DE102005024010A1

DE102005024010A1 - Beschichtungsanlage mit Einrichtungen für Prüf- und Serviceroutinen und Verfahren zum Durchführen von Prüf- und Serviceroutinen bei Beschichtungsanlagen

Info

Publication number: DE102005024010A1
Application number: DE200510024010
Authority: DE
Inventors: Marten Dr. Walther; Hartmut Bauch; Hartmut Eggert; Felix Petry; Patrick Johannes; Peter Eimann; Stephan Dr. Behle; Matthias Dr. Bicker; Peter Wörner
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE102005024010B4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überprüfung und Wartung von Vakuumbeschichtungsanlagen zuverlässiger zu machen und den Zeitaufwand für Prüf- und Serviceroutinen zu verringern. Dazu sieht die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Prüfroutine für zumindest eine Komponente einer Vakuumbeschichtungsanlage vor, bei welchem während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses eine Wartungsroutine oder eine Überprüfung einer an diesem Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponente automatisch und selbständig vorgenommen und bei einer Abweichung wenigstens eines ermittelten Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer festgestellten Fehlfunktion der Komponente eine Warnmeldung generiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Vakuumbeschichtungsanlagen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Einrichtungen zur Überprüfung der Funktion von derartigen Anlagen.

Um eine industriell für die Serienfertigung verwendete Vakuumbeschichtungsanlagen, wie beispielsweise Anlagen zur CVD-Beschichtung oder Sputteranlagen dauerhaft und verläßlich zu betreiben, sind im allgemeinen in gewissen Zeitabständen bestimmte Wartungsschritte erforderlich. Diese dienen der Reinigung und der Überprüfung der Funktion verschiedener Teile, wie etwa Ventile oder Sensoren. Ist die einwandfreie Funktion dieser Teile nicht mehr gewährleistet, so müssen diese Teile ausgetauscht werden. Die Überprüfung der Anlagen wird weiterhin im allgemeinen in besonderen Wartungsschichten durchgeführt. Das Bedienungspersonal wird dabei im Idealfall die erforderlichen Überprüfungen nach einem bestimmten Wartungsplan durchführen.

Allerdings zeigt sich hier in der Praxis, daß die Wartungsarbeiten vielfach nur unvollständig vorgenommen werden. Insbesondere sind verschiedene Prüfvorgänge zeitaufwendig und werden dadurch nur ungern durchgeführt oder sogar ausgelassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Überprüfung und Wartung von Vakuumbeschichtungsanlagen zuverlässiger zu machen und den Zeitaufwand für die Prüf- und Serviceroutinen zu verringern. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Prüfroutine für zumindest eine Komponente einer Vakuumbeschichtungsanlage vor, bei welchem während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses eine Wartungsroutine und/oder eine Überprüfung einer an diesem Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponente automatisch und selbständig vorgenommen und bei einer Abweichung wenigstens eines ermittelten Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer festgestellten Fehlfunktion der Komponente eine Warnmeldung generiert wird.

Eine entsprechende erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsanlage, die insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist, umfaßt eine Einrichtung zum Durchführen einer Wartungs- und/oder Prüfroutine für zumindest eine Komponente der Vakuumbeschichtungsanlage, bei welchem während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses eine Wartung oder Überprüfung einer an diesem Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponente automatisch und selbständig vorgenommen und bei einer Abweichung wenigstens eines ermittelten Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer festgestellten Fehlfunktion der Komponente eine Warnmeldung generiert wird.

Dadurch, daß die entsprechenden Wartungs- und Prüfroutinen automatisch in Ruhezeiten durchgeführt werden, ist ein manuelles schrittweises Durchführen dieser Routinen nicht mehr erforderlich. Nur wenn es bei zu einer Abweichung von vorgegebenen Sollwerten kommt, wird das Bedienpersonal durch eine Warnmeldung aufmerksam gemacht und kann entsprechende Maßnahmen ergreifen oder auch eine manuelle Nachprüfung der Komponenten vornehmen. Auch kann eine Warnmeldung dann erzeugt werden, wenn der Meßwert um mehr als ein vorgegebener Sollbereich von den abgespeicherten Daten abweicht.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden bei der Überprüfung der Komponente aufgenommene Meßwerte mittels einer geeigneten Einrichtung außerdem aufgezeichnet, um die entsprechenden Parameter auch im nachhinein auswerten zu können. Dies ist beispielsweise sinnvoll, um unterscheiden zu können, ob es sich bei einer Warnmeldung um eine echte Fehlfunktion handelt, oder ob etwa das Abweichen von einem Sollbereich lediglich durch eine kontinuierliche Drift ursprünglich kalibrierter Einstellungen hervorgerufen wurde und das Problem durch eine Neukalibrierung behebbar ist. Insbesondere kann dabei zumindest ein Teil aufgenommener Meßwerte in einer Datenbank abgespeichert werden. Weiterhin können auch abgespeicherte Daten mit zumindest einem während der Überprüfung aufgezeichneten Meßwert im Rahmen der automatischen Prüf- oder Wartungsroutine verglichen werden. Diese Daten können insbesondere auch früher aufgezeichnete Meßwerten umfassen. Damit können vorteilhaft unter anderem Trends bei allmählichen Abweichungen kalibrierter Parameter frühzeitig erkannt werden.

Insbesondere kann die Anlage vorteilhaft auch so eingerichtet sein, daß eine Warnmeldung bereits dann erzeugt wird, wenn anhand eines aus den gespeicherten Meßwerte und des zumindest einen in der aktuellen Überprüfung gemessenen Meßwertes festgestellten Trends auf eine zukünftige Fehlfunktion oder eine zukünftige Abweichung eines Prüfparameters von einem vorgegebenen Sollbereich geschlossen werden kann.

Bevorzugt wird die Warnmeldung auf einer Anzeigeeinrichtung ausgegeben, um eine differenzierte Darstellung der ermittelten Abweichung zu ermöglichen.

Je nach der ermittelten Abweichung von Sollbereich eines Prüfparameters kann vorteilhaft auch zumindest ein Teilprozeß der Vakuumbeschichtungsanlage nach der automatischen Überprüfung der Komponente bei der Abweichung vom Sollbereich oder einer bei der Überprüfung festgestellten Fehlfunktion angehalten oder die Inbetriebnahme des Teilprozesses verhindert werden, um Beschädigungen der Anlage oder die Produktion von Ausschuß zu vermeiden. Dazu ist bei der Vakuumbeschichtungsanlage eine Einrichtung zum Anhalten oder Verhindern der Inbetriebnahme zumindest eines Teilprozesses der Vakuumbeschichtungsanlage nach der automatischen Überprüfung der Komponente bei Abweichung eines Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer bei der Überprüfung festgestellten Fehlfunktion vorgesehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann während der automatischen Überprüfung oder Wartung zumindest ein weiterer Teil-Fertigungsprozess während der automatischen Wartungsroutine weiterlaufen, um eine kontinuierliche Produktion zu ermöglichen. Dies ist etwa dann möglich, wenn der Betrieb der Anlage mehrere im Wechsel betriebene Teil- Fertigungsprozesse umfasst und die Wartung oder Überprüfung des oder der jeweils an einem ruhenden Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponenten den Fertigungsablauf nicht oder nicht wesentlich stört.

Es ist auch insbesondere vorteilhaft, wenn das Verfahren während des Stillstands der Vakuumbeschichtungsanlage von der Anlage selbstständig und automatisch durchgeführt wird. Ein solcher Stillstand tritt beispielsweise dann auf, wenn die Anlage nicht durchgehend im 24-Stunden-Betrieb eingesetzt wird. Die Überprüfung und/oder Wartung kann dann beispielsweise selbständig über Nacht erfolgen. Auch kann das Verfahren besonders vorteilhaft während einer Wartungschicht von der Anlage selbständig durchgeführt werden.

Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung wird vor einer automatischen und selbständigen Überprüfung der Komponente selbständig eine automatische Wartungsroutine durchgeführt. Dies stellt sicher, daß die Komponente unter definierten Bedingungen betrieben wird, so daß sich die Zuverlässigkeit der Überprüfung verbessert.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Komponente einer Beschichtungsanlage zur CVD-Beschichtung von Werkstücken überprüft oder gewartet. Insbesondere kann die Vakuumbeschichtungsanlage zur PACVD-Beschichtung (PACVD=Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition), besonders bevorzugt zur PICVD-Beschichtung (PICVD=Plasma Impulse Chemical Vapor Deposition) von Werkstücken eingerichtet sein.

