DD220618A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TARGET CARRIER DETERMINATION IN SPUTTER UNITS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Targetverbrauchsbestimmung in Sputteranlagen, die zum Aufbringen von Schichten bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente, elektrotechnischer und optischer Erzeugnisse eingesetzt werden. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung ermoeglicht die oekonomisch effektive Verbrauchsbestimmung und einen rentablen Targetwechsel, wobei die Aufgabe geloest wurde, eine Bestimmung ohne Oeffnung des Arbeitsraumes zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird das durch eine Schaltungsanordnung geloest, die im wesentlichen aus einer Zusammenschaltung eines Impedanzwandlers, eines Analog-Digital-Wandlers, eines Frequenzteilers, einer digitalen Anzeigeeinheit, einer Auswertschaltung und einer Ansteuereinheit besteht.The invention relates to a circuit arrangement for target consumption determination in sputtering systems, which are used for applying layers in the production of microelectronic components, electrical and optical products. The inventive circuit arrangement allows the economically effective consumption determination and a profitable target change, the task was solved to allow a determination without opening the working space. According to the invention, this is achieved by a circuit arrangement which consists essentially of an interconnection of an impedance converter, an analog-to-digital converter, a frequency divider, a digital display unit, an evaluation circuit and a drive unit.

Description

Schaltungsanordnung zur Targetverschleißbestimmung in SputteranlagenCircuit arrangement for target wear determination in sputtering systems

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Targetverbrauchsbestimmung in Sputteranlagen, die zum Aufbringen von Schichten bei derHerstellung mikrpelektronischer Bauelemente, elektrotechnischer und optischer Erzeugnisse eingesetzt werden.The invention relates to a circuit arrangement for target consumption determination in sputtering systems, which are used for applying layers in the production of microelectronic components, electrical and optical products.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Ss ist bekannt, den "Verschieißgrad von Targets in Sputteranlagen durch mechanische Mittel, insbesondere durch Lehren zu bestimmen. . ·.. Dabei ist es notwendig, die Arbeitskammer zu öffnen, um den Verschleiß zu bestimmen und den Targetwechsel vorzunehmen. Wird die Arbeitskammer geöffnet bevor ein effektiver Abtrag (80 - 90 % der maximalen Brosionstiefe) des Targets erreicht ist, muß entweder das Target in der Anlage verbleiben, wodurch hohe Pumpzeiten in Folge kondensierter Luftfeuchtigkeit und Desorption der Inneneinbauten, sowie Zeitverluste für die Konditionierung (Einsputtern) der in der Anlage befindlichen Targets,\ d.h. Freisputtern von den gebildeten Oxid auf den Targets entstehen, oder durchIt is known to determine the "degree of wear of targets in sputtering equipment by mechanical means, in particular by gauging." It is necessary to open the working chamber to determine the wear and to change the target an effective removal (80-90 % of the maximum Brosionstiefe) of the target is reached, either the target must remain in the system, resulting in high pumping times due to condensed air humidity and desorption of the internals, as well as time losses for the conditioning (sputtering) in the plant located targets, \ ie free sputtering of the formed oxide on the targets, or by

Ι.+Λ  Ι. Λ +

den uneffektiven Targetwechsel kommt es zu hohen ökonomischen Verlusten.The ineffective target change leads to high economic losses.

Wird die Arbeitskammer zum Messen des Verbrauchs und Wechsel des Targets erst nach dessen Durchsputterung, wobei das Untergrundmaterial beispielsweise Kupfer oder Kühlschlangen und Befestigungsschrauben mit angesputtert werden, geöffnet,kommt es zu ungewollten Legierungen (beispielsweise Al-Gu - Legierungen) auf dem zu bearbeitenden Substrat, wodurch dessen weitere Bearbeitung negativ beeinflußt wird. Außerdem kommt es durch Schaden an der Sputteranlage zu Produkt ionsausfällen. -. .' ^; . : : ' ' .· ^; If the working chamber is opened to measure the consumption and change of the target only after it has been sputtered, with the base material, for example copper or cooling coils and fastening screws being sputtered open, unwanted alloys (for example Al-Gu alloys) are produced on the substrate to be processed. whereby its further processing is adversely affected. In addition, damage to the sputtering plant leads to production failure. -. . '^; , :: ''. · ^;

