DE4138927A1

DE4138927A1 - Vorrichtung zur bestimmung der gaskonzentration in einer vakuumkammer

Info

Publication number: DE4138927A1
Application number: DE4138927A
Authority: DE
Inventors: Christoph Daube; Uwe Dr Kopacz; Alfred Belz
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: US5283435A; DE4138927C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in einer Vakuumkammer, beispielsweise einer Vakuumbeschichtungskammer für ein PVD-Verfahren mit einer Anordnung von Katoden 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 01 21 019), 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.

Auflistung der Einzelteile

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

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in einer Vakuumkammer, beispielsweise einer Vakuumbeschichtungs kammer (1) für ein PVD-Verfahren mit einer Anordnung von Katoden (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 Katodenfläche (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.