Gerade bei PACVD- oder PICVD-Anlagen wird ein aufwendiges Gasdosiersystem benötigt, bei welchem für optimale Beschichtungsergebnisse möglichst keine Verunreinigungen auftreten dürfen. Beispielsweise können Lecks die Prozeßgas-Zusammensetzung sehr schnell so verändern, daß die Beschichtungen unbrauchbar werden. Auch ist der Betrieb einer solchen Anlage, etwa verglichen mit einer Sputteranlage nicht nur im allgemeinen komplexer, sondern auch sicherheitskritischer. Die bei plasmaunterstützter chemischer Dampfphasenabscheidung (PACVD) oder insbesondere Plasmaimpuls-induzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PICVD)eingesetzten Precursor-Gase sind im allgemeinen sehr feuergefährlich oder sogar selbstendzündlich. Dies gilt beispielsweise für Silan, welches zur Abscheidung von SiO₂-Schichten eingesetzt wird. Gerade bei derartigen Anlagen ist eine häufige Überprüfung für einen einwandfreien und sicheren Betrieb sinnvoll, so daß die Erfindung hier sehr vorteilhaft einsetzbar ist.

Auch für PVD-Anlagen ist die Erfindung aber selbstverständlich geeignet und einsetzbar. Dementsprechend ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zumindest eine Komponente einer Beschichtungsanlage zur PVD-Beschichtung von Werkstücken überprüft wird.

Eine Möglichkeit, eine automatische Überprüfung von Komponenten von Vakuumbeschichtungsanlagen vorzunehmen, ist die Überprüfung des Nullpunkts eines Drucksensors. Auf diese Weise kann im Betrieb dann eine mit dem Sensor bestmögliche Druckmessung gewährleistet werden. Zur Überprüfung des Nullpunktes wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung der Bereich der Beschichtungsanlage, an welchem der Drucksensor angeschlossen ist, vollständig evakuiert und dann zumindest ein Meßwert des Drucksensors aufgenommen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Leckrate zumindest eines Teils der Beschichtungsanlage überprüft. Bevorzugt wird dazu eine Druckanstiegsmessung als automatische Überprüfung des Vakuumsystems durchgeführt. Auch die Leckrate sogar interner Ventile ist mittels einer automatischen Prüfroutine durchführbar, indem mehrere Druckanstiegsmessungen automatisch durchgeführt und miteinander verglichen werden.

Noch ein weiterer automatisch überprüfbarer Parameter ist das Saugvermögen zumindest einer Pumpe der Vakuumbeschichtungsanlage. Auch durch die angeschlossenen Pumpen wird unter anderem die Prozeßgaszusammensetzung mitbestimmt, da beispielsweise bei im Verlauf des Betriebs sinkendem Saugvermögen ein höherer Restgasanteil in den Beschichtungsreaktoren verbleibt. Auch hier gilt, daß bereits eine geringe Abweichung des Saugvermögens vom Sollwert dann eine unerwünschte Änderung der Zusammensetzung der abgeschiedenen Schichten zur Folge haben kann. Zur Überprüfung des Saugvermögens kann in einfacher Weise ein Rezipient mittels der Pumpe abgepumpt werden, während ein definierter Massenfluß in den Rezipienten fließt und der Gleichgewichtsdruck gemessen wird.

Besonders wesentliche Bestandteile für die Steuerung von Beschichtungsprozessen insbesondere bei CVD-Anlagen sind Massenflußregler oder Massenflußsensoren. Diese werden unter anderem eingesetzt, um den Gaszufluß des Prozeßgases bei der Beschichtung zu steuern. Eine Abweichung von Sollwerten hat hier unmittelbar einen starken Einfluß auf die Prozeßgaszusammensetzung und damit auf die Beschaffenheit der abgeschiedenen Schichten, Um diese Komponenten zu testen, ist besonders eine automatische Überprüfung des Nullpunkts des Massenflußreglers oder Massenflußsensors als Prüfparameter vorteilhaft. Weiterhin kann sich auch die Linearität und/oder die Kalibrierung eines Massenflußreglers oder Massenflußsensors im Laufe des Betriebs ändern, so daß gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung dieser Parameter mittels einer automatischen Überprüfung während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses, an welchem der Massenflußregler oder Sensor beteiligt ist, durchgeführt wird. Sowohl zur Überprüfung der Kalibrierung, als auch der Linearität eines Massenflußreglers kann ein evakuierter Rezipient über den zu überprüfenden Massenflußregler befüllt und der Druck während der Befüllung gemessen werden. Derartige Sensoren und Regler kommen aber auch beispielsweise bei PVD-Anlagen, wie insbesondere bei Sputteranlagen zum Einsatz, da auch hier ein Gas zur Erzeugung eines Plasmas für die Kathodenzerstäubung eingelassen wird.

Eine erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsanlage ist demgemäß bevorzugt mit einer Einrichtung zum Durchführen einer Prüfroutine für die Überprüfung zumindest eines der Parameter Nullpunkt eines Drucksensors, Leckrate zumindest eines Teils der Beschichtungsanlage, Saugvermögen zumindest einer Pumpe der Vakuumbeschichtungsanlage, Linearität eines Massenflußsensors oder Massenflußreglers, Nullpunkt eines Massenlußsensors oder Massenflußreglers eingerichtet.

Das Verfahren kann nicht nur eingesetzt werden, um Warnmeldungen bei Abweichungen zu generieren. Vielmehr können die gemessenen Prüfparameter auch zur Kalibrierung von Sensoren eingesetzt werden. Beispielsweise kann vorteilhaft der Nullpunkt eines Sensors durch die Messung neu festgelegt und abgespeichert werden.

Auch ist es erfindungsgemäß möglich, eine automatische gegenseitige Überprüfung mehrerer Komponenten durchzuführen. Dies kann beispielsweise eine gegenseitige Überprüfung der Dichtheit mehrerer Ventile sein. Zur Erhöhung der Anlagensicherheit können auch redundante Komponenten vorhanden sein. Diese können dann vorteilhaft auch gegenseitig automatisch überprüft werden. Um die Genauigkeit und Verläßlichkeit der Prüfroutine zu verbessern, ist gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zur Überprüfung einer Komponente mehrere Meßwerte aufgezeichnet und aus deren Mittelwert der Prüfparameter ermittelt wird, beziehungsweise der Mittelwert den Prüfparameter liefert.

Eine automatische Wartungsroutine kann das Druckwechselspülen zumindest eines Teils des Vakuumsystems, insbesondere von Precursor-Gasleitungen umfassen. Mit dem Druckwechselspülen lassen sich Gaszuleitungen reinigen, um beispielsweise verbliebene Reste von Precursor-Gasen vorangegangener Beschichtungszyklen zu entfernen. Beim Druckwechselspülen werden die betreffenden Anlagenteile wiederholt mit einem sauberen Gas, beispielsweise trockenem Stickstoff befüllt und die Anlagenteile dann wieder evakuiert, um die Verunreinigungen abzuführen. Eine solche Druckwechselspül-Routine kann beispielsweise vorteilhaft immer dann durchgeführt werden, wenn Precursor-Gase gewechselt werden.

Eine erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsanlage ist demgemäß bevorzugt mit einer Einrichtung zum Durchführen einer Wartungs- oder Prüfroutine für die Überprüfung zumindest eines der Parameter Nullpunkt eines Drucksensors, Leckrate zumindest eines Teils der Beschichtungsanlage, Saugvermögen zumindest einer Pumpe der, Vakuumbeschichtungsanlage, Linearität eines Massenflußsensors oder Massenflußreglers, Nullpunkt eines Massenlußsensors oder Massenflußreglers eingerichtet.