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verbrauchsbestimmungen von Targets in Sputter anlage η besteht darin, daß · es durch die unterschiedliche Fahrwei3e (Leistung) der Plasmatrons nicht möglich ist, von dem Verbrauch eines Targets auf den mehrerer Targets zu schließen.Another disadvantage of the known consumption determinations of targets in sputtering system η is that it is not possible, due to the different driving modes (power) of the plasmatrons, to conclude from the consumption of a target on the multiple targets.

Ziel der Erfindung .'..: .'Aim of the invention.

Es ist Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Targetverschleißbestiimung in Sputteranlagen anzugeben, die eine ökonomisch effektive Verbrauchsbestimmung und damit einen rentablen Targetwechsel ermöglicht. .It is an object of the invention to provide a circuit arrangement for target wear determination in sputtering systems, which enables an economically effective consumption determination and thus a profitable target change. ,

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Schaltungsanordnung die Bestimmung des Verbrauchs von Targets in Sputteranlagen ohne Öffnung des Arbeitsraumes zu ermöglichen. ,; Erfindungsgemäß-wird'die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Eingang eines Impedanzwandlers mit einem in der Sputteranlage befindlichen,; die Leistung des PlasmatronsThe invention has for its object to enable by a circuit arrangement, the determination of the consumption of targets in sputtering without opening the working space. ; According to the invention-the object is achieved in that the input of an impedance converter with a located in the sputtering ,; the performance of the plasmatron

messenden Anzeigeelements und der Ausgang mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers,verbunden ist, daß ein Frequenzteiler mit seinem Eingang am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers und mit seinem Ausgang_yan dem Eingang einer digitalen Anzeigeeinheit, die aus einer Zusammenschaltung eines Zählers, eines Programmier— schalters, eines Decoders und eines digitalen Anzeigeelement es besteht, angeschlossen ist, daß ein Eingang einer Auswertschaltung mit dem Ausgang der digitalen Anzeigeeinheit und ein anderer Eingang mit einem Impulsgeber des Plasmatrons verbunden ist, und daß dieAuswertschaltung mit einer aus Schaltverstärker und Relais bestehenden, das Plasmatron ein- und ausschaltenden Ansteuereinheit verbunden ist.measuring display element and the output to the input of an analog-to-digital converter, connected to a frequency divider with its input at the output of the analog-to-digital converter and with its output _y at the input of a digital display unit consisting of an interconnection of a counter , a programming switch, a decoder and a digital display element, it is connected, connected one input of an evaluation circuit to the output of the digital display unit and another input to a pulse generator of the plasmatron, and that the Auswertschaltung with one of switching amplifier and relay existing, the Plasmatron on and off switching drive unit is connected.

