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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten
mittels Vakuumbedampfung. Das auf dem Substrat abzuscheidende Verdampfungsmaterial
wird zur Bildung von zumindest teilweise ionisiertem Dampf verdampft,
worauf sich der Dampf zum Substrat hin bewegt und sich darauf abscheidet.
Während der Bedampfung wird mittels einer Auffängerelektrode
ein Strom von Ladungsträgern aus dem Dampf gemessen.
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Die
Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung des Ladungsträgerstromes
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Bedampfungsverfahrens.
Letztere umfasst eine Verdampfungseinrichtung zur Bildung von zumindest
teilweise ionisiertem Dampf des abzuscheidenden Verdampfungsmaterials
und eine solche Messeinrichtung zur Messung eines Stroms von Ladungsträgern
aus dem dampfförmigen Verdampfungsmaterial, welche wiederum
eine Auffängerelektrode, eine Gleichspannungsversorgung
und ein Messinstrument zur Messung des über die Auffängerelektrode
abfließenden Ladungsträgerstromes umfasst.
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Bei
der Abscheidung von Schichten mittels Vakuumbedampfung ist insbesondere
für ein auch über lange Zeit stabiles Ver fahren
zur Herstellung definierter Schichtdicken und Schichtdickenverteilungen
wichtig, die Verdampfungsrate für die Ausregelung des Verfahrens
zu ermitteln. Die Verdampfungsrate stellt die Menge des Verdampfungsmaterials
dar, welches pro Zeit von einer Verdampfungsquelle abgedampft wird.
Von der Verdampfungsrate sind Rückschlüsse möglich
auf die Beschichtungsrate, d. h. auf die Menge des Verdampfungsmaterials,
die pro Zeit auf einem Substrat abgeschieden wird. Da die Beschichtungsrate
eine von vielen Prozessfaktoren abhängige Größe
darstellt, sind die derzeit bekannten Messverfahren wenig geeignet,
um die Beschichtungsrate in situ zu ermitteln und als Regelgröße,
d. h. als die zu beeinflussende Messgröße zu verwenden.
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Neben
den bekannten Schwingquarzmessungen, die aufgrund der kontinuierlich
zunehmenden Beschichtung des Quarzes nicht für Langzeitmessungen
geeignet sind, werden optische Verfahren verwendet. Dabei werden
Emissionssignale des ionisierten Dampfes gemessen. Jedoch verlangt
diese Messung einen hohen technischen Aufwand und liefert für
einige Materialien nur schwache, nicht zu verwendende Emissionssignale.
Aufgrund des aufwändigen Verfahrens und beobachteter Driften
ist auch die Emissionsmessung für die industrielle Anwendung
insbesondere bei Langzeitbeschichtungen mit hoher Beschichtungsrate
nicht geeignet.
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In
der Patentschrift
DE 24 20 656 wird
ein Verfahren für Elektronenstrahlverdampfung mittels Transverskanonen
beschrieben, bei dem Ionen als Messgröße verwendet
werden, welche infolge der Wechselwirkung des Elektronenstrahls
mit dem dampfförmigen Verdampfungsmaterial entstehen. Bei
einer Transverskanone wird der Elektronenstrahl stets im Prozessvolumen,
d. h. innerhalb der Beschichtungskammer unter den dort herrschenden Prozessbedingungen
erzeugt und mittels eines magnetischen Umlenkfeldes auf das Verdampfungsmaterial
gelenkt. Die im Dampf aufgrund seiner Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl
erzeugten Ionen werden durch dasselbe Umlenkfeld auf eine Auffängerelektrode
gerichtet, die in unmittelbarer Nähe des Verdampfungsmaterials
und in dessen Ebene angeordnet sein muss. Für die derzeit
verwendeten Axialkanonen mit wesentlich höherer Leistung,
die im Grunde kein Umlenkfeld benötigen, ist diese Messmethode
ebenfalls nicht mehr geeignet.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Vakuumbedampfung anzugeben, welche die Ermittlung der
Beschichtungsrate oder der Verdampfungsrate als Regelgröße
auch für Langzeitbeschichtungen ermöglicht.
