RU2550444C2 - Установка и способ нанесения покрытия на подложку - Google Patents

Установка и способ нанесения покрытия на подложку Download PDF

Info

Publication number
RU2550444C2
RU2550444C2 RU2012120891/02A RU2012120891A RU2550444C2 RU 2550444 C2 RU2550444 C2 RU 2550444C2 RU 2012120891/02 A RU2012120891/02 A RU 2012120891/02A RU 2012120891 A RU2012120891 A RU 2012120891A RU 2550444 C2 RU2550444 C2 RU 2550444C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
substrate
vacuum chamber
coating
sprayed
Prior art date
Application number
RU2012120891/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012120891A (ru
Inventor
Ульрих ЩЁПКА
Ричард ЁЧСНЕР
Маркус ПФЕФФЕР
Вольфрам МААСС
Юрген ЛАНГЕР
Бертхольд ОККЕР
Original Assignee
Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В.
Зингулус Технолоджиз Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В., Зингулус Технолоджиз Аг filed Critical Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В.
Publication of RU2012120891A publication Critical patent/RU2012120891A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2550444C2 publication Critical patent/RU2550444C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/52—Means for observation of the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к установке и способу нанесения покрытия на подложку. Установка содержит вакуумную камеру, во внутреннем пространстве которой располагают подложку для нанесения на нее покрытия и по меньшей мере одну распыляемую мишень, и устройство для определения износа распыляемой мишени. Нанесение покрытия осуществляют путем абляции мишени во время работы установки и бомбардировки подложки полученными частицами. В стенке вакуумной камеры имеется по меньшей мере одно окно. Устройство для определения износа распыляемой мишени содержит измерительное устройство для оптического измерения расстояния между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени. Измерительное устройство также содержит оценочное устройство, посредством которого корректируют один из следующего: параллакс или геометрическое искажение планарной поверхности мишени. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к установке для нанесения покрытия на подложку, содержащей вакуумную камеру, во внутреннем пространстве которой находится подложка для нанесения покрытия, и по меньшей мере одну распыляемую мишень, которая предназначена для абляции во время работы установки путем бомбардировки частицами, при этом установка дополнительно содержит устройство для определения износа распыляемой мишени.
В DE 10234862 А1 описана установка упомянутого во вводной части типа. В соответствии с известным способом распыляемая мишень используется в качестве источника материала для нанесения покрытия на подложку. Износ материала распыляемой мишени обусловлен путем бомбардировки поверхности распыляемой мишени ионами плазмы. Для предотвращения теплового повреждения распыляемой мишени может быть предусмотрено рассеяние тепловой энергии, поступающей от распыляемой мишени, путем охлаждения водой.
Недостатком этого известного из техники решения является то, что после расходования распыляемой мишени несущая пластина, расположенная под распыляемой мишенью, или позиционирующее устройство, на которое опирается распыляемая мишень, подвергается абляции ионами, отражающимися от плазмы. Если это остается незамеченным эксплуатационным персоналом, слой, наносимый на подложку, и(или) вакуумная камера, которая окружает установку, загрязняется материалом несущей пластины или позиционирующего устройства. Если воздействие на несущую пластину или позиционирующее устройство продолжается, могут обнажиться каналы охлаждения, которые проходят внутри этих компонентов, в результате чего охладитель проникнет в вакуумную камеру и загрязнит ее. В этом случае быстрое установление повышенного давления может приводить к последующему повреждению используемых вакуумных насосов или источников питания.
С целью преодоления этого недостатка предлагалось оценивать износ распыляемой мишени на основании произведения мощности распыления и длительности процесса. Поскольку эта оценка подвержена ошибкам, и износ мишени может происходить неравномерно в различных местах, распыляемую мишень часто заменяют с упреждением до достижения предельного износа. Это приводит к недостаточному использованию имеющегося материала и ненужным простоям установки, поскольку для замены распыляемой мишени необходимо проветривать и открывать вакуумную камеру, что занимает много времени.
Соответственно, с учетом известного уровня техники, в основу изобретения положена задача создания способа и установки, позволяющих в максимально возможной степени расходовать материал распыляемой мишени без загрязнения покрытия, формируемого на подложке материалом позиционирующего устройства. Кроме того, задачей настоящего изобретения является увеличение интервалов между циклами технического обслуживания установки для нанесения покрытия на подложку.
Решение задачи изобретения обеспечивается с помощью установки для нанесения покрытия на подложку, содержащей вакуумную камеру, во внутреннем пространстве которой находится подложка для нанесения покрытия, и по меньшей мере одну распыляемую мишень, которая предназначена для абляции во время работы установки путем бомбардировки частицами, при этом установка дополнительно содержит устройство для определения износа распыляемой мишени, в стенке вакуумной камеры имеется по меньшей мере одно окно, а устройство для определения износа распыляемой мишени содержит измерительное устройство для оптического измерения расстояния между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени, при этом измерительное устройство дополнительно содержит оценочное устройство, посредством которого может корректироваться параллакс и(или) геометрическое искажение.
