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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur richtigen Bestückung von wechselbaren Teilen einer Prozessanlage mit Steuerungssystem zur automatisierten Durchführung von Prozessen, wobei jeder Prozess gemäß einem entsprechenden Prozessrezept, das im Steuerungssystem vor der Durchführung des Prozesses vorhanden ist, durchgeführt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Methode zur Durchführung einer richtigen Bestückung von Targets und/oder Beschichtungsquellen in eine Beschichtungsanlage, derart, dass eine Verwechslung des richtigen Targets oder der richtigen Beschichtungsquelle bei der Bestückung vermieden, vorzugsweise verhindert wird.
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Stand der Technik
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Die Beschichtung von Oberflächen von diversen Komponenten und Werkzeugen ist heutzutage eine übliche Praxis. Dadurch wird es erzielt verbesserte oder angepasste Oberflächeneigenschaften für bestimmte Anwendungen zu erzeugen.
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Sehr gut etablierte Technologien für diese Aufgabe sind schon seit vielen Jahren sowohl die physikalische als auch die chemische Gasphasenabscheidung (in Englisch: physical vapor deposition (PVD) und chemical vapor deposition (CVD)). Diese beiden Technologien ermöglichen die Abscheidung von sehr dünnen Schichten (mit Schichtdicken im Nanometer- oder im Mikrometerbereich) mit exzellenter Abnutzungsbeständigkeit und einer großen Vielfältigkeit von weiteren Eigenschaften.
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PVD-Beschichtungsprozesse werden unter Vakuumbedingungen (e. g. in einer Vakuumkammer, die als Beschichtungskammer verwendet wird) durchgeführt, wobei als Materialquelle für die Erzeugung der Schicht zumindest ein festes Material verwendet wird, das aus der Festphase in die Gasphase gebracht wird (beispielweise bei Funkenverdampfung (auch ARC genannt) oder Kathodenzerstäubung (auch SPUTTERING genannt) oder Ionenstrahlen, etc.). Bei reaktiven PVD-Beschichtungsprozessen, ist das so, dass zumindest ein Teil des Materials, das in die Gasphase gebracht wird mit zumindest einem Teil eines Reaktivgases, das schon in gasförmigem Zustand in die Beschichtungskammer eingelassen wird, derart reagiert, dass das Reaktionsprodukt als Schicht auf der Substratoberfläche wächst.
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Aufgrund der sehr große Anpassungsfähigkeit der Beschichtungsanlagen zur Durchführung unterschiedlicher PVD-Beschichtungsprozesse zur Abscheidung von verschiedenen Schichtsystemen mit beispielsweise unterschiedlichen Architekturen, und/oder Strukturen und/oder Materialzusammensetzungen, etc., werden oft die Materialquellen in einer Beschichtungsanlage je nach Beschichtungsrezept immer anders angeordnet.
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In einer industriellen Beschichtungsanlage, die in der Produktion von beschichteten Teilen täglich verwendet wird, kommt es auch manchmal vor, dass nicht nur die Materialquelle bzw. die Targets (Material in der Festphase) sondern auch die Beschichtungsquellen (beispielweise die Funkenverdampfungsquellen und/oder die Kathodenzerstäubungsquellen) oder Teile der Beschichtungsquellen aus der Anlage abgebaut und in die Anlage neu montiert werden müssen, um die Abscheidung verschiedene Schichtsysteme ermöglichen zu können.
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Allerdings, stellt das Wechseln der diversen Beschichtungsquellen (oder Teile der Beschichtungsquellen) und Targets ein großes Risiko dar, weil die richtigen Positionen der Beschichtungsquellen und oder der verschiedenen Targets sowie beispielsweise die Art der Beschichtungsquellen und/oder die Zusammensetzung der verschiedenen Targets dabei schnell verwechselt werden könnte, insbesondere, wenn der Operator (oder auch in der Kontext der vorliegenden Erfindung Anlagenbediener genannt) müde wird.
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Die Vorgaben der Beschichtungsrezepte können von Charge zu Charge sehr unterschiedlich sein. In der Regel referenziert der Anlagenbediener bei Bedarf über entsprechende Dokumentation oder Anlagenvisualisierung.
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Allerdings wird die richtige Bestückung der Beschichtungsquellen mit den passenden Targets nicht vom Steuerungssystem automatisch vor der Durchführung eines Beschichtungsprozesses im Produktionsumfeld überprüft. Das bedeutet, dass der Beschichtungsprozess auch gefahren wird, wenn der Anlagenbediener eine falsche Bestückung gemacht hat.
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Grundsätzlich ist die Durchführung von Beschichtungsprozessen im Produktionsumfeld ohne automatische und/oder systematische Überprüfung der richtigen Bestückung der Beschichtungsquellen eine gängige Praxis und bildet den Stand der Technik bei der Bedienung von PVD-Beschichtungsanlagen im Produktionsumfeld heutzutage.
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In der Regel sind die Beschichtungsanlagen, die im Produktionsumfeld verwendet werden, mit unterschiedlich großer Anzahl an Beschichtungsquellen ausgestattet. Jede Beschichtungsquelle kann mit unterschiedlichen Targets (je Target mit unterschiedlichen Verdampfungsmaterialien) bestückt werden. Ferner können die verschiedenen Beschichtungsquellen und/oder Targets wiederum in unterschiedlicher Anordnungskombination je nach Rezeptvorgabe zur Abscheidung eines bestimmten Schichtsystems.
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Je mehr Möglichkeiten eine Beschichtungsanlage anbietet (Anzahl der Beschichtungsquellen, Art der Beschichtungsquellen, wechselbare Teile einer Beschichtungsquelle, Position der Beschichtungsquellen, Zusammensetzung der Targets, Abnutzungsgrad des Targets, etc.) desto grösser die Wahrscheinlichkeit einer Verwechslung ist.
