DE102016114981A1

DE102016114981A1 - Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern

Info

Publication number: DE102016114981A1
Application number: DE102016114981.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Linss
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-02-15

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern Folgendes aufweisen: ein Bereitstellen einer Kathode (204), wobei die Kathode (204) ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist (102); ein geregeltes Betreiben eines Generators (G) zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung (U) an der Kathode (204) und eines Stroms (I) zwischen der Kathode (204) und einer Anode (210), wobei das geregelte Betreiben des Generators (G) unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße (P, U, I) als Regelgröße durchgeführt wird (104); ein geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einen Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße (U, P, I) als Regelgröße durchgeführt wird (106); und ein Erfassen einer Intensität (Int) einer Plasmaemissionslinie von Aluminium (108). Dabei kann eine Vorgabe-Spannung (U0) des Generators als eine Führungsgröße für die erste Generatorkenngröße (U) oder für die zweite Generatorkenngröße (U) und die Intensität (Int) der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung für die Führungsgröße (U0) verwendet werden sowie eine Vorgabe-Intensität (Int0) der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern.
Im Allgemeinen können verschiedene Beschichtungsverfahren dazu genutzt werden, Schichten oder Beschichtungen auf ein Substrat oder auf einen Träger aufzubringen. Zum Herstellen dünner Schichten, z.B. mit einer Schichtdicke kleiner als 200 µm oder kleiner als 100 µm, können beispielsweise chemische Gasphasenabscheidungsprozesse oder physikalische Gasphasenabscheidungsprozesse genutzt werden, wie beispielsweise die Kathodenzerstäubung (das sogenannte Sputtern oder die Sputterdeposition). Modifikationen der Kathodenzerstäubung sind beispielsweise das sogenannte reaktive Sputtern und das reaktive Magnetronsputtern. Bei diesen Sputter-Prozessen wird zum einen ein Arbeitsgas (z.B. Ar) verwendet, um die Kathode (das Targetmaterial) zu zerstäuben, wobei das Arbeitsgas nicht chemisch in die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eingebaut wird, und zum anderen wird mindestens ein reaktives Gas zugesetzt, so dass das zerstäubte Targetmaterial mit dem Reaktivgas chemisch reagiert und sich die Reaktionsprodukte auf dem Substrat abscheiden.
Beim reaktiven Sputtern kann das Beschichten eines Substrats mit einer Schicht, welche die entsprechenden Schichteigenschaften aufweist, dadurch erfolgen, dass die Sputteranordnung in einen Betriebspunkt (oder Betriebszustand) gebracht und/oder in einem Betriebspunkt stabilisiert wird. Der Betriebspunkt kann mit den notwendigen Betriebsparametern der Sputteranordnung (z.B. eine Substrat-Transportgeschwindigkeit, eine Target-Rotationsgeschwindigkeit, Generatorgrößen, ein Gasdruck, Materialien, usw.) korreliert sein, so dass eine entsprechende Schicht mit den jeweils gewünschten oder benötigten Eigenschaften, oder den Eigenschaften nach einer Vorgabe (z.B. spez. elektrischer Widerstand der Schicht, chemische Zusammensetzung der Schicht, Schichtdickenverteilung der Schicht auf der Oberfläche des Substrats, optische Eigenschaften der Schicht, usw.), hergestellt werden kann. Dabei können Abweichungen des Sputter-Prozesses von einem Betriebspunkt global für den gesamten Sputterprozess mittels einer Regelung ausgeglichen werden und/oder lokal in einem Bereich der Sputter-Prozesskammer beispielsweise mittels eines geregelten Zuführens eines Prozessgases mittels einer Prozessgaszuführung in den betreffenden Bereich der Sputter-Prozesskammer ausgeglichen werden.
Ferner kann die Sputter-Anordnung mindestens einen Generator zum Bereitstellen der elektrischen Spannung an der Kathode und des entsprechenden elektrischen Stroms zwischen der Kathode und einer Anode aufweisen. Als Anode kann beispielsweise ein Anodenbauteil vorgesehen sein oder es kann beispielsweise eine Kammerwand als Anode verwendet werden. Der elektrische Strom, I, welcher bei einer jeweils angelegten Spannung, U, zwischen der Kathode und der Anode fließt (Kennlinie), kann von den Gasen (z.B. der Zusammensetzung der Gase oder den Partialdrücken der Gase) in der Vakuumkammer abhängig sein. Somit ergeben sich für den Betriebspunkt des Generators (z.B. für die Leistung) verschiedene Betriebsarten bzw. Steuermöglichkeiten oder Regelungsmöglichkeiten.