Um die Prüf- und/oder Wartungsroutinen selbständig und insbesondere automatisch durchführen zu können, kann die Einrichtung zum Durchführen einer Prüfroutine oder Wartungsroutine vorteilhaft eine speicherprogrammierbare Recheneinrichtung umfassen. Diese kann insbesondere auch die Prozeßsteuerung für den allgemeinen Betrieb der Anlage übernehmen.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vakuumbeschichtungsanlage umfaßt weiterhin eine Fördereinrichtung zur Beförderung von Behandlungsreaktoren, insbesondere ein Förderkarussell. Derartige Anlagen zeichnen sich durch hohe Durchsätze aus, allerdings werden hier vielfach dynamische Dichtungen und Einrichtungen zur Verbindung der Behandlungsreaktoren mit dem Vakuumsystem und/oder dem Gasversorgungssystem zur Zuführung der Prozeßgase benötigt. Gerade bei diesem komplexen System kann es im Verlauf des Betriebs beispielsweise zu Undichtigkeiten kommen. Zudem weisen derartige Vorrichtungen eine Vielzahl zu überprüfender Komponenten auf, so daß eine manuelle Überprüfung sehr zeitraubend ist. In gleicher Weise kann die Fördereinrichtung auch eine Linear-Fördereinrichtung umfassen. Demenstprechend kann die Vakuumbeschichtungsanlage auch eine Linearmaschine, insbesondere mit wenigstens zwei Behandlungskammern sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer PICVD-Anlage,
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Drucksensor,
3 ein Flußdiagramm einer Routine zur Überprüfung des Nullpunkts eines Drucksensors,
4 ein Diagramm mit schematischen Verläufen des Druckanstiegs in einem Rezipienten,
5 ein Flußdiagramm einer Routine zur Überprüfung der Leckrate eines Rezipienten,
6 einen schematischen Aufbau für eine Überprüfung des Saugvermögens einer Pumpe,
7 ein Flußdiagramm einer Routine zum Überprüfen des Saugvermögens einer Pumpe,
8 ein Prinzipbild eines Massenflußsensors,
9 eine Kennlinie eines Massenflußreglers,
10 ein Flußdiagramm einer Routine zur Überprüfung des Nullpunkts eines Massenflußreglers
11 einen Aufbau zur Überprüfung von Linearität oder Kalibierung eines Massenflußreglers,
12 ein Flußdiagramm einer Routine zur Überprüfung von Linearität oder Kalibierung eines Massenflußreglers,
13 ein weiteres Beispiel eines Aufbaus zur Überprüfung von Linearität oder Kalibierung eines Massenflußreglers,
14 ein Flußdiagramm einer Prüfroutine für den in 13 gezeigten Aufbau,
15 Meßwerte des Drucks als Funktion der Zeit, wie sie bei einer Routine gemäß 14 aufgezeichnet werden,
16 ein Diagramm mit gemessenen Flüssen als Funktion des Sollwerts, und
17 Teile eines für ein Druckwechselspülen eingerichteten Gasdosiersystems In 1 ist schematisch eine als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Vakuumbeschichtungsanlage mit einem Vakuumschema dargestellt. Die Vakuumbeschichtungsanlage 1 ist insbesondere eine Anlage zum PICVD-Beschichten von Werkstücken.
Das Beschichten der Werkstücke wird auf einem Förderkarussel 3 vorgenommen, auf welchem Plasmareaktoren 5 angeordnet sind. Die einzelnen Bearbeitungsschritte bei der PICVD-Beschichtung sind dabei einzelnen gedachten feststehenden Sektoren 40–47 zugeordnet, durch welche die Reaktoren 5 bei der Beförderung auf dem Förderkarussel 3 hindurchbewegt werden. Alternativ kann anstelle eines Förderkarussels 3 auch eine Linearförderung eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Beschichtungsanlage dementsprechend als Linearmaschine, vorzugsweise mit wenigstens zwei Behandlungskammern ausgebildet ist.
Nach dem Zuführen der Werkstücke in einem Beladebereich, der einem Sektor 40 zugeordnet ist, wird die Behandlungsstation während des Durchlaufens durch den Sektor 41 mit einer Pumpe 7 verbunden, welche den Bereich des Reaktors 5 auf den für die Plasmabeschichtung erforderlichen Basisdruck abpumpt. Beispielsweise kann dazu das Innere von Flaschen für einen Innenbeschichtung auf diesen Druck abgepumpt werden. Das Abpumpen wird vorzugsweise nicht in einem Schritt, sondern vorteilhaft durch sequentielles Verbinden mit mehreren Pumpstufen durchgeführt. Bei Flaschen kann bei einer Innenbeschichtung außerdem auch die Umgebung der Flasche evakuiert werden. Dies ist etwa bei Plastikbehältern vorteilhaft, wenn diese der Druckdifferenz bei einer Innenevakuierung nicht standhalten.
Das Zuschalten und Abschalten der Pumpe 7 wird mittels geeigneter Ventile 10 durchgeführt. Weiterhin kann der Abpumpvorgang und der erreichte Enddruck mit einem Drucksensor 30 überprüft werden. Bevorzugt werden zur Druckmessung Baratrons als Sensoren 30 verwendet.
Nach dem Durchlaufen des Sektors 41 ist die Evakuierung auf den Enddruck abgeschlossen und der Reaktor mit dem darin aufgenommenen Werkstück durchläuft einen der PLasmabeschichtung zugeordneten Winkelbereich 42. Hier wird Prozeßgas in den Beschichtungsbereich eingelassen und Mikrowellen zugeführt, wodurch ein Plasma gezündet und das in der Behandlungsstation befindliche Werkstück beschichtet wird.
Das Prozeßgas wird mit einem Gasdosiersystem 19 zugeführt. Dieses umfaßt Gasbehälter 12, 13 mit verschiedenen Prozeßgasen, ein Ventil 10 zur Verbindung mit den Plasmareaktoren 5, sowie Massenflußregler 20 mit Dosierventilen 24 und Massenflußsensoren 22.
In dem mit Prozeßgas befüllten Bereich der Reaktoren 5 wird ein Plasma durch Einstrahlung von Mikrowellen gezündet, wobei sich eine Schicht mit Reaktionsprodukten des Plasmas auf der Oberfläche der Werkstücke abscheidet. Bevorzugt wird gepulste Mikrowellenstrahlung verwendet.
Während das Prozeßgas durch das Gasdosiersystem zugeführt wird, sind die Reaktoren mit einer vorzugsweise zweistufig ausgelegten weiteren Pumpeinrichtung 7 verbunden, so daß gleichzeitig evakuiert wird. Dies ist vorteilhaft, um einerseits einen Gasaustausch zu erreichen und zweitens, um einen stabilen Druck während der Beschichtung aufrechterhalten zu können. Um die großen anfallenden Gasmengen zu beseitigen, eignen sich insbesondere Wälzkolbenpumpen. Ebenso wie bei dem Pumpsystem zur Evakuierung auf den Basisdruck ist in der Zuleitung ein Ventil 10 zur Verbindung und ein Drucksensor 30 zur Überwachung des Abpumpvorgangs und/oder des Saugvermögens der Pumpe 7 vorgesehen.
Anders als in 1 dargestellt, können Drucksensoren 30 alternativ oder zusätzlich jeweils an den Plasmareaktoren 5 vorgesehen sein.
Nach abgeschlossener Beschichtung gelangt die Behandlungsstation in einen dem Sektor 43 zugeordneten Entnahmebereich, wo das beschichtete Werkstück herausgenommen und mittels einer geeigneten Transporteinrichtung abtransportiert wird. Ebenso wie das Beladen der Behandlungsstationen kann auch die Entnahme durch in 1 nicht dargestellte Zuteilräder geschehen.
Für die Prozeßsteuerung ist außerdem eine Recheneinrichtung 15 mit einer Anzeige 17 vorgesehen. Mittels der Recheneinrichtung wird auch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, bei welchem während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses der Anlage 1 eine automatische Wartungsroutine oder eine automatische Überprüfung einer an diesem Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponente vorgenommen und bei einer Abweichung wenigstens eines ermittelten Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer festgestellten Fehlfunktion der Komponente eine Warnmeldung generiert wird. Diese Warnmeldung wird auf der Anzeige 17 ausgegeben und die bei der Überprüfung gewonnenen Meßwerte im Speicher der Recheneinrichtung 15, insbesondere in einer darin integrierten Datenbank abgelegt. Als Komponenten können insbesondere die Komponenten des Vakuumsystems, Pumpen 7, Ventile 10, Drucksensoren 30 und Massenflußregler 20 überprüft werden. Bevorzugt werden Prüf- und Serviceroutinen während des Stillstands des Produktionsprozesses, beispielsweise in Ruheschichten durchgeführt.