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Das Bestücken der richtigen Targets und der richtigen Beschichtungsquellen und außerdem in den richtigen Positionen in der Anlage hängt heutzutage sehr stark von der individuellen Sorgfaltspflicht des jeweiligen Anlagenbedieners ab.
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Verschiedene Angaben über den Typ des Targets sind normalerweise in Form einer Beschriftung (e. g. eine Gravur) auf der Rückseite des Targets zu finden. Daher kann eine Verwechslung eines oder mehrerer Targets oder eine mögliche falsche Bestückung einer oder mehrerer Beschichtungsquellen (e. g. einer oder mehrerer Kathodenzerstäubungs- und/oder einer oder mehrere Funkenverdampfungsquellen (auch Sputter- und/oder Arc-Quellen genannt) mit einem falschen Target unter Umstanden unbemerkt bleiben und zu einer fehlerhaften Beschichtung der chargierten Substraten fuhren.
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So ein Fehler kann aber insbesondere zur Entstehung von hohen Folgekosten führen, wenn dies bei der Durchführung von Beschichtungsprozessen in vollchargierten Produktionsbeschichtungsanlagen, die eine hohe Anzahl von zu beschichtenden Teilen beinhalten, passiert.
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Außerdem gibt es auch den Trend hin zu mehr Flexibilität durch kleinere Chargengroßen und kürzeren Prozesszeiten. In diesem Fall kommt es zu häufigeren Wechsel des Rezepts und somit des Targetmaterials und/oder der Art der Beschichtungsquelle. Dies erhöht die Fehlermöglichkeit signifikant.
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Eine typische PVD-Produktionsbeschichtungsanlage ist je nach Große heutzutage mit einer beliebigen Anzahl von Beschichtungsquellen (6/8/12/16...) konfiguriert. Der Operateur oder Anlagenbediener bestückt vor jeder neuen Charge jede Beschichtungsquelle mit dem erforderlichen Target gemäß dem Beschichtungsrezept zur Abscheidung des erforderlichen Schichtsystems. Diese Tätigkeit ist eine zentrale Aufgabe zur Vorbereitung der Charge.
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Mit der Einführung neuer PVD-Technologien wächst einerseits die Anzahl von Beschichtungsrezepten und anderseits auch die Anzahl von neuen Targetmaterialien und/oder Legierungszusammensetzungen, die als festes Material zur Durchführung der PVD-Beschichtungsprozessen dienen sollen. Dies führt wiederum zu einer hohen Anzahl von Konfigurationsvarianten und Fehlermöglichkeiten.
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Technologien zur automatischen Erkennung der Art von Beschichtungsquellen mit handelsüblicher Sensorik wie z. B. RFID (Radio Frequency Identification) sind zur Verhinderung von oben genannten Fehlbedienungen limitiert. Einerseits muss man berücksichtigen, dass Sender/Empfänger-Teile können in einer PVD-Beschichtungsanlage hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt werden. Elektromagnetische und statische Störfelder können andererseits auch noch die oben genannten Technologien limitieren. Zusätzlich muss die Ausführung der Sensorik in diesem Zusammenhang nebenbei auch die Voraussetzungen für eine vakuumtaugliche Schnittstelle erfüllen. Neben all den oben genannten technischen Risiken ist eine Nachrüstung von derzeitigen PVD-Beschichtungsanlagen mit diesen Technologien immer mit einem erheblichen Eingriff in die bestehende Systemarchitektur der Beschichtungsquellen verbunden. Zusätzlich ist auch die ökonomische Bilanz bei dem Einsatz dieser Technologien, aufgrund der damit verbundenen hohen Investitionskosten, ernüchternd.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Methode bereitzustellen, die es ermöglicht die aktuellen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Methode zur Durchführung von Beschichtungsprozessen mit aktuellen Beschichtungsanlagen im Produktionsumfeld bereitzustellen, die es ermöglicht die Durchführung von Beschichtungsprozessen mit falscher Bestückung (e. g. eine Bestückung der Anlage mit den falschen Beschichtungsquellen und/oder mit den falschen Targets oder mit den richtigen Beschichtungsquellen und/oder Targets aber in der falschen Position) zu vermeiden.
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Beschreibung der vorliegenden Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode gemäß Anspruch 1 zur Durchführung von Prozessen in einer Prozessanlage mit zumindest einem Steuerungssystem zur automatisierten Durchführung der Prozesse, wobei jeder Prozess gemäß einem im Steuerungssystem vor der Durchführung des entsprechenden Prozesses vorhandenen Prozessrezept durchgeführt wird, und wobei das Steuerungssystem vor der Durchführung des Prozesses die Übereinstimmung der Bestückung der wechselbaren Teile mit der im entsprechenden Prozessrezept angegebenen Bestückung überprüft wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die wechselbaren Anlagenteile, die je nach Prozessrezept vor Durchführung des Prozesses gewechselt bzw. neubestückt werden müssen, derart gekennzeichnet, dass die resultierende Kennzeichnung elektronisch lesbar ist, so dass die Teile durch ein elektronisches Gerät identifiziert werden können und die digitalen Informationen vom elektronischen Gerät zum Steuerungssystem gesendet werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Steuerungssystem die aus dem elektronischen Gerät empfangene digitale Information derart prozessieren, dass die digitalen Informationen mit dem im Prozessrezept angebenden Daten hinsichtlich Bestückung verglichen werden können. Wenn keine Übereinstimmung gefunden wird, informiert das Steuerungssystem den Anlagenbediener. Vorzugsweise verhindert das Steuerungssystem das Starten des Prozesses so lange keine 100-prozentige Übereinstimmung zwischen den empfangenen digitalen Informationen und der im Prozessrezept entsprechend angegebenen Bestückung gibt.
