监控薄膜沉积制造技术

描述了一种用于监控薄膜沉积的系统。该系统包括石英晶体和用以产生调制信号的合成器。调制信号将通过石英晶体接地。该系统还包括相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而监控薄膜沉积。调制指数可以被选择，使得在共振时，信号的高频匹配晶体频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉参考相关申请本申请要求美国暂时专利申请序列号61/886,333的权益和优先权，该美国暂时专利申请的提交日为2013年10月3日，并且名称为“晶体共振的测量”，其整体以引用的方式并入本文。
技术介绍
晶体频率共振监控通常用于控制沉积速率。然而，在石英晶体沉积控制器中的长同轴电缆中发生电缆共振效应。晶体接口单元(XIU)是一种基于锁相环的晶体共振监控器。XIU容纳一些部分，其包括仅远离安装在薄膜沉积室内部的石英晶体传感器一短的电缆长度的测量电路的相敏检测器部分。XIU然后经由其长度可以改变高达30m的多导体控制电缆被连接到测量电路的其余部分(称为位于速率控制和数据处理单元内部的测量卡)。XIU的设计包括补偿由于传感器的电容和将XIU连接到石英晶体传感器的电缆的无功电导而引起的相移的电容电桥。本配置提供了许多益处，包括测量被涂覆有不同材料的监控器晶体的活动性(寿命)的能力。然而，这样的益处只适用于短的电缆长度(对于具有～6MHz的初始基本频率的大多数晶体而言，接近于4.5m)，并且对于较高的基本频率的晶体而言，所允许的长度进一步减少。另外，用于现有XIU的传感器电缆的最大长度也取决于诸如电缆类型，晶体尺寸和几何形状、传感器头部设计等的参数。随着XIU传感器电缆长度的增加，许多现有设计预期的优点消失了，这主要由于同轴电缆中的反射，最终导致检测失败。通过阻抗匹配抑制反射是用于固定阻抗的常见做法。然而，石英晶体的阻抗在材料沉积期间横跨宽范围而变化。在这种情况(宽频带和宽阻抗带)下的适当终止需要多个匹配的节点和开关电路系统来选择合适的匹配节点，以便晶体阻抗在所使用的同轴电缆的特定阻抗两侧下降。除了之前提到的问题之外，长的电缆长度也导致晶体共振的增加的频率牵引，以及在晶体涂覆期间的用于当前XIU的无效电缆补偿
跟踪。当XIU传感器电缆的电气长度(其是介电常数和物理长度二者的函数)超过激励信号的四分之一波长时，之前方案经历了其定位共振的能力的下降。另外，两个或更多的XIU的组合需要覆盖高达～4m的连续长度跨越以用于RG58型同轴电缆。用于薄膜沉积的厚度速率监控的超导腔稳定的微波振荡器电路已被展示。例如参见由S.R.Stein和J.P.Turneaure提出的超导腔稳定的微波振荡器电路(发表在IEEE论文集，第63卷，第8期-1975)。FM信号已被使用腔转换成AM信号。在一些之前的设备中，XIU降低了从晶体到控制器的电缆长度。测量电路组件在XIU中。从晶体到XIU的最大电缆长度例如是4.5m。除此之外，可能发生反射和相位逆转。然而，用于Gen 4和更大玻璃的单个平板沉积室太大了，4.5m是不够的。更长的电缆长度在1/4λ展现反射和驻波。1/2λ具有与0m相同的阻抗——阻抗周期为1/2λ周期并且每1/4λ逆转。
技术实现思路
本文描述了一种用于监控薄膜沉积的系统和方法。在实施例中，用于监控薄膜沉积的系统包括石英晶体和用以产生调制信号的合成器。调制信号将通过石英晶体接地。该系统还包括相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而监控薄膜沉积。调制指数可以被选择，使得在共振时，信号的高频匹配晶体频率。在另一个实施例中，一种用于监控薄膜沉积的方法包括经由处理器选择调制信号。该方法还包括通过石英晶体将调制信号接地以激励晶体。该方法还包括从晶体接收调制信号并且解调来自晶体的信号。该方法附加地包括测量解调信号的相位以确定薄膜沉积厚度。附图说明当结合下面的描述和附图理解时，本专利技术的以上和其他对象、特征和优点将变得更加明显，在附图中，在可能的情况下，相同的附图标记已被用于指示对于附图共有的相同特征，并且其中：图1是示出系统的组件的高层次图；图2是长同轴电缆问题的说明；图3是测量卡的高层次图；图4示出来自锁定放大器(lock-in amp)的幅度和相位测量；图5a-5b示出了示例性的转换相位调制信号；图6示出用当前测量系统获得的密封(canned)晶体的导纳曲线；图7A-7D示出了实验数据；以及图8是图示了监控薄膜沉积的方法的示例的流程图。