DE102011082775A1 - Method for simultaneous optimization of different layer properties by controlling vacuum separation process, involves forming mathematical links from spectral lines and generating intensity linkage by multiplying mathematical links - Google Patents
Method for simultaneous optimization of different layer properties by controlling vacuum separation process, involves forming mathematical links from spectral lines and generating intensity linkage by multiplying mathematical links Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011082775A1 DE102011082775A1 DE201110082775 DE102011082775A DE102011082775A1 DE 102011082775 A1 DE102011082775 A1 DE 102011082775A1 DE 201110082775 DE201110082775 DE 201110082775 DE 102011082775 A DE102011082775 A DE 102011082775A DE 102011082775 A1 DE102011082775 A1 DE 102011082775A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- intensity
- determined
- value
- control
- link
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N2021/8411—Application to online plant, process monitoring
- G01N2021/8416—Application to online plant, process monitoring and process controlling, not otherwise provided for
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Optimierung verschiedener Schichteigenschaften durch Steuerung eines Vakuumabscheideprozesses, bei dem ein Substrat in einer Vakuumkammer mittels eines aus einem mit einem Magnetron verbundenen Target herausgelösten Materials unter Anlegen einer von einer geregelten Spannungsquelle bereitgestellten Targetspannung zwischen dem Target und einer Gegenelektrode und unter Einleitung eines Prozessgases in die Vakuumkammer in einem Prozessraum beschichtet wird, wobei ein optisches Emissionsspektrum aufgenommen wird und daraus prozesssignifikante Daten des Vakuumabscheideprozesses zur Weiterverarbeitung in Mess- oder Regelungsprozessen ermittelt werden. The invention relates to a method for the simultaneous optimization of different layer properties by controlling a vacuum deposition process in which a substrate in a vacuum chamber by means of a material dissolved out of a magnetron associated with a target voltage provided by a regulated voltage source voltage between the target and a counter electrode and under Initiation of a process gas is coated in the vacuum chamber in a process space, wherein an optical emission spectrum is recorded and from it process-significant data of the vacuum deposition process for further processing in measurement or control processes are determined.
Unter Intensität wird nachfolgend der Wert der Intensität einer Spektrallinie eines Materials verstanden. Werden mehrere Intensitäten eines Materials erwähnt, bedeutet dies, dass aus einem Spektrogramm mehrere Spektrallinien definiert sind, in deren Höhe, das heißt der Wert der Intensität der jeweiligen Spektrallinie ermittelt und als Intensität weiter verarbeitet wird. Intensity is understood below to mean the value of the intensity of a spectral line of a material. If several intensities of a material are mentioned, this means that several spectral lines are defined from a spectrogram, in whose height, that is, the value of the intensity of the respective spectral line is determined and further processed as intensity.
Ein Prozessgas wie es nachfolgend bezeichnet wird, dient unter anderem der Einstellung des Druckes im Vakuumraum. Es kann aus einem Arbeitsgas bestehen, was inert ist, also den Prozess nicht chemisch beeinflusst, wie beispielsweise Argon, Krypton oder Xenon. Für reaktive Prozesse kann das Prozessgas aber auch aus einem Reaktivgas, beispielweise Sauerstoff, bestehen, um chemische Reaktionen bei der Schichtabscheidung auszulösen, beispielsweise aus Sauerstoff für eine Oxidation. Das Prozessgas kann auch aus einem Gemisch von Arbeitsgas und Reaktivgas bestehen. A process gas, as referred to below, serves, among other things, to adjust the pressure in the vacuum space. It can consist of a working gas, which is inert, ie does not chemically influence the process, such as argon, krypton or xenon. However, for reactive processes, the process gas can also consist of a reactive gas, for example oxygen, in order to trigger chemical reactions during the layer deposition, for example from oxygen for oxidation. The process gas may also consist of a mixture of working gas and reactive gas.
Das Prozessgas, insbesondere das Arbeitsgas und das Reaktivgas sind an dem Beschichtungsprozess beteiligte Materialien, kurz auch Prozessmaterialien im Sinne der Erfindung genannt. The process gas, in particular the working gas and the reactive gas are materials involved in the coating process, in short also referred to as process materials in the context of the invention.
Ein weiteres Prozessmaterial stellt das Targetmaterial dar, aus dem ein Target eines Magnetrons besteht, beispielsweise Aluminium oder Zink. Ebenso sind in einem Reaktivprozess neu entstandene Materialien Prozessmaterialien. Another process material is the target material that makes up a target of a magnetron, such as aluminum or zinc. Likewise, newly developed materials are process materials in a reactive process.