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Die Prozessanlage kann beispielweise eine Anlage sein, in der Prozesse unter Vakuumbedingungen durchgeführt werden können. Insbesondere kann die Prozessanlage im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Beschichtungsanlage zur Durchführung von PVD-Prozessen sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vor dem Prozessstart durchzuführende Bestückung der Teile in die Prozessanlage (am Beispiel von einer PVD-Beschichtungsanlage dann beispielweise die Bestückung von Beschichtungsquellen und/oder Targets mit verschiedenen Materialzusammensetzungen) automatisch durch das Steuerungssystem überwacht bzw. überprüft. Das Steuerungssystem erkennt eine falsche Bestückung und teilt diese dem Anlagenbediener automatisch, vorzugsweise sofort während der Bestückung, mit, bevor der Prozess startet oder gestartet wird.
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Damit kann eine sehr hohe Prozesssicherheit trotz der fortlaufenden Verwendung unterschiedlicher Prozessrezepte zur Durchführung unterschiedlicher Prozesse mit unterschiedlicher Bestückung der wechselbaren Anlagenteile gewährleistet werden.
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Ausführungsbeispiel einer Bestückung von wechselbaren Teilen einer PVD-Beschichtungsanlage mit Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
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Problemstellung
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Nach jedem PVD-Prozess werden die Targets von den Sputter- und/oder Arc-Quellen entfernt (beispielweise, um die Anlagenteilen einem Reinigungsprozess zu unterziehen) und vor dem nächsten Prozess neubestückt. Der Anlagenbediener muss darauf achten, dass die richtigen Targets und Beschichtungsquellen in den richtigen Quellenpositionen wieder eingesetzt worden sind, so dass eine spätere Kontrolle zur Nachprüfung der Richtigkeit seiner Tätigkeit nicht mehr notwendig ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zuerst müssen alle wechselbaren Teile, die für die richtige Durchführung des Beschichtungsprozessen notwendig sind (e. g. Targets, Beschichtungsquellen, usw.) sowie zumindest einige von den weiteren Beschichtungsquellenkomponenten, die nicht nach jedem Prozess demontiert und wiedermontiert werden müssen, entsprechend mit einem Barcode beschriftet werden.
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Ein elektronisches Gerät, beispielweise ein Barcodelesegerät, vorzugsweise ein Handscanner, wird als elektronischer Leser verwendet, um grundsätzlich:
- – jeden Barcode zu lesen, und
- – die gelesenen digitalen Informationen in die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanlage entsprechend zu übertragen.
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Dafür werden sowohl die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanlage als auch den Barcodescanner entsprechend eingerichtet.
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Die Targets werden vor der Bestückung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer elektronisch lesbaren Beschriftung gekennzeichnet, die zumindest Informationen über die Materialzusammensetzung des Targets beinhalten.
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Gemäß einer Ausführungsform einer Methode gemäß der der vorliegenden Erfindung werden alle eingesetzten Targets mit einem Barcode (beispielweise «TBx» = Target Barcode x) beschriftet.
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Alle «TBx» werden mittels Barcode Scanner erfasst und in das Steuerungssystem der Prozessanlage eingelesen.
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Der eingelesene «TBx» wird identifiziert und die Software des Steuerungssystems der Prozessanlage referenziert die Information des Targets (beispielweise Materialzusammensetzung, Hersteller usw.) zu den Vorgaben des gewählten Prozessrezeptes jedes Mal neu zum Beginn des nächsten Prozesses.
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Ebenso werden alle eingesetzten Sputter- und/oder Arc-Quellen mit einem Barcode (beispielsweise «SBx» = Source Barcode x) beschriftet.
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Alle Barcodes «SBx» werden mittels dem gleichen Barcode Scanner nach dem Einbau der Komponente in die Beschichtungsanlage erstmalig erfasst und die Software des Steuerungssystems der Prozessanlage referenziert die Information zur Quellenposition. Diese hinterlegten Informationen zur Quellenposition werden zu den Vorgaben des gewählten Rezeptes jedes Mal neu zu Beginn des nächsten Prozesses referenziert
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Ebenfalls werden weitere (zumindest einige) Komponente der Sputter- und/oder Arc-Quellen, die eigentlich nicht nach jedem Prozess demontiert und wiedermontiert werden müssen, entsprechend mit einem Barcode beschriftet und vorzugsweise bei der Erstmontage oder bei einer nachträglichen Reparatur (wenn die Reparatur eine Anlagenteileaustausch umfasst) in das Steuerungssystem der Prozessanlage erfasst, damit diese Komponente der Quellenpositionen derart zugeordnet werden können, dass die Quellenpositionen für das Steuerungssystem der Prozessanlage fortan immer bekannt bzw. identifiziert sind.
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Vorgehensweise – Beispiel
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Folgendes wird ein Beispiel, bei dem unterschiedliche Targets und Beschichtungsquellen in eine Beschichtungsanlage nach den im Prozessrezept richtigen Quellenpositionen bestückt werden müssen. Nach dieser bevorzugten Ausführungsform einer Methode gemäß der vorliegenden Erfindung, wird durch das Steuerungssystem eine spezifische Reihenfolge für die Durchführung der Bestückung der Teile durch den Anlagenbediener erfordert:
- a. Die Beschichtungsanlage wird mit Luft geflutet, die Tür der Beschichtungskammer wird geöffnet, in der Beschichtungsanlage vorhandene Targets und Beschichtungsquellen werden demontiert, so dass die Beschichtungsquellenannahmen für die Neubestückung mit den entsprechenden Sputter- und/oder Arc-Quellen und Targets für den neuen Beschichtungsprozess zugänglich gemacht werden.
