CN111286711B - 涂覆基底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定针对待涂覆的基底相对于涂覆源的移动的速度分布的方法。

Description

涂覆基底的方法
技术领域
本发明涉及一种确定待涂覆基底相对于涂覆源移动的速度分布的方法，以及涉及涂覆基底，特别是用磁性或非磁性材料的薄层涂覆基底的一种装置和方法，其目的是在生产条件下在大型基底上实现极好的层厚度均匀性。在半导体工业中，要考虑的基底大小是(例如)具有300mm的直径的硅晶片。当前硅晶片正在发生向具有450mm的直径的晶片大小的转变。例如，在TMR(隧道磁电阻)层系统的生产中，对层厚度均匀性具有极其高的要求。在这些系统中，隧道屏障必须具有仅1nm或甚至更小的厚度，并且同时TMR效应的均匀性要求在整个基底大小上与目标层厚度的偏差小于0.1％。EUV(极紫外线)反射镜的生产是涉及生产具有极好的层厚度均匀性的非常薄的层的另一个应用。另外，在使用薄膜技术生产用于光伏系统的太阳能电池中，在使用阴极溅射的各个步骤中，薄膜沉积在大型基底上。尽管这里对层厚度均匀性的要求远不如半导体工业中的严格，层的良好均匀性改进了这些光伏组件的性能。对于这些和其他应用来说，可以基本上有利地应用这里所提出的本发明。
背景技术
WO 03/071579 A1公开了用于涂覆基底的装置，其中使用了矩形长阴极，并且其中基底在直线上并垂直于纵向取向并且在阴极的限定距离处移动通过阴极的涂覆范围。将这种方法称为“线性动态沉积”(LDD)。这种方法使得有可能将带有非常好的层厚度均匀性的极薄的层(低至小于1nm的层厚度)沉积到大型基底(技术上实现的300mm)。所述方法可以应用到可以通过阴极溅射来涂覆的所有材料。例如，在WO 2012/041920 A1中描述了LDD方法的另外的优点。
使用加长磁控阴极来进行涂覆操作是线性动态沉积方法的特性。这些是带有矩形靶的阴极，其中永磁体用于生成特定的磁场以便增加溅射效应。此类布置的示意图示例性地在图1中示出。由于这些阴极的结构，靶的最小宽度几乎不可以小于约50mm。工业部门中的典型靶宽度在80mm与150mm之间。取决于应用和安装类型，靶宽度还可以更大。发生涂覆的在靶宽度的方向上的范围比靶宽度本身大得多。这个范围主要由靶与基底之间的距离确定。然而，出于实际原因，这个区域通常受筛网限制。涂覆范围通常是靶宽度的两倍大。
术语“加长阴极”意指矩形靶的长度至少是宽度的两倍。然而，通常，所述长度约是所述宽度的四倍。
在工业部门中，特别是在半导体工业中，基底是圆的硅晶片。这些晶片具有200mm或300mm的直径。一些大型半导体制造商已经使用具有450mm的直径的晶片。这导致晶片直径与涂覆范围的典型比为0.5至3或更大。
在现有技术中，有不同的方法来控制沉积层的厚度。例如，WO 2012/072120 A1公开了一种(例如)在闭环中测量已沉积层的厚度并调节涂覆参数的方法。然而，用LDD方法或类似的方法实现极好的层厚度均匀性的问题在现有技术中未得到解决。现在本发明提供了一种考虑到这个问题的改进方法(以及一种用于实施这种方法的改进装置)。问题的解决方案基本上在于：以通过使用层厚度的位置依赖性的测量值获得所需的层厚度均匀性这样的方式确定基底的速度的位置依赖性v(xm)。这个速度依赖性确定基于实际涂覆装置的涂覆过程的物理参数(参见上文)。
针对以上规定的几何条件，所述方法还允许借助于根据所提出的本发明确定的v(xm)来在基底的移动方向上制造预定厚度分布。
在LDD方法的情况下，关系式d～1/v适用于恒定基底速度v下的层厚度d，即，在更高的基底速度下，施涂层的层厚度更小。在针对可变速度的一般情况下，通过以下公式描述了层厚度在基底的移动方向上的位置依赖性：
在图3中解释了所使用的坐标。xm是基底的中心在“阴极系统”中的位置，并且xs’是基底在“基底系统”中的位置。±w是基底在X方向上的界限。R(xs’；xm)是沉积速率，其取决于基底点xs’在阴极(或另一个涂覆源)下方的位置。一般来说，(这就是造成本发明潜在问题的原因)R(xs’；xm)的曲线取决于基底的位置xm而变化。在下文中将分析所得的对跨基底的宽度的层厚度的依赖性(即，对xs’的影响。v(xm)是基底相对于基底的中心在阴极系统中的位置xm的速度，借助于所述v(xm)这个位置依赖性可以受到影响。