Um die Abscheidung einer Schicht mit gleichbleibenden Schichteigenschaften zu gewährleisten, ist es notwendig, den Arbeitspunkt des Beschichtungsprozesses über eine lange Zeit, während der sich das Targetmaterial verbraucht, konstant zu halten. Insbesondere ist eine Homogenität bezüglich der Schichtdicke, der Schichtzusammensetzung (Dotierung) sowie weiterer Eigenschaften, wie Schichtwiderstand, langzeitstabil zu halten. Der sukzessive Verbrauch des Targetmaterials wirkt dem entgegen. In erster Linie ändern sich in Folge des Verbrauchs geometrisch die Lagebeziehungen zwischen Targetoberfläche, Magnetfeld und Gaseinströmung. In order to ensure the deposition of a layer having constant layer properties, it is necessary to keep the working point of the coating process constant for a long time during which the target material consumes. In particular, homogeneity with respect to the layer thickness, the layer composition (doping) and other properties, such as sheet resistance, must be maintained for a long time. The successive consumption of the target material counteracts this. First and foremost, geometric relationships between target surface, magnetic field and gas inflow change geometrically as a result of consumption.
Mit einer ersten Optimierung (sogenanntes Trimming) lassen sich Gasdruckverteilungen von Arbeits- und Reaktivgasen vornehmen. With a first optimization (so-called trimming) gas pressure distributions of working and reactive gases can be made.
Nachgeregelt werden im laufenden Prozess die Flüsse der Gase sowie die Targetspannung, die auch als Prozessparameter bezeichnet werden. Ein weiterer Prozessparameter ist auch die Rotationsgeschwindigkeit bei rotierenden Targets. In the ongoing process, the flows of the gases and the target voltage, which are also referred to as process parameters, are readjusted. Another process parameter is the rotation speed with rotating targets.
Die Prozessparameter auch kurzzeitig automatisch nachzuregeln, ist wegen des durchlaufenden Substrates notwendig. Eine Lösung, bei der der Quotient zweier Intensitäten zur Regelung benutzt wird, wurde bereits in der
Die Überprüfung der Langzeitstabilität beruht auf optischer Emissionsspektroskopie (OES) mindestens zweier Linien aus dem Plasma, das sich über der Targetoberfläche bei Anlegen der Targetspannung im Vakuum einstellt. Dabei geben Intensitätslinien zu diskreten Wellenlängen Aufschluss über Zustände an dem Beschichtungsprozess beteiligter Materialen, Prozessmaterialien, wie oben benannt. The verification of the long-term stability is based on optical emission spectroscopy (OES) of at least two lines from the plasma, which is established in a vacuum above the target surface when the target voltage is applied. Intensity lines at discrete wavelengths provide information about states of materials involved in the coating process, process materials, as named above.
Das Plasma wird beobachtet, und es werden Prozessparameter nachgeführt, um konstante Schichtparameter, insbesondere einen konstanten Schichtwiderstand der wachsenden Schicht zu gewährleisten. The plasma is observed, and process parameters are tracked to ensure constant layer parameters, in particular a constant sheet resistance of the growing layer.
Übliche (preiswerte) Spektrometer und deren Anordnung in Prozessnähe haben Nachteile bezüglich der gemessenen Intensitäten bzw. derer Absolutwerte (Genauigkeit, Ablagerungen, Schwankungen). Die z. T. unscharfe Auflösung über die Wellenlänge hat zur Folge, dass Kompromisse bezüglich einwandfrei identifizierbarer (regeltechnisch verwertbarer) Intensitätslinien gemacht werden müssen. Die Linien liegen mitunter auch sehr dicht beieinander. Conventional (inexpensive) spectrometers and their arrangement near the process have disadvantages with respect to the measured intensities or their absolute values (accuracy, deposits, fluctuations). The z. T. fuzzy resolution over the wavelength has the consequence that compromises must be made with respect to perfectly identifiable (control technically usable) intensity lines. The lines are sometimes very close to each other.