Anschaulich kann ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen darin gesehen werden, dass ein Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern bereitgestellt wird, das ein langzeitstabiles Abscheiden einer Aluminium enthaltenden Schicht, beispielsweise einer dielektrischen Schicht wie zum Beispiel Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumoxynitrid (AlO_xN_y) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al, ZAO) ermöglicht.
Dabei kann der Betriebspunkt des langzeitstabilen Abscheidens einer Schicht beispielsweise über mehrere Tage oder Wochen konstant gehalten werden.
Anschaulich wurde beispielsweise erkannt, dass bei einer herkömmlichen Regelung, welche die Spannung des Generators konstant hält, sich zum Beispiel die Abscheiderate mit der Zeit verändert. Weiterhin wurde beispielsweise erkannt, dass als Maß für die Veränderung der Abscheiderate eine Intensität einer Plasmaemissionslinie von Aluminium verwendet werden kann. Weiterhin wurde beispielsweise erkannt, dass als Maß für den Brechungsindex einer Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden Schicht ein Partialdruck von Stickoxid (NO) verwendet werden kann.
Ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann darin gesehen werden, eine kostengünstige Lösung für ein langzeitstabiles Abscheiden einer Aluminium enthaltenden Schicht bereitzustellen. Anschaulich wurde erkannt, wie der Einsatz von kostengünstigen Mitteln zur Erfassung einer Intensität einer Plasmaemissionslinie, beispielsweise der Einsatz eines kostengünstigen Spektrometers, ermöglicht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern aufweisen: Bereitstellen einer Kathode, wobei die Kathode ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist; geregeltes Betreiben eines Generators zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung an der Kathode und eines Stroms zwischen der Kathode und einer Anode, wobei das geregelte Betreiben des Generators unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt wird; geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einem Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt wird; Erfassen einer Intensität einer Plasmaemissionslinie von Aluminium. Dabei kann ein Vorgabewert als eine Führungsgröße für die erste Generatorkenngröße oder für die zweite Generatorkenngröße verwendet werden, die Intensität der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung für die Führungsgröße verwendet werden sowie eine Vorgabe-Intensität der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt werden.
Hierbei kann unter „im Wesentlichen konstant“ verstanden werden, dass sich ein Wert mit der Zeit nicht mehr als beispielsweise 10%, nicht mehr als beispielsweise 5% oder nicht mehr als beispielsweise 1% verändert.
Der Vorgabewert kann beispielsweise eine Vorgabe-Spannung, ein Vorgabe-Strom oder eine Vorgabe-Leistung sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als Vorgabewert eine Vorgabe-Spannung gewählt werden.
Anschaulich hält eine Regelung des Generators für kurze Zeiten, beispielsweise für eine oder mehrere Minuten, eine erste Generatorkenngröße, beispielsweise die Leistung oder die Spannung des Generators, konstant, und eine Regelung der Reaktivgaszufuhr für kurze Zeiten, beispielsweise für eine oder mehrere Minuten, eine zweite Generatorkenngröße, beispielsweise die Spannung des Generators bzw. die Leistung oder den Strom des Generators konstant, so dass sowohl die Spannung als auch die Leistung des Generators für kurze Zeiten, beispielsweise für eine oder mehrere Minuten, konstant gehalten werden. Damit kann der Prozess für Targetmaterialien, die Aluminium enthalten, an einem Betriebspunkt stabilisiert werden. Weiterhin wurde anschaulich erkannt, dass trotz konstant halten von beispielsweise Spannung und Leistung des Generators die Sputterrate und damit die Abscheiderate variiert und dass als Maß für die Sputterrate eine Intensität einer Plasmaemissionslinie von Aluminium verwendet werden kann. Daher kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Intensität einer Plasmaemissionslinie von Aluminium erfasst werden und als Regelgröße für eine Folgeregelung der Spannungsregelung verwendet werden. Da die Folgeregelung eine relativ zur Generatorregelung und Reaktivgaszufuhrregelung langsame Regelung ist, können hierfür kostengünstige Spektrometer verwendet werden.
