DE4123589C2

DE4123589C2 - Vorrichtung zum Messen der Lichtstrahlung eines Plasmas

Info

Publication number: DE4123589C2
Application number: DE4123589A
Authority: DE
Inventors: Thomas Martens
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2011-07-18
Also published as: US5209830A; DE4123589A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lichtstrahlung nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

In der Plasmatechnik ist es oft notwendig, den physikalischen Zustand des Plasmas festzu stellen, der sich u. a. in seiner Helligkeit ausdrückt. Hierzu muß eine Lichtmessung vorge nommen werden, die in den meisten Fällen problematisch ist, weil das Plasma die Licht sensoren beschichtet oder sich in einem lichtundurchlässigen Gehäuse befindet.

Um Plasma-Lichtstrahlung zu messen, ist es bereits bekannt, in lichtundurchlässigen Plas mabehältern Quarzfenster vorzusehen, durch die Licht auf eine Fotozelle fällt (US-PS 4 166 784). Eine lokale Intensitätsmessung benachbarter Plasmen ist hiermit jedoch nicht möglich.

Ebenfalls bekannt ist es, Plasma-Lichtstrahlung über ein Glasfaserkabel zu erfassen (DE- A-38 03 840). Hierbei können die Glasfaserkabel jedoch leicht durch das Plasma beschich tet werden.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Strahlungen eines schnell erzeugten Plasmas, das aus einem einzigen plasmaerzeugenden Ereignis hervorgegangen ist, bekannt (US-PS 4 542 290). Das einzige plasmaerzeugende Ereignis ist beispielswei se das Auftreffen eines Laser- oder Teilchenpulses z. B. auf ein Target aus Titan, wo durch verschiedene Röntgenstrahlen und sichtbares Licht entstehen. Mit Hilfe von drei optischen Fasern, die mit ihrem jeweils einen Ende auf das Target gerichtet sind, werden drei verschiedene Strahlungsarten erfasst und mittels einer Kamera, welche auf das jeweils andere Ende der optischen Fasern gerichtet ist, dargestellt. Das Target ist hierbei so ausgebildet, dass die verschiedenen Strahlungsarten von unterschied lichen Richtungen aus erfassbar sind. Für die Erfassung von Plasmen, die mit Hilfe einer Elektrode erzeugt werden, ist die bekannte Vorrichtung nicht geeignet.

Schließlich ist auch noch eine Vorrichtung für die Behandlung von Silizium-Wafern mit Plasma bekannt, bei der die Plasmakammer mit einer kuppelförmigen Abdeckung versehen ist (US-PS 4 245 154). Durch eine Öffnung der aus Quarz bestehenden Ab deckung ist eine Glasfaser geführt, die an dem dem Plasma zugewandten Ende einer Linse aufweist und mit ihrem anderen Ende mit einem Mikrovoltmeter in Verbin dung steht. Vor dem Mikrovoltmeter ist eine Fotozelle angeordnet, die das empfange ne Licht in ein elektrisches Signal umformt. Mit dieser Vorrichtung ist es nicht mög lich, die Lichtstrahlung eines Plasmas in einer Sputterkammer mit Sputterelektroden zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der Licht strahlen eines Plasmas zu schaffen, das mit Hilfe wenigstens einer Elektrode erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß eine lokale Intensi tätsmessung benachbarter Plasmen möglich ist. Außerdem kann bei Rundkathoden-Mehr ringsystemen eine Trennung von innerer und äußerer Intensität erfolgen. Hierdurch können verschiedene Sputterraten eingestellt bzw. geregelt werden. Durch die geringe Apertur der Glasfaser ist die Regelung einzelner Plasmaringe möglich. Hinzu kommt, daß die Licht leitfaser, welche das Plasma-Licht aufnimmt, mit der Kathode eine Baueinheit bildet, die fest justiert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol genden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Sputterkammer mit einer Vorrichtung zum Erfassen von Plasma-Licht;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Kathode mit einem Target und einer Lichtleitfaser;

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Befestigen einer Lichtleitfaser auf einem Target trägertopf.