In der
In dieser bekannten Lösung wurden zwar die Intensitäten zweier Linien ins Verhältnis gesetzt und als Regelgröße verwendet, es wurde jedoch der Reaktivgasfluss als Stellgröße eingesetzt, was nicht in ausreichendem Maße eine Konstanz der Schichtparameter bei fortlaufender Targeterosion, wie beispielweise einen konstanten Schichtwiderstand, der wachsenden Schicht gewährleistet. In this known solution, although the intensities of two lines were set in relation and used as a controlled variable, but the reactive gas flow was used as a control variable, which does not sufficiently ensure a consistency of the layer parameters in continuous target erosion, such as a constant sheet resistance, the growing layer ,
In der
Nachteil oben genannter Verfahren ist es, dass lediglich eine Schichteigenschaft, fortfolgend als Schichtparameter bezeichnet, mit einer Arbeitspunktregelung des Verfahrens unter Verwendung von mathematischen Verknüpfungen von Intensitäten von Spektrallinien am Beschichtungsprozess beteiligter Materialien, mithin allein anhand messbarer Prozesseigenschaften, gesteuert werden kann. Disadvantage of the above-mentioned method is that only a layer property, hereinafter referred to as layer parameters, can be controlled with an operating point control of the method using mathematical combinations of intensities of spectral lines in the coating process of participating materials, thus only on the basis of measurable process properties.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Beschichtungsverfahren bereitzustellen, mit dem gleichzeitig verschiedene Schichtparameter optimiert werden können und das zuverlässig ist und sicher langzeitstabil arbeitet. It is therefore an object of the invention to provide a coating method with which simultaneously different layer parameters can be optimized and which is reliable and safe long-term stable.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Der Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 15 betrifft besondere Ausführungsformen. This object is achieved by means of a method according to independent claim 1. The subject matter of dependent claims 2 to 15 relates to particular embodiments.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass zur Steuerung eines ersten Schichtparameters a von mindestens drei Prozessmaterialen Spektrallinien aus dem optischen Emissionsspektrum ermittelt werden,
dass mindestens zwei Intensitäten ermittelt werden und eine Relativintensität durch eine erste mathematische Verknüpfung f1(Ii, Ij), i ≠ j gebildet wird (bei mehr als zwei Intensitäten werden die Relativintensitäten R1, R2, ... paarweise gebildet),
dass bei mehr als einer Relativintensität mit einer zweiten mathematischen Verknüpfung f2(Ri) eine erste Intensitätsverknüpfung IV_1 als erstes prozess-signifikantes Datum zur Steuerung des ersten Schichtparameters a berechnet wird,
dass zur Steuerung eines zweiten Schichtparameters b von mindestens einem Prozessmaterial Spektrallinien aus dem optischen Emissionsspektrum ermittelt werden,
dass aus jeweils zwei der Intensitäten mindestens Relativintensitäten durch die erste mathematische Verknüpfung f1(Ii, Ij), i ≠ j gebildet werden,
dass aus den Relativintensitäten mit einer zweiten mathematischen Verknüpfung f2(Ri) eine zweite Intensitätsverknüpfung IV_2 als zweites prozesssignifikantes Datum zur Steuerung des zweiten Schichtparameters b berechnet wird. In the method according to the invention, it is provided that spectral lines from the optical emission spectrum are determined for controlling a first layer parameter a of at least three process materials,
at least two intensities are determined and a relative intensity is formed by a first mathematical link f 1 (I i , I j ), i ≠ j (with more than two intensities the relative intensities R 1 , R 2 , ... are formed in pairs) .
in the case of more than one relative intensity with a second mathematical linkage f 2 (R i ), a first intensity linkage IV_1 is calculated as the first process-significant datum for controlling the first slice parameter a,
that spectral lines from the optical emission spectrum are determined for controlling a second layer parameter b of at least one process material,
in each case two relative intensities of at least two intensities are formed by the first mathematical link f 1 (I i , I j ), i ≠ j,
in that from the relative intensities with a second mathematical linkage f 2 (R i ), a second intensity linkage IV_2 is calculated as a second process-significant datum for controlling the second slice parameter b.