Bei einer Regelung wird ein Ist-Wert der Regelgröße (z. B. basierend auf einem Messwert ermittelt) mit einem Führungswert (einem Sollwert oder einer Vorgabe oder einem Vorgabewert) verglichen und entsprechend kann die Regelgröße mittels einer Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst werden, dass sich möglichst eine geringe Abweichung des jeweiligen Ist-Werts der Regelgröße vom Führungswert ergibt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Sputtern mittels eines Magnetrons durchgeführt werden (Magnetronsputtern). Dabei kann das Magnetron eine Kathode mit einem Targetmaterial sowie ein Magnetsystem aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als erste Generatorkenngröße eine Leistung des Generators und als zweite Generatorkenngröße eine Spannung des Generators verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als erste Generatorkenngröße eine Spannung des Generators und als zweite Generatorkenngröße eine Leistung des Generators verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als erste Generatorkenngröße eine Spannung des Generators und als zweite Generatorkenngröße ein Strom des Generators verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können ein Regelintervall des geregelten Betreibens des Generators und/oder ein Regelintervall des geregelten Zuführens des mindestens einen Reaktivgases kleiner als ein Regelintervall der Folgeregelung sein.
Hierbei kann unter einem Regelintervall der zeitliche Abstand, beispielsweise in Sekunden oder Minuten, zwischen zwei zeitlich direkt aufeinanderfolgenden Durchläufen einer Regelung verstanden werden. Ein Durchlauf einer Regelung kann beispielsweise ein Messen einer zu beeinflussenden Größe (Regelgröße), ein Bestimmen einer Stellgröße aufgrund einer Abweichung (Regeldifferenz) der Messgröße von einer Führungsgröße (Sollwert oder Vorgabe) sowie ein Verändern der Stellgröße aufweisen. Beispielsweise kann als Regelintervall der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich direkt aufeinanderfolgenden Messungen verstanden werden.
Beispielsweise können das Regelintervall des geregelten Betreibens des Generators und/oder das Regelintervall des geregelten Zuführens des mindestens einen Reaktivgases kleiner als eine Sekunde sein.
Beispielsweise kann das Regelintervall der Folgeregelung größer als eine Minute sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann als Target ein Rohrtarget verwendet wird. Anschaulich kann das Targetmaterial in Form eines Rohrtargets bereitgestellt werden oder sein. Dabei kann beispielsweise die über mindestens eine Umdrehung des Rohrtargets gemittelte Intensität der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße für die Führungsgröße verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Beschichten eines Substrats mit einer dielektrischen Schicht aufweisen. Beispielsweise kann die Schicht ein Aluminiumoxid, ein Aluminiumoxynitrid oder ein aluminiumdotiertes Zinkoxid aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein geregeltes Zuführen von Stickstoff aufweisen. Dabei kann das geregelte Zuführen von Stickstoff unter Verwendung eines Verhältnisses eines Stickoxidpartialdruckes zu einem Argonpartialdruck (Stickoxidpartialdruck/Argonpartialdruck) als Regelgröße durchgeführt und ein Vorgabe-Verhältnis des Verhältnisses des Stickoxidpartialdruckes zu dem Argonpartialdruck im Wesentlichen konstant gewählt werden. Anschaulich wurde erkannt, dass als Maß für den Brechungsindex einer Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden Schicht der Partialdruck von Stickoxid verwendet werden kann. Zur Bereitstellung des Sauerstoffs in der abgeschiedenen Schicht kann beispielsweise ein oxidhaltiges Gas, zum Beispiel Sauerstoff (O₂), als Reaktivgas zugeführt (beispielsweise in die Kammer eingelassen) werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine Sputteranordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine Sputteranordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
4 eine Sputteranordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Eine Sputteranordnung zum Durchführen eines Kathodenzerstäubungsprozesses (Sputterprozesses) kann beispielsweise mindestens eine Vakuumkammer (z.B. eine Sputter-Kammer, eine Sputter-Prozesskammer, oder ein Kompartment) und mindestens eine Kathode mit einem Target aufweisen, wobei während des Sputterprozesses Material (Targetmaterial) von der Kathode zerstäubt wird und wobei sich das zerstäubte Material in eine Richtung von der Kathode weg ausbreitet. Der Bereich an der Kathode, in dem sich das zerstäubte Material ausbreitet, kann als Prozessierbereich (oder Prozessbereich) bezeichnet werden. Ferner kann die Sputteranordnung eine Transportvorrichtung aufweisen, mittels derer ein Substrat durch die Vakuumkammer und/oder durch den Prozessierbereich hindurch oder zumindest in den Prozessierbereich hinein geführt werden kann, so dass zumindest ein Teil des Substrats in dem Prozessierbereich beschichtet werden kann. Anschaulich kann sich beispielsweise der Prozessierbereich zwischen mindestens einem Target und mindestens einem zu beschichtenden Substrat in der Vakuumkammer erstrecken.