- b. Das Beschichtungsrezept für die nächste Beschichtungscharge wird ausgewählt.
- c. Der Anlagenbediener wird durch die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanalage aufgefordert die erste Beschichtungsquelle (eventuell auch verschiedene Komponenten der Beschichtungsquelle) zu scannen, die in der ersten Quellenposition montiert werden muss, SBx wird erfasst und visuell und/oder akustisch durch das Steuerungssystem als richtig erkannt und folglich akzeptiert oder als falsch erkannt und folglich zurückgewiesen.
- d. Der Anlagenbediener wird durch die Software des Steuerungssystems aufgefordert das erste Target zu scannen, die in der ersten Quellenposition montiert werden muss, TBx wird erfasst und visuell und/oder akustisch durch das Steuerungssystem als richtig erkannt und folglich akzeptiert oder als falsch erkannt und folglich zurückgewiesen.
- e. Der Anlagenbediener montiert das akzeptierte Target in die akzeptierte Beschichtungsquelle und bestückt die erste Quellenposition.
- f. Der Anlagenbediener wird durch die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanalage aufgefordert die zweite Beschichtungsquelle (eventuell auch verschiedene Komponenten der Beschichtungsquelle) zu scannen, die in der zweiten Quellenposition montiert werden muss, SBx wird erfasst und visuell und/oder akustisch durch das Steuerungssystem als richtig erkannt und folglich akzeptiert oder als falsch erkannt und folglich zurückgewiesen.
- g. Der Anlagenbediener wird durch die Software des Steuerungssystems aufgefordert das zweite Target zu scannen, die in der zweiten Quellenposition montiert werden muss, TBx wird erfasst und visuell und/oder akustisch durch das Steuerungssystem als richtig erkannt und folglich akzeptiert oder als falsch erkannt und folglich zurückgewiesen.
- h. Der Anlagenbediener montiert das akzeptierte Target in die akzeptierte Beschichtungsquelle und bestückt die zweite Quellenposition.
- i. Schritte f. bis h. wiederholen sie sich für die Bestückung der weiteren Quellenpositionen (dritten, vierten usw.) bis die Bestückung aller Beschichtungsquellen nach Beschichtungsrezept vervollständig ist.
- j. Die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanalage erlaubt dem Anlagenbediener den Beschichtungsprozess zu starten.
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Eine andere Vorhehensweise der Durchführung einer Bestückung unter Verwendung einer Methode gemäss der vorliegende Erfindung erlaubt die Bestückung der Anlagenteile (beispielweise Beschichtungsquellen und Targtes) nach keiner spezifischen Reihenfolge. In diesem Fall kann der Anlagenbediener zuerst eine erste Beschichtungsquelle mit einem ersten Target in eine bestimmente Quellenposition chargieren, die nicht unbedingt die erste Position ist. Unter diesen Umständen kann es sein, dass der Anlagenbediener vergisst eine Position zu bestücken. Daher muss für solche Fällen das Steuerungssystem so programmiert werden, dass der Anlagenbediener bevor der Prozess gestartet wird, über die nicht bestückte Position informiert wird.
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Vorteile im Vergleich mit dem Stand der Technik
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- • Die Verwendung des richtigen Targetmaterials für den Einsatz in die Beschichtungsquellen wird vor der Bestückung elektronisch geprüft und ein Abgleich mit den Vorgaben des Rezepts erfolgt automatisch.
- • Die richtige Bestückung der Beschichtungsquellen wird elektronisch geprüft und ein Abgleich mit den Vorgaben des Rezepts erfolgt automatisch.
- • Informationen hinsichtlich Fehlbestückungen werden automatisch und unmittelbar vor dem Prozessstart mitgeteilt. Auch, eine aus Versehen unbestückt gebliebene Quellenposition, wie schon oben erwähnt, wird als eine Fehlbestückung erkannt und mitgeteilt, so dass Folgeschäden aufgrund einer vergessenen Bestückung verhindert werden.
- • Das Starten eines Beschichtungsprozesses mit Fehlbestückung wird durch das Steuerungssystem nicht zugelassen.
- • Da der Anlagenbediener über eine irrtümliche Fehlbedienung umgehend informiert wird, können Korrekturen schnell und unkompliziert schon bei der Bestückung der Beschichtungsquellen umgesetzt werden.
- • Die Implementierung so einer Methode gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt keine mit großen Risiken behaftete Hardwareänderung, somit kann eine Beschichtungsanlange einfach und kostengünstig nachgerüstet werden, um eine erhöhte Fehlersicherheit und Qualität in der Produktion zu erreichen, vor allem weil das Starten von Beschichtungsprozessen mit Fehlbestückung der Beschichtungsquellenanordnung vermieden wird.
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Vielfältige weitere Anwendungen einer Methode gemäß der vorliegenden Erfindung
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Aufgrund der sehr guten Wirksamkeit und der Einfachheit in der Anwendung dieser Methode sind vielfaltige andere Anwendungen im Umfeld auch denkbar wie beispielweise folgende:
- • Erfassung des Barcodes des Targets durch die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanlage zusammen mit der Beschichtungschargennummer, um gewisse Targetinformationen ermittelt vor dem Prozess der jeweiligen Chargennummer zu zuordnen, so dass beispielweise durchgängige Qualitätssicherung auf Prozessebene im Reklamationsfall geschaffen wird.