Кроме того, решение задачи изобретения обеспечивается с помощью способа нанесения покрытия на подложку, в котором помещают подложку и по меньшей мере одну распыляемую мишень во внутреннее пространство вакуумной камеры, подвергают распыляемую мишень абляции путем бомбардировки частицами и определяют ее износ, при этом оптически измеряют расстояние между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени через окно в стенке вакуумной камеры и вводят измеренные расстояния в оценочное устройство, которое корректирует по меньшей мере один параллакс и(или) оптическое искажение.
В соответствии с изобретением в стенке вакуумной камеры, которая окружает установку для нанесения покрытия на подложку, выполнено окно. В контексте настоящего изобретения под окном подразумевается область в стенке вакуумной камеры, проницаемая для электромагнитного излучения на волне в предварительно определяемом диапазоне длин. В качестве примера, материал окна может представлять собой стекло или кварц.
Для оптического измерения расстояние между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени направляют через окно электромагнитное излучение на волне предварительно определяемой длины и(или) на волне в предварительно определяемом диапазоне длин на поверхность распыляемой мишени, от которой оно отражается. Отраженный луч света может восприниматься и оцениваться предложенным измерительным устройством. В качестве примера, расстояние между измерительным устройством и поверхностью мишени может определяться путем лазерной триангуляции. В других вариантах осуществления изобретения расстояние может определяться путем оценки фазы отраженного света или путем измерения времени распространения. С этой целью устройством для оптического измерения расстояния могут испускаться световые импульсы. Длина волны может составлять от 3 мкм до 200 нм. В некоторых вариантах осуществления длина волны может составлять от 700 нм до 500 нм.
Бомбардировка частицами с целью удаления распыляемой мишени может осуществляться с использованием положительно или отрицательно заряженных ионов и(или) нейтральных атомов. В некоторых вариантах осуществления изобретения бомбардировка частицами может осуществляться с использованием электронов или фотонов.
По мере постепенного износа распыляемой мишени увеличивается расстояние между предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени. В результате пользователь может определять толщину распыляемой мишени в предварительно определяемой точке с течением времени. Если это изменение расстояния превышает известную толщину распыляемой мишени или равно ей, пользователь установки для нанесения покрытия на подложку получает ясный признак того, что распыляемая мишень полностью израсходована или достигла предельного износа. Этим способом способ нанесения покрытия на подложку можно прерывать до того, как позиционирующее устройство и(или) несущая пластина распыляемой мишени подвергается абляции путем ионной бомбардировки и загрязняет слой, наносимый на подложку. Тем самым также надежно предотвращается абляция материала этих компонентов до такой степени, что охладитель, циркулирующий по каналам охлаждения внутри позиционирующего устройства, просачивается на ограничивающую вакуумную сторону поверхность.
Если луч света, используемый для оптического измерения расстояния, падает под углом, который отличается от нормали к поверхности мишени, измеренные значения могут искажаться или может возникать погрешность от параллакса. В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрено, что измерительное устройство содержит оценочное устройство или соединено с оценочным устройством, с помощью которого может корректироваться параллакс и(или) геометрическое искажение. Этим способом с относительно высокой степенью точности можно определять толщину распыляемой мишени. В некоторых вариантах осуществления изобретения распыляемая мишень может перемещаться по круговой траектории перед измерительным устройством. В этом случае оценочное устройство может быть рассчитано на коррекцию параболического искажения измеренных значений, регистрируемых измерительным устройством. Оценочное устройство может содержать микропроцессор или микроконтроллер. В некоторых вариантах осуществления оценочное устройство может содержать программное обеспечение, применяющее соответствующий метод коррекции к измеренным значениям при выполнении программного обеспечения компьютером.
В некоторых вариантах осуществления изобретения установка может дополнительно содержать позиционирующее устройство, с помощью которого распыляемая мишень может перемещаться из рабочего положения в место измерения. В этом смысле рабочее положение означает положение распыляемой мишени, при нахождении в котором она расположена напротив подложки, на которую должно наноситься покрытие, и подвергается абляции со стороны падающих ионов, которые отражаются от плазмы на поверхность распыляемой мишени. В отличие от этого, место измерения означает положение, в котором через окно в стенке вакуумной камеры можно наблюдать поверхность распыляемой мишени. В некоторых вариантах осуществления местом измерения и рабочим положением может являться одно и то же положение распыляемой мишени внутри вакуумной камеры. В других вариантах осуществления изобретения место измерения и рабочее положение могут различаться в пространственном отношении. В этом случае может быть предусмотрено, что при переводе мишени из рабочего положения в место измерения она перемещается в область обнаружения измерительного устройства, в результате чего измеренные значения регистрируются вдоль линии, заданной направлением перемещения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения позиционирующее устройство может представлять собой цилиндр, на боковой поверхности которого расположена по меньшей мере одна распыляемая мишень. В этом варианте осуществления перемещение из рабочего положение в место измерения может осуществляться путем простого вращения цилиндра. В этом случае вращение может передаваться электродвигателем, расположенным внутри вакуумной камеры, или приводом, расположенным снаружи вакуумной камеры и соединенным с цилиндром посредством магнитной связи.
