nichtlineare Abtastung der Quelle mittels des Substrats zu bewirken.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scanner-Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, um die Amplitude der Quellenverteilung zu variieren.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scanner-Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, um das Substrat intermittierend zu einer Vielzahl von beabstan­ deten Positionen bezüglich der Quelle während vorbestimm­ ter Zeitabschnitte zu bewegen, sowie eine Quellen-Aktivie­ rungs-Einrichtung, um Ablagerungen von der Quelle an jeder der Positionen mit vorbestimmten Ablagerungsgeschwindig­ keiten zu bewirken.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen hypothetischer Profile auf die Profilierungseinrichtung anspricht, um eine Vielzahl von hypothetischen Ablagerungsprofilen zu erzeugen, wobei ein jedes Profil der hypothetischen Verteilung entspricht, die von der Quelle abgelagert werden würde, wenn das Zen­ trum dieses Substrats in einer Linie mit dem Zentrum der Quelle oder gegenüber diesem versetzt um einen vorbestimm­ ten Betrag angeordnet wäre.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Optimieren des Substratablagerungspro­ fils auf die Einrichtung zum Erzeugen eines hypothetischen Profils anspricht, um einen Satz der hypothetischen Abla­ gerungsprofile auszuwählen, welcher dem gewünschten Maß der Gleichförmigkeit der Substratablagerung entspricht, wobei die Scanner- und Aktivierungs-Einrichtung auf die Einrichtung zum Optimieren des Substratablagerungsprofils anspricht.

11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scanner-Einrichtung eine Einrichtung umfaßt, um das Substrat wiederholt zu der Vielzahl von Positionen zu bewegen, um die Homogenität der Substratablagerung zu steigern.

12. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierungseinrichtung eine in situ angeordnete Ab­ lagerungsmonitoreinrichtung umfaßt sowie eine Einrichtung, um die Monitoreinrichtung bezüglich der Quelle zumindest intermittierend zu bewegen.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beweglichen und nichtbeweglichen Teilen der Quellenprofilierungseinrichtung gleitende elektrische Kon­ takte vorgesehen sind.

14. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in situ angeordnete Ablagerungsmonitoreinrichtung einen Quarzkristall-Ablagerungsmonitor umfaßt.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Abkühlen des Quarzkristall-Ablage­ rungsmonitors umfaßt.

16. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in situ angeordnete Ablagerungsmonitoreinrichtung einen thermischen Ablagerungsmonitor umfaßt.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ablagerungsmonitor ein Thermoelement ist.

18. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ablagerungsmonitor ein Widerstandsthermome­ ter ist.

19. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in situ angeordnete Ablagerungsmonitoreinrichtung einen Ionenstrahlstrom-Monitor umfaßt.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichent, daß der Ionenstrahlstrom-Monitor ein Faradaykäfig ist.

21. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Erhitzen des Substrats und eine Einrichtung zum Bewegen der Heizeinrichtung relativ zum Substrat umfaßt.

22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beweglichen und nichtbeweglichen Teilen der Heizeinrichtung gleitende elektrische Kontakte vorgesehen sind.

23. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Material umfaßt, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert.

24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Platin ist.

25. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Material von einem elektrischen Isolator getragen ist.

26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Isolator BeO ist.

27. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Abkühlen des Substrats umfaßt, ohne die Bewegungsfähigkeit des Substrats zu beschränken.

28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung ein phasenänderndes Material umfaßt.

29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das phasenändernde Material Kalziumchlorid-Hexahydrat ist, welches Nukleatoren zur Unterdrückung einer Überkühlung umfaßt.

30. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scanner-Einrichtung folgendes umfaßt:

• - eine Basis,
• - eine Scheibe, welche bezüglich der Basis drehbar angeord­ net ist,
• - eine Vielzahl von Substratträgern, welche jeweils bezüg­ lich der Scheibe drehbar angeordnet sind,
• - wobei die Profilierungseinrichtung auf der Scheibe befe­ stigt ist, und
• - eine Einrichtung zum Drehen der Scheibe und der Substrat­ träger um ihre entsprechenden Rotationsachsen.

31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Rotieren der Scheibe und der Substrat­ träger eine erste Einrichtung zum Rotieren der Scheibe und eine zweite Einrichtung zum Rotieren der Substratträger un­ abhängig von der Rotation der Scheibe umfaßt.

32. System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von Quellen und Einrichtungen zum Tragen zumindest einiger der Quellen in im wesentlichen kreisför­ miger Anordnung umfaßt, derart, daß die letztgenannten Quellen oberhalb der Substratträger und der Profilierungs­ einrichtung angeordnet sind, und daß die Einrichtung zum Rotieren der kreisförmigen Scheibe und der Substratträger eine Einrichtung umfaßt, um die Profilierungseinrichtung unterhalb zumindest einer dieser Quellen zumindest inter­ mittierend zu bewegen.