Die Prüfroutinen werden nun anhand der nachfolgenden Figuren im einzelnen näher erläutert.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Baratron, welches als bevorzugter Drucksensor 30 eingesetzt wird. Das Baratron umfaßt einen Rezipienten 30 mit einem Vakuumanschluß 32. Eine Membran 34 unterteilt den Rezipienten 31 in zwei zueinander abgedichtete Teilvolumina 31A und 31B, wobei das Teilvomumen 31A mit dem Vakuumanschluß 32 in Verbindung steht. Das Teilvolumen 31B ist auf Hochvakuum evakuiert. Auf einem Träger im Teilvolumen 31B sind zwei konzentrisch angeordnete Elektroden 35, 36 angeordnet, welche über Spannungsdurchführungen 38, 39 kontaktiert werden können. Die Elektroden 35, 36 sind dabei der Membran zugewandt. Gemessen wird die Druckdifferenz zwischen dem Teilvolumen 31A und dem als Referenzdruck dienenden Hochvakuum in Teilvolumen 31B. Bei einer Druckdifferenz zwischen den Teilvolumina verformt sich die Membran 34. Die Druckbestimmung erfolgt über die Messung der sich durch die Verformung der Membran ändernden Kapazität zwischen der Membran und den Elektroden 35, 36. Im speziellen wird über eine angeschlossene Brückenschaltung unter Verwendung einer angelegten Wechselspannung eine Differenzmessung der Kapazitäten der Elektroden 35, 36 durchgeführt.
Derartige Baratrons sind elektromechanische Präzisions-Meßinstrumente. Wie typischerweise bei solchen Instrumenten können Umgebungsfaktoren, wie unter anderem Temperatureinflüsse Einfluß auf den Nullpunkt und die Linearität des Baratrons haben. Für exakte Druckmessungen sollte daher der Nullpunkt von Zeit zu Zeit überprüft werden. Zur Überprüfung des Nullpunkts wird durch eine erfindungsgemäß eingerichtete Prozeßsteuerung während einer Ruhezeit zumindest des Teilprozesses, an welchem der betreffende Drucksensor 30 beteiligt ist, automatisch und selbständig das mit dem Meßvolumen 31A verbundene Vakuumsystem so weit evakuiert, daß der erreichte Druck unterhalb. der Auflösung des Baratrons liegt. Der oder die dann aufgezeichneten Meßwerte liefern den aktuellen Nullpunkt des Sensors 30.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine derartige von der Anlage automatisch und selbständig durchgeführte Prüfroutine als Flußdiagramm dargestellt. Der Ablauf wird dabei beispielsweise bei dem in 1 dargestellten Ausfhürungsbeispiel durch die Recheneinrichtung 15 gesteuert.
Nach der Initialisierung der Routine (Schritt 301) wird zunächst der Reaktor, beziehungsweise der Teil an dem der Drucksensor 30 angeschlossen ist, abgepumpt. Während des Abpumpens wird der durch den Sensor 30 gemessene Druck aufgezeichnet (Schritt 302), bis ein vordefinierter Grenzwert unterschritten wird (Verzweigung 303). Nach Unterschreiten des Grenzwerts durchläuft die Routine eine Warteschleife (Schritt 303).
Während der Wartschleife, die einige Sekunden bis mehrere Minuten dauern kann, wird das Abpumpen fortgesetzt, um den mit dem Vakuumsystem möglichen Enddruck zu erreichen oder sich diesem Enddruck zumindest hinreichend nahe anzunähern. Als Enddruck wird im Sinne der Erfindung der in einem Vakuumbehälter erreichbare niedrigste Druck verstanden. Dieser Druck hängt im allgemeinen nicht nur vom angeschlossenen Pumpsystem, sondern auch von der Gasabgabe von den Wänden und Einbauten des Rezipienten, sowie dessen Dichtigkeit ab.
Anschließend wird der Druck wiederholt gemessen (Schritt 305), bis eine vorgegebene Meßzeit abgelaufen ist (Verzweigung 306). Aus den gewonnenen Meßwerten wird der Mittelwert (Schritt 307) und schließlich eine Abweichung des Mittelwerts von einem vorgegebenen Sollbereich berechnet (Verzweigung 308). Der vorgegebene Sollbereich kann beispielsweise ein Bereich sein, innerhalb dessen das Nullpunkts-Meßsignal variieren kann. Auch kann die Standardabweichung der Meßwerte mit einem vordefinierten Bereich verglichen werden. Ein zulässiger Sollbereich kann weiterhin insbesondere auch aus früher abgespeicherten Meßwerten errechnet und eine Warnmeldung erzeugt werden, wenn der Nullpunktmeßwert um mehr als der vorgegebene Sollbereich von den abgespeicherten Daten abweicht.
Es kann auch bereits dann eine Warnmeldung ausgegeben werden, wenn sich anhand eines aus den gespeicherten Meßwerte und des zumindest einen in der aktuellen Überprüfung gemessenen Meßwertes festgestellten Trends eines Weglaufens des Nullpunkt-Meßwertes eine zukünftige Fehlfunktion oder eine zukünftige Abweichung eines Prüfparameters von einem vorgegebenen Sollbereich prognostiziert werden kann. Eine solche Warnmeldung kann dann beispielsweise aufgrund einer festgestellten beginnenden deutlichen Veränderung des Nullpunkt-Meßwertes beinhalten, daß ein Austausch des betreffenden Drucksensors in Kürze erfolgen muß.
Liegt der Nullpunkts-Meßwert innerhalb des vorgegebenen Sollbereiches, wird das Ergebnis abgespeichert und optional beispielsweise auf der Anzeige 17 der Recheneinrichtung 15 angezeigt. Bei Abweichung des Nullpunkts-Meßwerts vom vorgegebenen Sollbereich hingegen wird eine Warn-, beziehungsweise Fehlermeldung generiert (Schritt 310), die ebenfalls zusammen mit den Meßwerten angezeigt und gespeichert wird.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 auf die Überprüfung der Leckrate zumindest eines Teils des Vakuumsystems eingegangen.
In 4 ist schematisch der prinzipielle Verlauf des Druckanstiegs in einem nicht mehr abgepumpten Rezipienten als Funktion der Zeit dargestellt. Die Achseneinheiten sind willkürlich dargestellt. Zum Nullpunkt auf der Zeitachse wird dabei der Rezipient durch Schließen eines Ventils von der Vakuumpumpe getrennt. Durch Lecks und/oder internes Ausgasen kommt es dann zu einem Leckgasstrom qL = V·(Δp/Δt), wobei V das Rezipientenvolumen, und Δp/Δt den Druckanstieg Δp pro Zeitintervall Δt bezeichnen. Ein sehr dichter PICVD-Reaktor zeigt typischerweise einen Leckgasstrom im Bereich von 10^–4 mbar·l·s^–1. Ein Rezipient mit einem Leckgasstrom im Bereich von 10^–3 mbar·l·s^–1 wird im allgemeinen für die Beschichtung immer noch hinreichend dicht sein, wohingegen ein Leckgasstrom von 10^–2 mbar·l·s^–1 für einen PICVD-Reaktor im allgemeinen nicht mehr akzeptabel ist.
Mit dem Bezugszeichen 50 ist der Verlauf des durch Undichtigkeiten verursachten Leckgasstroms dargestellt. Die mit 51 bezeichnete Kurve kennzeichnet den durch internes Ausgasen von den Oberflächen verursachten Druckanstieg. Die mit 52 bezeichnete Kurve ist die Summe beider Effekte und gibt damit den prinzipiellen Verlauf einer Druckmessung bei einer Leckratenmessung wieder. Die Kurve 53 ist beispielhaft zur Kennzeichnung eines zulässigen Sollbereichs der Dichtigkeit des zu überprüfenden Teils des Vakuumsystems eingezeichnet. Wird bei einer von der Anlage automatisch und selbständig während einer Ruhezeit durchgeführten Druckanstiegsmessung ein Verlauf des Druckanstiegs festgestellt, bei welchem die Kurve 53 überschritten wird, so wird eine Warnmeldung ausgegeben. Dementsprechend ist der Sollbereich bei diesem Beispiel der gesamte Bereich unterhalb der Kurve 53.
Wird ein wie in 2 dargestelltes Baratron zur Druckanstiegsmessung verwendet, so können bei einer solchen Messung typischerweise Druckdifferenzen von 0,1% des Meßbereichsendwerts aufgelöst werden. Bei einem Meßbereichsendwert von 1 mBar ergibt sich damit eine minimal erfassbare Druckdifferenz von 10^–3 mBar. Der jeweilige minimal auflösbare Wert der Druckdifferenz kann vorteilhaft bei den Zeitabständen der Meßwertaufzeichnung berücksichtigt werden. Bei einem Leckgasstrom eines hinreichend dichten PICVD-Reaktors im Bereich von 10^–3 mbar·l·s^–1 sind dann beispielsweise Messungen im Abstand von einer Sekunde sinnvoll.
