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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 Verfahren 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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Für verschiedene Verdampfungsprozesse ist auch die Verwendung von so genannten Ionisationsmanometern bekannt, bei denen ein Ionenstrom aus dem Dampf gemessen wird, um Rückschlüsse auf den Prozess zu ziehen. In der
GB 1 029 694 A wird die Dampfdichte als Differenz zwischen totaler Dichte und Restgasdichte gemessen. Zu diesem Zweck werden zwei Elektrodenpaare im oder neben dem Dampfstrom angeordnet, von denen jenes zur Messung der Restgasdichte vom Dampfstrom durch eine Blende abgeschirmt ist und das zweite, das der Messung der totalen Dampfstromdichte dient, diese Abschirmung nicht aufweist. Auch so genannte Faradaysche Becher sind bekannt (
JP 08165570 AA ), bei denen eine auf Ground liegende Auffängerelektrode von einer positiv oder negativ vorgespannten umhüllenden Elektrode umgeben ist. Rückschlüsse auf den von der Auffängerelektrode gesammelten Ladungsträgerstromes sind aus dem über die umhüllende Elektrode abfließenden Strom bei stabilisiertem Potential dieser Elektrode möglich. Auch zur Regelung von Schweißprozessen wurde der Ladungsträgerstrom aus dem beim Schweißen verdampften Material gemessen (
DD 148 599 A ).
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In der Patentschrift
DE 24 20 656 C3 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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In der
US 3 050 981 A wird der Gasanteil, der in ein neben dem Substrat in derselben Ebene angeordnetes Ionisationsmanometer eintritt, innerhalb des Manometers ionisiert, um eine Verdampfungsrate messen zu können.
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Da die bekannten Verfahren sich für verschiedene Verdampfungsprozesse und insbesondere für Langzeitbeschichtungen als nicht geeignet erwiesen, liegt der Erfindung 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 sukzessive 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 entsprechende 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 aufgefangene 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 dielektrischem 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 wird 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 eines Umlenksystems (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 großes 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 ausgasendes 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 als 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 hauptsächlicher Ausgangspunkt für das mit der Referenzelektrode 25 zu kontollierende Restgas.
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Zur Vergleichbarkeit des 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 Stillstandszeiten 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 und 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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Bezugszeichenliste
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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
