NL8701463A

NL8701463A - Laagdikte meter.

Info

Publication number: NL8701463A
Application number: NL8701463A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1989-01-16
Also published as: JPS6423103A; EP0296680B1; ATE73540T1; DE3868993D1; EP0296680A1; US5046849A

Description

# ‘1 PHN 12160 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Laagdikte meter.

De uitvinding heeft betrekking op een laagdiktemeter voor het continue meten van de dikte van lagen die bij lage druk op een substraat worden afgezet, omvattende een lichtbron, twee lichtgeleiders waarbij de ene lichtgeleider het licht van de lichtbron naar de 5 opgroeiende laag geleidt en de andere lichtgeleider het op het grensvlak tussen substraat en opgroeiende laag gereflecteerde licht en het op het grensvlak tusen de opgroeiende laag en de omringende atmosfeer gereflecteerde licht naar een tevens tot de laagdikte meter behorende, detector geleidt die variaties in de intensiteit van het licht 10 tengevolge van een in afhankelijkheid van de optische weglengte in de opgroeiende laag optredende variërende interferentie tussen de twee gereflecteerde lichtstralen weergeeft.

In Philips Technical Revieuw 43 pag 58-60 Jan 1987 wordt een methode beschreven voor het meten van de dikte van een 15 infraroodreflecterende laag tijdens het aanbrengen op de binnenzijde van de buitenste glazen omhulling van lage druk natrium lampen. Deze laag bestaat uit L^OgtSn. Het aanbrengen van deze laag vindt plaats bij een temperatuuur von ongeveer 500 °C.

Het bekende meetinstrument bestaat uit twee 20 lichtgeleiders met een buitendiameter van 2,5 mm en een kerndiameter van 1,9 mm. Beide geleiders zijn (aan het koude uiteinde) voorzien van een koppeling waarop glasvezelbundels kunen worden aangesloten; deze vormen respectievelijk de verbinding met een lichtbron en een detector. Het licht van een lichtbron wordt door de ene geleider naar de meetplaats 25 geleid. De uit het warme uiteinde uittredende bundel wordt, na reflectie aan de te meten laag, door de ander geleider opgevangen en naar de detector geleid. Om de optische assen van de beide (parallelle) geleiders op hetzelfde meetpunt te richten, worden de eindvlakken van de geleiders onder een zekere hoek met de lengte-as afgeslepen.

30 Het principe van de meting berust op interfentie. Doordat de lichtbundel aan de beide zijden van de zich vormende infrarood reflectielaag reflecteert, ontstaan er twee gereflecteerde bundels, die 8701463 * ί PHN 12160 2 door een verschil in optische weglengte met elkaar interfereren.

Wanneer de dikte van de laag toeneemt, zal de detector variaties in de intensiteit van het erop vallende licht waarnemen. Hieruit kan de dikte van de laag op elk moment worden herkend door, een met de detector 5 gekoppelde verwerkingsapparatuur. De meetmethode kan worden gebruikt om het aanbrengproces automatisch te sturen.

Het beschreven meetinstrument is niet zonder meer geschikt voor het meten van de laagdikte van lagen die bij lage druk reactief op de buitenzijde van een voorwerp worden afgezet bijvoorbeeld 10 door middel van een lage druk CVD proces. De toepassing van dit type processen neemt in de techniek steeds meer toe omdat hiermede een groot aantal voorwerpen tegelijkertijd en reproduceerbaar met een laag kunnen worden bedekt, zonder dat ingewikkelde bewegingen door de voorwerpen behoeven te worden 15 uitgevoerd zoals bij opdampprocessen.

De uitvinding beoogt nu een laagdiktemeter die kan worden toegepast voor het continue meten van de dikte van lagen die in een lage druk CVD proces worden afgezet.