- • Überwachung der Targetbelastung (kWh) jedes Targets um eine automatische Zuordnung der Targetsalterung für den entsprechenden Barcode durch die Software des Steuerungssystems der Beschichtungsanlage durchführen lassen. Somit kann man beispielhaft eine automatische Schichtabscheideratenregelung nach Targetalterung (ohne wiegen des Targets vorab) durch das Steuerungssystem ausführen lassen.
- • Als Sicherheitsmaßnahme kann man auch durch das Steuerungssystem kontrollieren, dass nur Targets, die den kompletten Prozess durchstehen können, bestückt werden. Damit ist gemeint, dass wenn man beispielweise eine Korrelation zwischen Targetbelastung (in kWh) und Targetabnutzung für bestimmte Targets (mit einer bestimmten Targetgeometrie und aus einem bestimmten Targetmaterial) für die Verwendung des Targets in einer bestimmten Beschichtungsanlage für einen bestimmten Prozess bzw. unter Verwendung eines bestimmten Beschichtungsrezepts, kann das Steuerungssystem so programiert werden, dass das System berechnen kann, ob das Target während der Durchführung des ganzen Beschichtungsprozesses /.. innerhalb der Spezfikationen betrieben werden kann oder nicht // einsatzfähig bleiben kann oder nicht.
- • Außerdem, kann man auch eine präventive Wartung einer Beschichtungsquelle nach Berücksichtigung der für den entsprechenden Barcode registrierten Belastungskennzahlen durchführen, um einen unvorhergesehenen Anlagenstillstand zu verhindern.
- • Erfassung und Steuerung des Targetmaterialverbrauchs für Planungssicherheitszwecke beispielweise in Bezug auf die Produktion eines bestimmten beschichteten Produkts oder in Bezug auf eine bestimmte Firma.
- • Automatische Überprüfung der Richtigkeit des Chargierens weiterer Anlagenkomponenten wie zum Beispiel unterschiedliche Bauelemente eines Karussells oder eines Substrathalters zur Durchführung eines Beschichtungsprozesses, oder einfach Erfassung der chargierten Bauelementen vor der Durchführung eines Beschichtungsprozesses zur Kontrollzwecke, wobei die Bauelemente mit einem Erkennungsmerkmal (beispielweise des Typs Barcode) beschriftet werden und durch die elektronische Erkennung der Barcodekennzeichnung durch die Software der Prozessanlage zu einem bestimmten Prozess und/oder zu einer bestimmter Chargennummer und/oder Ähnliches zugeordnet werden.
- • Automatische Überwachung von weiteren verwendeten Komponenten mit Erkennungsmerkmal (z. B. Barcodekennzeichnung) in Verbindung mit der Chargennummer, um beispielweise die Lieferqualität zu evaluieren. Man kann zum Beispiel durch das Referenzieren eines Barcodes einer Komponente, die ein kritischer Leistungsträger ist (z. B. eine Kühlplatte) auf fehlhafte Chargen die Qualität der Lieferanten (evaluieren)/überwachen.
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Mögliche Anwendungen einer Methode gemäß der vorliegenden Erfindung in der industriellen Produktion von beschichteten Teilen
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Eine Methode gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Standardprozedere bei der Chargenvorbereitung in der Produktion vorgesehen werden, um die Anzahl von durchgeführten Beschichtungsprozessen mit Fehlbestückung zu reduzieren und auch, um die Produktqualität zu erhöhen.
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Eine Möglichkeit für die Beschriftung der Teilen, die durch das Steuerungssystem identifiziert werden sollen, ist beispielweise einen Barcode auf der Targetrückseite und an einer Oberfläche der Beschichtungskomponente (z. B. an einer Seite der Kühlplatte) anzubringen, wo der Barcode während der Bestückung gut sichtbar bleibt und möglichst keinem Verschleiß/Beschädigung ausgesetzt ist.
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Gängige Standards für den Barcodetyp kommen dabei zum Einsatz. Demzufolge kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Aufbringen des Barcodes nach dem heutigen Stand der Technik erfolgen (bspw. Laserbeschriftung, Tintenstrahl, Klebefolie etc.). Wichtig dabei ist, dass mögliche Modifizierungen bzw. Beschädigungen des Barcodes, welche durch äußere Einflüsse verursacht werden können, vermieden werden, damit immer aber auch keine fehlerhaften digitalen Informationen in das Steurungssystem übertragen werden, oder kein Verlust von Informationen vorkommt. Die benötigte Fläche für den Barcode sollte aus den oben erwähnten Gründen möglichst klein sein. Es konnte von Vorteil sein, dass zur Plazierung des Barcodes eine Vertiefung einer Oberfläche des mit dem Barcode zu beschriftenden Teils geschaffen wird, so dass diese Fläche nicht im Kontakt mit einer anderen Fläche kommt und dadurch jeglicher Verschleiss dieser Fläche vermieden wird. Beispielweise, in den 1b und 1c ist der Barcode auf verschiedene Vertiefungen von verschiedenen Flächen eines Targets platziert.
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Wenn Vertiefungen in dem mit dem Barcode zu beschriftenden Teil nicht schon vorliegen, muss man diese Vertiefungen derart anfertigen lassen (bspw. so klein wie möglich), dass daraus kein unerwünschter Einfluss auf das Funktionieren des beschriftenden Teils resultiert. Im Falle eines Targtes, wenn die Vertiefungen auf der Rückseite des Targets zur Plazierung des Barcodes (wie in 1c schematisch dargestellt) angefertigt werden sollen, sollte dann beispielsweise es berücksichtigt werden, dass der Wärmetransfer zwischen Target und Kühlungssystem durch die Modifizierung der Rückseitfläche des Targets nicht beeinträchtigt wird. Auch, sollte es bspw. berücksichtigt werden, dass die mechanische Stabilität des mit dem Barcode zu beschriftenden Teils durch die Anfertigung einer Vertiefung einer Fläche des Teils zur Platzierung des Barcodes nicht beeinträchtigt wird.