在方程式(1)中描述了非常通用的(且理论的)情况，速率R在无限范围内延伸。然而，在所有实际应用中，材料从阴极沉积的范围当然是有限的。如果这个涂覆范围的界限用±k(参见图1、图2和图3)表示，则方程式(1)得出
和
方程式(1a)中的积分的上限和下限分别由位置xs’“进入”到涂覆范围中以及离开涂覆范围得出。方程式(1b)由坐标变换得出。分别在方程式(1a)和方程式(1b)中的分号之后的变量xm和x*-xs’描述了在基底的移动过程中R的量值的变化的效应。在基底的移动对速率分布R没有影响的情况下或当忽略这种影响时，省去在分号之后的变量xm和x*-xs’，并且在预期下文中，关系式R(x*；x*-xs’)≡Rg(x*)成立。因此，由方程式(1b)得出，在恒定速度v(x*-xs’)＝v0的情况下，层厚度应当没有位置依赖性d：
其中因此，“装置恒定”由Cg定义。同样，在预期下文中，dm表示平均测量层厚度。因此，在没有这种已经提到的基底的移动的影响的情况下，在没有偏差的移动方向上的层厚度均匀性应当可用LDD方法根据方程式(2)来实现，即使由±k定义的涂覆范围与在移动方向上的基底尺寸大小相同。在对应装置(真空涂覆系统)的技术实现方式中，当然必须使用具有垂直于基底的移动方向的有限纵向延伸的长阴极(长度>>垂直于移动方向的基底尺寸)。在阴极的纵向延伸方向上的层厚度的固有偏差可以基本上通过使用所谓的孔成形器来得到补偿。
在实践中，(尽管基底有绝对匀速度)但是，在基底的移动方向上有与目标层厚度的小偏差，所述小偏差无法根据方程式(2)通过LDD涂覆装置的几何结构来解释。在溅射阴极的情况下，这种层厚度的非均匀性的原因很有可能是溅射等离子体的密度的微小波动，由在基底的移动期间阴极布置的阻抗的变化导致，或者由在移动期间等离子体区域中的气体压力的最小变化导致。因此，这些效应不是由阴极-基底系综的几何结构导致的，而是由基底本身的移动导致的。同样，在其他涂覆源的情况下，源的紧邻的周围环境由于基底的移动而变化，在实践中，这造成对沉积速率的影响。
由于这些效应，例如当生产带有恒定层厚度的层时，将层厚度均匀性改进到偏差小于0.5％特别是小于0.3％是极其困难的。然而，如最初所解释的，LDD涂覆方法的各种应用要求与目标层厚度的偏差低至实现在大型基底上小于0.1％。
发明内容
因此，本发明的特别的目的是提供一种改进的方法，利用所述方法可以更好地控制层厚度均匀性。
这个目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施方案，以及涉及技术上有利的特征。
因此，本发明涉及一种在基底的涂覆操作期间确定针对待涂覆的基底相对于涂覆源的移动的速度分布以便实现定义的目标层厚度分布的方法。所述方法包括以下步骤：
(a)通过包括若干参数的近似函数描述取决于基底坐标并取决于所述基底相对于所述涂覆源的位置的沉积速率；
(b)通过包括一个或多个参数的近似函数描述待确定的所述速度分布；
(c)使用定义的速度分布涂覆基底，其中在所述涂覆过程期间使用这个速度分布沿第一方向在直线上相对于所述涂覆源移动待涂覆的所述基底；
(d)测量通过所述涂覆过程实现的所述已涂覆基底的所述实际层厚度分布；
(e)基于所述已测量的实际层厚度分布与所述定义的目标层厚度分布的比较，确定用于所述沉积速率的所述近似函数的所述参数中的一个或若干个；并且
(f)通过基于在步骤(e)中所确定的所述一个或多个参数确定用于待确定的所述速度分布的所述近似函数的所述参数中的一个或若干个来确定所述速度分布。
根据本发明实现以上所讨论的目的，因为改变了通过所述阴极的所述涂覆范围的所述基底的所述移动速度的所述位置依赖性，使得所述定义的目标层厚度分布与所述实际层厚度分布之间的所述偏差得到补偿。根据本发明确定为此必需的所述速度分布，因为所述沉积速率由近似函数描述，所述近似函数的参数通过与由涂覆操作获得的所述层厚度分布的测量进行比较来确定，这又允许基于所述近似的沉积速率来确定所述速度分布。
