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Quartz Crystal Microbalance Measurement Instruments
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QCM-Messinstrumente (Quartz Crystal Microbalance) werden seit den 1960er Jahren in der Dünnschicht-Vakuumabscheidung eingesetzt und haben sich in nahezu allen Dünnschichtabscheidungs- und Ätzprozessen, einschließlich der physischen und chemischen Dampfabscheidung mit Hitzequellen, Elektronenstrahlgeräten, Zerstäubungsgeräten, Magnetronen, Ionenstrahlern und Lasergeräten, als nützliche Werkzeuge erwiesen. QCM-Systeme reichen von einfachen manuell bedienbaren Monitoren bis hin zu vollständig automatisierten mehrschichtigen Controllern, die den gesamten Dünnschicht-Vakuumabscheidungsprozess steuern. INFICON bietet eine umfangreiche Produktreihe von QCM-Dünnschicht-Vakuumabscheidungsanlagen an, die sämtliche dieser Anforderungen erfüllen.
Welche Geräte werden benötigt?
Für ein vollständiges QCM-System sind ein Messinstrument, ein Sensorkopf zum Halten des Kristalls, eine Durchführung für Wasser und elektrische Anschlüsse durch die Kammerwand, ein Oszillator und einige Kabel zur Verbindung der einzelnen Komponenten erforderlich. Bei einfachen Anwendungen werden Abscheidungsmonitore verwendet, um kontinuierliche Raten- und Dickedaten zu erhalten und eine automatische Quellenblendensteuerung zu ermöglichen. Komplexere Anwendungen erfordern Dünnschicht-Vakuumabscheidungs-Controller mit ausreichenden Funktionen zur vollständigen Automatisierung des gesamten Abscheidungsprozesses.
Verwendung von QCMs
Wie oben erläutert, können QCMs zur Überwachung sämtlicher Vakuumabscheidungs- und Ätzprozesse eingesetzt werden, einschließlich der physischen und chemischen Dampfabscheidung aus einer Vielzahl von Quellen. Bei einigen Prozessen aber ist eine QCM-Überwachung unter Umständen nicht erforderlich, da sie einfach wiederholbar sind oder nur Anpassungen nach der Ausführung erfordern, um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen. Bei anderen Prozessen werden QCM-Systeme nur bei der Einrichtung und Kalibrierung während der Entwicklung benötigt. Bei der Mehrzahl der Anwendungen werden QCM-Systeme während der Abscheidung der einzelnen Schichten bei allen Prozessen eingesetzt.
Es gibt einige wichtige Überlegungen, die beim Ermitteln der Eignung eines QCM-Systems berücksichtigt werden sollten. Denken Sie zunächst daran, dass das QCM-System die Änderungen der Rate und Dicke am Sensorkristall und nicht an den Substraten misst. Der erfolgreiche Einsatz des QCM-Systems hängt daher von einer konsistenten Beziehung zwischen der Abscheidungsrate am Kristall und der Rate an den Substraten ab. Zweitens ist die Lebensdauer des Sensorkristalls materialbedingt begrenzt. Dies bedeutet, dass der Sensor nach der Abscheidung einer bestimmten Materialmenge nicht mehr funktioniert. Obwohl die Lebensdauer des Kristalls durch periodische Messungen verlängert werden kann, kommen bei einigen Prozessen Materialmengen zum Einsatz, die die praktische Nutzung eines QCM-Systems unmöglich machen. Aus diesem Grund werden QCM-Systeme in der Regel nicht in Roll-Coater-Anwendungen verwendet.
Bei einem typischen Abscheidungssystem ist mindestens eine Kombination aus Sensorkopf und Durchführung erforderlich, die an das Messinstrument angeschlossen wird. Die Positionierung des Sensorkopfs ist entscheidend, da die Genauigkeit der QCM-Messung hauptsächlich von einem konsistenten Verhältnis zwischen der Abscheidungsrate am Sensor und der Rate an den Substraten abhängt. In der Regel wird der Sensorkopf in der Mitte der Kammer auf derselben Höhe wie die Substrate installiert und so ausgerichtet, dass zwischen dem Sensorkristall und der Quelle eine direkte Sichtlinie besteht.
Je nach erforderlichem Maß an Automatisierung werden der Sensorkopf und die Durchführungen entweder an einen Abscheidungsmonitor oder einen Abscheidungscontroller angeschlossen. Die Benutzeroberfläche wird in der Regel durch das Messinstrument bereitgestellt und zeigt die Abscheidungsrate und -dicke an. Die meisten Abscheidungscontroller zeigen neben der Quellenleistung, der Prozesszeit und anderen Prozessdaten auch Echtzeitdiagramme zur Feinabstimmung des Prozesses an. Einige Instrumente verfügen auch über eine Computerschnittstelle und PC-Software, die eine vollständige Steuerung per Computer ermöglichen, einschließlich Datenprotokollierung, Prozessarchivierung und vieler weiterer Funktionen.
Nach der Installation des QCM-Systems sind Programmierung und Kalibrierung erforderlich, um die Quellenkonditionierungsparameter und die Materialfaktoren für das Werkzeug zu ermitteln. Das QCM-System sollte nach Abschluss der Programmierung mit Ausnahme des routinemäßigen Austauschs des Sensorkristalls mit minimaler Wartung des Sensorkopfs jahrelang betrieben werden können,.
Weitere Informationen zu QCM-Produkten
Dünnschichtabscheidungs-Controller/QCM-Messinstrumente
Sensoren und Durchführungen
Tiegelimpulszähler
Quarzkristalle
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