Während eines Kathodenzerstäubungsprozesses (Sputtern) kann in dem Prozessierbereich ein Plasma bereitgestellt sein oder werden, z.B. indem mittels der Kathode ein elektrisches Feld bereitgestellt wird, wobei sich das bereitgestellte elektrische Feld zumindest teilweise in den Prozessierbereich hinein erstreckt. Mittels des Plasmas kann das Target zerstäubt werden (aufgrund des Beschusses des Targets mit den im Plasma gebildeten Ionen des Arbeitsgases).
Beim Magnetronsputtern (einem magnetfeldunterstützten Kathodenzerstäubungsprozess) wird die Plasmabildung mittels eines Magnetsystems (oder mittels einer Magnetanordnung) unterstützt, wobei das Magnetsystem derart angeordnet sein kann oder werden kann, dass sich ein mittels des Magnetsystems erzeugtes Magnetfeld zumindest teilweise in den Prozessierbereich erstreckt. Aufgrund einer Überlagerung des bereitgestellten elektrischen Feldes mit dem erzeugten Magnetfeld wird das Bewegen von Elektronen in dem Prozessierbereich derart verändert (z.B. aufgrund der wirkenden Lorentzkraft und einer Driftbewegung der Elektronen), dass die Ionisationsrate des plasmabildenden Gases und damit Plasmadichte des gebildeten Plasmas erhöht wird. Somit kann beispielsweise der benötigte Druck des plasmabildenden Gases zum Bereitstellen einer vordefinierten Ionisationsrate verringert werden (verglichen mit einem Sputtern ohne Magnetsystem).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Magnetsystem an (in der Nähe) oder über der dem Prozessierbereich abgewandten Oberfläche des Targets (Targetoberfläche) angeordnet sein. Dabei kann das Magnetsystem derart eingerichtet sein oder eine Vielzahl von Magneten kann räumlich derart angeordnet werden, dass im Prozessierbereich ein Ionisierbereich bereitgestellt wird, in welchem sich das Plasma bildet, z.B. kann sich das Plasma stationär ausbilden wenn die Magnetanordnung stationär ist. Der Ionisierbereich kann auch als Plasmabereich bezeichnet sein oder werden.
Mittels Anpassens des Magnetsystems kann eine vordefinierte Form und/oder Größe des Ionisierbereichs eingestellt werden und die Geometrie des in dem Ionisationsbereich erzeugten Plasmas beeinflusst werden. Beispielsweise können die Magnete der Magnetanordnung derart relativ zueinander angeordnet sein oder werden, dass ein länglicher (sich längs des Targets erstreckender) Ionisierbereich entsteht. Ein derartiger sich längs erstreckender Ionisierbereich kann beispielsweise eine Länge in einem Bereich von ungefähr mehreren Zentimetern bis ungefähr mehreren Metern aufweisen, zum Beispiel in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 4 m. Dabei kann die Form des Ionisierbereichs mit der räumlichen Anordnung und/oder der Lage (bezogen auf die Magnetpole) der Magnete des Magnetsystems korrelieren.
Beim Zerstäuben des Targets bzw. der Targetoberfläche kann der Materialabtrag von der relativen Anordnung des Targets zu dem Ionisierbereich abhängen. Um einen gleichmäßigen Materialabtrag des Targetmaterials zu erreichen, kann beispielsweise die Targetoberfläche relativ zu dem Magnetsystem und dem Ionisierbereich bewegt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Target rohrförmig sein, wobei das Magnetsystem beispielsweise innerhalb des rohrförmigen Targets (des Targetrohrs oder der Rohrkathode) angeordnet sein kann, und beispielsweise kann das Targetrohr um die Achse des Targetrohrs rotiert werden. Ein Magnetron mit einem rohrförmigen Target oder mit mehreren (z.B. zwei) rohrförmigen Targets wird auch als Rohrmagnetron (z.B. Doppelrohrmagnetron) bezeichnet.