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Vorzugsweise kann der Barcode auch mehrmals an beliebige Stellen des gleichen wechselbaren Teils (bspw. des Targets und/oder der Beschichtungsquelle) aus Redundanzgründen angebracht werden, wie es beispielweise in der 1a, 1b und 1c schematisch gezeigt wird.
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Im Falle des Aufbringens eines Barcodes zur erfindungsgemäßen Identifizierung eines Targets, das unter Vakuumbedingungen verwendet wird, ist es von Vorteil, dass der Barcode möglichst ohne Verwendung von Bindemitteln oder ähnlichen Hilfsstoffen aufgebracht wird. Auf diese Weise wird für eine unbedenkliche Einsatztauglichkeit des Barcodes gesorgt.
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Wenn doch Bindemittel oder Ähnliches zum Aufbringen des Barcodes verwendet werden, ist es sicherzustellen, dass die Oberflächentemperatur auf der Seite des Targets (bspw. auf der Rückseite des Targets), wo der Barcode aufgebracht wird, die Temperaturspezifikation der Bindemittel, Barcode-Aufkleber, /-tinte eingehalten wird.
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Demzufolge kommt unter Berücksichtigung der oben geschilderten Problematik die Lasergravur als eine bevorzugte Methode zum Anbringen eines Barcodes gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese sind vakuumtechnisch unbedenklich, temperaturbeständig und somit für den Einsatz in PVD-Prozessen sehr gut geeignet.
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Um eine möglichst lange Gewährleistung der Lesbarkeit des Codes und eine gewisse Unempfindlichkeit gegenüber Abwischen, Verkratzen, Staub oder anderem unsachgemäßen Handling zu gewährleisten, wird der Barcode vorzugsweise in einer Vertiefung auf der Ruckseite oder Seite des Targets platziert und dadurch geschützt (siehe 1b und 1c). Diese Vertiefungen können auch an einer anderen Stelle oder an mehreren beliebigen Stellen angebracht werden.
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Das elektronische Lesen des Barcodes soll über die gesamte Lebensdauer eines Teils problemlos möglich sein, wenn der Barcode möglichst frei von Kratzern und Schmutz bleibt. Anlagenbediener sind daher aufgefordert hier eine entsprechende Sorgfaltspflicht in der Lagerung und der Behandlung der mit Barcodes beschrifteten Teile sicherzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Variante einer erfindungsgemäßen Methode erfolgt das Einlesen mittels gängiger auf dem Markt erhältlicher Barcodelesegeräte für Industrieeinsatz z. B. mittels eines Handscanners, vorzugsweise mittels eines Funkhandscanners, um die Bedienerfreundlichkeit zu verbessern. ( Schwierigkeiten mit der Verkabelung zu vermeiden.)
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Vorzugsweise wird der Handscanner in der Anlagenumgebung, möglich in der Nähe eines MMI (Mensch-Maschine-Interface Terminal) platziert.
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Vorzugsweise erfolgt nach jedem Scanvorgang eine Bestätigungsrückmeldung, ob das Einlesen vom System übernommen wurde (optisch, akustisch – dito Kassa Detailhandel).
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Die eingescannten Daten zu den verschiedenen Typen eines nach Prozessrezept wechselbaren Anlagenteils (bspw. Daten hinsichtlich verschiedener Typen von Targets, die nach Beschichtungsrezept unterschiedlich bestückt werden sollen) sind vorzugsweise individuell im System hinterlegt. Auf diese Weise können diese Daten mit jeder Einführung eines neuen Prozessrezepts automatisch mit aufgespielt werden.
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Die Wahl des Handscanners ist vorzugsweise so zu wählen, dass auch mittels größerem Abstand (> 1 m) ein einscannen des Barcodes von einem eingebauten Teil (bspw. von einer eingebauten Beschichtungsquelle) noch bequem durchgeführt werden kann.
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Es ist von Vorteil, dass der Barcode in fest eingebauten Komponenten so angebracht wird, dass er auch noch in einem bestimmten Winkel zum Scanner erfasst werden kann.
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Im Falle einer Erfassung eines Barcodes von einem Target ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen Target und Scanner individuell gewählt werden kann.
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Vorzugsweise kann die Erfassung des Barcodes von allen Teilen (bspw. von Targets, fest eingebauten Komponenten, Beschichtungsquellen, etc. in einer Beschichtungsanlage) mit dem gleichen Gerät durchgeführt werden.
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- Ausführungsbeispiel eines Vorgangs zur vorteilhaften Verwendung einer erfindungsgemäßen Methode zur Identifizierung von Targets und Ermittlung von Targetabnutzung bei der Durchführung von Beschichtungsprozessen
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Üblicherweise wird das Gewicht eines Targets nach der Durchführung eines Beschichtungsprozesses gemessen (das Neuzustand-Gewicht des Targets ist in der Regel bereits bekannt). Mit Hilfe dieser Information kann der Anlagenbediener unterschiedliche Beschichtungsparameter einstellen, welche vor der Durchführung eines nächsten Beschichtungsprozesses mit den gleichen Targets der aktuellen Targetsabnutzung entsprechend neujustiert bzw. angepasst werden müssen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann bei Bedarf auch mit dem Scanvorgang gleichzeitig das Gewicht des Targets erfasst werden. Damit ist es gemeint, dass die gemessenen Gewichtswerte derart in die Software des Steuerungssystems eingegeben werden, dass sie zu dem Barcode des entsprechenden Targets zugeordnet werden.