Bei dem Verfahren ist die Substrattemperatur konstant zu halten. Auch werden zweckmäßigerweise solche Spektrallinien für die Intensitätsbestimmung herangezogen, die hinreichend signifikant sind. In the process, the substrate temperature should be kept constant. Also suitably such spectral lines are used for the determination of intensity, which are sufficiently significant.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass zur Steuerung eines ersten Schichtparameters a von mindestens drei Prozessmaterialen Spektrallinien aus dem optischen Emissionsspektrum ermittelt werden,
dass aus einem ersten Prozessmaterial mindestens vier Intensitäten I1, ... I4 ermittelt werden und aus jeweils zwei der vier Intensitäten mindestens drei Relativintensitäten R1, R2, R3 durch eine erste mathematische Verknüpfung f1(Ii, Ij), i≠j gebildet werden,
dass aus einem zweiten Prozessmaterial mindestens eine Intensität I5 ermittelt und aus einem dritten Prozessmaterial mindestens eine Intensität I6 ermittelt wird und eine Relativintensität R4 durch die erste mathematische Verknüpfung f1(Ii, Ij), i≠j gebildet wird,
dass aus den Relativintensitäten R1, R2, R3 und R4 mit einer zweiten mathematischen Verknüpfung f2(Ri) eine erste Intensitätsverknüpfung IV_1 als erstes prozess-signifikantes Datum zur Steuerung des ersten Schichtparameters a berechnet wird,
dass zur Steuerung eines zweiten Schichtparameters b von mindestens zwei Prozessmaterialen Spektrallinien aus dem optischen Emissionsspektrum ermittelt werden,
dass aus dem ersten Prozessmaterial mindestens sechs Intensitäten I7, ... I12 ermittelt werden und aus jeweils zwei der sechs Intensitäten mindestens drei Relativintensitäten R5, R6, R7 durch die erste mathematische Verknüpfung f1(Ii, Ij), i≠j gebildet werden,
dass aus einem vierten Prozessmaterial mindestens eine Intensität I13 ermittelt und aus dem ersten Prozessmaterial mindestens eine weitere Intensität I14 ermittelt wird und eine Relativintensität R8 durch die erste mathematische Verknüpfung f1(Ii, Ij), i≠j gebildet wird,
dass aus den Relativintensitäten R5, R6, R7 und R8 mit einer zweiten mathematischen Verknüpfung f2(Ri) eine zweite Intensitätsverknüpfung IV_2 als zweites prozesssignifikantes Datum zur Steuerung des zweiten Schichtparameters b berechnet wird. In a preferred embodiment of the method is provided
in that spectral lines from the optical emission spectrum are determined for controlling a first layer parameter a of at least three process materials,
that at least four intensities I 1 ,... I 4 are determined from a first process material and from at least three of the four intensities R 1 , R 2 , R 3 by a first mathematical link f 1 (I i , I j ) , i ≠ j are formed,
that at least one intensity I 5 is determined from a second process material and at least one intensity I 6 is determined from a third process material and a relative intensity R 4 is formed by the first mathematical link f 1 (I i , I j ), i ≠ j ,
that from the relative intensities R 1 , R 2 , R 3 and R 4 with a second mathematical linkage f 2 (R i ) a first intensity linkage IV_1 is calculated as the first process-significant datum for controlling the first slice parameter a,
that spectral lines from the optical emission spectrum are determined for controlling a second layer parameter b of at least two process materials,
at least six intensities I 7 ,... I 12 are determined from the first process material, and at least three relative intensities R 5 , R 6 , R 7 are determined by the first mathematical link f 1 (I i , I j ) from two of the six intensities. , i ≠ j are formed,
that at least one intensity I 13 is determined from a fourth process material and at least one further intensity I 14 is determined from the first process material and a relative intensity R 8 is formed by the first mathematical link f 1 (I i , I j ), i ≠ j ,
a second intensity connection IV_2 is calculated from the relative intensities R 5 , R 6 , R 7 and R 8 with a second mathematical linkage f 2 (R i ) as a second process-significant datum for controlling the second slice parameter b.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass es sich bei der ersten mathematischen Verknüpfung um einen Quotienten, der aus zwei Intensitäten gebildet wird, handelt. In a preferred embodiment of the method, it is provided that the first mathematical combination is a quotient which is formed from two intensities.