Der Ablauf einer Druckanstiegsmessung wird nachfolgend anhand des in 5 gezeigten Flußdiagramms näher erläutert.
Nach der Initialisierung der Prüfroutine (Schritt 401) wird der Reaktor evakuiert (Schritt 402), bis der Druck kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist (Verzweigung 403).
Anschließend werden das oder die Ventile zur Pumpe geschlossen. Nach einer Wartezeit von einigen Sekunden (Schritt 405) beginnt die Messung des Drucks im Rezipienten als Funktion der Zeit (Schritt 406), bis eine vorgegebene Meßzeit abgelaufen ist (Verzweigung 407). Anschließend oder auch bereits während der Aufzeichnung wird dann die lineare Regression der Druck- und Zeitmeßwerte berechnet (Schritt 408). Die ermittelte lineare Regressionsgerade wird mit einem vorgegebenen Sollbereich für den Druckanstieg verglichen (Schritt 409). Liegt der Druckanstieg innerhalb erlaubter Werte, so wird das Ergebnis abgespeichert und eventuell angezeigt. Ist die Steigung der ermittelten Geraden jedoch größer, als ein zulässiger Maximalwert, wird eine Warnmeldung ausgegeben. Es ist auch möglich, eine Warnmeldung bei einer deutlich zu kleinen Steigung anzugeben, da dies auf eine möglicherweise Fehlfunktion des verwendeten Drucksensors hindeutet.
Mit dem Verfahren können auch interne Ventile auf Dichtigkeit überprüft werden. Dazu wird die wie vorstehend beschriebene Prozedur zweimal durchgeführt. Bei einer Druckanstiegsmessung ist dabei das vom Meßvolumen abgetrennte Volumen evakuiert und bei einer weiteren Messung das abgetrennte Volumen belüftet oder gasgefüllt. Anstelle eines Vergleichs mit einer vorgegebenen Maximalsteigung wird zunächst eine Differenz der beiden Messungen durchgeführt. Ist der Druckanstieg bei gasgefülltem abgetrennten Volumen größer, so zeigt dies eine Undichtigkeit des betreffenden Ventils an.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 die automatische und selbständige Überprüfung des effektiven Saugvermögens einer Pumpe im Rezienten während einer Ruhezeit der Anlage oder des Teil-Fertigungsprozesses, zu welchem die Pumpe benötigt wird, beschrieben.
Das Saugvermögen einer Pumpe ist definiert als der Volumendurchfluß durch ihre Ansaugöffnung. Dementsprechend ist das Saugvermögen S gegeben durch S = dV/dt, wobei dV/dt den Volumenfluss dV pro Zeiteinheit dt bezeichnet Im Unterschied dazu wird als Saugleistung qm einer Pumpe der Massendurchfluß dm durch ihre Ansaugöffnung pro Zeiteinheit dt bezeichnet, q_m = dm/dt. Ebenfalls als Saugleistung wird die zu dm proportionale Größe q_pV = d(p·V)/dt = p·(dV/dt) = p·S bezeichnet. Die Saugleistung kann daher einfach berechnet werden, wenn das Saugvermögen bekannt ist, und umgekehrt.
In 6 ist ein Teil der Vakuumbeschichtungsanlage 1 zur Durchführung der Prüfroutine zur Überprüfung des effektiven Saugvermögens einer Pumpe 7 gezeigt. Die Pumpe ist mit einem Rezipienten 55 verbunden, an dem außerdem ein Drucksensor 30 und ein Massenflußregler 20 angeschlossen sind. Der Rezipient 55 kann ein Teil des Vakuumsystems der Beschichtungsanlage, wie etwa ein Beschichtungsreaktor 5 sein. Das Verfahren basiert darauf, daß der Rezipient 55 mittels der Pumpe 7 abgepumpt wird, während ein definierter Massenfluss in den Rezipienten fließt und der Gleichgewichtsdruck gemessen wird. Mit dem Massenflussregler wird dazu ein definierter Gasfluss F eingestellt, der in den gleichzeitig durch die zu überprüfende Pumpe 7 abgepumpten Rezipienten 55 strömt. Gemessen wird auf diese Weise nicht direkt das Saugvermögen So der Pumpe, sondern vielmehr das letztlich entscheidende effektive Saugvermögen S_eff, in welches noch der Leitwert L der Zuleitung 56 zur Pumpe 7 eingeht. Für das effektive Saugvermögen S_eff gilt dann: 1/S_eff = 1/S₀ + 1/L. Die Messung des Saugvermögens S_eff erfolgt durch Messung des sich im Rezipienten 55 einstellenden Gleichgewichtsdrucks mittels des Drucksensors 30. Dabei gilt für das effektive Saugvermögen als Funktion des Drucks: S_eff [m³/h] 0.06·F [sccm]/p [mBar].
Das Saugvermögen kann für einen einzelnen Gleichgewichtsdruck, insbesondere aber auch für mehrere verschiedene Gleichgewichtsdrücke zur Überprüfung des Verhaltens der Pumpe in einem Druckbereich zwischen dem höchsten und niedrigsten eingestellten Gleichgewichtsdruck durchgeführt werden. Eine derartige Überprüfung ist anhand des Flußdiagramms der 7 näher erläutert.
Nach Initialisierung der Prüfroutine (Schritt 501) wird der Rezipient abgepumpt (Schritt 502), bis ein vorgegebener Grenzwert unterschritten wird (Verzweigung 503). Danach wird zunächst der Druck ohne Massenfluß gemessen (Schritt 504), um den Offset der Messung zu bestimmen. In einer nachfolgenden Schleife, die bis zu einer vorgegebenen Anzahl Schritte wiederholt wird (Verzweigung 508) wird dann der Fluß jeweils um einen bestimmten Betrag ΔF erhöht (Schritt 505), eine kurze Zeit gewartet bis sich ein Gleichgewichtsdruck im Rezipienten 55 eingestellt hat (Schritt 506) und dann für den jeweiligen Fluß der Gleichgewichtsdruck p gemessen (Schritt 507). Aus den Meßwerten wird dann jeweils das Saugvermögen berechnet (Schritt 509). Sind die Werte innerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs, insbesondere oberhalb eines vorgegebenen Minimalwertes, wird das Ergebnis – vorzugsweise in einer Datenbank- abgespeichert und eventuell angezeigt (Verzweigung 510, Schritt 511). Ist das Saugvermögen jedoch für einen oder mehrere eingestellte Flüsse unzureichend, also unterhalb des vorgegebenen Sollbereiches, wird eine Fehlermeldung ausgegeben (Verzweigung 510, Schritt 512). Auch in diesem Fall werden die Meßwerte abgespeichert. Danach wird die Prüfroutine beendet (Schritt 513).
Im folgenden wird anhand von Ausführungsbeispielen die erfindungsgemäße automatische und selbständige Überprüfung von Massenflußsensoren und Massenflußreglern näher beschrieben. 8 zeigt ein Prinzipbild eines Massenflußsensors 22 als Bestandteil eines Massenflußreglers. Der Massenflußsensor 22 umfaßt eine Röhre 60, entlang welcher zwei Heizelemente 61, 62 angeordnet sind. Fließt ein Gasstrom durch die Röhre 60, so wird über die Heizelemente Wärme an das Gas abgegeben. Beim später angeströmten Heizelement ist das Gas durch die Wärmeabgabe des zuerst angeströmten Heizelements wärmer und damit die Wärmeabgabe geringer. Damit ergibt sich ein meßbarer Temperaturunterschied an den Heizelementen, welcher zum Massenfluß durch die Röhre 60 korrespondiert. Die Messung erfolgt dabei im allgemeinen über eine Wheatstone-Brücke und den temperaturabhängigen Widerstand der Heizelemente.
In 9 ist eine Kennlinie eines Massenflußreglers 20 mit einem derartigen Sensor dargestellt. Die ideale Kennlinie ist als gestrichelte Linie gezeigt. Im Idealfall sind angezeigter und tatsächlicher Fluß wie bei der gestrichelten Linie identisch. Bei realen Massenflußreglern kann es jedoch zu einer wie eingezeichneten Kennlinie mit Offset-Fehler, Linearitätsfehler und Kalibrierungs-Fehler kommen. Der Kalibrierungsfehler äußert sich in einer von der idealen Kennlinie abweichenden durchschnittlichen Steigung, ein Offset- oder Nullpunkt-Fehler in einem endlichen Meßwert bei tatsächlich nicht vorhandenem Fluß. Die Nullpunkt-Stabilität eines Massenflußreglers ist entscheidend für die Reproduzierbarkeit der Beschichtungsprozesse. Zwar sind Massenflußregler mit einer eigenen Nullpunkt-Korrektur erhältlich, allerdings muß diese Funktion auch in einem definierten Zustand des Gasdosiersystems ihren Dienst tun. Wenn beispielsweise das oder die Regelventile des Massenflußreglers nicht völlig dicht schließen, kann eine solche automatische Nullpunkt-Korrektur zu einem ungeeigneten Zeitpunkt unbemerkt erfolgen und dann zu Fehlern führen. Insbesondere bei analogen Massenflußreglern ist daher eine diskrete Offset-Kontrolle und eine erfindungsgemäße selbständige und automatische Überprüfung während einer Maschinen-Ruhezeit von Vorteil.