换句话说，根据本发明的所述方法用于确定优化的速度分布，这在实际制造过程期间(通过执行一个或多个测试沉积)发生在基底的实际涂覆操作之前。借助于所述方法确定优化的速度分布，使得在实际制造过程期间，在涂覆操作期间沿第一方向以依据根据本发明确定的这个速度分布的可变速度移动所述基底，以便获得具有沿所述第一方向定义的目标层厚度分布的涂层。特别地，根据本发明，(与本说明书相反，例如，在WO 2012/072120A1中)基于同时执行的层厚度测量(即，在闭环中)，所述基底的所述速度将不在所述涂覆过程期间受到控制。相反，所述预定速度分布在所述实际涂覆过程之前已经是固定不变的，由此可以实现与所述定义的目标层厚度分布的最小偏差或者在特殊情况下所述整个基底上的所述层厚度的更大均匀性。
通过涂覆过程实现的实际层厚度分布的测量(根据步骤(d))可以通过已知的方法实施。在导电层的情况下，通常(例如，借助于“4点探针”)测量层的导电率，导电率与层厚度成比例。其他方法基于层的光学性质(例如，光密度法、椭圆光度法)。
根据本发明的方法还特别允许在延伸源的情况下实现优化的层厚度分布。例如，优选地，在第一移动方向上延伸并且在第一移动方向上的延伸为至少100mm、优选地至少为200mm并且特别优选地至少为300mm的涂覆范围中由涂覆源实施涂覆过程。例如，如果定义的目标层厚度分布是恒定的层厚度，则即使在第一移动方向上用第一延伸延伸的涂覆范围中由涂覆源实施涂覆操作，根据本发明的方法仍然造成优异的结果，基底在这个第一移动方向上具有第二延伸，并且第一延伸与第二延伸的比例至少为0.2、优选地至少为0.3、更优选地至少为0.5并且特别优选地至少为1.0。这也应用于具有可变层厚度的定义的目标层厚度分布，其中基底延伸由分布的特性长度替代。这意指在第一移动方向上用第一延伸延伸的涂覆范围中由涂覆源实施涂覆操作，定义的目标层厚度分布具有沿这个第一移动方向的特性长度，并且第一延伸与特性长度的比例至少为0.2、优选地至少为0.3、更优选地至少为0.5并且特别优选地至少为1.0。根据目标层厚度分布的层厚度显著变化的长度(即，按10％变化(或可替代地按20％变化或按30％以上变化)，被视为“特性长度”。在具有线性增大的层厚度(或还是恒定的层厚度)的分布的情况下，特性长度将与基底延伸相同。在“硬”步骤(例如，参见图4e)的情况下，特性长度将是零。在必须实现与可实现的绝对恒定层厚度几乎一样的目标层厚度分布的情况下，有可能根据本发明生产层，其中如果必要，在若干次迭代之后，测量的层厚度与目标层厚度之间(即，在已涂覆基底上的实际层厚度分布与定义的目标层厚度分布之间)的偏差为小于1.0％、优选地小于0.5％、更优选地小于0.3％并且特别优选地小于0.1％。
已涂覆的基底的测量的实际层厚度分布与定义的目标层厚度分布之间的偏差的百分比值可以根据本发明确定如下：在基底表面的多个点处测量已涂覆的基底的层厚度。优选地在至少10个点处、更优选地在至少50个点处、特别优选地在至少100个点处实施测量，其中测量点优选地沿平行于基底的移动方向的线均匀分布在基底区域上，例如，分布在包括(例如)恒定彼此间隔的10个点的居中布置的线处。然后，将在这些点处的测量的层厚度中的每一个与根据目标层厚度分布的对应的层厚度进行比较，并且将所有测量点各自除以对应目标层厚度的差的平方相加(偏差平方的和(参见方程式6a))。然后，通过所得和的平方根给出偏差的百分比值。
优选地，沉积速率及其对基底坐标和对基底相对于涂覆源的位置的依赖性近似为至少两个函数的乘积。作为第一因素，乘积优选地包含一个函数，所述函数说明几何结构并仅取决于涂覆源的几何布置(即，源的宽度、距基底平面的距离、源的环境等)，并且独立于基底相对于涂覆源的位置，并且作为另一个因素，乘积包含一个函数，所述函数说明基底的移动并仅取决于基底相对于涂覆源的位置，并且独立于涂覆源的几何布置。至少两个函数中的每一个(或仅函数中的一个)优选地由近似函数描述，近似函数的具体过程由一个或多个参数定义。特别优选的是，待确定的速度分布也由近似函数描述，所述近似函数的具体过程由一个或多个参数定义。多项式可以用于一个或多个近似函数中的每一个，优选地用于所有近似函数。然而，其他函数也可用作另选的近似函数，诸如三次样条函数算法。
步骤(a)至(f)优选地重复，优选地重复若干次，其中在后续运行的步骤(a)中使用在步骤(e)中所确定的先前运行的参数，并且在后续运行的步骤(c)中的定义的速度分布对应于在先前运行的步骤(f)中所确定的速度分布。