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Die
nachfolgend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen gestatten
eine Überwachung und Regelung des Bedampfungsverfahrens
anhand von Messungen der Ladungsträgerströme am
Prozessort, d. h. in der Umgebung des Ortes der Abscheidung des
Dampfes. Die Messung am Prozessort nutzt eine im Vergleich zu den
bekannten Verfahren verbesserte Korrelation zur interessierenden
Beschichtungs- oder Verdampfungsrate, da in der Umgebung des Substrats
zahlreiche, die Ausbreitung und den energetischen Zustand des Dampfes
und damit den Abscheidungsprozess beeinflussende Faktoren mit erfassbar
sind.
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Dieser
Effekt ist am größten, wenn Auffängerelektroden
entsprechend einer Ausgestaltung der Bedampfungsvorrichtung in der
Ebene angeordnet ist, in der auch das Substrat liegt, allgemein
als Substratebene bezeichnet. Bei gekrümmten Substraten wird
zur Bestimmung der Substratebene nur der Abschnitt des Substrats,
gegebenenfalls auch gemittelt, betrachtet, der sich jeweils im Bedampfungsbereich befindet.
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Durch
die Messung in der Umgebung des Substrats ist es außerdem
möglich, die Auffängerelektrode aus dem Dampf
zu nehmen, so dass die Messung auch bei Langzeitbedampfungen möglich ist,
ohne Drifterscheinungen infolge eines sukzes sive mit bedampften
Sensors. Nachfolgend soll als Umgebung des Substrats neben der Substratebene
auch jener Raum zwischen dem Verdampfungsmaterial und dem Substrat
gemeint sein, wo die Dampfpartikel den Weg vom Verdampfungsmaterial
zum Substrat zumindest zum überwiegenden Teil bereits zurückgelegt
haben. Zur Anordnung der Auffängerelektrode außerhalb
des Dampfes kann sie entweder im Raum um die Dampfwolke angeordnet
sein oder auch innerhalb der Wolke, insbesondere in deren Randbereich,
sofern der Dampf durch Blenden abgeschirmt wird.
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Die
Messung der Ladungsträgerströme aus dem Dampf
ist grundsätzlich für alle die Bedampfungsverfahren
anwendbar, bei welchen zumindest ein Teil des Dampfes des Verdampfungsmaterials
in ionisierter Form vorliegt. Dabei ist es unerheblich, ob ein Plasma
gezielt erzeugt wird oder als Sekundäreffekt entsteht.
Denn es hat sich herausgestellt, dass selbst bei solchen Bedampfungsverfahren,
bei denen ionisierter Dampf des Verdampfungsmaterials sekundär
und unbeabsichtigt entsteht und der Dampf nur partiell ionisiert
ist, in Substratnähe eine Messung von Ladungsträgern
aus dem Dampf möglich ist. Eine Anpassung der Messung von
Ladungsträgerströmen zur Prozesskontrolle an die
verschiedenen Bedampfungsverfahren ist insbesondere über
die Lage der einen oder mehrerer Auffängerelektroden, deren
Betrieb und die Kalibrierung möglich.
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Das
Elektronenstrahlbedampfen, bei dem vorwiegend neutrale Gaspartikel
auf einem Substrat abgeschieden werden und ionisierte Partikel infolge der
Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und dem bereits verdampften
Verdampfungsmaterial entsteht, ist beispielsweise ein solches Verfahren,
bei dem ionisierte Gaspartikel des Verdampfungsmaterials eine untergeordnete
Rolle spielen. Jedoch hat dieses Verfahren aufgrund seiner hohen
Verdampfungsrate große Bedeutung für großflächige
und langzeitliche Beschichtungsverfahren.