Dabei kann der sich längs erstreckende Ionisierbereich an und/oder über der äußeren Mantelfläche des Targetrohrs im Wesentlichen parallel zur Achse des Targetrohrs verlaufen.
Ferner kann das Target eine ebene (sogenannte planare) Targetoberfläche aufweisen, wobei der Ionisierbereich derart eingerichtet sein kann, dass eine möglichst effiziente Materialausnutzung und/oder eine möglichst homogene bzw. zum Beschichten eines Substrats geeignete räumliche Verteilung des Plasmas entsteht.
Im Allgemeinen können Magnetron-Sputteranordnungen in einer Vielzahl von verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, z.B. im sogenannten DC-Modus (Gleichspannungs-Sputtern), im AC-Modus (Wechselspannungs-Sputtern, wie beispielsweise MF-Sputtern oder HF-Sputtern), im gepulsten Modus (auch Hochenergieimpulsmagnetronsputtern), unipolar oder bipolar gepulste Entladung, sowohl mit einer Elektrode als auch mit mehreren Elektroden (Kathoden und/oder Anoden).
In einem Sputterprozess kann ein Arbeitsgas verwendet werden, z.B. ein Edelgas, z.B. Ar, wobei das Plasma des Arbeitsgases im Wesentlichen das Zerstäuben des Targets verursacht. Bei einem reaktiven Sputterprozess kann ferner zusätzlich zum Arbeitsgas ein Reaktivgas dem Prozessierbereich zugeführt werden, wobei das Arbeitsgas und das Reaktivgas ein Prozessgas bilden, wobei das Reaktivgas mittels einer chemischen Reaktion in die abgeschiedene Schicht eingebaut werden kann, z.B. kann ein Metall mittels des Arbeitsgases gesputtert werden und mittels eines zugeführten Reaktivgases kann eine Metallverbindung in dem Beschichtungsbereich auf ein Substrat abgeschieden werden, z.B. ein Metalloxid mit Sauerstoff als Reaktivgas, ein Metallnitrid mit Stickstoff als Reaktivgas oder eine andere Metallverbindung mit einem anderen Reaktivgas.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Plasmaeigenschaften (z.B. die chemische Zusammensetzung des Plasmas, die Plasmadichte, die Temperatur des Plasmas oder Ähnliches) im gesamten Prozessierbereich oder jeweils in verschiedenen Bereichen des Prozessierbereichs ermittelt oder analysiert werden, wobei dies bei der Steuerung oder Regelung der Gaszuführungen berücksichtigt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Plasmaeigenschaften beispielsweise mittels Spektroskopie (z.B. optischer Emissionsspektroskopie (OES)) ermittelt werden, z.B. basierend auf einer Analyse von Emissionslinien und/oder Absorptionslinien des Plasmas. Dazu können beispielsweise ein oder mehrere optische Sensoren (z.B. Spektrometer, z.B. aufweisend einen Kollimator oder ein optisches Element, beispielsweise eine Linse oder ein Spiegel) verwendet werden. Der optische Sensor oder die mehreren optischen Sensoren können beispielsweise im Prozessierbereich derart angeordnet sein oder werden, dass Plasmaeigenschaften in verschiedenen Bereichen des Plasmas ermittelt werden können und somit bei der Steuerung oder Regelung der Gaszuführungen berücksichtigt werden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat bezüglich des Targets bewegt werden. Beispielsweise kann das Substrat senkrecht zu dem linear verlaufenden Ionisierbereich bewegt werden, oder bezüglich des Targets in eine Rotation versetzt werden.
Ferner kann das reaktive Sputtern, z.B. von einer Großkathode mit einer räumlichen Ausdehnung von mehr als einem Meter, schwierig sein (z.B. weiteren technischen Aufwand) oder weitere zu berücksichtigende Aspekte aufweisen. Die Kosten für ein metallisches Target können 50% oder gar 66% geringer sein als ein vergleichbares keramisches Target (z.B. ein Metalloxid Target).