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In diesem Fall könnte man beispielweise zwei Scanner eingesetzt werden, wobei vorzugsweise einer von den zwei Scannern ein „Kombi-Gerät” ist. Der eine Scanner kann zum Scannen der Barcoden von verschiedenen wechselbaren Teilen, die je nach Prozess neubestückt werden müssen aber nicht unbedingt Targets sind, während der Kombi-Gerät-Scanner kann zum Scannen der Targets und Messung des Targetgewichts nach oder vor jedem Beschichtungsprozess verwendet werden. Das Kombi-Gerät kann in diesem Zusammenhang beispielweise eine digitale Waage sein, die gleichzeitig ein Barcodelesergerät ist. Auf diese Weise kann das gemessene Targetgewicht direkt in das Steuerungssystem übertragen werden, ohne dass der Anlagenbediener etwas Zusätzliches machen muss. Die Anlagensoftware soll dann diese Funktionalität entsprechend erweitern.
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Nach dem Gewicht automatisch auf das eingescannte Target zugeordnet wurde, wird das Target durch das Steuerungssystem in Abhängigkeit vom gemessenen Gewicht in die entsprechende „Altersklasse” eingestuft. Somit können alle Anpassungen hinsichtlich Prozessparameter in Zusammenhang mit der Altersklasse des Targets automatisch durch das Steuerungssystem durchgeführt werden. Eine fehlerhafte Eingabe der „Altersklasse” des Targets durch den Anlagenbediener kann dann auf diese Weise ausgeschlossen werden.
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- Ausführungsbeispiel der Logik für eine automatische Überwachung bei der Bestückung einer PVD-Beschichtungsanlage für die Durchführung eines Beschichtungsprozesses mit 6 Sputter- und/oder Arc Quellen und 3 Sorten von Targets mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen, wobei die Beschichtungsanlage ein Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst
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Prozessrezept A1 verlangt vom Anlagenbediener, dass er die Targets und Beschichtungsquellen gemäß der Bestückungsanordnung im Tabelle 1 in die Anlage montiert, so dass der Beschichtungsprozess mit der korrekten Bestückung durchgeführt wird. Tabelle 1:
| Quellenposition in der Anlage | Materialzusammensetzung des Targets | Type der Beschichtungsquelle |
| 1 | A | Arc 1 |
| 2 | A | Arc 1 |
| 3 | A50B50 | Arc 2 |
| 4 | A50B50 | Arc 2 |
| 5 | A30B70 | Sputter |
| 6 | B | Sputter |
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Fall 1:
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- 1. Der Anlagenbediener scannt die Targets und bestückt sie in jeder Position aber irrtümlicherweise wie im Tabelle 2 gezeigt, ohne bevor die automatische Überwachung durch die Software des Steuerungssystems zu aktivieren.
- 2. Danach aktiviert der Anlagenbediener das Steuerungssystem und versucht den Beschichtungsprozess zu starten.
- 3. Das Steuerungssystem erkannt die falsche Bestückungsanordnung, beurteilt sie als unzulässig und startet den Prozess nicht, sondern gibt die in Tabelle 2, dritte Kolumne angegebenen Fehlermeldungen.
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Tabelle 2:
| Quellenposition in der Anlage | Materialzusammensetzung des Targets | Type der Beschichtungsquelle | Fehlermeldung |
| 1 | A | Arc 2 | Beschichtungsquelle falsch: Arc 2 weg nehmen – Arc 1 bestücken |
| 2 | A | Arc 1 | Korrekt |
| 3 | A30B70 | Arc 1 | Target und Beschichtungsquelle falsch: A30B70 und Arc1 weg nehmen, – A50B50 und Arc 2 bestücken |
| 4 | A50B50 | Arc 2 | Korrekt |
| 5 | A50B50 | Sputter | Target falsch: A50B50 weg nehmen – A30B70 bestücken |
| 6 | B | Sputter | Korrekt |
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Ein Prozessstart wird softwaremassig solange verhindert werden, bis die Bestückung ordnungsgemäß (gemäß dem Prozessrezept) gemacht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Methode gemäß der vorliegenden Erfindung muss der Anlagenbediener schon vor dem Beginn der Bestückung das Steuerungssystem aktivieren und das Rezept für den nächsten Prozess durch das Steuerungssystem lesen lassen, so dass das Steuerungssystem schon der Anlagenbediener während der Bestückungsphase auf die Richtigkeit der Bestückung der Teile bzw. in diesem Fall des Targets und Beschichtungsquellen hinweist und die Zeit für die Korrektur einer falschen Bestückung gespart wird. Insbesondere bei der Bestückung von Anlagen mit vielen Teilen ist eine Überwachung durch das Steuerungssystem schon bei der Bestückungsphase von großem Vorteil, da die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerbestückung zu machen mit jedem zusätzlich zu bestückenden Teil steigt.
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Konkret wird mit der vorliegenden Erfindung eine Methode wie folgt bereitgestellt: Eine Methode zur Bestückung einer Prozessanlage mit definierten Teilen in definierten Positionen der Prozessanlage, wobei die Prozessanlage zumindest ein automatisiertes Steuerungssystem mit Prozessrezepten zum Starten der Prozesse, vorzugsweise auch zur automatischen Durchführung der Prozesse, umfasst, und die Bestückung gemäß den entsprechenden Informationen im Prozessrezept durch einen Anlagenbediener gemacht wird, erfindungsgemäß werden die zu bestückenden Positionen in der Prozessanlage zuvor mit Elementen mit digitale-Informationen-enthaltenden Beschriftungen bezeichnet, und auch die wechselbaren Teilen werden zuvor mit digitale-Informationen-enthaltenden Beschriftungen bezeichnet, damit der Anlagenbediener bei der Bestückung jeder bezeichneten Position mit einem bezeichneten Teil, sowohl die Beschriftung der Position als auch die Beschriftung des Teils mit Hilfe eines Lesegeräts liest, wobei das Lesegeräts mit dem Steuerungssystem verbunden ist, damit die gelesenen digitalen Informationen in das Steuerungssystem übertragen werden, und dabei die Übereinstimmung der Bestückung jeder Positionen mit jedem Teil mit den im Prozessrezept angegebenen Informationen durch das Steuerungssystem automatisch überprüft wird.