Der Nullpunkt des Massenflußreglers kann erfindungsgemäß selbständig und automatisch durch die Vakuumbeschichtungsanlage während einer Ruhezeit überprüft werden, indem beispielsweise eine wie anhand der 10 dargestellte Prüfroutine durch die Anlage durchgeführt wird. Nach der Initialisierung der Prüfroutine (Schritt 601) wird das Gasdosiersystem 19, wie es in 1 schematisch gezeigt ist, abgepumpt (Schritt 602), bis der Druck kleiner als ein für die nachfolgende Messung geeigneter Grenzwert ist (Verzweigung 603). In einer Schleife (Verzweigung 606) bis zum Ablauf einer vorgegebenen Meßzeit werden dann im Abstand einer kurzen Wartezeit (Schritt 605) Messungen des Offset-Signals des Massenflußreglers, beziehungsweise des zugehörigen Massenflußsensors durchgeführt (Schritt 605). Aus den gewonnenen Meßwerte wird der Mittelwert berechnet (Schritt 607) und überprüft, ob er eine Abweichung zu einem vorgegebenen Sollbereich aufweist (Verzweigung 608). Ist der Mittelwert im Rahmen des vorgegebenen Sollbereichs, wird das Ergebnis abgespeichert und eventuell angezeigt (Schritt 609). Anderenfalls kommt es zu einer Ausgabe einer Warn- oder Fehlermeldung (Schritt 610). Anschließend wird die Prüfroutinen beendet (Schritt 611).
Weiterhin ist es auch von Vorteil, eine eigene Kalibrierung des Massenflußreglers selbständig und automatisch während einer Ruhezeit der Anlage oder des betreffenden Teil-Fertigungsprozesses durchzuführen. Zwar werden die Massenflußregler im allgemeinen bereits vorkalibriert vom Hersteller geliefert, allerdings ist die Messung des Gasflusses gasartabhängig. Dies hat seine Ursache darin, daß der Wärmetransport im Gas, auf welchem das Meßprinzip des in 8 dargestellten Sensors beruht, von der spezifischen Wärmekapazität c_p des Gases abhängig ist. Die spezifische Wärmekapazität c_p ist wiederum vom jeweiligen Gas, insbesondere dessen molarer Masse und der Anzahl der Freiheitsgrade der Moleküle abhängig. Da die Massenflußregler von den Herstellern typischerweise mit Ersatzgasen, wie SF₆ oder N₂ kalibriert werden, können bei der Dosierung von für die Beschichtung verwendeten Precursor-Gasen erhebliche Abweichungen im gemessenen Massenfluß entstehen. Um dies zu vermeiden, können Konversionsfaktoren für die Umrechnung der Meßwerte auf eine andere Gasart verwendet werden. Allerdings sind diese Faktoren oft nur empirisch und unter Umständen nicht für alle Gasarten bekannt. Weiterhin kann auch die Mischung verschiedener Gassorten die Konversionsfaktoren beeinflussen. Schließlich kann sich insbesondere auch die Kalibrierung im Laufe der Zeit ändern. Beispielsweise können die Precursor-Gase Ablagerungen hinterlassen, welche die Wärmeabgabe der Heizelemente beeinflussen. Demgemäß kann mittels der Erfindung der Massenflußregler nicht nur überprüft, sondern vorteilhaft durch Ablage der bei der Prüfung gewonnenen Meßdaten auch neu kalibriert werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer automatischen und selbständigen Überprüfung der Kalibrierung eines Massenflußreglers wird im folgenden anhand der 11 und 12 erläutert. In 11 ist das Meßprinzip dargestellt. Mit der Routine wird eine automatische gegenseitige Überprüfung mehrerer Komponenten, hier im speziellen zweier Massenflußregler 20A und 20B durchgeführt. Die Massenflußregler 20A und 20B werden dazu hintereinandergeschaltet. Der Massenflußregler 20A dient als Referenz für den zweiten Massenflußregler 20B. Beispielsweise können die Massenflußregler 20A, 20B redundante Komponenten des Gasdosiersystems sein. In diesem Fall stellt das Verfahren eine gegenseitige Überprüfung anhand einer Relativmessung dieser redundante Komponenten dar.
Auch können die beiden Massenflußsensoren 20 des in 1 gezeigten Gasdosiersystems gegenseitig auf diese Weise überprüft werden, wenn entsprechende Bypass-Leitungen und Ventile vorgesehen sind, die eine Verschaltung entsprechend 11 ermöglichen. Mit dem Massenflußsensor 22A und dem Dosierventil 24A des Massenflußreglers 20A wird ein definierter Massenfluß eingestellt und dieser Massenfluß mit dem Massenflußsensor 22B des zweiten Massenflußreglers 20B gemessen. Der zweite Massenflußregler wird dabei nicht im Reglerbetrieb, sondern nur im Meßbetrieb verwendet, so daß das Regelventil 24B bei der Überprüfung nicht eingesetzt wird. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Flusses wird das hindurchgeleitete Gas gleichzeitig von einer Pumpe 7 abgepumpt.
Die Überprüfungsroutine ist genauer im Flußdiagramm der 12 dargestellt. Nach Initialisierung der Prüfroutine (Schritt 701) werden Ventile des Gasdosiersystems 19 so geschaltet, daß die beiden Massenflußregler 20A, 20B hintereinandergeschaltet sind und das Gasdosiersystem 19 abgepumpt (Schritt 702), bis ein vorgegebener Minimaldruck, unterschritten wird (Verzweigung 703).
Anschließend wird in einer Schleife bis zu einer vorgegebenen Anzahl Schritte (Verzweigung 707) ein jeweils stufenweise erhöhter Massenfluß mit dem Massenflußregler 20A eingestellt (Schritt 704), eine kurze Zeit gewartet, bis der Fluß sich stabilisiert hat (Schritt 705) und dann der Fluß mit dem Sensor 22B gemessen (Schritt 706). Die Meßwerte und eingestellten Flüsse werden dann verglichen (Schritt 708). Aus dem Vergleich können sowohl Rückschlüsse über die Linearität des Massenflußsensors 22B, als auch dessen Kalibrierung getroffen werden. Ist die Abweichung der eingestellten und gemessenen Flüsse innerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs, wird da Ergebnis abgespeichert und eventuell angezeigt (Verzweigung 709, Schritt 710), anderenfalls wird vor dem Beenden der Routine (Schritt 712) eine Warnmeldung generiert (Schritt 711).
Im folgenden wird auf eine weiteres alternatives oder zusätzliches Ausführungsbeispiel zur Überprüfung von Linearität und/oder Kalibrierung eines Massenflußsensors eingegangen. Diese Routine basiert auf dem Prinzip, daß zur Überprüfung Linearität oder der Kalibrierung des Massenflußreglers ein evakuierter Rezipient über den Massenflußregler befüllt und der Druck während der Befüllung gemessen wird. Aus dem Druckanstieg kann dann jeweils für eine Einstellung des Massenflußreglers punktuell der tatsächliche mit dem eingestellten Massenfluß verglichen werden. Um eine ganze Kennlinie aufzunehmen, sind dann zwar wesentlich mehr Messungen erforderlich, als bei einer Messung mit einem Referenz-Massenflußregler, allerdings erlaubt das Druckanstiegsverfahren eine absolute Messung. Für den gemessenen Standard-Volumenstrom dV₀/dt, also den Volumenstrom auf Standardbedingungen bei T₀ = 273 °K und p₀ = 1013 mBar umgerechnet, als Funktion des Druckanstiegs dp/dt erhält man dabei für das Druckanstiegsverfahren bei der Temperatur T in das Volumen V des Rezipienten aus der allgemeinen Gasgleichung die Beziehung: dV0/dt = (dp/dt)·(T0·VN)/(T·p0).