Ferner können sich während eines reaktiven Sputter-Prozesses zumindest Bestandteile eines zugeführten Reaktivgases oder das zugeführte Reaktivgas in mindestens einem Bereich des Targets (z.B. auf der Targetoberfläche) anlagern. Dadurch kann die Targetoberfläche beispielsweise verändert (z.B. oxidiert) werden, wobei diese veränderten Bereiche in dem Zerstäubungsprozess wieder zerstäubt werden können.
Die Zerstäubungsrate der veränderten Bereiche kann beispielsweise abhängig von den Plasmaeigenschaften und/oder den Materialeigenschaften des Materials in dem veränderten Bereich sein. Das Bilden der veränderten Bereiche kann beispielsweise vom Partialdruck des Reaktivgases abhängig sein, wobei der Partialdruck beispielsweise mittels des Zuflusses an Reaktivgas geregelt werden kann.
Aufgrund einer chemischen Reaktion des Reaktivgases mit dem zerstäubten Material und/oder mit dem auf dem Substrat abgeschiedenen Material kann sich der Partialdruck des Reaktivgases mit zunehmendem Materialabtrag auch bei konstantem Zufluss an Reaktivgas verändern, zum Beispiel reduzieren. Bei einem oberen kritischen Zufluss (OKZ) an Reaktivgas übersteigt das Bilden der veränderten Bereiche (die Erzeugungsrate) die Zerstäubungsrate. Im Falle eines oxidischen Prozesses kippt (aufgrund der unterschiedlichen Sputterrate eines Metalls und eines Oxids) der Sputterprozess oberhalb des OKZ in den sogenannten oxidischen Modus. Um wieder in den metallischen Modus zu gelangen, muss ein unterer kritischer Zufluss (UKZ) an Reaktivgas unterschritten werden. Der Bereich zwischen dem UKZ und dem OKZ kann auch Übergangsbereich zwischen dem metallischen Modus und dem oxidischen Modus genannt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können es die Anforderungen an die Schichteigenschaften der abzuscheidenden Schicht bzw. die Anforderungen an die Beschichtungsraten (Abscheiderate) erfordern, dass der Sputterprozess im Übergangsbereich zwischen dem metallischen Modus und dem oxidischen Modus betrieben wird (oder in einem anderen Übergangsbereich zwischen einem metallischen Modus und einem reaktiven Modus), so dass dieser a priori instabile Prozessbereich (der Übergangsbereich) mittels einer Regelung stabilisiert und gehalten werden soll. Dabei kann man zwischen Kurzzeitstabilität (das Verhindern eines kurzzeitigen Wegkippens des Arbeitspunktes aufgrund des a priori instabilen Übergangsbereichs) und Langzeitstabilität (dem Ausgleichen einer langsamen Drift des Arbeitspunktes (Betriebspunktes), z.B. wenn das Target abbrennt) unterscheiden. Diese Stabilität des Prozesses kann für eine Produktion notwendig sein.
Für reaktive Sputterverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen, beispielsweise für die Beschichtung von Substraten mit Al₂O₃, AlO_xN_y und ZAO, kann der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung des Generators bei konstantem Reaktivgasfluss in großen Bereichen eindeutig (nicht zwingend eineindeutig) sein sowie in Abhängigkeit der U-I-Kennlinie vom Reaktivgasfluss stetig und monoton sein. Eine derartige Kennlinie kann beispielsweise ermittelt werden, indem die Spannung oder Leistung des Vorgabewerts am Generator schrittweise reduziert wird und dabei die Werte für U, I, P aufgezeichnet werden. Jeder Spannung U im eindeutigen Bereich kann damit, beispielsweise bei konstantem Reaktivgasfluss, genau ein Stromwert I zugeordnet sein oder werden und mit Erhöhung des Reaktivgasflusses kann sich jeweils die Kennlinie stetig und monoton von der rein metallischen zur rein oxydischen Kennlinie ändern. Damit kann ein Betriebspunkt eindeutig einstellbar sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels optischer Emissionsspektrometrie ermittelt werden, wie der Vorgabewert für die Spannung des Generators über die Targetlebensdauer verändert werden muss, um konstante Schichteigenschaften zu realisieren. Anschaulich kann der Generator mit einem vorgegebenen Spannungsverlauf betrieben werden, wobei die Spannung allerdings während der Regelung der Kurzzeitstabilität als konstant anzusehen ist. Anschaulich kann die Kurzzeitstabilität (im Zeitbereich von kleiner als eine Sekunde oder kleiner als eine Minute) mittels eines ersten Regelkreises geregelt werden, z. B. auf eine konstante Generatorspannung, wobei die Generatorspannung zum Erreichen einer Langzeitstabilität (im Zeitbereich von beispielsweise einer Stunde bis zu mehreren Tagen oder Wochen) nachgestellt oder nachgeregelt werden kann.