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Die
Prozesskontrolle mittels Messung von Ladungsträgerströmen
ist aufgrund des Abstandes der Auffängerelektrode zur Dampfquelle
und der damit verbundenen ausgleichenden Wirkung auf lokale, insbesondere
in der Nähe mehrerer oder bewegter Dampfquellen auftretende
Inhomogenitäten in der räumlichen Dampfverteilung
für die verschiedensten Konstellationen von Dampfquellen
anwendbar. Es ist möglich, aber nicht erforderlich, jeder
Dampfquelle eine Auffängerelektrode zuzuordnen.
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Vielmehr
kann, entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens, durch mehrere
Auffängerelektroden in Substratumgebung auf eine über
dem Substrat auftretende Verteilung der Beschichtungsrate und daraus
auf die zu erwartende Schichtdickenverteilung der abgeschiedenen
Schicht geschlossen werden.
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Die
beschriebenen Wirkungen und Möglichkeiten beziehen sich
sowohl auf die Messung von Ionen als auch auf die Messung eines
Elektronenstroms aus dem Dampf. Es wurde festgestellt, dass durch
Anlegen eines negativen Potentials an der Auffängerelektrode
zur Extraktion von Elektronen aus dem Dampfplasma ein solch hohes
Messsignal zu erzielen ist, dass damit eine Prozesskontrolle und
Prozessregelung möglich ist. Bei einem durch Elektronenstrahlverdampfung
erzeugten dünnen Dampfplasma kann durch Elektronenmessung
sogar ein höhreres Signal gemessen werden als bei Ionenmessung
und es ergeben sich auch bei geringen Raten zuverlässige
Messergebnisse.
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Die
Wahl des gemessenen Ladungsträgerstroms kann von verschiedenen
Faktoren abhängen, wie z. B. dem Bedampfungsverfahren,
dem Verdampfungsmaterial, der realisierbaren Anordnung von Auffängerelektroden,
der erzielbaren Beschichtungs- und Verdampfungsrate und vielem mehr,
so dass es vorteilhaft ist, entweder zu Beginn eines Bedampfungsprozesses
einen Ladungsträgertyp für die Messung durch das
entsprechende Potential der Auffängerelektrode und gegebenenfalls deren
entsprechenden Konfiguration auszuwählen oder einen Wechsel
des Ladungsträgertyps während eines Bedampfungsprozess
vorzunehmen, indem eine universell konfigurierte Auffängerelektrode
verwendet und eine Potentialumschaltung integriert wird.
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Für
die Konfiguration der Auffängerelektrode ist insbesondere
zu berücksichtigen, dass sich aufgefangenen Ionen als Schicht
auf der Auffängerelektrode ablagern. Sofern das Verdampfungsmaterial elektrisch
leitfähig ist, hat dieser Effekt keinen oder lediglich
sehr langfristigen Effekt auf die Messung. Bei dielektrischen Verdampfungsmaterial,
z. B. bei reaktiver Bedampfung, hingegen wird mit voranschreitender
Ablagerung auf der Auffängerelektrode die Messung verfälscht
bis keine Messung mehr möglich ist. Im Fall der Elektronenmessung
hingegen treten solche Effekte nicht oder nur infolge von auf die
Elektrode auftreffendem Streudampf auf.
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Eine
Auffängerelektrode, die wahlweise oder wechselnd für
beide Ladungsträgertypen verwendbar ist, umfasst zwei Teilelektroden,
die voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Durch Anlegen oder
Umschalten der gegensätzlichen Potentiale beider Teilelektroden
kann eine ausgewählte Teilelektrode zur Messung des einen
oder anderen Ladungsträgerstroms verwendet werden, wobei
die Verwendung von zwei Teilelektroden mit gegensätzlichen
Potentialen der Ladungsträgertrennung dient.