13 zeigt eine beispielhafte Anordnung für das Druckanstiegsverfahren. Der zu prüfende Massenflußregler mit angeschlossenem Gasbehälter 12 oder 13 ist mit einem Rezipienten bekannten Volumens verbunden. Dies kann ein eigens für die Prüfung angeschlossener Rezipient, oder auch eine Komponente der Beschichtungsanlage, beispielsweise wie in 13 gezeigt, ein Beschichtungsreaktor 5 sein. Der Rezipient ist außerdem über ein Absperrventil 10 zur Evakuierung mit einer Pumpe 7 verbunden. In 14 ist ein Flußdiagramm für das automatisch und selbständig beispielsweise während einer Ruhezeit der Beschichtungsanlage 1 durchgeführtes Druckanstiegsverfahren dargestellt. Nach einer Initialisierung der Routine (Schritt 801) wird, wie auch bei den oben beschriebenen Prüfroutinen der verwendete Rezipient, hier der Beschichtungsreaktor 5, bis unter einen vorgegebenen Grenzwert abgepumpt (Schritt 802, Verzweigung 803). Anschließend wird zunächst mit dem Massenflußregler 20 ein Fluß F = 0 eingestellt (Schritt 804). Nachfolgend wird für schrittweise ansteigende Flüsse F_i = F_i–1 + ΔF ein Meßzyklus (Schritte 805 bis 814) durchgeführt, bis eine vorgegebene Anzahl Schritte oder ein vorgegebener Fluß erreicht wird (Verzweigung 815). Der Meßzyklus umfaßt das Einstellen eines Soll-Flusses (Schritt 805), das Schließen des Ventils 10 zur Pumpe und eine kurze Wartezeit, bis sich der Massenfluß stabilisiert hat (Schritt 806), die Aufnahme von Druckmeßwerten in Abhängigkeit von der Zeit bis zum Ablauf einer vordefinierten Meßzeit oder eines vorgegebenen Drucks (Schritt 807, Verzweigung 808), das Errechnen einer Regressionsgeraden aus den Druckmeßwerten (Schritt 809), eine Überprüfung, ob die Druckmeßwerte und/oder deren lineare Korrelation im Rahmen eines vorgegebenen Sollbereichs liegen (Verzweigung 810), und erneutes Abpumpen des Rezipienten (Schritt 814) für eine weitere Messung. Wird bei Berechnung der linearen Regression eine Abweichung der Meßwerte von einem vorgegebenen Sollbereich festgestellt, so wird eine Fehlermeldung ausgegeben (Schritt 811) und vor Beendigung der Routine (Schritt 813) die Anlage in einen definierten Zustand gebracht (Schritt 812). Beispielsweise kann die Routine auf diese Weise vorzeitig unter Ausgabe einer Fehlermeldung abgebrochen werden, wenn bereits anhand eines einzelnen der aus der linearen Regression berechneten realen Flüsse eine Abweichung vom tatsächlich gemessenen Fluß um einen bestimmten Prozentsatz, beispielsweise bei einer vorgegebenen Abweichung von größer als 20% vom gemessenen realen Fluß festgestellt wird.
Ist eine solche Abweichung demgegenüber nicht festgestellt worden, wird aus den einzelnen berechneten Regressionsgeraden nach einem optionalen Versetzen der Anlage in einen definierten Zustand (Schritt 816) durch die Meßpunkte zur Überprüfung der Kalibrierung der Meßbereichsendwert berechnet. Dazu wird eine Regressionsgerade der eingestellten Soll-Flüsse und gemessenen Ist-Flüsse berechnet und die Gerade auf den Maximal-Sollwert des Flusses extrapoliert. Der so errechnete aktuelle Meßbereichsendwert gibt die Kalibrierung des Massenflußreglers 20 wieder. Liegt der extrapolierte Meßbereichsendwert im Bereich eines Sollbereiches um den Sollwert, so ist die Kalibrierung in Ordnung und das Ergebnis wird abgespeichert und eventuell angezeigt (Verzweigung 818, Schritt 819). Ist demgegenüber die Abweichung größer als der vorgegebene Sollbereich, wird vor Beendigung der Routine (Schritt 820) anstelle dessen eine Warnmeldung generiert. Das Ergebnis wird vorzugsweise auch in diesem Fall abgespeichert.
15 zeigt ein Beispiel einer Messung gemäß Schritt 807 des Flußdiagramms der 14. Nach Schließendes Ventils 10 wird ein Sollwert für den Fluß eingestellt und der Druck steigt im Idealfall, wie in 15 gezeigt linear an. Bei der in 15 gezeigten Messung wurde aus der Regressionsgerade zwischen den Zeitpunkten des Beginns der Messung und dem Ende der Messung ein Druckanstieg von 0,05 mBar pro Sekunde ermittelt. Aus dem bekannten Volumen des Rezipenten wird dann daraus der tatsächliche Fluß gemäß der oben angegebenen Beziehung ermittelt.
16 zeigt ein Diagramm, in welchem mehrere solcher gemessenen Flüsse als Funktion des Sollwerts aufgetragen sind. Der Sollwert ist in Prozent des Soll-Meßbereichsendwertes angegeben. Aus den fünf Meßpunkten, welche durch fünfmalige Wiederholung des Meßzyklus zwischen den Schritten 805 bis 815 gemäß 14 bei verschiedenen Flüssen erhalten wurden, wird eine ebenfalls eingezeichnete Regressionsgerade berechnet. Wird diese abzüglich des y-Achsenabschnitts, also des Nullpunkt-Werts des Massenlußreglers auf einen Wert von 100 % des Soll-Meßbereichsendwerts extrapoliert, wird der tatsächliche Meßbereichsendwert erhalten. Dies entspricht der Berechung gemäß Schritt 817 in 14. Der Achsenabschnitt gibt außerdem den Offset, beziehungsweise den Nullpunkt des Massenflußreglers wieder. Bei dem in 15 gezeigten Beispiel wurde ein Meßbereichsendwert von 16,36 sccm und ein Nullpunkt-Wert von etwa 0.1 sccm ermittelt.
Nachfolgend wird anhand von 17 eine von der Vakuumbeschichtungsanlage selbständig und automatisch während einer Ruhezeit zumindest eines Teilprozesses selbständig und automatisch durchgeführte Wartungsroutine erläutert. 17 zeigt dazu Teile eines Gasdosiersystems 19, wie es bei der in 1 dargestellten Anlage eingesezt werden kann. Ziel der Routine, einem Druckwechselspülen, ist es, zur Wartung die Zuleitungen 18 des Gasdosiersystems 19 zu reinigen.
Eine solche Reinigung kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn von einer durch den Gasbehälter 12 bereitgestellten Gassorte auf eine vom Gasbehälter 13 bereitgestellte Gassorte gewechselt werden soll. In den Gasbehältern können zum Beispiel verschiedene Precursor-Gase enthalten sein. Diese Gase können sich unter anderem an den Wänden der Zuleitungen 18 festsetzen. Wird dann, etwa um andere Beschichtungen aufzubringen, die Gassorte gewechselt, so können Precursor-Gase des vorher verwendeten Prozeßgases das Prozeßgas späterer Beschichtungen verunreinigen. Ebenso ist es zur Vermeidung von Verunreinigeungen des Prozeßgases auch besonders von Vorteil, wenn mit der Druckwechselspül-Routine die Zuleitungen 18 vor dem Wechsel eines oder mehrerer Gasbehälter gereinigt werden. Dies kann vorteilhaft beispielsweise vor einer vorgesehenen Wartungsschicht durchgeführt werden. Die Zur Reinigung wird dazu während einer Ruhezeit zumindest des in 17 gezeigten Teils des Gasdosiersystems 19 ein Spülgas, wie etwa trockener Stickstoff aus einem Gasbehälter 11 über das Ventil 10C in die Zuleitungen 18 geleitet. Dabei sind die übrigen Ventile 10A, 10B zu den Gasbehältern 12, 13 und zur Pumpe 7 geschlossen, so daß die Zuleitungen mit dem Spülgas befüllt werden. Das Ventil 10C wird wieder geschlossen und so die Gaszufuhr gestoppt.
Vorhandene Verunreinigungen in den Zuleitungen lösen sich dann im Spülgas. Anschließend wird das Spülgas durch Öffnen des Ventils 10D und Abpumpen mittels der Pumpe 7 wieder entfernt. Dieser Vorgang kann vorteilhaft mehrmals wiederholt werden, um eine gute Reinigung zu erzielen. Kann der in 17 gezeigte Teil von übrigen Gasdosiersystem abgetrennt und unabhängig betrieben werden, so können andere Teil-Fertigungsprozesse während dieser Prozedur auch weiterlaufen.
Gemäß noch einer Weiterbildung kann die Wartungsroutine des Druckwechselspülens auch automatisch und selbständig vor einer Prüfroutine durchgeführt werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn, wie etwa bei den Prozeduren gemäß der 3, 5, 7, 10, 12 oder 14 die Überprüfung der Komponente eine Druckmessung mit sich bringt oder sogar darauf basiert. In diesem Fall kann durch vorheriges automatisches und selbständiges Druckwechselspülen ein besonders sauberes Vakuum erreicht werden. Beispielsweise können ausgasende Precursor-Gase eine Leckraten-Überprüfung unter Umständen verfälschen.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen beispielhaften Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden.