Измерительное устройство может быть подвижно установлено на опоре. Это позволяет определять толщину или износ распыляемой мишени во множестве точек, лежащих в направлении перемещения. Тем самым можно определять, равномерно ли подвергается абляции распыляемая мишень. Соответственно, можно избегать ситуации, в которой нижележащий материал позиционирующего устройства подвергается абляции в отдельной точке поверхности распыляемой мишени, хотя распыляемая мишень еще имеет достаточную толщину в других точках. В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрено трехмерное измерение поверхности распыляемой мишени за счет двух ортогональных направлений относительного перемещения мишени и измерительного устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения измерительное устройство может иметь линейный детектор отраженного излучения для осуществления трехмерного измерения поверхности распыляемой мишени за счет относительного перемещения мишени и измерительного устройства в одном направлении. В некоторых вариантах осуществления изобретения измерительное устройство может иметь площадной детектор отраженного излучения для осуществления трехмерного измерения поверхности распыляемой мишени даже без относительного перемещения мишени и измерительного устройства.
В некоторых вариантах осуществления изобретения установка для нанесения покрытия на подложку может дополнительно содержать регулирующее устройство, с помощью которого устанавливается предварительно определяемое желательное значение скорости износа распыляемой мишени и в которое из устройства для определения износа распыляемой мишени может вводиться измеренное значение, характеризующее состояние распыляемой мишени. В некоторых вариантах осуществления регулирующее устройство способно воздействовать на расстояние между поверхностью распыляемой мишени и поверхностью подложки и(или) расстояние между поверхностью распыляемой мишени и магнетроном в качестве регулируемой переменной. Таким способом можно определять скорость износа путем непрерывного мониторинга толщины распыляемой мишени и с высокой степенью точности устанавливать предварительно определяемое желательное значение. В этом варианте осуществления на подложку могут наноситься слои особо равномерной толщины.
В некоторых вариантах осуществления измерительное устройство может быть рассчитано на определение расстояния между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и множеством предварительно определяемых точек на поверхности распыляемой мишени. При этом в измерительном устройстве может использоваться датчик с распределенным чувствительным элементом. Таким образом, толщина слоя распыляемой мишени может определяться на участке с относительно большой площадью поверхности. Если распыляемая мишень перемещается за пределы оснащенного таким образом измерительного устройства, толщина слоя может всего за один проход измеряться на протяжении всей поверхности. Это также позволяет обнаруживать неравномерный износ распыляемой мишени и образование канавок на поверхности распыляемой мишени, поскольку положение и крайние точки определяются на основании измеренных значений.
Далее изобретение будет подробнее описано со ссылкой на чертежи без ограничения общего замысла изобретения, где:
на фиг.1 показан общий вид установки для нанесения покрытия на подложку в поперечном разрезе,
на фиг.2 показана установка для нанесения покрытия на подложку в вертикальном поперечном разрезе,
на фиг.3 показан принцип тонкой корректировки данных измерений,
на фиг.4 показаны необработанные данные, регистрируемые измерительным устройством согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
на фиг.5 показан фрагмент необработанных данных, показанных на фиг.4, и
на фиг.6 показаны данные после корректировки согласно изобретению.
На фиг.1 показан общий вид установки 1 для нанесения покрытия на подложку. Установка 1 окружена вакуумной камерой 100. Вакуумная камера 100 может быть изготовлена, например, из металла или сплава металлов. В некоторых вариантах осуществления вакуумная камера быть изготовлена из алюминиевого сплава или высококачественной стали.
Вакуумная камера 100 имеет соединительный фланец 150, посредством которого вакуумная камера 100 соединяется с вакуумным насосом (непоказанным). В некоторых вариантах осуществления с помощью вакуумного насоса в вакуумной камере может создаваться вакуум со степенью разрежения менее 1×10-5 мбар, менее 1×10-6 мбар или менее 1×10-8 мбар.
Кроме того, вакуумная камера 100 имеет по меньшей мере один подвод 170 газа. Распыляемый газ, например аргон, азот или кислород, может впускаться в вакуумную камеру посредством подвода 170 газа. Во время работы распылительной системы давление внутри вакуумной камеры может регулироваться посредством подвода 170 газа в пределах от приблизительно 1×10-2 мбар до приблизительно 10 мбар, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5×10-2 мбар до приблизительно 1 мбар.
Подложку 125 для нанесения покрытия помещают на держатель 120 подложки. Держатель 120 подложки может быть рассчитан по меньшей мере на одну подложку 125. Держатель 120 подложки может иметь систему нагрева или систему охлаждения, с помощью которой может устанавливаться предварительно определяемая температура подложки 125. Подложкой 125 может являться полупроводниковый материал, тисненый материал или декоративное стекло. Соответственно, покрытием для нанесения на подложку 125 может являться износоустойчивый слой, металлический слой, создающее термический барьер покрытие, слой скольжения или аналогичное функциональное покрытие.