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Sofern
entsprechend einer Ausgestaltung der Auffängerelektrode
deren eine Teilelektrode als Platte und die zweite als Gitter ausgebildet
ist, wobei das Gitter die Platte zumindest einseitig und zwar in Richtung
zum Dampf hin abschirmt, ist die Auffängerelektrode zur
Messung beider Ladungsträgertypen konfiguriert. Mit diesem
Aufbau erfolgt die Trennung der Ladungsträgertypen aus
dem ionisierten Dampf, indem die zur Auffängerelektrode
beschleunigten Ionen und Elektronen zunächst auf das Gitter
treffen und dort entsprechend seiner Polung einer der beiden Ladungsträgertypen
extrahiert und der zweite durch das Gitter hindurch auf die dahinter
liegende Platte trifft. Der von der Platte aufgefangene Strom wird
mittels eines geeigneten Messinstruments gemessen und gegebenenfalls
ausgewertet.
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Die
Verwendung von zwei Teilelektroden ermöglicht darüber
hinaus die Anpassung der Messempfindlichkeit, indem die Potentiale
beider Teilelektroden, d. h. deren Beträge derart aufeinander
abgestimmt werden, bis der zu einem Referenzzeitpunkt gemessene
Ladungsträgerstrom minimal, bevorzugt Null ist. Jede geringe Änderung
in einer Rate wird dann durch eine Änderung im Ladungsträgerstrom angezeigt,
wobei aufgrund der aufgefundenen steilen Kennlinie zwischen Verdampfungs-
oder Beschichtungsrate und Ladungsträgerstrom auch bei
kleinen Absolutbeträgen der Rate selbst kleine Änderungen detektierbar
sind.
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Weitere
Ausgestaltungen des Bedampfungsverfahrens und der dazu verwendeten
Vorrichtungen gestatten die Bestimmung des Einflusses des im Bedampfungsraum
vorhandenen Restgases, das üblicherweise ebenfalls teilweise
ionisiert vorliegt, auf die Messung der Ladungsträgerströme.
Solches Restgas rührt vom Ausgasen der Komponenten der Beschichtungsvorrichtung
insbesondere nach einer Öffnung der Anlage oder solcher
Teile, die mit dem Substrat durch die Beschichtungsanlage bewegt werden,
wie beispielsweise Haltevorrichtungen für das Substrat.
Auch das Substrat selbst gast aus oder schleppt störende
Gase in die Bedampfungskammer.
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Der
Einfluss dieser Restgase wird durch eine weitere Auffängerelektrode,
als Referenzelektrode bezeichnet, gemessen, für deren Wirkung
und Aufbau die obigen Darlegungen ebenso zutreffen. Regelmäßig
werden die Auffängerelektroden im grundlegenden Aufbau
mit der Referenzelektrode übereinstimmen, zwingend notwendig
ist dies jedoch nicht. Eine Anpassung beider Messsignale kann ebenso
im Rahmen der Auswertung erfolgen.
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Die
Referenzelektrode wird entfernt von dem Bereich, in welchem sich
das dampfförmige Verdampfungsmaterial ausbreitet, angeordnet,
um tatsächlich nur das Umgebungsrauschen zu messen. Sind
bestimmte Einflüsse bekannt, kann auch gezielt an deren
Quelle eine Referenzelektrode eingesetzt werden. Über geeignete
Auswertemethoden wird das gemessene Umgebungsrauschen für
die Messung aus dem Dampf berücksichtigt.
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In
vergleichbarer Weise können auch die Anteile von Sekundärelektronen
am Messergebnis ermittelt werden. Alternativ können sie,
bei proportionalem Anteil am Ladungsträgerstrom, auch in
die Kalibrierung einfließen.
