DE4429013C2 - Vorrichtung zum Bedampfen oder Sputtern eines Substrates - Google Patents

Description

Eine solche bekannte Vorrichtung wird beispielsweise einge­ setzt, um auf dem Leuchtstoff-Substrat eines Ausgangsschirmes eines Röntgenbildverstärkers eine Reflektionsschicht aus bei­ spielsweise Aluminium aufzubringen. Da diese Schicht eine vorbestimmte Dicke nicht über- oder unterschreiten darf, wird bei der Herstellung des Ausgangsschirmes die Schichtdicke mit einem Schwingquarz gemessen. Hierzu wird der Schwingquarz dem Substrat zugeordnet und während des Bedampfungs- oder Sput­ terprozesses eine Frequenzänderung des Schwingquarzes gemes­ sen, die ein Maß für die Schichtdicke ist.

Die Schichtdicke der Al-Schicht kann auch über Reflexions- und Transmissionsmessung bestimmt werden. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der US 4,024,291 oder US 4,458,360 bekannt. Aus der letztgenannten Schrift sowie aus dem US- Patent 3,984,679 ist auch bekannt, eine Röntgenröhre als Strahlungsquelle einzusetzen.

Es ist bekannt, die Schichtdickenverteilung durch Verwendung mehrerer Schwingquarze zu messen. Diese Methode zur Schicht­ dickenmessung "in-situ" beschränkt sich jedoch auf dünne Schichten, die beispielsweise eine Dicke kleiner als 5 µm haben. Bei größeren Schichtdicken, beispielsweise beim Auf­ bringen einer strahlungswandelnden Schicht aus z. B. (CsJ/ (Na)) auf das Substrat eines Eingangsschirmes eines Röntgen­ bildverstärkers versagen die genannten Methoden, weil einer­ seits die aufgedampfte Schicht vom Schwingquarz abplatzt und andererseits die Reflexions- bzw. Transmissionsmessung mit Licht zu ungenau ist. Nachteilig ist ferner, daß der Schwing­ quarz zwischen der Verdampfer- bzw. Sputterquelle und dem zu bedampfenden Substrat angeordnet werden muß. Der Schwingquarz wirft hierdurch ein Bedampfungsschatten auf das Substrat, wodurch die Schichtdickenverteilung unkontrolliert verändert wird.

Bei der Herstellung von dicken Schichten (< 10 µm) werden daher die physikalischen Parameter (Druck, Temperatur und Geometrie des Verdampferschiffchens) und die Anordnung von Schiffchen bzw. der Sputterquelle zum Substrat bei der Bedampfung konstant gehalten und nach der Zeit bzw. quanti­ tativ verdampft. Die Schichtdicke bzw. die Schichtdickenver­ teilung wird nach der Bedampfung mittels eines Tastschnitt­ gerätes oder anderen Methoden (z. B. indirekt über Wägung) gemessen. Die Regelung der Schichtdickenverteilung während der Bedampfung bzw. Sputterung ist nicht möglich. Beim Her­ stellungsprozess sind sehr enge Toleranzen einzuhalten. Große Streuungen der Schichtdicken bedingen einen hohen Ausschuß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art so auszuführen, daß das Toleranzband der Schichtdicke möglichst klein gehalten werden kann und daß während des Bedampfungs- oder Sputterprozesses eine Schicht­ dicken- und/oder Schichtdickenverteilungsmessung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Bedampfen oder Sputtern eines Substrates gelöst, welche eine Röntgenquelle zum Senden von Röntgenstrahlung zum Substrat, einen Strahlenempfänger zum Empfangen der das Substrat durch­ dringenden Röntgenstrahlung und eine dem Strahlenempfänger nachgeschaltete Auswerteeinrichtung zum Erzeugen eines Aus­ gangssignales in Abhängigkeit von der Strahlenabsorption des Substrates, wobei das Ausgangssignal (z. B. die Zählrate) ein Maß für die auf das Substrat aufgedampfte Schichtdicke ist, umfaßt. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine Fuzzy-Regel­ anordnung, die aufgrund des Ausgangssignals, eines Signals entsprechend der Verdampfungstemperatur und eines dem Druck entsprechenden Signales eine Regelung hinsichtlich einer optimalen Bedampfung oder Sputterung des Substrates bewirkt.