In der Fig. 1 ist das Prinzip einer Sputterkammer 1 dargestellt, die mit einem Gaseinlaß 2 und einem Pumpenstutzen 3 zum Evakuieren der Sputterkammer 1 versehen ist. Auf einem als Anode dienenden Teller 4, der sich in der Vakuumkammer 1 befindet, sind mehrere Substrate 5, 6, 7 angeordnet, die geätzt oder mit einer Sputterschicht versehen werden sol len. Gegenüber und in einem Abstand von diesem Teller 4 befindet sich eine Kathode 8, die auf ihrer dem Teller 4 zugewandten Seite ein Target 9 aufweist. Auf der anderen Seite der Kathode 8 befindet sich ein Dauermagnet 10, dessen Magnetfeld 11 durch die Kathode 8 und das Target 9 durchdringt und im eigentlichen Plasmaraum 12 einen Bogen bildet. Der Dauermagnet ist nur symbolisch angedeutet. Die dargestellten Nord- bzw. Südpole können z. B. die Enden eines im einzelnen nicht dargestellten Hufeisenmagnets sein. Die Kathode 8 und das Target 9 sind jeweils mit einer Bohrung versehen, und zwar an gegenü berliegenden Stellen, so daß sich eine durchgehende Bohrung 13 ergibt, in die das Ende ei ner Glasfaser 14 hineinragt. Dem anderen Ende der Glasfaser 14 liegt ein lichtempfindli cher Sensor 15 gegenüber, der das Licht, welches aus der Glasfaser 14 auf ihn auftrifft, in ein elektrisches Signal umwandelt und einer Auswerteeinrichtung 16 zuführt.

Der Übersichtlichkeit halber ist in der Fig. 1 nur eine Glasfaser 14 dargestellt. In der Praxis können selbstverständlich an mehreren Stellen der Kathode 8 bzw. des Targets 9 Bohrun gen vorgesehen sein, in welche jeweils gesonderte Glasfasern ragen.

Die Kathode 8 und die Anode 4 liegen über Leitungen 17, 18 an einer Spannungsquelle 19, bei der es sich um eine Gleich- oder Wechselspannungsquelle handeln kann. Eine Gleich stromquelle ist in der Regel nur für leitfähige Target-Materialien, z. B. Metalle und die meisten Halbleiter geeignet, während eine Wechselstromquelle von z. B. 13,56 MHz auch für nichtleitende Target-Materialien verwendet werden kann.

Durch die Gaszuführung 2 wird Inertgas, z. B. Argon, in die auf einen Druck von 0,1 bis 0,01 mbar evakuierte Sputterkammer 1 eingeführt, das bei anliegender Spannung, z. B. ei ner Gleichspannung von 1 bis 3 kV, ionisiert wird. Die positiven Ionen dieses Inertgases werden durch das elektrische Feld der anliegenden Gleichspannung beschleunigt und tref fen mit großer Geschwindigkeit auf das Target 9 auf, wo sie aus diesem Partikel heraus schlagen, die sich auf dem Substrat 5 bis 7 ablagern. Durch das Magnetfeld 11 werden die Elektronen des Plasmas auf eine Spiralbahn gebracht, wodurch sich die Wahrscheinlich keit eines Zusammenstoßes mit einem neutralen Inertgas-Molekül erhöht, das durch diesen Zusammenstoß ionisiert wird.

In der Fig. 2 ist der Bereich um die Bohrung 13 noch einmal in vergrößertem Maßstab dar gestellt. Der Dauermagnet hat hierbei einen Nordpol 20 von der Gestalt eines rechteckigen Rahmens, während der Südpol 21 als rechteckiger Streifen innerhalb des Nordpols 20 an geordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung bildet sich ein umlaufendes Magnetfeld (vgl. Severin: Sputtern, Physik in unserer Zeit, 1986, Seite 73, Abbildung rechts oben). Die Elektrode 8 ist als ein nach unten offener Topf ausgebildet, der das Target umschließt. Auf den Dauermagneten 20, 21 ist zum Feldschluß eine Jochplatte 30 gelegt.

Nach längerem Betrieb bilden sich auf der Unterseite des Targets 9 und zwischen den Nord- und Südpolen des Dauermagneten 20, 21 Krater, was auf das verstärkte Bombarde ment durch Ionen zurückzuführen ist.