Покрытие для нанесения на подложку 125 содержит по меньшей мере один элемент, который наносят по меньшей мере из одной из распыляемых мишеней 130, 131, 132, 133, 134 и 135. Кроме того, наносимое покрытие может содержать дополнительные элементы, которые поступают из газовой фазы, например в виде химически активного газа или в виде постоянной примеси остаточного газа. Распыляемые мишени 130, 131, 132, 133, 134 и 135 могут иметь одинаковые или различные химические составы.
Распыляемые мишени 130-135 помещаются на позиционирующем устройстве ПО. В проиллюстрированном варианте осуществления позиционирующее устройство ПО выполнено в виде вращающегося цилиндра. За счет этого одна распыляемая мишень из шести распыляемых мишеней 130-135, показанных на фиг.1, в каждом случае может устанавливаться в рабочее положение 200. В рабочем положении 200 выбранная распыляемая мишень, мишень 130 на фиг.1, расположена приблизительно напротив подложки 125 для нанесения покрытия. В других вариантах осуществления изобретения число распыляемых мишеней может составлять более или менее шести. В изобретении не предлагается определенное число мишеней в качестве принципиального решения.
Во время работы системы нанесения покрытий источник 160 напряжения создает разность потенциалов между держателем 120 подложки и распыляемой мишенью 130 в рабочем положении 200. Разность потенциалов может являться постоянной с течением времени как напряжение постоянного тока или может изменяться с течением времени как напряжение переменного тока. Под действием разности потенциалов между поверхностью подложки 125 для нанесения покрытия и поверхностью распыляемой мишени 130 в рабочем положении 200 образуется плазма. Ионы распыляемого газа, который подают посредством соединительного фланца 170, могут ускоряться и попадать на поверхность распыляемой мишени 130. В результате материал распыляемой мишени 130 подвергается абляции, при этом атомы, которые отсоединяются от распыляемой мишени, по меньшей мере частично образуют желаемое покрытие на подложке 125. Тем не менее, изобретение не ограничено проиллюстрированным примером осуществления. В других вариантах осуществления изобретения плазма также может генерироваться с помощью электромагнитного излучения, например сверхвысокочастотного излучения. В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрено по меньшей мере одно устройство, генерирующее магнитные поля, с целью сдерживания плазмы в предварительно определяемой области пространства между распыляемой мишенью 130 и подложкой 125 для нанесения покрытия и(или) с целью увеличения плотности энергии плазмы.
После полной атомизации распыляемой мишени 130 по меньшей мере над частью поверхности на позиционирующее устройство ПО и(или) необязательную несущую пластину, расположенную под мишенью, агрессивно воздействует плазма. В результате, покрытие, наносимое на подложку 125, загрязняется веществом этих компонентов. Если каналы охлаждения находятся внутри позиционирующего устройства ПО и(или) несущей пластины, охладитель, например вода или сжатый воздух, который циркулирует по каналам охлаждения, может просачиваться во внутреннее пространство 180 вакуумной камеры 100. Чтобы предотвратить это, в изобретении предусмотрено перемещение мишени 130 из рабочего положения 200 в место 250 измерения путем вращения позиционирующего устройства ПО. На фиг.1 показано, что распыляемая мишень 130 находится в месте 250 измерения. Тем не менее, само собой разумеется, что все распыляемые мишени 130-135 могут перемещаться в место 250 измерения за счет вращения позиционирующего устройства 110, осуществляемого циклически или событийно, например, если пользователь установки 1 пожелает определить износ распыляемой мишени 130.
В месте 250 измерения поверхность распыляемой мишени 131 видна через окно 140. Окно 140 выполнено из материала, проницаемого для электромагнитного излучения 310, испускаемого измерительным устройством 300. Проницаемость всегда должна предполагаться, когда по меньшей мере часть электромагнитного излучения способна проходить через окно и падать на поверхность распыляемой мишени 131. В качестве примера, окно 140 может представлять собой стекло, кварц или бериллий или состоять из них.
Для определения остающейся толщины распыляемой мишени 131 предусмотрено, что расстояние между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой 340 снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой 330 на поверхности распыляемой мишени 131 определяют с помощью измерительного устройства 300. В качестве примера по меньшей мере одна предварительно определяемая точка 340 может определяться на основании положения выходной линзы, или датчика, или отклоняющего зеркала, или другого компонента измерительного устройства 300. В других вариантах осуществления предварительно определяемая точка 340 может определяться на основании положения лазера, который генерирует измерительный луч 310.
Измерительный луч 310, испускаемый измерительным устройством 300, отражается от поверхности распыляемой мишени 131 в точке 330. Отраженный луч света 320 может выходить из вакуумной камеры через окно 140 и может обнаруживаться с помощью измерительного устройства 300. Расстояние между точками 340 и 330 может определяться на основании оптического измерения, например, путем фазового сдвига между измерительным лучом 310 и отраженным лучом 320, на основании времени распространения света или путем триангуляции. В некоторых вариантах осуществления изобретения измерительное устройство 300 может содержать датчик с пространственным разрешением для определения положения множества точек 330 на поверхности распыляемой мишени 131. Таким образом, можно осуществлять измерения не только в отдельной точке 330, но также во множестве точек 330 поверхности распыляемой мишени 131. Множество точек 330 может находиться вдоль линии или может быть распределено по площади поверхности распыляемой мишени.
С увеличением износа распыляемой мишени 131 точка 330 на поверхности распыляемой мишени 131 перемещается в направлении позиционирующего устройства ПО. Соответственно, увеличивается расстояние между точками 340 и 330. В то же время, увеличение расстояния соответствует уменьшению толщины распыляемой мишени 131. Если распыляемая мишень 131 вращается посредством позиционирующего устройства ПО напротив окна 140, может быть измерена вся ширина поверхности мишени 131, которая показана на фиг.1. Таким способом также можно обнаруживать неравномерный износ распыляемой мишени 131.
Измеренные значения, генерируемые измерительным устройством 300, могут дополнительно обрабатываться с помощью оценочного устройства 400. Оценочное устройство 400 способно корректировать, например, параллакс и(или) геометрическое искажение. Такое геометрическое искажение может возникать, например, вследствие вращения позиционирующего устройства ПО. Таким способом, планарная поверхность распыляемой мишени 131 отображается в виде параболы. Оценочное устройство 400 может быть рассчитано на визуализацию или сохранение полученных измеренных значений. В других вариантах осуществления изобретения оценочное устройство 400 способно генерировать управляющий и(или) регулирующий сигнал, который оказывает влияние на способ нанесения покрытия во внутреннем пространстве 180 вакуумной камеры 100. В качестве примера, таким способом может обнаруживаться неравномерный износ распыляемой мишени 131 с образованием канавок или поддерживаться желаемая скорость нанесения покрытия.
На фиг.2 показан вид в вертикальном разрезе установки 1, показанной на фиг.1. На фиг.2 показана вакуумная камера 100 с расположенным внутри нее держателем 120 подложки и расположенная на нем подложка 125 для нанесения покрытия. Распыляемая мишень 130 находится напротив подложки 125 в рабочем положении 200. Во время работы установки 1 распыляемая мишень 130 подвергается абляции в рабочем положении 200, как пояснено выше со ссылкой на фиг.1.
На фиг.2 также показана распыляемая мишень 131, которая находится в месте 250 измерения. В месте 250 измерения распыляемая мишень 131 находится напротив окна 140. Показанное окно 140 имеет удлиненную форму, которая соответствует приблизительно протяженности в длину распыляемой мишени 131. За счет этого через окно 140 можно наблюдать всю поверхностью распыляемой мишени 131.
На фиг.2 также показано измерительное устройство 300, которое испускает измерительный луч 310 на поверхность распыляемой мишени 131. Измерительный луч 310 отражается от поверхности распыляемой мишени 131 в точке 330 и возвращается в измерительное устройство 300 как луч света 320. Таким способом может определяться износ распыляемой мишени 131 в точке 330.
С целью регистрации дополнительной точки 330 измерений в другом положении на поверхности распыляемой мишени 131 измерительное устройство 300 подвижно установлено на опоре 500. Таким образом измерительное устройство 300 способно перемещаться на протяжении длины распыляемой мишени 131 и тем самым регистрировать множество измеренных значений. Если к тому же позиционирующее устройство ПО вращается, как пояснено со ссылкой на фиг.1, то для измерительного устройства 300 доступна вся поверхность распыляемой мишени 131. Таким способом может измеряться толщина распыляемой мишени 131 по всей площади поверхности.
На фиг.3 показан принцип тонкой корректировки данных измерений, получаемых от прямоугольной мишени 131, расположенной на позиционирующем устройстве 110. В данном случае исходная поверхность новой мишени показана сплошной линией, а пример профиля поверхности, который формируется во время работы в результате износа мишени, показан пунктирными линиями.
Позиционирующее устройство ПО представляет собой цилиндр, установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси. Как уже пояснялось со ссылкой на фиг.1, на боковой поверхности цилиндра выполнено окно 140, через которое можно наблюдать поверхность мишени 131, находящуюся непосредственно напротив окна 140. Позиционирующее устройство ПО позволяет перемещать различные мишени в место измерения напротив окна. Во время этого перемещения мишень 131 по всей ширине может быть перемещена в положение напротив измерительного устройства 300, в результате чего при вращении позиционирующего устройства ПО вдоль плоскости сечения, образованной направлением перемещения, может быть создано поперечное сечение или профиль.
Поскольку планарная поверхность мишени 131 не совпадает с поверхностью цилиндра, точное расстояние можно определить только непосредственно для точки 330 измерений, которая лежит на линии пересечения мишени и цилиндра. С увеличением расстояния между точкой измерений и линией пересечения расстояние между датчиком и поверхностью мишени становится еще меньше, в результате параболически увеличивается искажение топографии в направлении по оси у, а также сжатие в направлении по оси х. Эти искажения можно корректировать с помощью предложенного оценочного устройства 400 с тем, чтобы получить желаемую реальную информацию о поверхности.
Поскольку в результате износа мишени 131 расстояние между точкой 330а измерений и измерительным устройством 300 увеличивается на величину Δl, угол падения лазерного излучения под углом α обзора относительно нормали к поверхности вызывает смещение Δх точки измерений на поверхности. В некоторых вариантах осуществления изобретения это смещение также можно корректировать. В этом случае смещение Δх и текущий износ Δу мишени вычисляют как зависимость угла α падения от измеренного износа Δl мишени согласно следующему уравнению:
Δу=Δl·cosα,
Δх=Δl·sinα.
Измеренный износ Δl мишени по истечении предварительно определяемого времени эксплуатации определяют на основании разности между расстоянием lmeas, измеренным по истечении предварительно определяемого времени эксплуатации, и расстоянием lref, измеренным в начале нанесения покрытия. Соответственно, корректировка параболического искажения согласно изобретению основана на сравнении текущих данных измерений и данных измерений новой, неизрасходованной мишени такого же типа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения корректировка может осуществляться на множестве стадий. На первой стадии вычитают контрольные данные lref измерений новой мишени из текущих данных lmeas измерений, чтобы грубо скорректировать данные измерений в направлении по оси у и проецировать параболу на плоскость. Затем на второй стадии осуществляют грубую корректировку в направлении по оси х на основании вычисленной поправочной функции, которую определили, исходя из планарной, т.е. новой, мишени. В этом случае поправочная функция может определяться, исходя из геометрических свойств установки 1 для нанесения покрытия на подложку и мишени 131 или позиционирующего устройства 110. При этом определяют расстояния по оси х между отдельными точками измерений и адаптируют их, исходя из радиуса цилиндра и скорости его вращения в каждой точке измерений, а также из периодичности измерений.
Износ мишени и угол α обзора порождают дополнительные смещения, одним из которых является искажение в направлении по оси у (Δу), а другим - обусловленное им, а также углом падения лазерного излучения дополнительное искажение в направлении по оси х (Δх). Эти дополнительные искажения могут устраняться на третьей стадии корректировки. Положение х точки на новой мишени, а также величина Δl известны из предыдущей корректировки. Таким образом величины Δх и Δу можно вычислить с помощью угла α обзора.
Далее будет рассмотрен один из примеров осуществления способа измерений согласно изобретению. Соответственно, на фиг.4 показаны необработанные данные, регистрируемые измерительным устройством согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В проиллюстрированном примере на боковой поверхности цилиндрического позиционирующего устройства ПО расположены пять мишеней 131, 132, 133, 134 и 135. В результате полного оборота позиционирующего устройства 110 каждая мишень один раз перемещается в область обнаружения измерительного устройства 330, в результате чего могут регистрироваться необработанные данные, показанные на фиг.4. В данном случае по оси ординат отложено расстояние между предварительно определяемой неподвижной точкой, которая может определяться, например, положением измерительного устройства 330. По оси абсцисс отложены пронумерованные по порядку точки измерений, которые с использованием угловой скорости и периодичности измерений могут быть преобразованы в х-координату на боковой поверхности цилиндра или х-координату на мишени.
На фиг.5 показан увеличенный фрагмент необработанных данных, показанных на фиг.4. В данном случае показанная на фиг.5 область соответствует измеренным значениям, которые были зарегистрированы на отдельной распыляемой мишени из в общей сложности пяти распыляемых мишеней. Показанные измеренные значения были зарегистрированы на мишени, которая уже использовалась в способе нанесения покрытий и, соответственно, имеет признаки износа. Как показано на фиг.5, этот износ совмещается с геометрическими искажениями в измерительном устройстве и, соответственно, не может быть обнаружен пользователем распылительной системы 1.
На фиг.6 показаны проиллюстрированные на фиг.5 данные после осуществления корректировки согласно изобретению. На фиг.6 видно, что на поверхность мишени имеются две канавки или выемки глубиной приблизительно 0,2-0,3 мм. Соответственно, способом согласно изобретению можно с высокой степенью точности определять износ материала мишени, не прерывая работу установки 1 для нанесения покрытия на подложку.
Изложенное выше описание следует считать не ограничивающим, а поясняющим изобретение. Подразумевается, что какой-либо признак, упоминаемый в описании и следующей далее формулы изобретения, содержится по меньшей мере в одном из вариантов осуществления изобретения. Это не исключает присутствия дополнительных признаков. Любое упоминание в формуле изобретения или описании "первого" и "второго" признаков служит целям различения двух идентичных признаков без предоставления какого-либо преимущества.

Claims (13)

1. Установка для нанесения покрытия на подложку, содержащая:
вакуумную камеру, внутреннее пространство которой приспособлено для размещения подложки для нанесения покрытия и в стенке которой имеется по меньшей мере одно окно,
по меньшей мере одну распыляемую мишень, которая предназначена для абляции во время работы установки путем бомбардировки частицами,
устройство для определения износа распыляемой мишени, содержащее измерительное устройство для оптического измерения расстояния между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени через упомянутое окно, при этом измерительное устройство соединено с оценочным устройством, рассчитанным на корректировку одного из следующего: параллакса или геометрического искажения планарной поверхности мишени.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит позиционирующее устройство для перемещения распыляемой мишени из рабочего положения в положения для измерения.
3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что позиционирующее устройство содержит цилиндр для размещения на его боковой поверхности по меньшей мере одной распыляемой мишени.
4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что измерительное устройство содержит устройство для лазерной триангуляции и/или интерферометр.
5. Установка по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая опору, на которой подвижно установлено измерительное устройство.
6. Установка по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая регулирующее устройство для установления предварительно определяемого желательного значения скорости износа распыляемой мишени, в которое из устройства для определения износа распыляемой мишени вводится измеренное значение, характеризующее состояние распыляемой мишени.
7. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что измерительное устройство предназначено для определения расстояния между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и множеством предварительно определяемых точек на поверхности распыляемой мишени.
8. Способ нанесения покрытия на подложку, включающий стадии, на которых:
помещают подложку и по меньшей мере одну распыляемую мишень во внутреннее пространство вакуумной камеры,
подвергают распыляемую мишень абляции путем бомбардировки частицами, определяют износ распыляемой мишени путем оптического измерения расстояния между по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой снаружи вакуумной камеры и по меньшей мере одной предварительно определяемой точкой на поверхности распыляемой мишени через окно в стенке вакуумной камеры,
вводят измеренные расстояния в оценочное устройство, которое корректирует по меньшей мере одно из следующего: параллакс и/или оптическое искажение планарной поверхности мишени.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что напыление прекращают, если распыляемая мишень имеет толщину менее предварительно определяемого значения.
10. Способ по п. 8, в котором корректировка параллакса и/или оптического искажения включает стадии, на которых:
регистрируют расстояние lref, измеренное в начале нанесения покрытия, регистрируют расстояние lmeas, измеренное по истечении предварительно заданного времени нанесения покрытия,
вычисляют lref из lmeas.
11. Способ по п. 8, в котором корректировка параллакса и/или оптического искажения, включает стадии, на которых:
определяют по меньшей мере одну поправочную функцию,
корректируют данные измерений путем применения поправочной функции, в результате чего корректируется искажение в направлении по оси х.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что определяют на планарной мишени поправочную функцию, отображающую геометрические свойства установки для нанесения покрытия на подложку и мишени.
13. Способ по одному из пп. 8-12, отличающийся тем, что осуществляют точную корректировку данных измерений, исходя из угла α обзора относительно нормали к поверхности мишени и измеренного износа Δ1 мишени согласно следующему уравнению:
Δ y = Δ l· cos α,
Δ x = Δ l· sin α.
RU2012120891/02A 2009-11-20 2010-11-19 Установка и способ нанесения покрытия на подложку RU2550444C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009054060.1A DE102009054060B4 (de) 2009-11-20 2009-11-20 Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Substrates
DE102009054060.1 2009-11-20
PCT/EP2010/067820 WO2011061288A1 (de) 2009-11-20 2010-11-19 Vorrichtung und verfahren zum beschichten eines substrates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012120891A RU2012120891A (ru) 2013-12-27
RU2550444C2 true RU2550444C2 (ru) 2015-05-10

Family

ID=43513754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012120891/02A RU2550444C2 (ru) 2009-11-20 2010-11-19 Установка и способ нанесения покрытия на подложку

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120241310A1 (ru)
EP (1) EP2501836B1 (ru)
JP (1) JP5663593B2 (ru)
KR (1) KR101438591B1 (ru)
DE (1) DE102009054060B4 (ru)
RU (1) RU2550444C2 (ru)
WO (1) WO2011061288A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011115145A1 (de) * 2011-09-27 2013-03-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Magnetronsputtern mit Ausgleich der Targeterosion
WO2015004755A1 (ja) * 2013-07-10 2015-01-15 株式会社シンクロン 光学式膜厚計，薄膜形成装置及び膜厚測定方法
FR3073279A1 (fr) * 2017-11-09 2019-05-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Systeme de mesure d'un diametre et/ou d'une epaisseur d'une cible disposee dans une chambre de depot d'un equipement de depot

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1828142C (ru) * 1991-01-31 1995-06-27 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроени МГТУ им.Н.Э.Баумана Способ нанесения вакуумных покрытий сложного состава и устройство для его осуществления
RU2126188C1 (ru) * 1997-04-25 1999-02-10 Закрытое акционерное общество "Римос" Ионный микропроектор и способ его настройки
US6113752A (en) * 1998-07-07 2000-09-05 Techno-Coat Oberflachentechnik Gmbh Method and device for coating substrate