附图是为了说明的目的，并且未必是按比例的。具体实施方式在下面的描述中，将会以将通常实现为软件程序的措辞来描述一些方面。本领域技术人员将容易地认识到，这种软件的等价物也可以以硬件、固件或微代码构造。因为数据操作算法和系统是众所周知的，本描述将特别地涉及形成本文描述的系统和方法的一部分、或更直接地与其合作的系统和算法。这种算法和系统的其他方面、以及用于生成并且以其他方式处理与之相关的信号的硬件或软件(在本文未被具体地示出和描述)被从本领域已知的这种系统、算法、组件和元件中选择。在给定如本文所描述的系统和方法的情况下，对于实现任何方面有用的本文未具体示出、建议或描述的软件是常用的，并且在本领域普通技术之内。在石英晶体沉积控制器中使用λ/2电缆是不实际的，因为晶体频率(从而λ)随使用而变化。这种晶体频率变化减少了操作窗口。对于给定的电缆长度只有某种频移是允许的，因为相位随λ变化而恶化。这种相位恶化降低了测量系统的频率稳定性和分辨率。阻抗和频率随沉积变化，所以固定阻抗匹配也是无效的。在晶体处的宽带和宽负载阻抗匹配难以用可以容忍真空的组件实现。此外，在真空中的任何额外元件可能由于故障造成额外的线路停工时间。因此期望以对晶体激励的相位不敏感的方式(高频，例如，6MHz)测量晶体共振频率。各个方面涉及克服将无源沉积监控电路连接到容纳在真空室内部的远程石英晶体传感器的同轴电缆的反射有限长度。各个方面提供一种基本上免受由将无源晶体讯问电路连接到被安装在将然后包括任何系统的大沉积系统中的石英晶体的长电缆中的驻波引起的问题的影响的沉积监控电路。各个方面降低主要由电缆电容负载(特别是在长电缆的情况下)引起的阻抗频谱的频率牵
引。各个方面在有源模式的情况下是有效的，无论其是否为基本的、虚假或泛音的、独立于电缆长度、电缆类型或传感器头部类型的。各个方面不需要用于电缆补偿的变抗器限制桥式电路。各个方面具有增加的频率带宽来覆盖具有6MHz以上的基本频率(仅由器件合成驱动波形的能力限制)的晶体。各个方面可以测量晶体的滤波器质量(Q)。这是有用的，因为测量速度与Q相关。各个晶体允许100ms的测量速度。各个方面可以在不使用接口电路(诸如XIU)的情况下测量晶体。各个方面包括高稳定性的石英晶体无源共振电路以用于大型系统中的薄膜沉积监控。该电路可与现有的速率监控器和控制器(例如，通过INFICON)一起使用。图1是示出了系统的组件的高层次图。系统100是用于分析数据和执行本文所述的其他分析的示例性数据处理系统和相关组件。该系统包括处理器4286，外围系统4220、用户接口系统4230、和数据存储系统4240。外围系统4220、用户接口系统4230和数据存储系统4240通信地连接到处理器4286。处理器4286可以被通信地连接到网络4250，诸如互联网或X.425网络，如下文论述的。处理器4286可以包括一个或多个系统4220、4230、4240，并可以连接到一个或多个网络4250。处理器4286和本文描述的其他处理设备各自可以包括一个或多个微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监控薄膜沉积的系统，包括：石英晶体；用以产生调制信号的合成器，调制信号将通过石英晶体接地；以及相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而确定薄膜厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.03 US 61/8863331.一种用于监控薄膜沉积的系统，包括：石英晶体；用以产生调制信号的合成器，调制信号将通过石英晶体接地；以及相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而确定薄膜厚度。2.如权利要求1所述的系统，其中调制信号是频率调制信号。3.如权利要求1所述的系统，其中调制信号是相位调制信号。4.如权利要求1所述的系统，其中调制指数将被选择，使得在共振时，信号的频率与晶体频率匹配。5.如权利要求1所述的系统，其中信号的频率将被选择，使得晶体电导达到峰值。6.如权利要求1所述的系统，进一步包括用以将系统耦合到沉积室的电缆，其中电缆的长度不降低薄膜沉积检测。7.如权利要求1所述的系统，其中在薄膜沉积在晶体的表面上时，晶体的频率将改变，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·B·林赞，
申请(专利权)人：英飞康公司，
类型：发明
国别省市：美国;US