Vorteil der Erfindung ist, daß die Schichtdickenmessung wäh­ rend der Bedampfung oder Sputterung des Substrates erfolgt und daß die Strahlenabsorption durch den Eingangsschirm ein Maß für die Schichtdicke ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie­ les anhand der Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes,

Fig. 2 ein zweites und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Bedampfen oder Sputtern eines Substrates und

Fig. 4 in prinzipieller Weise eine bevorzugte Regelanordnung der Vorrichtung nach den Fig. 1-3.

In den Fig. 1, 2, 3 ist eine Vorrichtung zum Bedampfen oder Sputtern eines Substrates 1 in prinzipieller Weise gezeigt, die ein Gehäuse 2 umfaßt, in dem das Substrat 1, ein Verdamp­ fer 3, eine Strahlenquelle 4 sowie ein Strahlendetektor 5 an­ geordnet sind. Im Ausführungsbeispiel ist dem Strahlendetek­ tor 5 eine Auswerteeinrichtung nachgeschaltet, die einen Photomultiplier 6, einen Verstärker 7, einen Diskriminator 8 und eine Zählerbaugruppe 9 umfaßt.

Im Rahmen der Erfindung kann der Verdampfer 3 aber auch als Sputtereinrichtung ausgeführt sein. Wesentlich ist, daß Beschichtungsmaterial auf das Substrat 1 aufgebracht wird. Zur Beschichtung kann das Substrat beispielsweise um eine vertikale Achse gedreht werden, so daß es gleichmäßig mit Beschichtungsmaterial beaufschlagt wird. Ist das Substrat 1 als Substrat 1 für einen Eingangsschirm eines Röntgenbildverstärkers ausgeführt, so wird beispielsweise CsJ(Na) auf das Substrat 1 aufgebracht.

Zur Messung der auf das Substrat 1 aufgebrachten Schichtdicke ist erfindungsgemäß die Strahlenquelle 4 vorgesehen, deren Strahlenbündel 11 auf das Substrat 1 gerichtet ist, das Sub­ strat 1 durchdringt und vom Strahlendetektor 5 empfangen wird. Aufgrund der auf den Strahlendetektor 5 auftreffenden Strahlung werden elektrische Signale erzeugt. In Abhängigkeit von der Strahlenabsorption des Substrates 1 und der Schicht 10 ändert sich das Signal (z. B. Zählrate) des Strahlendetek­ tors 5, welches ein Maß für die Schichtdicke der Schicht 10 ist.

In der Fig. 1 ist gezeigt, daß die Strahlenquelle 4 ein Strah­ lenbündel 11 sendet, das auf die konkave Seite des Substrates 1 gerichtet ist. Im Unterschied hierzu ist in der Fig. 2 ge­ zeigt, daß das von der Strahlenquelle 4 ausgehende Strahlen­ bündel 11 auf die konvexe Seite des Substrates 1 gerichtet ist. Ferner ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 vorge­ sehen, daß die Strahlenquelle 4 über den Umfang des Substra­ tes 1 verschwenkbar ist. Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 sind mehrere, z. B. drei Strahlendetektoren 5 vorge­ sehen, die am Umfang des Substrates 1 versetzt angeordnet sind und die das Strahlenbündel 11 der Strahlenquelle 4 empfangen. Es kann, wie gezeigt, jedem Strahlendetektor 5 ein Verstärker 7, ein Diskriminator 8 und eine Zählerbaugruppe 9 als Auswerteeinrichtung nachgeschaltet sein. Kostengünstiger ist eine Anordnung mit einem Multiplexer, dem die Eingangs­ signale der Strahlendetektoren 5 zugeführt werden und dem dann ein Verstärker 7, ein Diskriminator 8 und eine Zähler­ baugruppe 9 nachgeschaltet ist. Der Multiplexer schaltet die Signale der Strahlendetektoren 5 zeitlich versetzt auf den Verstärker 7, den Diskriminator 8 und die Zählerbaugruppe 9.

Als Strahlenquelle 4 kann beispielsweise eine Röntgenquelle aus 241-Americium z. B. (47 mci), 60-Co, 155-Europium und 169- Ytterbium Anwendung finden. Als Strahlendetektor 5 hat sich ein NaJ-Kristall als vorteilhaft erwiesen, dem der Photo­ multiplier 6 nachgeschaltet ist. Alternativ kann hierzu aber auch eine Ionisationskammer, ein Proportionalzähler oder ein Halbleiterdetektor Anwendung finden.