Aan deze opgave wordt voldaan met een laagdiktemeter die 20 het kenmerk draagt dat de beide lichtgeleiders zich bevinden in een aan een einde door een optische venster afgesloten pijp uit een materiaal dat bestand is tegen de omstandigheden in de ruimte waarin het CVD proces wordt uitgevoerd en aan dit einde is voorzien van een verwisselbare huls die aan een einde is voorzien van een optisch venster 25 en die passend op de pijp kan worden geschoven, waarin zich de lichtgeleiders bevinden.

Een laagdiktemeter volgens de uitvinding kan met het einde, waarop zich de verwisselbare huls met optisch venster bevindt door een geschikte op het meetinstrument afdichtbare opening in een 30 lage druk CVD reactor worden gestoken, waarin zich een groot aantal op de buitenzijde van een laag te voorziene voorwerpen bevinden. Het is aan deze lagedrukprocessen eigen, dat de depositiesnelheid plaats onafhankelijk is. Hierdoor wordt het enerzijds mogelijk grote aantallen voorwerpen tegelijk van een laag te voorzien en anderzijds kan op een 35 technisch geschikte plaats een voor het bedekkingsproces representatieve meting plaatsvinden. Men kan zich hierbij bijvoorbeeld een groot aantal halogeenlampen voorstellen waarvan de ballon met een geel licht 870 1 463

V

PHN 12160 3 doorlatende interferentielaag uit een aantal 1/4 λ - lagen van afwisselend hoge en lage brekingsindex moeten worden voorzien. Voordat met een depositie wordt begonnen wordt de laagdiktemeter van een huls met een schoon optisch venster voorzien.

5 Aan de hand van de bijgaande tekening waarvan figuur 1 schematisch en gedeeltelijk in doorsnede een meetinstrument volgens de uitvinding toont en figuur 2 meer in detail de stralengang zal de uitvinding nu nader worden toegelicht aan de hand van een practische uitvoeringsvorm. Het meetinstrument bestaat in principe uit twee 10 lichtgeleiders 1 en 2 omvattende een kern en een mantel waarbij de brekingsindex van de kern hoger is dan van de mantel. De kern kan over de diameter een constante brekingsindex of een parabolische index verdeling bezitten. In een praktische uitvoeringsvormn heeft de kern een diameter van 1.9 mm en de lichtgeleider een diameter van 2.5 mm. De 15 lengte van de lichtgeleiders past zich aan de technische omstandigheden zoals bijvoorbeeld aan de lengte van de reactor. De aankoppeling van een gewone optische vezel aan de staaf moet op een plaats van relatief lage temperatuur plaatsvinden, omdat deze vezel een kunststofomhulling heeft. De lengte kan bijvoorbeeld 1.5 mtr. bedragen. Beide 20 lichtgeleiders bevinden zich in een buis 3 met kwarts bijvoorbeeld met een wanddikte van - mm. Deze buis kan ook uit hardglas bestaan. Aan het einde dat in de reactor zal worden gestoken is de buis afgesloten met een optisch venster 4 bij voorkeur uit kwarts. De lichtgeleiders 1 en 2 liggen nauwkeurig gepositioneerd in buis 3 met behulp van 25 afstandstukken, waarvan er twee zijn aangegeven: 4A, 4B.

Aan de uit de buis 3 stekende omgebogen einden zijn de lichtgeleiders 1 en 2 voorzien van koppelingen 5 en 6, waarop glasvezelbundels 7 en 8 zijn aangesloten, die respektievelijk een verbinding vormen met een lichtbron 9 en de verwerkingsapparatuur 30 inclusief detector 10. Buis 3 is afgesloten met venster 4 en is tijdens de meting voorzien van een huls uit een buis bijvoorbeeld met kwartsglas 11 aan een zijde afgesloten met een optisch venster 12. Buis 11 en buis 3 moeten nauwkeurig passen, in de praktijk kan de binnendiameter van buis 11 bijvoorbeeld 0,5 mm groter zijn dan de buitendiameter van buis 35 3. De huls kan een lengte bezitten tussen 20 en 30 cm. In figuur 2 is de situatie tijdens de meting meer in detail aangegeven, het getoonde einde bevindt zich tijdens de meting in de reactor.