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Da
mit dem gemessenen Ladungsträgerstrom ein über
eine geeignete Kalibrierung direkt auswertbares Signal mit darüber
hinaus einstellbarer Empfindlichkeit vorliegt, ist es für
die Regelung des Bedampfungsprozesses verwendbar, indem anhand der
Messwerte Signale generiert werden zur Veränderung der
Beschichtungs- oder Verdampfungsrate, wie beispielsweise der Kammerdruck,
der Abstand zwischen Verdampfungsmaterial und Substrat oder die
zur Verdampfung eingebrachte Leistungsdichte. Eine Kalibrierung
ist beispielsweise mittels Schwingquarzmessung möglich,
wodurch ein direkter Zusammenhang zwischen den gemessenen Ladungsträgerströmen
und der Beschichtungsrate möglich ist. Alternativ kann
durch geeignete Kalibrierung auch ein direkter Zusammenhang zur
Verdampfungsrate hergestellt werden.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im
Fall von Elektronenstrahlverdampfung näher erläutert
werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
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1 eine
Bedampfungskammer zur Elektronenstrahlbedampfung eines kontinuierlich
transportierten Substrats;
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2 eine
Bedampfungsvorrichtung mit einer Messeinrichtung zur Messung eines
Elektronenstromes mit in Substratebene angeordneter Auffängerelektrode;
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3 eine
Bedampfungsvorrichtung mit einer Messeinrichtung zur Messung eines
Ionenstromes mit senkrecht zur Substratebene angeordneter Auffängerelektrode;
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4A eine
Bedampfungsvorrichtung zur Vakuumbedampfung von bandförmigem
Substrat und
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4B die
Anordnung der Auffängerelektroden gemäß 4A in
einer Seitenansicht.
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1 zeigt
eine Bedampfungskammer zur Elektronenstrahlbedampfung bei der ein
Substrat 1 mittels eines Transportsystems 2 in
Transportrichtung 3 durch eine Vakuumkammer 4 transportiert
und dabei mittels Vakuumbedampfung beschichtet wird. Zur Beschichtung
wird das Verdampfungsmaterial 6, welches in einem offenen
Tiegel 7 der Verdampfungseinrichtung 5 angeordnet
ist, mittels eines Elektronenstrahls 8 soweit erhitzt,
dass es verdampft und sich in der typischen Keulenform in Richtung
zum Substrat 1 ausbreitet. Aufgrund dieser typischen räumlichen
Verteilung des sich ausbreitenden Dampfes wird die Dampfwolke 14 auch
als Dampfkeule bezeichnet.
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Der
Elektronenstrahl 8 wird mittels einer Elektronenstrahlkanone 10,
vorliegend eine Axialkanone, erzeugt, die seitlich angeordnet ist
und deren Elektronenstrahl mittels eine Umlenktsystems (nicht dargestellt)
auf das Verdampfungsmaterial gerichtet ist. Auch wenn aufgrund ihrer
deutlich höheren Leistungsdichte bevorzugt Axialkanonen
zur Elektronenstrahlbedampfung verwendet werden, ist das nachfolgend
beschriebene Verfahren zur Ermittlung der Beschichtungsrate anhand
der Messung von Ladungsträgerströmen aus dem dampfförmigen
Verdampfungsmaterial 6 nicht auf diese Elektronenstrahlkanonen
beschränkt. Es ist unabhängig vom Energieeintrag
anwendbar, sofern zumindest ein Teil des Dampfes ionisiert wird,
beispielsweise auch durch eine gesonderte Plasmazündung.
Gleichermaßen ist es auch für Elektronenstrahlkanonen 10 geeignet,
die ohne Umlenksystem arbeiten und direkt auf das Verdampfungsgut
gerichtet sind (2, 3, 4A).
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird lediglich
eine kleinflächige Dampfquelle 12 erzeugt, wie
es von hochschmelzendem oder sublimierendem Verdampfungsmaterial 6 bekannt
ist.