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm 100, in dem ein Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern gemäß verschiedenen Ausführungsformen dargestellt ist. Das Verfahren kann aufweisen, in 102, ein Bereitstellen einer Kathode, wobei die Kathode ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist; in 104, ein geregeltes Betreiben eines Generators zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung an der Kathode und eines Stroms zwischen der Kathode und einer Anode, wobei das geregelte Betreiben des Generators unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt wird; in 106 ein geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einen Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt wird; und, in 108, ein Erfassen einer Intensität einer Plasmaemissionslinie von Aluminium. Dabei können eine Vorgabe-Spannung des Generators als eine Führungsgröße für die erste Generatorkenngröße oder für die zweite Generatorkenngröße und die Intensität der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung für die Führungsgröße verwendet werden sowie eine Vorgabe-Intensität der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt werden.
2 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht eine Sputteranordnung 200 zum geregelten reaktiven Sputtern gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Sputteranordnung 200 einen oder mehrere Regler R1, R2 aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sputteranordnung 200 eine Sputter-Prozesskammer 202 und eine Kathode 204 aufweisen, wobei die Sputter-Prozesskammer 202 und die Kathode 204 derart eingerichtet sind, dass innerhalb der Sputter-Prozesskammer 202 ein Plasma 206 bereitgestellt werden kann, zum Beispiel zum Beschichten eines Substrats 208 innerhalb der Sputterprozesskammer 202. Dabei kann die Kathode 204 mit einem Generator G und einer Anode 210 (welche beispielsweise ein positives elektrisches Potential bezüglich der Kathode 204 aufweist) gekoppelt sein (z.B. elektrisch leitfähig verbunden sein). Mittels des Generators G kann an der Kathode 204 oder zwischen der Kathode 204 und der Anode 210 ein elektrisches Feld zum Erzeugen des Plasmas 206 bereitgestellt sein oder werden, gemäß einer Spannung U als Generatorkenngröße. Ferner kann die Sputteranordnung 200 mindestens eine Magnetanordnung (ein Magnetsystem) zum Magnetronsputtern aufweisen (nicht dargestellt). Ferner kann die Sputteranordnung 200 eine Vakuumpumpenanordnung aufweisen (nicht dargestellt), so dass innerhalb der Sputter-Prozesskammer 202 ein Vakuum bereitgestellt werden kann.
Das Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ein Bereitstellen der Kathode 204, wobei die Kathode 204 ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist, aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Targetmaterial in Form eines Rohrtargets bereitgestellt sein oder werden.
Weiterhin kann das Verfahren ein geregeltes Betreiben eines Generators G zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung U an der Kathode 204 und eines Stroms I zwischen der Kathode 204 und der Anode 210 aufweisen, wobei das geregelte Betreiben des Generators G unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in der 2 dargestellt kann als erste Generatorkenngröße eine Leistung P des Generators und als Führungsgröße für die Leistung des Generators eine Vorgabe-Leistung P₀ des Generators verwendet werden. Anschaulich kann der Generator beispielsweise bei konstanter Leistung geregelt betrieben werden (leistungsgeregeltes Betreiben des Generators).
Das Verfahren kann weiterhin ein geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, beispielsweise mittels eines Reglers R1, aufweisen, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einen Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in 2 dargestellt kann der Reaktivgasfluss mittels eines Stellglieds S eingestellt werden. Das Stellglied S kann beispielsweise ein Ventil, zum Beispiel ein Piezoventil, aufweisen und derart eingerichtet sein, dass ein Gasfluss F des Reaktivgases in die Sputter-Prozesskammer hinein mit dem Stellglied S eingestellt werden kann. Als zweite Generatorkenngröße kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in 2 dargestellt die Spannung U des Generators und als Führungsgröße für die Spannung des Generators U eine Vorgabe-Spannung U₀ verwendet werden. Anschaulich wird der Reaktivgasfluss (Gasfluss F des Reaktivgases in die Sputter-Prozesskammer hinein) derart geregelt, dass die Generatorspannung U (Spannung des Generators) im Wesentlichen gleich der Vorgabe-Spannung U₀ ist.