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Es könnte vorteilhaft sein, dass der Anlagenbediener bei der Bestückung jeder Position zuerst die Beschriftung der Position und danach die Beschriftung des Teils liest.
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Es könnte auch vorteilhaft sein, dass das Steuerungssystem den Anlagenbediener auf eine bestimmte Reihenfolge zur Durchführung der Bestückung jeder Position hinweist.
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Erfindungsgemäß kann der Anlagenbediener durch das Steuerungssystem so hingewiesen werden, dass zuerst eine erste Position mit dem richtigen Teil nach den Angaben im Prozessrezept bestückt wird. Erst wenn die erste Position richtig bestückt ist, wird dann der Analgenbediener hingewiesen eine zweite Position mit dem richtigen Teil zu bestücken, und so weiter bis die Bestückung aller Positionen vervollständigt wurde.
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Die Methode gemäß der vorliegenden Erfindung kann insbesondere für die Bestückung und Durchführung von Prozessen in Beschichtungsanlagen wie beispielweise Vakuumbeschichtungsanlagen.
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Die Elemente zur Bezeichnung der zu bestückenden Positionen in der Beschichtungsanlage können Aufnahmeelemente von Beschichtungsquellen und/oder in der Beschichtungsanlage festeingebaute Teile von Beschichtungsquellen sein.
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Die definierten Teile können Targets sein.
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Wenn das Ergebnis der Überprüfung der Übereinstimmung der Bestückung negativ ist, d. h. wenn keine Übereinstimmung gefunden wird, das Starten des Prozesses soll durch das Steuerungssystem verhindert werden.
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Wenn das Ergebnis der Überprüfung der Übereinstimmung der Bestückung negativ ist, d. h. wenn keine Übereinstimmung gefunden wird, das Steuerungssystem soll dem Anlagenbediener Hinweis über die falsche Bestückung gegen.
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Barcode und Barcodelesergeräte sind sehr gut geeignete Beschriftungen mit digitalen Informationen und Lesegeräte im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Vorzugsweise ist das Barcodelesergerät ein Handscanner oder ein Funk-Handscanner.
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Es könnte vorteilhaft sein, dass das Lesegerät ein Kombigerät ist, welches die digitalen Informationen in der Beschriftung des Targets lesen kann und gleichzeitig das Targetgewicht messen kann.
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Bildunterschriften
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1: Skizzierte Bilder von möglichen Platzierungsanordnungen für elektronischlesbare Beschriftungen 106 (beispielweise von Barcoden) in einem Target 100 zur Durchführung einer Methode gemäß der vorliegenden Erfindung:
1a: Skizziertes Bild einer möglichen Platzierungsanordnung einer elektronischlesbaren Beschriftung 106 bzw. einer digitale-Informationen-enthaltenden Beschriftung (beispielweise eines Barcodes), bei der die Beschriftung 106 an einem beliebigen Ort auf der Rückseite 100R oder an der Seite 100S eines Targets 100 platziert ist.
1b: Skizziertes Bild einer möglichen Platzierungsanordnung einer elektronischlesbaren Beschriftung 106 (beispielweise eines Barcodes), bei der die Beschriftung an einem beliebigen Ort an der Seite 100S des Targets 100 platziert ist, in einer Fläche mit oder ohne Vertiefung 107.
1c: Skizziertes Bild einer möglichen Platzierungsanordnung einer elektronischlesbaren Beschriftung 106 (beispielweise eines Barcodes), bei der die Beschriftung 106 an einem beliebigen Ort in einer Vertiefung 107 auf der Rückseite 100R eines Targets 100 platziert ist.
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2: Skizziertes Bild zum Zeigen eines erfindungsgemäßen Vorgangs beim Scannen der Beschriftung 206 eines Teils 201, bspw. eines Target 201 mittels eines Handscanners 208 zur Übertragung der in der Beschriftung 206 enthaltenen digitalen Informationen in das Steuerungssystem 210, bspw. in das Terminal 210 (Mensch/Maschine Interface).
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3: Skizziertes Bild zum Zeigen eines erfindungsgemäßen Vorgangs beim Scannen der Beschriftung 306 eines eingebauten Teils 301, bspw. einer eingebauten Beschichtungsquelle oder Quellenkomponente 301 mittels eines Handscanners 308 zur Übertragung der in der Beschriftung 306 enthaltenen digitalen Informationen in das Steuerungssystem 310, bspw. in das Terminal 310 (Mensch/Maschine Interface).
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4: Skizziertes Bild zum Zeigen eines erfindungsgemäßen Vorgangs beim Scannen der Beschriftungen 406b_1 bis 406b_x von eingebauten Teilen bspw. von eingebauten Beschichtungsquellen oder Quellenkomponenten 401b_1 bis 401b_x und/oder von Targets 401a_1 bis 401a_x in einer Beschichtungsanlage mittels eines Handscanners 408 zur Übertragung der in der Beschriftung 406a unf 406b enthaltenen digitalen Informationen in das Steuerungssystem 410, bspw. in das Terminal 410 (Mensch/Maschine Interface)..