Die Signale der Zählerbaugruppe 9 werden von einem Rechner in eine entsprechende Schichtdicke umgerechnet. Erreicht die Schichtdicke einen vorgegebenen Wert, so wird über eine Steuerschaltung 12 die Bedampfung unterbrochen. Die Zählerbau­ gruppe 9 kann hierzu beispielsweise die vom Strahlendetektor 5 empfangenen Strahlenimpulse zählen. Bei einer vorgegebenen, einer gewünschten Schichtdicke entsprechenden Zählrate unter­ bricht dann die Steuerschaltung 12 die Bedampfung oder den Sputtervorgang.

Die Auswerteeinrichtung kann ferner die Steuerschaltung 12 umfassen, die bevorzugt eine Fuzzy-Regelanordnung aufweist, der als Stellgrößen die Verdampfungstemperatur und der Druck im Rezipienten zugeführt werden. Je höher die Verdampfungs­ temperatur während der Bedampfung ist, desto mehr ist die Dampfkeule 13 zur Substratmitte hin gerichtet. Eine Erhöhung, beispielsweise um 1°, kann zu einer 0,8% höheren Beschich­ tung in der Mitte des Substrates 1 führen. Je höher der Druck während der Bedampfung ist, desto breiter wird die Dampfkeule 13, d. h. es erfolgt eine stärkere Schichtauftragung im Rand­ bereich des Substrates 1. Eine Erhöhung des Druckes um 1 . 10 e-4 mbar führt beispielsweise zu einer 0,5% höheren Schichtauftragung im Randbereich des Substrates 1. Die beiden Stell- oder Steuergrößen Druck und Temperatur sind jedoch nicht unabhängig voneinander. Ferner dürfen prozeßtechnische Grenzen, wie z. B. der Schmelzpunkt des CsJ(Na) sowie ein oberer und unterer Druck nicht über- bzw. unterschritten wer­ den. Eine Regelung des Bedampfungsprozesses mit einer "fuzzy- logik" ermöglicht die Verarbeitung weicher Entscheidungen. Die Regelbasis für die "fuzzy-logik" ist aus der Praxis der CsJ-Bedampfungstechnik dem Fachmann bekannt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Bedampfen oder Sputtern eines Substrates eines Röntgenbildverstärkers mit einer strahlungswandelnden Schicht, umfassend eine Röntgenquelle (4) zum Senden eines Strahlenbündels (11) zum Substrat (1),
einen Strahlendetektor (5) zum Empfangen der das Substrat (1) durchdringenden Strahlung und
eine dem Strahlendetektor (5) nachgeschaltete Auswerteein­ richtung zum Erzeugen eines Ausgangssignales in Abhängigkeit von der Strahlenabsorption des Substrates (1),
wobei das Ausgangssignal ein Maß für die auf das Substrat (1) aufgedampfte Schichtdicke ist,
und mit einer Fuzzy-Regelan­ ordnung (8, 9, 12), die aufgrund des Ausgangssignales, eines Signales entsprechend der Verdampfungstemperatur und eines dem Druck entsprechenden Signales eine Regelung hinsichtlich einer optimalen Bedampfung oder Sputterung des Substrates (1) bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlenquelle (4) als Röntgenquelle 241-Americium, 155-Europium, 60-Co oder 169-Ytterbium aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Auswerteeinrichtung einen dem Strahlendetektor (5) nachgeschalteten Photomultiplier (6), einen Verstärker (7), einen Diskriminator (8) und eine Zählerbaugruppe (9) zum Zählen der vom Strahlendetektor (5) empfangenen Strahlen­ impulse sowie eine Steuereinrichtung (12) umfaßt, die bei einer vorgegebenen, einer gewünschten Schichtdicke entspre­ chenden Zählrate den Bedampfungs- oder Sputtervorgang unter­ bricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strahlendetektor (5) als Ionisationskammer als Pro­ portionalzähler als Halbleiterdetektor oder als NaJ-Kristall ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Strahlenquelle (4) mehrere Strahlendetektoren (5) zugeordnet sind, die sich in Bezug zum Substrat (1) an unter­ schiedlichen radialen Positionen befinden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (1) und/oder die Strahlenquelle (4) und/ oder der Strahlendetektor (5) hinsichtlich der Abtastung relativ zueinander verstellbar sind.