涂覆源优选地为PVD源、更优选地为溅射阴极并且特别优选地为长阴极和/或带有长轴线和短轴线的矩形阴极，其中第一方向取向成垂直于长轴线。
本发明还涉及一种涂覆基底的方法。首先，确定待涂覆的基底相对于涂覆源的移动的速度分布，以便实现定义的目标层厚度分布，如上所述。随后，使用这个先前确定的速度分布涂覆基底，其中在涂覆操作期间，使用这个速度分布沿第一方向在直线上相对于涂覆源移动待涂覆的基底。
定义的目标层厚度分布优选地为恒定的层厚度，并且对于定义的速度分布，优选地还选择恒定速度，在恒定速度下已经沉积了设想的平均层厚度。因为涂覆源的沉积速率取决于基底相对于涂覆源的位置并因此影响基底上的层厚度分布，所以根据步骤(a)至(f)确定速度分布，使得由涂覆源的沉积速率的变化生成的对层厚度分布的效应至少部分地通过基底速度的变化来得到补偿。
本发明还涉及一种用于涂覆基底的装置，装置包括涂覆源；基底支架，其适于在涂覆操作期间沿第一方向在直线上相对于涂覆源移动待涂覆的基底；以及控制单元，其适于并被配置为在涂覆操作期间根据取决于基底位置的预定速度分布来改变基底沿第一方向的速度，以便获得具有沿第一方向定义的目标层厚度分布的涂层，其中控制单元适于并被配置为根据以上的方法确定预定速度分布。
附图说明
以下参考附图更详细地描述本发明的优选实施方案，其中：
图1a以剖视图示意性地示出对于磁控溅射阴极的情况的LDD涂覆操作的几何结构；
图1b以透视图示意性地示出根据图1a的LDD涂覆操作的几何结构；
图2示意性地示出在LDD涂覆操作期间通过涂覆范围的基底的移动以及相关联的速度分布；
图3示出在本发明的语境中使用的坐标系统；
图4a示意性地示出在LDD涂覆操作期间的相关比例；
图4b示意性地示出在LDD涂覆操作期间的相关比例；
图4c示意性地示出在LDD涂覆操作期间的相关比例；
图4d示意性地示出在LDD涂覆操作期间的相关比例；
图4e示意性地示出在LDD涂覆操作期间的相关比例；
图5a至图5c示意性地示出根据现有技术的LDD涂覆操作；
图6a示出来自模拟计算的R(x_m；x_k)的等高线图；
图6b示出来自模拟计算的各种x_m的R(x_m；x_k)的值；
图7a示出针对不同速度分布的测量的层厚度；并且
图7b示出属于图7a的速度分布。
具体实施方式
图1同时以剖视图(图1a)和透视图(图1b)示意性地示出常规LDD涂覆方法的几何结构，其中基底1相对于包括磁体阵列3和溅射靶4的溅射阴极2移动。基底1相对于溅射阴极沿第一方向的直线移动由基底1上的箭头5指示。在这个图中，溅射阴极2是长阴极，所述长阴极的长轴线垂直于基底1的移动方向。附图标记B(参见图1a)指示涂覆范围，并且附图标记U(参见图1a)指示阴极的近处(例如，屏蔽板)。
图2示意性地示出基底1通过涂覆范围B的移动，其中，在涂覆操作之前，基底1a沿箭头在直线上移动通过涂覆范围B，并且在已执行涂覆操作之后，基底1a具有附图标记1b。静态沉积速率示意性地由曲线6指示。在图2的底部处，示出了基底相对于溅射阴极的速度分布，其中在这种情况下，速度分布具有带有与其中发生涂覆操作的分布的部分相对应的恒定速度的区域。
在下文中，将详细解释用于确定速度分布的算法的特别优选实施方案。即使下文的实施方案涉及使用溅射阴极的LDD涂覆方法的特殊情况，这个算法也可以类似地应用于其他涂覆源并且特别是PVD源。
如上所解释的，由于甚至在没有本文所述的方法的情况下用LDD方法也已经可以实现一定程度的层厚度均匀性，因此在下文中假定以下形式的速率分布以简化问题：
R(xk；xm)＝Rg(xk)*Pv(xm) (3)
Rg(xk)是不受基底的移动影响的速率分布，作为在阴极下方的位置xk的函数。Pv(xm)描述基底移动对总分布的效应并且具有数量级为1的值，因为这个效应不大。这也证明了根据方程式(3)的方法是正确的。因此，方程式(1a)和方程式(1b)分别得出
和
在v(x*-xs’)＝v0的情况下，方程式(1d)同样得出关系式(2)。由于在开始时所讨论的效应，特别是当±k之间的涂覆范围是延伸范围时将层厚度均匀性改进到低于0.5％，特别是显著低于0.5％的偏差是极其困难的，在实践中情况总是如此。然而，LDD涂覆方法的各种应用(在开始时已经提到应用中的一些)要求在大型基底上与目标层厚度的偏差低至小于0.1％。