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In
dem Bereich, in dem der Elektronenstrahl 8 die Dampfwolke 14 durchquert,
erfolgt eine teilweise Ionisation des Dampfes. Obwohl im dargestellten Ausführungsbeispiel
aufgrund der kleinflächigen Dampfquelle 12 der
Bereich, in welchem der Elektronenstrahl 8 den Dampf durchquert,
relativ klein ist, kann aufgrund der Empfindlichkeit des Messverfahrens
ein ausreichend großen Signal gemessen werden.
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Mittels
einer Messeinrichtung, die eine Spannungsquelle 20 für
Gleichspannung und einen geeigneten Strommesser 22 umfasst,
wird der Strom eines Ladungsträgertyps gemessen, der mittels
einer Auffängerelektrode 24 aus dem Dampf extrahiert
wird. Diese Auffängerelektrode 24 ist unterhalb
des Substrats 1 neben der Dampfwolke 14 angeordnet.
Aufgrund der einer Kosinus-Funktion folgenden räumlichen
Verteilung des sich von der Dampfquelle 12 ausbreitenden
Dampfes ist ein möglicher Messort außerhalb der
Dampfwolke 14 sehr gut zu ermitteln. Um Streudampf aus
der Dampfwolke 14 weitestgehend fern zu halten ist in der
unmittelbaren Umgebung der Auffängerelektrode 24 ein
sekundärer Gaseinlass (nicht näher dargestellt)
angeordnet, durch welchen geringe Mengen von Prozessgas, je nach Beschichtungsprozess
und Ausgestaltung der Vorrichtung Arbeits- oder Reaktivgas, zur
Auffängerelektrode 24 strömen. Die Auffängerelektrode 24 ist
senkrecht angeordnet, so dass die Elektrodenflächen der Dampfwolke
zugewendet sind.
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Die
Messeinrichtung umfasst eine weitere Auffängerelektrode 24.
Sie dient als Referenzelektrode 25 und ist zu diesem Zweck
in der Umgebung des Transportsystems 2 in einem Bereich
der Vakuumkammer 4 angeordnet, der weit genug entfernt
ist von der Dampfwolke 14, so dass vorwiegend über
Substrate 1 und das Transportsystem 2 in die Vakuumkammer 4 eingeschlepptes
oder ausgasenden Restgas auf die Referenzelektrode 25 trifft.
Für die Referenzelektrode 25 sind lediglich der
besseren Übersicht halber eine separate Spannungsquelle 20 und
ein separater Strommesser 22 dargestellt.
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Die
Auffängerelektrode 24 und die Referenzelektrode 25 bestehen
beide aus einer plattenförmigen Teilelektrode 26,
nachfolgend der Platte 26 sowie einer gitterartigen Teilelektrode 26,
nachfolgend als Gitter 26 bezeichnet und in den Figuren
als gestrichelte Linie dargestellt, die jeweils zum zu messenden
Dampf hin vor der Platte 26 angeordnet ist und diese zum
Dampf hin abschirmt. Bei der Auffängerelektrode 24 ist
dies die Dampfwolke 14 und bei der Referenzelektrode 25 das
Transportsystem 2 als hauptsächlichen Ausgangspunkt
für das mit der Referenzelektrode 25 zu kontollierende
Restgas.
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Zur
Vergleichbarkeit der mit der Auffängerelektrode 24 und
der Referenzelektrode 25 zu messenden Ladungsträgerstromes
ist bei beiden die Platte 26 mit dem Pluspol und das Gitter 26 mit
dem Minuspol der Spannungsquelle 20 verbunden, so dass
in beiden Fällen der Elektronenstrom gemessen wird. Aufgrund
der Potentiale beider Teilelektroden 26 werden sowohl Ionen
als auch Elektronen aus dem Dampf zur jeweiligen Auffängerelektrode 24 beschleunigt,
wobei die Ionen durch das Gitter 26 abgefangen werden und
die Elektronen durch das Gitter 26 hindurch treten und
auf die Platte 26 treffen, wo sie als Elektronenstrom messbar
sind.