Weiterhin ist es möglich, dass es sich bei der zweiten mathematischen Verknüpfung um ein Produkt von mindestens zwei derartigen Quotienten, welche Relativintensitäten darstellen, handelt. Furthermore, it is possible for the second mathematical combination to be a product of at least two such quotients, which represent relative intensities.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Intensitätsverknüpfung IV_1 als Regelgröße in dem Regelungsprozess derart eingesetzt wird, dass der Setpoint der Generatorspannung als Stellgröße der Regelung derart geführt wird, dass die Intensitätsverknüpfung IV_1 als Regelgröße der Regelung, auf einen als Führungsgröße eingestellten Sollwert IV_1S der Intensitätsverknüpfung IV_1 konstant gehalten wird. In one embodiment, it is provided that the first intensity linkage IV_1 is used as a controlled variable in the control process in such a way that the setpoint of the generator voltage is controlled as a manipulated variable of the control in such a way that the intensity linkage IV_1 is used as the controlled variable of the closed-loop control, setpoint value IV_1 S set as the reference variable the intensity link IV_1 is kept constant.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Intensitätsverknüpfung IV_2 als Regelgröße in dem Regelungsprozess derart eingesetzt wird, dass der Druck des Prozessgases, insbesondere der Druck des Arbeitsgases, über eine Stellung an einem Mass Flow Controller und/oder die Leistung für eine Steuereinrichtung zur Regelung des Sauerstoffflusses als Stellgröße der Regelung derart geführt wird, dass die Intensitätsverknüpfung IV_2 als Regelgröße der Regelung, auf einen als Führungsgröße eingestellten Sollwert IV_2S der Intensitätsverknüpfung IV_2 konstant gehalten wird. In one embodiment, it is provided that the intensity linkage IV_2 is used as a control variable in the control process such that the pressure of the process gas, in particular the pressure of the working gas, via a position on a mass flow controller and / or the power for a control device for controlling the Oxygen flow is performed as a control variable of the control such that the intensity linkage IV_2 is kept constant as a control variable of the control, set to a setpoint as the reference value IV_2 S of the intensity link IV_2.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert IV_1S für einen Wert ai eines ersten zu erreichenden Schichtparameters as aus einer Funktion IV_1 = f(a) festgelegt wird. In one embodiment, it is provided that the desired value IV_1 S for a value a i of a first slice parameter a s to be achieved is determined from a function IV_1 = f (a).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert IV_1S für einen Wert ai eines zu erreichenden Schichtparameters as aus einer Funktion IVS = f(as) ermittelt wird und dass die Funktion IVS = f(as) während eines Kalibrierbeschichtungsprozesses erfasst wird, indem Werte ai des Schichtparameters gemessen werden, bei Nichtübereinstimmung eines aktuellen Wertes an der Werte ai die Generatorspannung so lange verändert wird, bis ein späterer Wert an+x dem Wert des beabsichtigten Schichtparameters as entspricht und die dabei zu ermittelnde Intensitätsverknüpfung IV_1 als Sollwert IV_1S eingesetzt und als Führungsgröße eingestellt wird. In one embodiment, it is provided that the target value to be reached IV_1 S for a value a i of a layer parameter a s from a function IV S = f (a s) is determined and that the function IV S = f (a s) during a Kalibrierbeschichtungsprozesses is detected by values a i of the layer parameter are measured, if a current value a n of the values a i is not matched, the generator voltage is changed until a later value a n + x corresponds to the value of the intended layer parameter a s and thereby determining intensity link IV_1 used as setpoint IV_1 S and set as a reference variable.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert IV_1S für einen Wert ai eines zu erreichenden Schichtparameters a ermittelt wird, indem während eines Beschichtungsprozesses Werte ai der Schichteigenschaften a gemessen werden, bei Nichtübereinstimmung eines aktuellen Wertes an der Werte ai die Targetspannung und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Magnetsystem und Target so lange verändert wird, bis ein späterer Wert an+x dem Wert der beabsichtigten Schichteigenschaft a entspricht und die dabei zu ermittelnde Intensitätsverknüpfung IV als Sollwert IVS eingesetzt und als Führungsgröße eingestellt wird. In one embodiment, it is provided that the target value IV_1 S for a value a i a to-reach layer parameter a is determined by measuring during a coating process values a i of the layer properties a, in case of non-conformity of a current value a of the values n a i is the target voltage and / or the speed of the relative movement between the magnet system and the target is changed until a later value a n + x corresponds to the value of the intended layer property a and the intensity linkage IV to be determined is used as the desired value IV S and set as the reference variable.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert IV_2S für einen Wert bi des zweiten zu erreichenden Prozessparameters bs aus einer Funktion IV_2 = f(b) festgelegt wird. In one embodiment, it is provided that the desired value IV_2 S for a value b i of the second process parameter b s to be achieved is determined from a function IV_2 = f (b).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sollwert IV_2S für einen Wert bi eines zu erreichenden Schichtparameters b aus einer Funktion IVS = f(bs) ermittelt wird und dass die Funktion IVS = f(bs) während eines Kalibrierbeschichtungsprozesses erfasst wird, indem Werte bi des Schichtparameters gemessen werden, bei Nichtübereinstimmung eines aktuellen Wertes bn der Werte bi der Druck am Mass Flow Controller und/oder die Leistung für die Steuereinrichtung zur Regelung des Sauerstoffflusses so lange verändert wird, bis ein späterer Wert bn+x dem Wert des beabsichtigten Schichtparameters b entspricht und die dabei zu ermittelnde Intensitätsverknüpfung IV_2 als Sollwert IV_2S eingesetzt und als Führungsgröße eingestellt wird. In one embodiment, it is provided that the desired value IV_2 S for a value b i of a slice parameter b to be achieved is determined from a function IV S = f (b s ) and that the function IV detects S = f (b s ) during a calibration coating process is measured by measuring values b i of the layer parameter, if a current value b n of the values b i does not match the pressure on the mass flow controller and / or the power for the control device for regulating the oxygen flow is changed until a later value b n + x corresponds to the value of the intended layer parameter b and the intensity linkage IV_2 to be determined is used as the desired value IV_2 S and set as the reference variable.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung des ersten Schichtparameters a und die Steuerung des zweiten Schichtparameters b gleichzeitig unabhängig voneinander ohne Nachsteuern des jeweils anderen Parameters erfolgt. In one embodiment, it is provided that the control of the first slice parameter a and the control of the second slice parameter b occur simultaneously independently of each other without subsequent control of the respective other parameter.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung der Generatorspannung mittels eines Proportional-Integral-Differential-Reglers erfolgt. In one embodiment, it is provided that the control of the generator voltage by means of a proportional-integral-differential controller takes place.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung des Druckes des Arbeitsgases am Mass Flow Controller und/oder der Leistung an der Steuereinrichtung zur Regelung des Sauerstoffflusses mittels eines Proportional-Integral-Reglers erfolgt. In one embodiment, it is provided that the control of the pressure of the working gas at the mass flow controller and / or the power at the control device for controlling the oxygen flow by means of a proportional-integral controller takes place.