从关系式(1c)，如将在下文中示出的，可以推导出一种确定速度过程v(xm)的方法，借助于所述方法可以不费力地实现层厚度的预定分布d(xs)。特别地，与目标层厚度的(甚至极小的)偏差可以得到补偿，并且因此可以实现极好的层厚度均匀性。重要的是，(并且这是本发明的优点中的一个)所述方法可以应用于实践中总是存在的情况，即，涂覆范围从-k至+k的延伸与基底-w至+w的延伸大约为相同数量级的情况。先前已知的类似于LDD技术的方法(其中通过改变基底速度来实现层厚度调节)总是基于与基底相比非常小的涂覆范围(k＜＜w)(通常没有明确提及)。
例如，在DE 10 2006 036 403 A1中，描述了考虑到自证关系式d～1/v的启发式关系式(参见上文)。这个关系式原则上可以推导出作为本文针对无限小的涂覆范围k→0从方程式(1a)呈现的方法的特殊情况
di(x′s)＝2*k R(0；-x′s)/vi(-x′s)， (4a)
其中指数i已经考虑到如在DE 10 2006 036 403 A1中所描述的用于层厚度的优化的迭代的步骤i。用di(x′s)*vi(-x′s)＝2*k*R(0，-x′s)一个迭代步骤i+1得出
vi+1(x′s)＝vi(x′s)*di(-x′s)/d0 (4b)
这基本上是DE 10 2006 036 403 A1中所指示的关系式。di+1(-x′s)由目标层厚度d0的迭代替代。代数符号是由于给定的几何结构，其中整个基底的速度总是指基底的中心。如在DE 10 2006 036 403 A1中所提出的，这个计算方法仅用于延伸的涂覆源的近似，而不限定这个近似的数值界限。对几何条件的分析立即示出问题，参见图5：对于待实施的根据方程式(4b)的近似，基底点将必须位于非常小的涂覆范围中，这是推导方程式(4b)的先决条件(也参见图4b)。在本文所述的延伸的涂覆范围的情况下，不存在这种情况。对于根据方程式(4b)的计算，例如，基底点将必须直接在阴极中心之下。然而，在这种延伸的涂覆范围的情况下，当延伸的基底的前边缘尚未在阴极中心下方时，基底将已经被涂覆(参见图5a，参考箭头指向向下)。因此，在这种情况下不可能根据方程式(4b)确定速度。这仅在基底继续移动时，即，只要基底的点在阴极中心下方移动是可能的(参见图5b)。在基底的后边缘已离开阴极中心之后(参加图5c)，无法再次确定基底速度。这个分析表明，对于实际上总是存在的延伸的涂覆范围和延伸的基底的情况，即使借助于根据方程式(4b)或根据DE 10 2006036 403 A1的迭代来近似地确定v也是不可能的。
根据本发明，这个问题被以下事实所考虑，未知函数R(x*；x*-xs’)或Rg(xk)和Pv(xm)可以由“简单”函数近似地描述。这个“简单”函数的过程由参数确定，如果必要，所述参数还可以通过使用标准方法测量已经涂覆的基底的层厚度来迭代地确定。使用这些“简单”函数和从所测量的值确定的参数，速度分布v(xm)还可以通过使用以上所指示的方程式的近似来确定。
在下文中，将详细描述根据本发明的优选实施方案的用于获得优化的速度分布的算法的推导和描述。这种算法可不受限制地应用于在LDD技术的实践中重要的情况，其中由±k定义的涂覆范围不显著地小于基底尺寸或在行进方向上所需层厚度分布的设想结构。在涂覆范围中，沉积速率由函数R(xk,xm)或Rg(xk)*Pv(xm)描述。基本上，可以通过将测试基底固定地(不移动地)静态地放置在阴极下方的不同位置xm处并且在沉积之后通过测量在足够数量的测量点xk处(即，在行进方向上)的相应层厚度分布来测量R(xk,xm)。然而，这种方法非常复杂。通过(例如)阴极溅射进行涂覆的经验即表明，静态涂覆分布或多或少取决于确定涂覆操作的参数，诸如阴极功率、气体压力、靶寿命。这种方法还将易于发生错误，因为寻求的涂覆分布还可以取决于移动本身。因此，在实践中，必须假定R(xk；xm)或两个函数Rg(xk)和Pv(xm)不是已知的。
在第一优选实施方案中，根据本发明的所述方法在于函数R(xk；xm)由多项式近似地描述：
并且基于测量值确定参数或常数Rij。然而，将在下文中借助于另外的实现方式来解释所述方法，在所述另外的实现方式中，函数Rg(xk)和Pv(xm)以及随后v(xm)由多项式来近似地描述：
并且通过将这些多项式分别插入到方程式(1c)而不是原始函数中。必须适当地设定数字iz、jz和lz。基于假定参数或常数Ri、Pj和vl是已知的，可以(例如)通过数值方法来计算方程式(1c)中的积分。例如，可以借助于EXCEL电子制表程序来实施编程。
在下文中首先针对由基底的移动导致的与(平均)目标层厚度的偏差dz将被最小化的情况描述所寻求的常数vl的逐步确定。
步骤1：为此，实施涂覆操作，并且在这个涂覆操作期间，基底以恒定速度v0移动通过涂覆范围。设定速度v0，使得平均层厚度dm对应于设想的目标层厚度。
步骤2：然后，使用合适的方法在测量点xs,h处测量基底上的层厚度dm(xs,h)(上标“m”代表测量)。
步骤3：然后在这些点中的每一个处，使用多项式和针对恒定速度v∑(xm)＝v0数值计算在方程式(1d)中的积分，并且随即确定“近似”层厚度ds(xs,h)。首先，为这个计算设定iz＝0，即，Rg＝R0是恒定的。这个限制基于方程式(2)，所述方程式(2)表明在恒定的基底速度v0下，Rg的位置依赖性不需要层厚度的位置依赖性。在这个步骤中，任意设定参数Pj，例如，Pj＝0,j＝1…6，即，jz＝6。由于在多项式/>和/>使用了任意常数，当然，这些多项式不以任何方式描述未知函数Rg(xk)和Pv(xm)。
步骤4：随后，通过变分确定参数R0和Pj＝0,j＝1…6，使得偏差平方的和
变得最小。已确立的迭代数值方法，诸如例如，单纯形方法可以用于取最小值。必须针对每一组参数实施根据方程式(1d)的ds(xs,h)的所有值的计算，直到达到根据方程式(6a)的最小值。作为这个取最小值的结果，由于现在发现的R0和Pj＝0,j＝1…6的值，特别是Pv(xm)的过程近似地可用。从测量值ds(xs,h)获得用于这个近似的信息。
步骤5：使用这些现在设定的参数，根据下式(再次如步骤4中所详细描述的取最小值)确定速度系数vl,l＝0…6，即，lz＝6
因此，已近似地发现根据方程式(5d)的速度v(xm)≈v∑(xm)的曲线。
使用速度vΣ(xm)的曲线的新的涂覆操作表明在这个第一次优化循环之后，实现了层厚度均匀性的明显改进，参见图7a。如果需要进一步优化，可以重复步骤1至步骤5。然后，从第一遍已知的R0和Pj＝0,j＝1…6的值以及已经获得的带有参数vl,l＝0…6的速度分布vΣ(xm)是下一次运行的开始点。由于现在基底的速度不再是恒定的，并且因此恒定基底速度的先决条件不再是正确的(参见方程式(2))，参数Ri,i＝1…6现在也可以包括在取最小值操作中，参见图7a。
通过执行步骤1至步骤5，以类似于针对恒定层厚度的方式，通过借助于可变速度的涂覆操作生成在基底的行进方向上的预定层厚度分布的情况下的常数vl的确定。然而，现在必须借助于下式而不是方程式(6b)来实施用于确定速度系数的取最小值：
dp(xs,h)是在测量点xs,h处的层厚度，因为它们由预定层厚度分布的得出。
对于R(xk；xm)或两个函数Rg(xk)和Pv(xm)的近似确定以及对于v(xm)的近似确定，也可以使用其他合适的函数。在根据方程式(5b)至方程式(5d)的线性情况下，例如，三次样条函数算法是适当的选择，其中根据方程式(6b)和方程式(6c)，三次段的节点和常数均可以用于拟合。在每种情况下，选择近似函数的标准将是，用尽可能少的参数就可以实现很好地描述未知的原始函数。
图4a至图4e示意性地示出(例如)在各种示例性情况下的LDD涂覆操作的一些尺寸或长度特性的比例。附图标记1和2(根据图1)分别代表基底和溅射阴极。附图标记6指示静态沉积速率分布，其取决于阴极宽度。由于本文使用LDD涂覆操作的实例来讨论所述比例，所有大小是指基底1相对于阴极2的移动方向。附图标记B代表涂覆范围沿移动方向的延伸(也参见图1a)。这同样适用于基底1的尺寸D。
图4a示出理想的“线源”的情况，“线源”仅可以通过在基底正上方的特殊狭缝隔膜(附图标记9)实现。在这种情况下，关系式B<<D成立。附图标记8代表层或层厚度分布。在这样的布置中，“筛出”了从靶流动到基底的材料的大部分。这造成极低的沉积速率以及由于狭缝隔膜造成的材料大量损失。因此，在实践中几乎不使用这种布置。如以上所解释的，包括这种情况作为现有技术中的特殊情况。