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Die
sich am Gitter 26 sukzessive ablagernden Ionen bilden eine
langsam wachsende Schicht, die die Messung jedoch so lange nicht
merklich beeinflusst, wie ein Elektronendurchgang noch möglich ist.
Um diesen auch für Langzeitbeschichtungen zu gewährleisten
kann zum einen die Gitterweite auf das Verdampfungsmaterial und
die Laufzeit der Beschichtung angepasst werden und alternativ oder
ergänzend eine regelmäßige, auch automatisierte
Entfernung der Beläge des Gitters 26 erfolgen,
beispielsweise durch ein Ausheizen der Gitter 26. Aufgrund der
einfachen Konstruktion der Auffängerelektrode 24 ist
auch das Auswechseln der Gitter 26 bei den Stissstandszeiten
der Anlage schnell möglich.
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Die
beschriebene Bedampfungsvorrichtung ist sowohl zur Beschichtung
mit elektrisch leitfähigem als auch mit dielektrischem
Material geeignet, letzteres auch durch reaktive Bedampfung. Bei
dielektrischer Beschichtung ist lediglich die oben beschriebene
anwachsende Isolierung des Gitters 26 zu berücksichtigen,
wodurch die Ladungsträgertrennung verhindert würde,
so dass die genannten Maßnahmen zur Reinigung des Gitters 26 in
regelmäßigen Abständen erfolgen müssen.
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Die 2, 3 und 4A beziehen
sich ebenfalls beispielhaft auf die Elektronenstrahlverdampfung
zeigen jeweils Elektronenstrahlkanone 10, Verdampfungseinrichtung 5,
Substrat 1 und Messeinrichtung mit zumindest einer Auffängerelektrode 24, welche
in oder an einer Bedampfungskammer angeordnet sind.
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In 2 wird
mittels eines Elektronenstrahls 8 das in einem offenen
Tiegel 7 angeordnete Verdampfungsmaterial 6 vollständig
geschmolzen, so dass eine großflächige Dampfquelle 12 vorliegt,
in dem Fall die gesamte Tiegelfläche. Der davon aufsteigende
Dampf breitet sich mit der typischen räumlichen Verteilung
zum Substrat 1 hin aus und scheidet sich darauf ab.
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Durch
Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl 8 und Dampf ionisiert
innerhalb der Dampfwolke 14 Dampf. Positive und negative
Ladungsträger aus diesem stark verdünnten Plasma
werden durch eine Auffängerelektrode 24 extrahiert,
wie oben beschrieben. Die Auffängerelektrode 24 weist den
zu 1 bereits beschriebenen Aufbau auf. Folglich erfolgt
auch in diesem Ausführungsbeispiel eine Elektronenstrommessung.
Im Unterschied zu 1 ist hier die Auffängerelektrode 24 neben
dem Substrat 1 und in der Substratebene angeordnet. Die Ausrichtung
erfolgt mit dem Gitter 26 in Richtung Verdampfungseinrichtung 5 und
damit in Richtung zur Dampfwolke 14.
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In
der Vorrichtung gemäß 3 werden
zwei linienförmige Dampfquellen 12 im Verdampfungsmaterial 6 erzeugt,
beispielsweise mittels zwei Elektronenstrahlkanonen 10,
die durch geeignete Auslenkung des Elektronenstrahls 8 jeweils
eine Linie fortlaufend überstreichen. Es entstehen zwei
Dampfkeulen, die durch Superposition eine Dampfwolke 14 bilden.
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Die
Messung von Ladungsträgerströmen aus dieser Dampfwolke 14 erfolgt
mit einer Auffängerelektrode 24, die wie zu 1 beschrieben
senkrecht neben der Dampfwolke 14 angeordnet ist. Die Auffängerelektrode 24 unterscheidet
sich von der in 1 durch die Potentiale der Teilektroden,
die hier so geschalten sind, dass ein Ionenstrom gemessen wird.