Claims

Verfahren zur Durchführung einer Prüfroutine für zumindest eine Komponente einer Vakuumbeschichtungsanlage, bei welchem während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses eine Wartungsroutine oder eine Überprüfung einer an diesem Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponente automatisch und selbständig vorgenommen und bei einer Abweichung wenigstens eines ermittelten Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer festgestellten Fehlfunktion der Komponente eine Warnmeldung generiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Überprüfung der Komponente aufgenommene Meßwerte aufgezeichnet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil aufgenommener Meßwerte in einer Datenbank abgespeichert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein während der Überprüfung aufgezeichnete Meßwert mit abgespeicherten Daten verglichen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert mit früher aufgezeichneten Meßwerten verglichen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnmeldung erzeugt wird, wenn der Meßwert um mehr als ein vorgegebener Sollbereich von den abgespeicherten Daten abweicht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Warnmeldung erzeugt wird, wenn anhand eines aus den gespeicherten Meßwerten und des zumindest einen in der aktuellen Überprüfung gemessenen Meßwertes festgestellten Trends auf eine zukünftige Fehlfunktion oder eine zukünftige Abweichung eines Prüfparameters von einem vorgegebenen Sollbereich geschlossen werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnmeldung auf einer Anzeige ausgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilprozeß der Vakuumbeschichtungsanlage nach der automatischen Überprüfung der Komponente bei Abweichung eines Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer bei der Überprüfung festgestellten Fehlfunktion angehalten wird oder die Inbetriebnahme des Teilprozesses verhindert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiterer Teil-Fertigungsprozess während der automatischen Wartungsroutine weiterläuft.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer automatischen und selbständigen Überprüfung der Komponente eine automatische Wartungsroutine durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente einer Beschichtungsanlage zur CVD- oder PVD-Beschichtung von Werkstücken überprüft wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Komponente einer Beschichtungsanlage zur PECVD-Beschichtung, insbesondere zur PICVD-Beschichtung von Werkstücken überprüft wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt eines Drucksensors überprüft wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung des Nullpunktes der Bereich der Beschichtungsanlage, an welchem der Drucksensor angeschlossen ist, vollständig evakuiert und dann zumindest ein Meßwert des Drucksensors aufgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckrate zumindest eines Teils der Beschichtungsanlage überprüft wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckrate mittels einer Druckanstiegsmessung bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckrate zumindest eines Ventils überprüft wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugvermögen zumindest einer Pumpe der Vakuumbeschichtungsanlage überprüft wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung des Saugvermögens ein Rezipient mittels der Pumpe abgepumpt wird, während ein definierter Massenfluß in den Rezipienten fließt und der Gleichgewichtsdruck gemessen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Massenflußregler oder Massenflußsensor überprüft wird.
Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullpunkt eines Massenflußreglers oder Massenflußsensors als Prüfparameter überprüft wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearität oder Kalibrierung eines Massenflußsensors als Prüfparameter überprüft wird.
Verfahren gemäß Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung Linearität oder der Kalibrierung eines Massenflußreglers ein evakuierter Rezipient über einen zu überprüfenden Massenflußregler befüllt und der Druck während der Befüllung gemessen wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren während des Stillstands der Vakuumbeschichtungsanlage von der Anlage selbstständig und automatisch durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren während einer Wartungschicht von der Anlage selbstständig durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit bei der Überprüfung der zumindest einen Komponente gewonnenen Meßdaten ein Sensor kalibriert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische gegenseitige Überprüfung mehrerer Komponenten durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß anhand einer Relativmessung zumindest zwei redundante Komponenten gegenseitig überprüft werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung einer Komponente mehrere Meßwerte aufgezeichnet und aus deren Mittelwert der Prüfparameter ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Wartungsroutine das Druckwechselspülen zumindest eines Teils des Vakuumsystems, insbesondere von Precursor-Gasleitungen umfaßt.
Vakuumbeschichtungsanlage, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Durchführen einer Wartungs- oder Prüfroutine für zumindest eine Komponente der Vakuumbeschichtungsanlage, bei welchem während einer Ruhezeit zumindest eines Teil-Fertigungsprozesses eine Wartung oder Überprüfung einer an diesem Teil-Fertigungsprozess beteiligten Komponente automatisch und selbständig vorgenommen und bei einer Abweichung wenigstens eines ermittelten Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer festgestellten Fehlfunktion der Komponente eine Warnmeldung generiert wird.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufzeichnung von bei der Überprüfung der Komponente aufgenommenen Meßwerten.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Warnmeldung.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anhalten oder Verhindern der Inbetriebnahme zumindest eines Teilprozesses der Vakuumbeschichtungsanlage nach der automatischen Überprüfung der Komponente bei Abweichung eines Prüfparameters von einem Sollbereich oder einer bei der Überprüfung festgestellten Fehlfunktion.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Durchführen einer Wartungs- oder Prüfroutine für die Überprüfung zumindest eines der Parameter: – Nullpunkt eines Drucksensors, – Leckrate zumindest eines Teils der Beschichtungsanlage, – Saugvermögen zumindest einer Pumpe der Vakuumbeschichtungsanlage, – Linearität oder Kalibrierung eines Massenflußsensors oder Massenflußreglers, – Nullpunkt eines Massenlußsensors oder Massenflußreglers eingerichtet ist.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Durchführen einer Wartungs- oder Prüfroutine eine speicherprogrammierbare Recheneinrichtung umfaßt.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch redundante Komponenten, wobei die Einrichtung zum Durchführen einer Wartungs- oder Prüfroutine eingerichtet ist, eine gegenseitige Überprüfung der Komponenten durchzuführen.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, eingerichtet zur PECVD-Beschichtung, insbesondere PICVD-Beschichtung von Werkstücken.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung zur Beförderung von Behandlungsreaktoren, insbesondere ein Förderkarussell.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 39, gekennzeichnet dadurch, dass die Vakuumbeschichtungsanlage eine Linearmaschine ist.
Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 41 gekennzeichnet dadurch, dass die Linearmaschine wenigstens zwei Behandlungskammern umfasst.