Soll bei mehreren Piasmatronen der Verbrauch der Targets gleichzeitig bestimmt werden, ist an den Ausgang des Frequenzteilers, der mit dem leistungsmessendeh Anzeige element , dem Imp edanzwahdler und dem Analog-Digit al-Wandler in Folge zusammengeschaltet ist, ein Eingang einer Torschaltung angeschlossen. Die weiteren Eingänge der Torschaltung sind mit den Impulsgebern der einzelnen Plasmatroneund die Ausgänge der Torschaltung sind mit den Eingängen der den einzelnen Piasmatronen zugeordneten digitalen Anzeigeeinheiten verbunden. Am Ausgang jeder digitalen Anzeigeeinheit ist ein Eingang / einer Auswertsefialtung, die mit einer Ansteuereinheit verbunden ist, angeschlossen. Der zweite Eingang jeder Auswertschaltung ist mit dem Impulsgeber des jeweiligen Plasmatrons verbunden. .If at several Piasmatronen the consumption of the targets are determined simultaneously, an input of a gate circuit is connected to the output of the frequency divider, the element with the Leistungsmessendeh display, the Imp edanzwahdler and the analog digit al-converter is connected in sequence. The further inputs of the gate circuit are connected to the pulse generators of the individual Plasmatroneund the outputs of the gate circuit are connected to the inputs of the individual Piasmatronen associated digital display units. At the output of each digital display unit, an input / a Auswertsefialtung, which is connected to a drive unit, connected. The second input of each evaluation circuit is connected to the pulse generator of the respective Plasmatrons. ,

Bei der Bestimmung des Targetverschleißes in einer Sputteranlage wird eine Gleichspannungsmeßgröße Up von dem in der Sputteranlage befindlichen, die Leistung des Plasmatrons messenden Anzeigeelementes dem Impedanzwandler, der,, um eine verlustarme und genaue'Messung zu ermöglichen, mit einem hochohmigen Eingangs-When determining the target wear in a sputtering system, a DC voltage magnitude, Up, from the display element in the sputtering system, measuring the power of the plasmatron, is given to the impedance transformer, which, to provide a low-loss and accurate measurement, has a high-impedance input.

widerstand %ΐυ ausgestattet ist, zugeführt* Die vom Impedanzwandler abgegebene Spannung Up wird einem Ana-, log-Digital-Wandler zugeführt,dessen abgegebene Frequenz sich von null an linear der Eingangsspannung ändert. Anschließend wird die Frequenz in einem Frequenzteiler derart geteilt, daß das Teilerverhältnis der Organisation der folgenden Anzeigeeinheit (mm,%) entspricht. Soll von mehreren Piasmatronen der Verbrauch bestimmt werden, wird nun die Teilerfrequenz f/n einer Torschaltung zugeführt. Durch die Torschaltung wird die Teilerfrequenz der jedem Plasmatron zugeordneten Anzeigeeinheit zugeführt. Dabei wird sobald ein Plasmatron in Betrieb genommen wird, ein Impuls, der der Ansteuerschaltung des Plasmatrons entnommen wird, der Torschaltung zugeleitet·The voltage Up supplied by the impedance converter is fed to an analog-to-digital converter whose output frequency varies linearly from zero to the input voltage. Subsequently, the frequency is divided in a frequency divider so that the division ratio of the organization corresponds to the following display unit (mm,%). If consumption is to be determined by several Piasmatronen, the divider frequency f / n is now fed to a gate circuit. The gate circuit supplies the divider frequency to the display unit assigned to each plasmatron. In this case, as soon as a plasmatron is put into operation, a pulse, which is taken from the drive circuit of the plasmatron, is supplied to the gate circuit.

In der jeweiligen Anzeigeeinheit ist mittels des Programmierschalters ein dem maximalen Verbrauch des Targets entsprechender Wert eingestellt worden, wodurch ein Impuls bei Erreichen dieses Wertes vom Programmierschal-. ter der Auswertschaltung zugeführt wird. Die mit der Torschaltung verknüpfte Auswertschaltung gibt nun einen Schaltimpuls an die Ansteuereinheit des jeweiligen Piasmatrons, wenn ein Impuls vom Programmierschalt er kommt und gleichzeitig der Impuls des Plasmatrons umschaltet oder ein Impuls vom Programmierschalter kommt und nachIn the respective display unit, a value corresponding to the maximum consumption of the target has been set by means of the programming switch, whereby a pulse on reaching this value from the programming switch. ter the evaluation circuit is supplied. The associated with the gate evaluation circuit is now a switching pulse to the drive unit of the respective Piasmatrons when a pulse from the programming switch he comes and simultaneously the pulse of the Plasmatrons switches or a pulse from the programming switch comes and after