Es ist Bestreben, möglichst signifikante Spektrallinien zu verwenden, um die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erhöhen. Hierzu wurden oben die Spektrallinien verschiedener Materialien angegeben. Weiterhin kann die Signifikanz dadurch erhöht werden, dass mindestens eine der Spektrallinien als Emissionslinie, die nicht dem neutralen Materialzustand sondern dem angeregten Materialzustand, beispielsweise eine ionisierte Linie, zuzuordnen ist, ausgewählt wird. It is an effort to use spectral lines that are as significant as possible in order to increase the accuracy of the method according to the invention. For this purpose, the spectral lines of different materials were given above. Furthermore, the significance can be increased by virtue of the fact that at least one of the spectral lines as the emission line, which is not the neutral material state, but the excited state Material State, for example, an ionized line, assign is selected.
Die Erfindung kann nun insbesondere auf eine Langzeitstabilisierung der Schichtqualität bei Abscheideprozessen und hierbei insbesondere auf die Entwicklung eines langzeitstabilen reaktiven Prozesses zur Abscheidung von ZnO:Al als TCO gerichtet sein, wobei in einer Ausführungsform ein reaktives Gas mit Argon als erstes Prozessmaterial und Sauerstoff als zweites Prozessmaterial, vorgesehen ist. The invention can now be directed in particular to a long-term stabilization of the layer quality in deposition processes and in particular to the development of a long-term stable reactive process for the deposition of ZnO: Al as TCO, wherein in one embodiment a reactive gas with argon as the first process material and oxygen as the second process material , is provided.
Es ist mithin in einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass es sich bei dem dritten Prozessmaterial um Zn+ und bei dem vierten Prozessmaterial um Aluminium handelt. Thus, in one embodiment of the method, it is provided that the third process material is Zn + and the fourth process material is aluminum.
Dabei wird ein Substrat mittels eines aus dem mit dem Magnetron verbundenen Target herausgelösten Materials unter Anlegen einer von einer geregelten Spannungsquelle bereitgestellten Targetspannung zwischen dem Target und einer Gegenelektrode, und unter Einleitung eines Prozessgases in die Vakuumkammer in einem Prozessraum beschichtet, wobei die Leistung über einen Sauerstofffluss geregelt wird. In this case, a substrate is coated by means of a material released from the target connected to the magnetron by applying a target voltage provided by a regulated voltage source between the target and a counterelectrode, and introducing a process gas into the vacuum chamber in a process space, the power via an oxygen flow is regulated.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass als erster Schichtparameter a der spezifische Widerstand der Schicht und als zweiter Schichtparameter die dynamische Abscheiderate gesteuert, vorzugsweise optimal gesteuert wird. In one embodiment, it is provided that the resistivity of the layer is controlled as the first layer parameter a, and the dynamic deposition rate is controlled, preferably optimally controlled, as the second layer parameter.
Ausgangpunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass eine eindeutige Zuordnung von Schichteigenschaften, Spannungswert der Targetspannung, Geschwindigkeit der relativen Targetbewegung und der Intensität von Spektrallinien festzustellen ist. Dabei ist weiterhin festzustellen, dass durch die Bildung einer Intensitätsverknüpfung zweier Intensitäten störende Einflüsse auf diese eindeutige Zuordnung ausgeschaltet werden können. Starting point of the method according to the invention is that a clear assignment of layer properties, voltage of the target voltage, speed of the relative target movement and the intensity of spectral lines is observed. It should also be noted that disturbing influences on this unambiguous assignment can be eliminated by the formation of an intensity combination of two intensities.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt The invention will be described in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawings shows
In diesem Ausführungsbeispiel, das sich auf einen Reaktivprozess zur Abscheidung von ZnO:Al bezieht, wird – stellvertretend für alle anderen möglichen Kombinationen von Schichteigenschaften a und b der Flächenwiderstand ρ, der einen bestimmten Wert aufweisen soll und insbesondere über die Substratlänge konstant und homogen verlaufen soll, sowie die dynamische Abscheiderate ddr betrachtet. Hierbei werden gleichzeitig zwei unabhängige Regelkreise, einen zur Regelung des Flächenwiderstandes und einen zur Regelung der dynamischen Abscheiderate eingesetzt. In this exemplary embodiment, which relates to a reactive process for the deposition of ZnO: Al, the sheet resistance ρ, which is to have a specific value and is intended to be constant and homogeneous over the substrate length, becomes representative of all other possible combinations of layer properties a and b , as well as the dynamic rate of precipitation ddr considered. Two independent control loops are used at the same time, one for regulating sheet resistance and one for controlling the dynamic deposition rate.
Wie in
Aus einem vorherigen Kalibrierbeschichtungsprozess liegen nun die Wertepaare {IV_1i, ρi} für einen Wert ai einer i-ten Messung einer Schichteigenschaft a, beispielsweise mit ρi als dabei ermittelter Flächenwiderstand vor. From a previous calibration coating process, the value pairs {IV_1 i , ρ i } for a value a i of an i-th measurement of a layer property a, for example with ρ i as the sheet resistance determined here, are now present.
Soll nun ein bestimmter Flächenwiderstand ρ eingestellt werden, so wird aus dem entsprechenden Wertepaar der entsprechende IV_1-Wert entnommen und als Sollwert IV_1S eingesetzt. Aus dem Istwert IV_1 und dem Sollwert IV_1S wird sodann die Regelabweichung ∆IV_1 berechnet und einem Regler
Wie in
Aus einem vorherigen Kalibrierbeschichtungsprozess liegen nun die Wertepaare {IV_2i, ddri} für einen Wert bi einer i-ten Messung einer Schichteigenschaft b, beispielsweise mit ddri als dabei ermittelte dynamische Abscheiderate vor. From a previous calibration coating process, the value pairs {IV_2 i , ddr i } are now present for a value b i of an ith measurement of a layer property b, for example with ddr i as the dynamic deposition rate determined thereby.
Soll nun eine bestimmte dynamische Abscheiderate ddr eingestellt werden, so wird aus dem entsprechenden Wertepaar der entsprechende IV_2-Wert entnommen und als Sollwert IV_2S eingesetzt. Aus dem Istwert IV_2 und dem Sollwert IV_2S wird sodann die Regelabweichung ∆IV_2 berechnet und einem Regler
Mit der Erfindung wird somit erreicht, dass solche mathematische Verknüpfungen, insbesondere solche Quotienten gefunden werden, die für eine jeweilige Regelung eine eindeutige Abhängigkeit von ddr und ρ zeigen. With the invention is thus achieved that such mathematical operations, in particular those quotients are found that show a definite dependence of ddr and ρ for each control.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 4 4
- Messglied measuring element
- 5 5
- Regler regulator
- 6 6
- Prozessrechner process computer
- 7 7
- Generator generator
- 8 8th
- Vakuumkammer vacuum chamber
- 9 9
- Reaktiver Gascontroller Reactive gas controller
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009053903 B2 [0009] DE 102009053903 B2 [0009]
- DE 10341513 B4 [0013] DE 10341513 B4 [0013]
- EP 1553206 A1 [0015] EP 1553206 A1 [0015]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011082775.7A DE102011082775B4 (en) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Method for the simultaneous optimization of different layer properties |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011082775.7A DE102011082775B4 (en) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Method for the simultaneous optimization of different layer properties |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011082775A1 true DE102011082775A1 (en) | 2013-03-21 |
DE102011082775B4 DE102011082775B4 (en) | 2016-09-01 |
Family
ID=47751011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011082775.7A Expired - Fee Related DE102011082775B4 (en) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Method for the simultaneous optimization of different layer properties |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011082775B4 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1553206A1 (en) | 2002-05-29 | 2005-07-13 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Reactive sputtering method and device |