在图4b、4c中，示出了典型的沉积速率6(例如，类似于高斯分布)。图4b示出恒定目标层厚度8的情况，其中以最大程度的层厚度均匀性为目的。图4c示出了这样的情况，其中在整个基底宽度上产生层厚度的线性增大8(出于说明的目的在图中被大幅放大)，层厚度与这个线性分布的偏差尽可能小。在两种情况下，关系式B≈D均成立。
图4d至图4e示意性地示出另选的层厚度靶分布8(出于说明的目的在图中被大幅放大)。这些分布的典型特征在于小于基底1的尺寸D特性长度S。在图4d的情况下，这个特性长度S小于涂覆范围B，但仍在相同数量级中。另一方面，图4e的层厚度靶分布8具有锋利的边缘或阶梯，由于所述锋利的边缘或阶梯，层厚度目标分布的特性长度S趋近于零：S→0。
从图4e明显可见的，用具有延伸的涂覆范围的阴极(即，如果B＞＞S)无法实现带有完全锋利的边缘的精确阶梯分布。带有延伸的涂覆范围的涂覆操作将造成沉积分布中的阶梯“软化”。这样的分布仅可以在其中B→0(参见图4a)的(理想)线源的帮助下生成。然而，本发明使带有对应的大的特性长度的分布的层厚度能够以最大的精度，甚至在大的涂覆范围(即，B≈D)下高效地制造。
在图5a至图5c中再一次说明不可能使用诸如那些(例如)在DE 10 2006 036 403A1中所描述的常规方法，图5a至图5c表明用仅适用于根据图4a的理想的线源的简单方法甚至无法近似地确定速度分布v(xm)。在延伸的基底区域的情况下，当延伸的基底的前边缘尚未在阴极中心下方时，基底已经在这里被涂覆(参见图5a)。因此，基于箭头(附图标记10)下方的不同层厚度确定速度是不可能的。图5b和图5c示出基底1通过延伸的涂覆范围B的路径。
图6和图7示例性地示出根据本发明的针对恒定目标层厚度的情况的优化的结果，其中值k＝70mm(即，其中涂覆范围具有140mm的宽度，参见图2)并且w＝50mm(即，具有100mm的基底延伸，参见图3)。使用模拟函数R(xk；xm)辅助计算“测量值”dm(xs,h)。这种模拟函数的依赖性基于用于纵向阴极的沉积速率的计算方法(参见，例如，"von />-VergleichzwischenBerechnungen undpraktischenErgebnissen”(Layer Thickness Uniformity of Sputtered Layers-Comparison between Calculations and Practical Results),G.Deppisch,Vakuumtechnik 30(1981)106)。因此在图7a中(钻石形的符号)示出被确定用于恒定、非优化的速度分布的“测量”层厚度的初始函数。
图6a示出因此确定的R(xk；xm)的值的“等高线图”。为了说明根据本发明的方法的良好机能，基底移动的效应，即，R对xm的依赖性被大幅放大。在这种模拟的情况下，R的最小值为大约50(任意单位)并且最大值为130。在LDD实践中，正常不会观察到由于基底移动导致这样的速率R的巨大变化。除了图6a之外，图6b示出不同值xm的R(xk；xm)的过程。图7a示出在第一次优化之后和第二次优化之后，作为以没有优化的顺序优化的结果的“测量”层厚度。尽管速率R对xm的依赖性被大幅放大，但是在第二优化步骤之后已经实现了0.21％的层厚度均匀性程度。图7b示出对应于图7a的速度分布。

Claims (13)

1.一种在基底的涂覆操作期间确定针对待涂覆的所述基底相对于涂覆源的移动的速度分布以便实现定义的目标层厚度分布的方法，其中所述方法包括以下步骤：
(a)通过包括若干参数的近似函数描述取决于基底坐标并取决于所述基底相对于所述涂覆源的位置的沉积速率；
(b)通过包括一个或多个参数的近似函数描述待确定的所述速度分布；
(c)使用定义的速度分布涂覆基底，其中在所述涂覆操作期间使用这个速度分布沿第一移动方向在直线上相对于所述涂覆源移动待涂覆的所述基底；
(d)测量通过所述涂覆操作实现的已涂覆基底的实际层厚度分布；
(e)基于已测量的实际层厚度分布与所述定义的目标层厚度分布的比较，确定用于所述沉积速率的所述近似函数的所述参数中的一个或多个；并且
(f)通过基于在步骤(e)中所确定的所述一个或多个参数确定用于待确定的所述速度分布的所述近似函数的所述参数中的一个或多个来确定所述速度分布，
其中所述沉积速率由取决于所述基底坐标并取决于所述基底相对于所述涂覆源的所述位置的至少两个函数的乘积来取近似值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂覆过程由所述涂覆源在所述第一移动方向上延伸并且在所述第一移动方向上的延伸为至少100 mm的涂覆范围中来实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述定义的目标层厚度分布是恒定的层厚度，并且其中在所述第一移动方向上用第一延伸延伸的涂覆范围中由所述涂覆源实施所述涂覆操作，并且所述基底具有在这个第一移动方向上的第二延伸，并且其中所述第一延伸与所述第二延伸的比例至少为0.2。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述定义的目标层厚度分布是可变的层厚度，其中在所述第一移动方向上用第一延伸延伸的涂覆范围中由所述涂覆源实施所述涂覆操作，并且其中所述定义的目标层厚度分布具有沿这个第一移动方向的特性长度，并且其中所述第一延伸与所述特性长度的比例至少为0.2。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，作为一个因素，所述乘积包含一个函数，所述函数说明几何结构并取决于所述涂覆源坐标，并且独立于所述基底相对于所述涂覆源的所述位置，并且其中，作为另一个因素，所述乘积包含一个函数，所述函数说明所述基底的所述移动并取决于所述基底相对于所述涂覆源的所述位置，并且独立于所述涂覆源坐标。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少两个函数各自由包括一个或多个参数的近似函数描述。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)至(f)重复若干次，其中在后续运行的步骤(a)中使用在步骤(e)中所确定的先前运行的参数，并且在后续运行的步骤(c)中的所述定义的速度分布对应于在先前运行的步骤(f)中所确定的所述速度分布。
8.根据权利要求3所述的方法，其中如果必要，在若干次迭代之后，所述涂覆基底的所述测量的实际层厚度分布与所述定义的目标层厚度分布之间的偏差为小于1.0%。
9. 一种涂覆基底的方法，其包括以下步骤：
(a)根据权利要求1所述的方法，确定针对待涂覆的所述基底相对于涂覆源的所述移动的速度分布以便实现定义的目标层厚度分布；并且
(b)使用先前确定的速度分布涂覆所述基底，其中在所述涂覆操作期间使用这个速度分布沿第一方向在直线上相对于所述涂覆源移动待涂覆的所述基底。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述定义的目标层厚度分布是恒定的层厚度，并且其中所述确定的速度分布不是恒定的。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述涂覆源的所述沉积速率取决于所述基底相对于所述涂覆源的所述位置，并且其中所述确定的速度分布被配置成使得所述涂覆源的所述沉积速率的变化至少部分地由所述基底的所述速度的变化得到补偿。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中由所述涂覆源的所述沉积速率对所述基底相对于所述涂覆源的所述位置的依赖性所生成的所述层厚度不均匀性至少部分地由预定速度分布得到补偿。
13.一种用于涂覆基底的装置，所述装置包括涂覆源；基底支架，所述基底支架适于在所述涂覆操作期间沿第一方向在直线上相对于所述涂覆源移动待涂覆的基底；以及控制单元，所述控制单元适于并被配置为在所述涂覆操作期间根据取决于所述基底的所述位置的预定速度分布来改变所述基底沿所述第一方向的所述速度，以便获得具有沿所述第一方向定义的目标层厚度分布的涂层，其中所述控制单元适于并被配置为根据权利要求1至8中任一项所述的方法确定所述预定速度分布。
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