Beendigung des Sputterzykluses der Impuls vom Plasmatron umschaltet· ^Termination of the sputter cycle, the pulse is switched by the plasmatron · ^

Die angeschlossene Ansteuereinheit verarbeitet den ihr gegebenen Impuls über einen Schaltverstärker und schaltet mittels eines Relais das Plasmatron ab.The connected drive unit processes the pulse given to it via a switching amplifier and switches off the plasmatron by means of a relay.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments. In the accompanying drawing show

Pig. 1 Schaltungsanordnung für die -Verbrauchs--'..Pig. 1 Circuitry for the Consumption ..

bestimmung bei mehreren Piasmatronen Fig. 2 Schaltungsanordnung für die Terbrauchsbestimmung bei einem Plasmatron \Determination of several piasmatrons Fig. 2 Circuit arrangement for the determination of the consumption in a plasmatron

Bei der Verbrauehsbestiimnung des Targets von den Plasmatronen A, B und C wird eine Spannung Up vom Anzeigeelement in der'Sputteranlage, die ein Mai3 der leistung und damit der Abtragsrate, die einer liniaren Punktion von der.Leistung entspricht, darstellt, einem Impedanzwandler 1 mit hohem Eingangswiderstand R zugeführt. Die vom Impedanzwandler 1 mit einer Verstärkung V^!=s.1 als tJ'p abgegebene Spannung wird einen Analog-Digital-Wandler 2 zugeführt, der die Spannung in eine digitalisierte Prequenz; f umsetzt. Der sich anschließende Frequenzteiler 3 erzeugt eine Teilerfrequenz f/n.In the determination of the intended use of the plasma toners A, B and C, a voltage Up from the display element in the sputtering system representing a power and thus the removal rate corresponding to a linear puncture of the power is transmitted to an impedance converter 1 high input resistance R supplied. The voltage delivered by the impedance converter 1 with a gain V ^ = s.1 as tJ'p is fed to an analog-to-digital converter 2 which converts the voltage into a digitized sequence; f implements. The subsequent frequency divider 3 generates a divider frequency f / n.

Durch eine Torschaltung 4 wird die Teilerfrequenz der entsprechenden digitalen Anzeigβeinheit 5 des zur Zeit arbeitenden Plasmatrons zugeführt. Pur die jeweilige Umschaltung zur entsprechenden Anzeigeeinheit 5 wird der Torschaltung 4 ein Impuls A oder B oder C von der jeweiligen Piasmatronsteuerung zugeleitet. In der digitalen Anzeigeeinheit 5 wird die Teilerfrequenz f/n über einen Zähler 5a und einen Decoder5c in eine digitale Anzeige 5d gewandelt, wobei sich deren Dimensionierung nach der Art der Anzeigegröße richtet (Millimeter, Stunden, Prozent usw.). Der zwischen Zähler 5a und Decoder 5c angeordnete .Programmierschalter 5b gibt bei Erreichen eines eingestellten Wertes einen Impuls an die sich anschließende Auswertschaltung 6.By a gate circuit 4, the divider frequency of the corresponding digital Anzeigeβeinheit 5 of the currently operating Plasmatrons is supplied. Pur the respective switching to the corresponding display unit 5, the gate 4, a pulse A or B or C is supplied from the respective Piasmatronsteuerung. In the digital display unit 5, the divider frequency f / n is converted to a digital display 5d via a counter 5a and a decoder 5c, the dimensioning of which is governed by the type of display size (millimeters, hours, percent, etc.). The programming switch 5b arranged between counter 5a and decoder 5c sends a pulse to the subsequent evaluation circuit 6 when a set value has been reached.

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Von der Auswertschaltung 6 wird ein Impuls an die Ansteuereinheit 7 des jeweiligen Plasmatrons gegeben, die über einen Schaltverstärker mit Relais das Plasmatron abschaltet.From the evaluation circuit 6, a pulse is applied to the drive unit 7 of the respective Plasmatrons, which switches off the Plasmatron via a switching amplifier with relay.

Wie Pig. 2 zeigt, vereinfacht sich die Schaltungsanordnung, wenn der Verbrauch nur eines Targets gemessen werden soll. Die Schaltungsanordnung besteht nun aus einem Impedanzwandler i, der mit einem Analog-Digital-Wandler 2 verbunden ist. An den daran angeschlossenen Frequenzteiler 3 schließt sich eine aus einer Zusammenschaltung eines Zählers 5a, eines Programmierschalt era 5b, eines Decoders 5c und eines Anzeigeelements 5d bestehende digitale Anzeigeleinheit; 5 an, an deren Ausgang eine mit dem Plasmatron verbundene Auswertschaltung 6 angeschlossen ist, der sich eine,aus Schaltverstärker und Relais bestehende Ahsteuereinheit 7 anschließt. < „Like Pig. 2, the circuit arrangement simplifies when the consumption of only one target is to be measured. The circuit arrangement now consists of an impedance converter i, which is connected to an analog-to-digital converter 2. The frequency divider 3 connected thereto is followed by a digital display unit consisting of an interconnection of a counter 5a, a programming circuit 5b, a decoder 5c and a display element 5d; 5, at the output of which an evaluation circuit 6 connected to the plasmatron is connected, which is adjoined by an Ahsteuereinheit 7 consisting of switching amplifiers and relays. <"

Claims (2)

Erfindungsanspruchinvention claim Λ . Schaltungsanordnung zur Targetverschleißbestim— mung in Sputteranlagen gekennzeichnet dadurch» daß der Eingang eines Impedanzwandlers mit einem in der Sputterajalage befindlichen, die Leistung des Plasmatrons messenden Anzeigeelements und der Ausgang mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers verbunden ist, daß ein Frequenzteiler mit seinem Eingang am Ausgang des Analog-Digit al-'.Yandlers und sein Ausgang an dem Eingang einer digitalen Anzeigeeinheit, die aus einer Zusammenschaltung eines Wählers, eines Programmierschalters, eines Decoders und eines Anzeigeelements besteht, angeschlossen ist, daß ein Eingang einer Auswertschaltung mit dem Ausgang der digitalen Anzeigeeinheit und ein anderer Eingang mit einem Impulsgeber des. Plasmatrons verbunden ist, und daß der Ausgang der Auswertschaltung miteiner, aus Schaltverstärker und Relais bestehenden, das Plasmatron aus- und einschaltende Ansteuereinheit verbunden ist. . Λ . Circuit arrangement for target wear determination in sputtering systems, characterized in that the input of an impedance converter is connected to a display element in the sputtering orifice, measuring the power of the plasmatron and the output is connected to the input of an analog-to-digital converter, that a frequency divider with its input on Output of the analog digit and its output at the input of a digital display unit, which consists of an interconnection of a selector, a programming switch, a decoder and a display element is connected, that an input of an evaluation circuit to the output of the digital Display unit and another input is connected to a pulse generator of the. Plasmatrons, and that the output of the evaluation circuit is connected to a, consisting of switching amplifier and relay, the plasmatron off and on switching drive unit. , 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Eingang 'einer Torschaltung mit dem Ausgang des Frequenzteilers und die weiteren Ein- . gänge der Torschaltung mit den einzelnen Impulsgebern verschiedener Plasmatrons und die Auagänge der Torschaltung mit den einzelnen Piasmatronen zugeordneten digitalen Anzeigeeinheiten verbunden sind. 2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that an input 'a gate circuit to the output of the frequency divider and the further input. gears of the gate with the individual pulse generators different Plasmatrons and the Auagänge the gate circuit with the individual Piasmatronen associated digital display units are connected. - Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -- For this 2 sheets drawings -