DE102006049608A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for adjusting a working point during reactive sputtering within a defined sputtering region comprises a measuring unit, an evaluating unit for calculating the intensity ratios and a control circuit for controlling reactive gas flow |
DE10341513B4 (en) | 2002-09-06 | 2010-10-07 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Process for controlling the reactive gas flow in reactive plasma-assisted vacuum coating processes |
DE102009042103A1 (en) * | 2009-09-21 | 2011-03-24 | Innovent E.V. | Method for treating a surface, comprises producing a plasma beam from a process gas or flame beam from burning gas, by which the surface is coated with plastic, glass, metal, ceramics, glass ceramics, wood or textile |
-
2011
- 2011-09-15 DE DE102011082775.7A patent/DE102011082775B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1553206A1 (en) | 2002-05-29 | 2005-07-13 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Reactive sputtering method and device |
DE10341513B4 (en) | 2002-09-06 | 2010-10-07 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Process for controlling the reactive gas flow in reactive plasma-assisted vacuum coating processes |
DE102006049608A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for adjusting a working point during reactive sputtering within a defined sputtering region comprises a measuring unit, an evaluating unit for calculating the intensity ratios and a control circuit for controlling reactive gas flow |
DE102009042103A1 (en) * | 2009-09-21 | 2011-03-24 | Innovent E.V. | Method for treating a surface, comprises producing a plasma beam from a process gas or flame beam from burning gas, by which the surface is coated with plastic, glass, metal, ceramics, glass ceramics, wood or textile |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102011082775B4 (en) | 2016-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19752322B4 (en) | Method and device for the highly automated production of thin films | |
DE19506515C1 (en) | Reactive coating process using a magnetron vaporisation source | |
EP0282835B1 (en) | Process and device for controlling the reactive coating of substrates with layers, using magnetron cathodes | |
DE10347521A1 (en) | Method for producing a multilayer layer and device for carrying out the method | |
DE68909618T2 (en) | Process for producing a transparent conductive film coated with a thin layer of metal oxide. | |
DE3325614A1 (en) | METHOD FOR PERCEPING THE VAPORIZED DURING DURING A CERTAIN TIME INTERVAL AND MATERIAL AMOUNT TO BE SUBSTRATED ON A SUBSTRATE | |
EP1591557A1 (en) | Coating method for In-line apparatus. | |
DE102011017583B4 (en) | Method for determining process-significant data of a vacuum deposition process and its further processing in measurement or control processes | |
DE102009053756B4 (en) | Process for coating a substrate in a vacuum chamber with at least one rotating magnetron | |
DE102011008047B4 (en) | Method for controlling a deposition process | |
EP1592821B1 (en) | Method for producing a multilayer coating and device for carrying out said method | |
DE10341513B4 (en) | Process for controlling the reactive gas flow in reactive plasma-assisted vacuum coating processes | |
DE102011082775B4 (en) | Method for the simultaneous optimization of different layer properties | |
DE102014100179B4 (en) | Process for the reactive deposition of layers | |
DE102011076267B3 (en) | Conducting gas in magnetron-vacuum coating system, comprises passing substrate to magnetron, introducing reactive gas on both sides along longitudinal extent in axial direction of target and controllably adjusting reactive gas flow | |
DE102014103746A1 (en) | Sputtering arrangement and method for controlled reactive sputtering | |
DE102006049608A1 (en) | Device for adjusting a working point during reactive sputtering within a defined sputtering region comprises a measuring unit, an evaluating unit for calculating the intensity ratios and a control circuit for controlling reactive gas flow | |
DE19605315C1 (en) | Method and appts. for controlling a vacuum coating process | |
DE102005015587B4 (en) | Method and arrangement for stabilizing an operating point of reactive plasma-assisted vacuum coating processes | |
DE102005033515A1 (en) | Use of plasma-activated electron beam vaporization with diffuse cathodic vacuum arc for coating substrates, controls operational parameters affecting layer thickness and its distribution | |
DE68920741T2 (en) | Process for producing a conductive, transparent film. | |
EP0580837B1 (en) | Process for producing thin films by means of reactive cathode sputtering and device for implementing it | |
DE102014103732A1 (en) | Sputtering arrangement and method for controlled reactive sputtering | |
EP2797103A1 (en) | Method and device for coating a substrate with a defined distribution of coating thickness | |
DE102014111479A1 (en) | Method and arrangement for reactive magnetron sputtering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: VON ARDENNE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: VON ARDENNE ANLAGENTECHNIK GMBH, 01324 DRESDEN, DE Effective date: 20140918 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE Effective date: 20140918 Representative=s name: LIPPERT STACHOW PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE , DE Effective date: 20140918 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |