DE4138927C2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in einer Vakuumkammer - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in einer VakuumkammerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der
Gaskonzentration in einer Vakuumkammer, beispielsweise einer
Vakuumbeschichtungskammer für ein PVD-Verfahren mit einer An
ordnung von Kathoden in der Kammer, einem Gaseinlaß in die
Kammer, einer separaten Meßkammer zur Aufnahme einer Meßein
richtung vorzugsweise eines Meßkopfes für ein Massenspektro
meter, eine Verbindungsleitung zwischen den beiden Kammern
mit einer Druckstufe, sowie einem Pumpstand zur Erzeugung
eines Druckgradienten zwischen dem Innenraum der Vakuumkammer
und dem Innenraum der Meßkammer.
Bekannt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur reaktiven
Anlagerung einer Metallverbindung auf einem Substrat
(EP 0 121 019), wobei die Menge des reaktiven Gases in der
Kammer festgestellt wird, indem das überschüssige reaktive
Gas in der Kammer an einer Stelle entnommen wird, die räum
lich entfernt von der Reaktionszone ist. Diese Schrift be
schreibt weiterhin eine Einrichtung, die ein Massenspektro
meter enthält, das einen Regelbefehl erzeugt, wobei ein ein
stellbarer Schaltkreis an das Massenspektrometer angeschlos
sen ist, um ein spezifisches Scheitelsignal aus den verschie
denen anfänglich vom Massenspektrometer erzeugten Signalen zu
erzeugen.
Nach dem Stand der Technik ist eine Vorrichtung zur
Bestimmung der Gaskonzentration in einer Vakuumkammer
allgemein bekannt, die mittels einer Druckstufe einen Teil
der Gasatmosphäre eines Vakuumkessels bei einem Druck
zwischen beispielsweise 1 × 10-3 mbar und 5 × 10-2 mbar
auskoppelt und vor dem Meßkopf eines Massenspektrometers ein
Druck zwischen vorzugsweise 1 × 10-5 mbar und 5 × 10-4 mbar
erzeugt. Die Druckstufe besteht z. B. aus einer Lochblende,
die mit einem separaten Pumpstand differentiell gepumpt wird.
Die das Beschichtungsergebnis beispielsweise bei einem PVD-Ver
fahren maßgeblich beeinflussende Reaktivgaskonzentration ist
diejenige direkt vor der Targetoberfläche. Bei Anwendung des
bislang bekannten Standes der Technik wird dagegen mit Nach
teil nur eine Zusammensetzung der Gasatmosphäre ermittelt,
wie sie sich in einiger Entfernung von den Katoden nahe der
Vakuumkammerwand einstellt. Diese Zusammensetzung kann sich
bedingt durch eine inhomogene Verteilung der Flächen, an
denen die Reaktion stattfindet, von der interessierenden
unterscheiden. Der höhere Anteil des Reaktivgases an der zu
messenden Atmosphäre würde gleichfalls das Signal-zu-
Rauschen-Verhältnis des Massensignals im Massenspektrometer
verbessern.
Aus diesen Gründen soll durch eine neuartige Druckstufe eine
der Katodenoberfläche möglichst naheliegende Atmosphäre
differentiell gepumpt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Druckstufe im wesentlichen aus einer Saugleitung besteht,
deren eines Ende in der Vakuumkammer unmittelbar im mittleren
Bereich einer, dem Innenraum der Kammer zugewandten Katoden
fläche endet, wobei sowohl die Länge als auch der Querschnitt
der Saugleitung so bemessen sind, daß der zur Messung der Gas
konzentration erforderliche Druckgradient zwischen dem Innen
raum der Vakuumkammer und dem Innenraum der Meßkammer ein
stellbar ist.
Mit der so veränderten Druckstufe wird bei gleichem Totaldruck
in der Meßkammer, an der der Massenspektrometermeßkopf ange
bracht ist, ein höherer Partialdruck des Reaktivgases (z. B.
Stickstoff) erreicht. Das bedeutet mit Vorteil ein besseres
Signal-zu-Rauschen-Verhältnis dieser Meßanordnung im Vergleich
zur bisher verwandten. Außerdem entspricht die Zusammensetzung
der Atmosphäre derjenigen, die am Ende des Absaugstutzens (d. h.
Katodenmitte) vorliegt. Dadurch werden vorteilhafterweise Kon
zentrationsverschiebungen im Randbereich der Vakuumkammer aus
der Messung eliminiert.
Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind denkbar
und z. B. in dem Unteranspruch beschrieben.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zu;
eine davon ist in der einzigen Figur näher dargestellt, und
zwar zeigt diese einen Ausschnitt aus einer Vakuumbeschich
tungskammer mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zur
Bestimmung der Reaktivgaskonzentration.
In der rechteckförmigen Vakuumbeschichtungskammer 1 befinden
sich die Katoden 2, 3 sowie ein Reaktivgaseinlaß 4. Die Ka
toden 2, 3 sind an den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden
der Kammer 1 spiegelsymmetrisch angeordnet. Eine Saugleitung
5 ist an der Katode 2 so befestigt, daß das offene Leitungs
ende 6 etwa in halber Höhe der Katode 2 endet. Das andere
Ende der Leitung 5 ist durch die Decke der Vakuumkammer 1 hin
durchgeführt und endet mit einem Flansch 7 außerhalb des
Innenraums 8 der Vakuumkammer 1. An diesen Flansch 7 ist eine
Meßkammer 9 angeschlossen, welche wiederum über einen se
paraten Pumpstand 10 abgesaugt wird. Der Innenraum 11 der
Meßkammer 9 ist über eine Flanschverbindung 12 mit einem
Meßkopf 13 eines Massenspektrometers verbunden, das nicht
näher dargestellt ist.
Die Funktionsweise ist nun folgende: Im Innenraum 8 der
Vakuumkammer 1 herrscht ein Druck zwischen 1 × 10-3 mbar und
5 × 10-2 mbar, dies ist erforderlich um beispielsweise ein
PVD-Verfahren durchzuführen. Durch den Reaktivgaseinlaß 4
gelangt z. B. N2 in den Innenraum 8 der Kammer 1. Da das Be
schichtungsergebnis maßgeblich von der Reaktivgaskonzentra
tion beeinflußt wird, die in der Beschichtungszone direkt vor
der Targetoberfläche und somit vor der Katode 2, 3 anliegt,
ist es erforderlich die Reaktivgaskonzentration zu messen.
Dies geschieht zweckmäßigerweise mit einem Massenspektro
meter. Um ein solches Meßverfahren durchführen zu können, ist
es jedoch erforderlich, daß sich vor dem Meßkopf 13 eines
Massenspektrometers ein Druck zwischen 1 × 10-5 mbar und
5 × 10-4 mbar einstellt. Dies erreicht man z. B. durch eine
separate Meßkammer 9, welche über eine Saugleitung 5 mit dem
Innenraum 8 der Vakuumkammer 1 verbunden ist. Mittels dieser
Leitung 5 läßt sich nun die Gasatmosphäre unmittelbar vor der
Katode 2 absaugen, wobei die Länge und der Querschnitt dieser
Leitung 5 in ihrem Leitwert so ausgewählt sind, daß sich vor
dem Meßkopf 13 genau der zur Messung erforderliche
Druckgradient einstellt.
1
Vakuumbeschichtungskammer
2
Katode
3
Katode
4
Reaktivgaseinlaß
5
Saugleitung
6
Leitungsende
7
Flansch
8
Innenraum - Vakuumkammer
9
Meßkammer
10
Pumpstand
11
Innenraum - Meßkammer
12
Flanschverbindung
13
Meßkopf
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in einer
Vakuumkammer, beispielsweise einer Vakuumbeschichtungs
kammer (1) für ein PVD-Verfahren mit einer Anordnung von
Kathoden (2, 3) in der Kammer (1), einem Gaseinlaß (4) in
die Kammer (1), einer separaten Meßkammer (9) zur Auf
nahme einer Meßeinrichtung, vorzugsweise eines Meßkopfes
(13) für ein Massenspektrometer, eine Verbindungsleitung
zwischen den beiden Kammern (1, 9) mit einer Druckstufe,
sowie einem Pumpstand (10) zur Erzeugung eines Druckgra
dienten zwischen dem Innenraum (8) der Vakuumkammer (1)
und dem Innenraum (11) der Meßkammer (9), dadurch gekenn
zeichnet, daß die Druckstufe im wesentlichen aus einer
Saugleitung (5) besteht, deren eines Ende (6) in der
Kammer (1) unmittelbar im mittleren Bereich einer, dem
Innenraum (8) der Kammer (1) zugewandten Kathodenfläche
(2, 3) endet, wobei sowohl die Länge als auch der Quer
schnitt der Saugleitung (5) so bemessen sind, daß der
zur Messung der Gaskonzentration erforderliche Druck
gradient zwischen dem Innenraum der Vakuumkammer (1) und
dem Innenraum (11) der Meßkammer (9) einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mittels des Gaseinlasses (4) ein Reaktivgas in die
Kammer (1) eingelassen wird.
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