33. System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes umfaßt:
eine fest angeordnete Platte, eine kreisförmige Blende, welche bezüglich der Platte drehbar angeordnet ist und einen offenen Bereich aufweist, wobei die Blende zwischen der Quelle und den Substratträgern an­ geordnet ist, wobei die Öffnung sich in Ausrichtung mit der Quelle befinden kann, und ein Substrat-Heizglied, wel­ ches auf der Blende angeordnet ist, um das Substrat zu er­ hitzen.

34. System nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat-Heizglied neben der Öffnung angeordnet ist.

35. System zum Bestimmen von Quellenverteilungen mit:

• - einem in situ angeordneten Monitor, der bezüglich des Be­ trages der hierauf stattfindenden Ablagerung sensitiv ist,
• - eine Einrichtung zum zumindest intermittierenden Bewegen des Monitors relativ zu der Quelle, und
• - eine Einrichtung, welche auf den Monitor anspricht, um die Verteilung zu bestimmen.

36. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß es gleitende elektrische Kontakte zwischen den beweglichen und den nichtbeweglichen Teilen des Monitors umfaßt.

37. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor ein Quarzkristall-Ablagerungsmonitor ist.

38. System nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Kühlen des Quarzkristall-Ablage­ rungsmonitors umfaßt.

39. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor ein thermischer Ablagerungsmonitor ist.

40. System nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ablagerungsmonitor ein Thermoelement ist.

41. System nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ablagerungsmonitor ein Widerstandsthermome­ ter ist.

42. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Monitor ein Ionenstrahlstrom-Monitor ist.

43. System nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahlstrom-Monitor ein Faradaykäfig ist.

44. System zum In-situ-Erhitzen eines Substrats in einem Vakuumsystem mit

• - einer Heizeinrichtung zum Erhitzen des Substrats, und
• - einer Einrichtung zum Bewegen der Heizeinrichtung relativ zum Substrat.

45. System nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen den beweglichen und den unbeweglichen Teilen der Heizeinrichtung gleitende elektrische Kontakte umfaßt.

46. System nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Material umfaßt, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert.

47. System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Platin ist.

48. System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Material von einem elektrischen Isolator getragen ist.

49. System nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Isolator BeO ist.

50. Verfahren zur physikalischen Dampfablagerung, gekenn­ zeichnet durch die Schritte:

• - Zurverfügungstellen zumindest eines Substrats,
• - Zurverfügungstellen zumindest einer Quelle, um auf dem Substrat abzulagern,
• - Ermitteln der Form und der Amplitude der Quellenverteilung,
• - Erzeugen von hypothetischen Ablagerungsprofilen in Abhän­ gigkeit von der Form und Amplitude der Quellenverteilung,
• - Erstellen der optimalen Scan-Parameter zum Erstellen eines gewünschten Substratablagerungsprofils in Abhängigkeit von den hypothetischen Ablagerungsprofilen, und
• - Bewirken einer relativen, nichtlinearen Bewegung bzw. Ab­ tastung in Abhängigkeit von den optimalen Scan-Parametern, um auf diese Weise das gewünschte Maß an Gleichförmigkeit der Ablagerung auf dem Substrat zu erzielen.

51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle stationär ist.

52. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat stationär ist.

53. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewirken der nichtlinearen Abtastung den Schritt umfaßt, die Amplitude der Quellenverteilung zu variieren.

54. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt, das Substrat zu einer Vielzahl von beabstandeten Positionen relativ zur Quelle während vorbestimmter Zeitperioden intermittierend zu bewegen und die Quelle an jeder der Positionen bei vorbestimmten Abla­ gerungsgeschwindigkeiten zu aktivieren.

55. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, eine Vielzahl von hypothetischen Ablagerungsprofilen zu erzeugen, wobei jedes Profil der hypothetischen Verteilung entspricht, welche von der Quelle abgelagert worden wäre, wenn das Zentrum des Substrats mit dem Zentrum der Quelle ausgerichtet oder gegenüber diesem versetzt um einen vorbestimmten Abstand angeordnet wäre.

56. Verfahren nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, einen Satz hypothetischer Abla­ gerungsprofile auszuwählen, der einem gewünschten Ausmaß der Gleichförmigkeit der Substratablagerung entspricht.

57. Verfahren nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, in Abhängigkeit von dem Satz hypothetischer Ablagerungsprofile eine nichtlineare Abta­ stung durchzuführen, um auf diese Weise das gewünschte Aus­ maß an Gleichförmigkeit der Substratablagerung zu erreichen.

58. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt umfaßt, das Substrat wiederholt zu der Vielzahl von Positionen zu bewegen, um die Homogenität der Substratablagerung zu verbessern.