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Zur
Abschirmung gegenüber der Dampfwolke ist eine Blende 28 schräg
unterhalb der Auffängerelektrode 24 in Richtung
zu den Dampfquellen 12 angeordnet.
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Die
Vorrichtung gemäß 4A und 4B ist
zur Beschichtung von bandförmigen Substraten 1 geeignet,
wobei das Substrat der Verdampfungseinrichtung 5 gegenüberliegend über
eine Trommel 30 geführt wird. Die Substrattranportrichtung 3 verläuft in
diesem Fall entlang des Umfangs der Trommel 30.
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Durch
Blenden 28 wird der Beschichtungsbereich, in welchem sich
der Dampf auf dem Substrat 1 niederschlägt, so
schmal gehalten, dass in Verbindung mit dem Trommeldurchmesser der
Abstand zwischen Verdampfungsmaterial 6 und Substrat 1 innerhalb
eines definierten Bereichs liegt.
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In
der Verdampfungseinrichtung 5 wird ein stabförmiges
Verdampfungsmaterial 6 fortlaufend in einer geeigneten
Halterung von unten zugeführt. Die Verdampfung erfolgt
mittels eines seitlich eintretenden und auf die Oberfläche
des Verdampfungsmaterials 6 umgelenkten Elektronenstrahls 8 aus
einer Elektronenstrahlkanone 10, so dass stets der obere Bereich
vollständig geschmolzen ist.
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Parallel
zu den Blenden 28, d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene
der 4A, sind nebeneinander mehrere Auffängerelektroden 24 angeordnet,
mit denen eine Verteilung der Beschichtungsrate quer zur Substrattransportrichtung 3 ermittelt
wird. Da die Auffängerelektroden 24 in Blickrichtung
hintereinander liegen, ist lediglich eine dargestellt. Aufbau und Messprinzip
dieser Auffängerelektroden 24 entspricht denen
in 1 und 2. Folglich erfolgt im Verfahren
gemäß 4A die
Messung von Elektronenströmen, die miteinander verglichen
werden, um Schwankungen in der Schichtdicke quer zum bandförmigen
Substrat 1 feststellen und gegebenenfalls ausregeln zu
können.
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Die
Anordnung der Auffängerelektroden 24 gemäß 4A in
Bezug auf die Trommel 30 ist in 4B in
der Seitenansicht dargestellt. Der besseren Übersicht wegen
sind die elektrischen Anschlüsse der Teilelektroden 26,
die Spannungsquelle 20 und die Strommesser 22 nicht
dargestellt. Die Anzahl der Auffängerelektroden richtet
sich nach verschiedenen Faktoren, insbesondere nach der Bandbreite und
der erforderlichen Homogenität der Schichtdicke oder der
erforderlichen Genauigkeit, mit der ein gewünschtes Schichtdickenprofil
einzustellen ist. Aufgrund des in diesem Ausführungsbeispiel durch Blenden 28 sehr
schmal begrenzten Beschichtungsbereiches wird häufig eine
einseitige Anordnung von Auffängerelektroden 24 genügen.
In Abhängigkeit vom Substrat 1, von dem Schichtdickenprofil,
von dem störenden Einfluss verschiedener Effekte im Beschichtungsverfahren
und vielem mehr können verschiedene Anordnungen von Auffängerelektroden 24 möglich
sein.
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- 1
- Substrat
- 2
- Transportsystem
- 3
- Transportrichtung
- 4
- Vakuumkammer
- 5
- Verdampfungseinrichtung
- 6
- Verdampfungsmaterial
- 7
- Tiegel
- 8
- Elektronenstrahl
- 10
- Elektronenstrahlkanone
- 12
- Dampfquelle
- 14
- Dampfwolke
- 20
- Spannungsquelle
- 22
- Messinstrument,
Strommesser
- 24
- Auffängerelektrode
- 25
- Referenzelektrode
- 26
- Teilelektrode,
Platte, Gitter
- 28
- Blende
- 30
- Substratträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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