Statt der dargestellten Rechteckkathode sind auch Rundkathoden, Delta-Kathoden und elliptische Kathoden denkbar (Severin, a. a. O., Seite 75, Abb. 8).

Die Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 2, wobei die Halterung der Glasfaser 14 nä her dargestellt ist. Anstelle einer Glasfaser kann auch ein Glasfaserbündel eingesetzt wer den. Die Glasfaser 14 ist mit einer Ummantelung 24 versehen, die in einen Schraubkopf 25 eingepaßt ist, der seinerseits auf einen mit der Kathode 8 verschweißten Träger 26 aufge schraubt ist. Der Träger 26 weist eine Bohrung 27 auf, die sich in ihrem oberen Bereich konisch aufweitet und dort einen Dichtungsring 28 trägt, der die Glasfaser 14 umschließt. Der Durchmesser d₁ der Bohrung 13 beträgt etwa 2 mm bis 3 mm, während der Durch messer d₂ der Glasfaser etwa 1,2 bis 1,5 mm beträgt. Der Abstand h der Unterkante der Glasfaser 14 zur Unterseite des Targets wird zu h ≧ 10 mm gewählt, während d₁ < 3 mm ist, um parasitäre Plasmen im Druckbereich 10^-3 mbar zu verhindern, die eine Kontamina tion oder Sputtern des Lichtleiters 14 bewirken könnten. Mit 29 ist ein Krater bezeichnet, der dort entsteht, wo das Magnetfeld 22, 23 parallel zum Target verläuft.

In der Kathode 8 sind Kühlwasserkanäle 31, 32, 33 vorgesehen, zwischen denen sich die Glasfaser 14 befindet.

Unterhalb des Kühlwasserkanals 33 bildet sich ebenfalls ein Krater aus, der jedoch nicht dargestellt ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Lichtstrahlung eines Plasmas, das mit Hilfe wenigstens ei ner Elektrode erzeugt wird, wobei ein lichtempfindlicher Sensor vorgesehen ist, der mit ei ner zur Leuchtdichte des Plasmas proportionalen Leuchtdichte beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (8) mit einer Bohrung (13) versehen ist, in der sich das Ende einer Glasfaser (14) befindet, die mit ihrem anderen Ende dem lichtempfindlichen Sensor (15) zugeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (8) eine Ka thode mit einem Target (9) ist, wobei auch das Target (9) mit einer Bohrung (13) für die Aufnahme des Endes der Glasfaser (14) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer einzelnen Glas faser ein Glasfaserbündel verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (8) als Magnetronkathode (8, 10) mit wenigstens einem Magneten (10) ausgebildet ist, der ein Magnetfeld ausbildet, welches aus dem Target (9) austritt und zum Target (9) zurückführt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (13) für die Aufnahme des einen Endes der Glasfaser (14) zwischen Sputtergraben (29) des Targets (9) und derjenigen Stelle vorgesehen ist, in welche das Magnetfeld ein- bzw. austritt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (8) an nega tivem Gleichspannungspotential liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (8) an Wechselspannungspotential liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Targethalter (8) vor gesehen ist und daß pro Target (9) mindestens eine Glasfaser eingesetzt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Targethalter und das Target (9) Bohrungen aufweisen, die entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen nicht größer als die Dunkelraumzone sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen bei 10^-3 mbar etwa 2 bis 3 mm betragen, was dem Dunkelraum einer Glimmentladungsstrecke ent spricht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern einen Durchmesser von 1,2 bis 1,5 mm haben.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h) der Glasfaser-Unterkante zur Targetunterkante so gewählt ist, daß eine Blendenwirkung auf tritt, die verhindert, daß schräg einfallende Teilchen die Glasfaser zusputtern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (8) mit mehreren Bohrungen versehen ist, wobei sich in jeder Bohrung das Ende einer eigenen Glasfaser bzw. eines Glasfaserbündels befindet und wobei das jeweils andere Ende einer Glasfaser einem lichtempfindlichen Sensor zugeführt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere Glasfasern nur ein lichtempfindlicher Sensor vorgesehen ist und die Enden der Glasfasern zeitlich nacheinander in eine Position gebracht werden, die dem Sensor gegenüberliegt.