US6500321B1 (en) * 1999-05-26 2002-12-31 Novellus Systems, Inc. Control of erosion profile and process characteristics in magnetron sputtering by geometrical shaping of the sputtering target
DE10234862A1 (de) * 2002-07-31 2004-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Bipolar-Magnetronsputtern

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63235470A (ja) * 1987-03-24 1988-09-30 Nec Corp スパツタリング装置
JPS63266061A (ja) * 1987-04-23 1988-11-02 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 多元素スパツタ薄膜の製造方法及びスパツタ装置
US5643472A (en) 1988-07-08 1997-07-01 Cauldron Limited Partnership Selective removal of material by irradiation
US5292419A (en) * 1990-12-20 1994-03-08 Leybold Aktiengesellschaft Sputtering unit
JP2953940B2 (ja) * 1994-02-14 1999-09-27 日本電気株式会社 スパッタリング装置およびターゲットのスパッタ面を測定する方法
JPH0841638A (ja) * 1994-07-28 1996-02-13 Fujitsu Ltd スパッタ装置
JP2723857B2 (ja) * 1995-10-16 1998-03-09 九州日本電気株式会社 スパッタターゲットモニタ装置
JPH10152772A (ja) * 1996-11-22 1998-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd スパッタリング方法及び装置
JPH1161403A (ja) * 1997-08-20 1999-03-05 Mitsubishi Electric Corp スパッタリング装置及びスパッタリング方法
JP3749383B2 (ja) * 1998-08-25 2006-02-22 株式会社昭和真空 スパッタ装置における膜厚分布制御方法とその装置
DE29901853U1 (de) * 1999-02-03 1999-07-01 Leybold Materials Gmbh, 63450 Hanau Sputteranlage
JP3376946B2 (ja) * 1999-03-12 2003-02-17 日本電気株式会社 ターゲット交換時期判定方法及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2002302767A (ja) * 2001-04-06 2002-10-18 Toshiba Corp スパッタリング装置とその方法
JP2004256867A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Sharp Corp スパッタリング装置
JP4040607B2 (ja) * 2004-06-14 2008-01-30 芝浦メカトロニクス株式会社 スパッタリング装置及び方法並びにスパッタリング制御用プログラム
US20060081459A1 (en) * 2004-10-18 2006-04-20 Applied Materials, Inc. In-situ monitoring of target erosion
JP2008088500A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Fujitsu Ltd スパッタリング装置
KR101166396B1 (ko) * 2007-03-30 2012-07-23 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 회전 마그넷 스퍼터 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1828142C (ru) * 1991-01-31 1995-06-27 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроени МГТУ им.Н.Э.Баумана Способ нанесения вакуумных покрытий сложного состава и устройство для его осуществления
RU2126188C1 (ru) * 1997-04-25 1999-02-10 Закрытое акционерное общество "Римос" Ионный микропроектор и способ его настройки
US6113752A (en) * 1998-07-07 2000-09-05 Techno-Coat Oberflachentechnik Gmbh Method and device for coating substrate
US6500321B1 (en) * 1999-05-26 2002-12-31 Novellus Systems, Inc. Control of erosion profile and process characteristics in magnetron sputtering by geometrical shaping of the sputtering target
DE10234862A1 (de) * 2002-07-31 2004-02-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Bipolar-Magnetronsputtern

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012120891A (ru) 2013-12-27
WO2011061288A1 (de) 2011-05-26
KR101438591B1 (ko) 2014-09-11
EP2501836B1 (de) 2016-10-12
KR20120094040A (ko) 2012-08-23
JP5663593B2 (ja) 2015-02-04
DE102009054060B4 (de) 2014-10-16
JP2013511619A (ja) 2013-04-04
US20120241310A1 (en) 2012-09-27
DE102009054060A1 (de) 2011-05-26
EP2501836A1 (de) 2012-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI667719B (zh) 蝕刻基板的方法、蝕刻裝置結構的方法以及處理設備
CN108700412B (zh) 图案测量装置和图案测量方法
CA2254650C (en) Sputtering method and apparatus with optical monitoring
US20090026170A1 (en) Plasma processing apparatus and method of plasma distribution correction
US20060021870A1 (en) Profile detection and refurbishment of deposition targets
CA2605970A1 (en) Method of on-line thickness measurement of applied coatings
RU2550444C2 (ru) Установка и способ нанесения покрытия на подложку
US9897489B2 (en) Processing apparatus and method of measuring temperature of workpiece in processing apparatus
US20230287556A1 (en) Method for controlling a flux distribution of evaporated source material, detector for measuring electromagnetic radiation reflected on a source surface and system for thermal evaporation with electromagnetic radiation
JP2005281858A (ja) 堆積厚測定方法、材料層の形成方法、堆積厚測定装置および材料層の形成装置
JPH0854211A (ja) 不透明膜の堆積速度モニター方法および装置
US20010045352A1 (en) Sputter deposition using multiple targets
JP2013511619A5 (ru)
US20140183036A1 (en) In Situ Sputtering Target Measurement
TW201306076A (zh) 帶電粒子束描繪設備和製造物品的方法
TWI764273B (zh) 靶材量測裝置以及量測靶材之方法
TWI749947B (zh) 工件處理系統及確定離子束的參數的方法
CN107077073B (zh) 用于监测辐射源的装置、辐射源、监测辐射源的方法、器件制造方法
US11022427B2 (en) Device and method for measuring thickness
JP7280630B2 (ja) Ｘ線源を制御するための方法
US20040046969A1 (en) System and method for monitoring thin film deposition on optical substrates
TW202314778A (zh) 用於決定環在處理套件內的位置的方法和裝置
JP3887237B2 (ja) プラズマと境界の間のシース幅検出方法
JPH07229796A (ja) 溶融物質の表面温度測定方法及び装置
JP2001185545A (ja) プラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201120