870 H63 4* PHN 12160 4

Licht van de lichtbron 9 wordt via de glasvezel bundel 7, de koppeling 5 en de lichtgeleider 1 naar de meetplaats geleid (optisch venster 12) de lichtbundel reflecteert tegen beide zijden van de op het venster 12 groeiende laag 13. Er ontstaan twee gereflecteerde bundels, 5 die in afhankelijkheid van het verschil in optische weglengte meer of minder met elkaar interfereren. In afhankelijkheid van de dikte in de laag zal de verwerkingsapparatuur variaties in de intensiteit van het licht waarnemen en signaleren en eventueel omzetten in een signaal om het afzettingsproces te sturen.

10 In principe zou huls 11 eenzelfde lengte moeten bezitten als buis 3 om te voorkomen dat de depositiereactie ook op het de buis afsluitende venster 4 plaatsvindt. In de praktijk is echter verrassenderwijs gebleken dat dit niet noodzakelijk is. Bij de beschreven uitvoeringsvorm waarbij de huls zich geheel binnen de reactor 15 bevindt en een lengte bezit tussen 20 en 30 cm en een spleet openlaat van 0,5 mm blijkt hij een druk van 0,3 tot 0,9 mBar in de reactor op het optisch venster aan de binnenzijde van de huls minder dan 1% van het materiaal dat op de buitenzijde werd afgezet, te worden afgezet gedurende een afzettingsduur van 60 minuten.

20 Een geschikte lengte in de praktijk is 25 cm. De temperatuur in de reactor bedroeg bij de proef 800°C, waarbij afwisselend lagen uit S13N4 en S1O2 reactief werden neergeslagen.

Door middel van het meetinstrument kan het afzettingsproces waarbij tegelijkertijd op 700 gïoeilampballonnen 1/4 Λ -lagen van afwisselend 25 hoge en lage brekingsindex werden afgezet, worden gestuurd.

Het is dus voldoende dat de lengte van de spleet groter is dan de indringdiepte van de gassen in de spleet tijdens het druk CVD-proces.

8701463

Claims

1. Laagdiktemeter voor het continue meten van de dikte van lagen die bij lage druk op een substraat worden afgezet, omvattende een lichtbron, twee lichtgeleiders waarbij de ene lichtgeleider het licht naar de opgroeiende laag geleid en de andere lichtgeleider het op 5 het grensvlak tussen substraat en opgroeiende laag gereflecteerde licht en het op het grensvlak tussen de opgroeiende laag en de omringende atmosfeer gereflecteerde licht naar een tevens tot de laagdiktemeter behorende detector geleidt, die variaties in de intensiteit van het licht tengevolge van een in afhankelijkheid van de optische weglengte in 10 de opgroeiende laag optredende variërende interferentie tussen de twee gereflecteerde lichtstralen, weergeeft, met het kenmerk, dat de beide lichtgeleiders zich bevinden in een aan een einde door een optisch venster afgesloten pijp uit een materiaal dat bestand is tegen de omstandigheden in de ruimte waarin het CVD proces wordt uitgevoerd en 15 aan dit einde is voorzien van een verwisselbare huls die aan een einde is voorzien van een optisch venster en die passend op de pijp kan worden geschoven, waarin zich de lichtgeleiders bevinden.

2. Laagdiktemeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de pijp waarin zich lichtgeleiders bevinden en de verwisselbare huls 20 uit kwarts of hardglas met een verwekingstemperatuur hoger dan de temperatuur, waaraan het wordt blootgesteld tijdens het lage druk CVD proces, bestaan.

3. Laagdiktemeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lengte van de huls en de passing een spleet definiëren van een 25 lengte die groter is dan de indringdiepte van de gassen in de spleet tijdens het lage druk CVD proces.

4. Laagdiktemeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de huls een lengte bezit van 20 tot 30 cm.

5. Laagdiktemeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, 30 dat de huls een lengte bezit van 30 cm. 8701463