Ein Regelintervall (Zeitkonstante) des geregelten Betreibens des Generators und/oder ein Regelintervall des geregelten Zuführens des mindestens einen Reaktivgases können gemäß verschiedenen Ausführungsformen kleiner als eine Sekunde, beispielsweise kleiner als eine Millisekunde, sein oder gewählt werden. Mit anderen Worten können eine Messung einer Regelgröße, ein Vergleich der gemessenen Regelgröße mit einer Führungsgröße und eine Veränderung einer Stellgröße in vorgegebenen Zeitabständen (Regelintervall, Zeitkonstante) durchgeführt werden. Für eine kurzzeitstabile Regelung des Verfahrens zum reaktiven Sputtern kann es erforderlich sein, das Regelintervall kleiner als beispielsweise eine Sekunde oder kleiner als beispielsweise eine Millisekunde zu wählen, um den Sputterprozess an einem stabilen Arbeitspunkt (Betriebspunkt) betreiben zu können.
Ferner kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen das Verfahren ein Erfassen einer Intensität Int einer Plasmaemissionslinie von Aluminium aufweisen. Hierzu kann beispielsweise mittels eines Spektrometers 212 die Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium in dem Plasma 206 erfasst werden.
Dabei kann die Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung, beispielsweise aufweisend einen Regler R2, für die Führungsgröße U₀ verwendet werden, wobei die Vorgabe-Intensität Int₀ der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt werden kann. Anschaulich wird die Führungsgröße U₀ gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart nachgeführt, so dass die gemessene Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Regelintervall (Zeitkonstante) der Folgeregelung für die Vorgabe-Spannung U₀ des Generators G größer als eine Minute sein oder gewählt werden. Mit anderen Worten können eine Messung einer Regelgröße, ein Vergleich der gemessenen Regelgröße mit einer Führungsgröße und eine Veränderung einer Stellgröße in vorgegebenen Zeitabständen (Regelintervall, Zeitkonstante) durchgeführt werden. Für eine langzeitstabile Regelung des Verfahrens zum reaktiven Sputtern kann es ausreichend sein, das Regelintervall größer als beispielsweise 1 Minute oder größer als beispielsweise 5 Minuten oder größer als beispielsweise 10 Minuten zu wählen, um den Sputterprozess an einem stabilen Arbeitspunkt (Betriebspunkt) betreiben zu können, so dass beispielsweise die Sputterrate im Wesentlichen konstant ist.
Es versteht sich, dass gemäß verschiedenen Ausführungsformen als erste Generatorkenngröße ein Strom I des Generators und als zweite Generatorkenngröße eine Spannung U des Generators verwendet werden kann. Anschaulich kann der Generator beispielsweise bei konstantem Strom geregelt betrieben werden (stromgeregeltes Betreiben des Generators) und die Spannung kann mittels des Zuführens des mindestens einen Reaktivgases geregelt werden.
3 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht eine Sputteranordnung 300 zum geregelten reaktiven Sputtern gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Sputteranordnung 300 einen oder mehrere Regler R1, R2 aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sputteranordnung 300 eine Sputter-Prozesskammer 202 und eine Kathode 204 aufweisen, wobei die Sputter-Prozesskammer 202 und die Kathode 204 derart eingerichtet sind, dass innerhalb der Sputter-Prozesskammer 202 ein Plasma 206 bereitgestellt werden kann, zum Beispiel zum Beschichten eines Substrats 208 innerhalb der Sputterprozesskammer 202. Dabei kann die Kathode 204 mit einem Generator G und einer Anode 210 (welche beispielsweise ein positives elektrisches Potential bezüglich der Kathode 204 aufweist) gekoppelt sein (z.B. elektrisch leitfähig verbunden sein). Mittels des Generators G kann an der Kathode 204 oder zwischen der Kathode 204 und der Anode 210 ein elektrisches Feld zum Erzeugen des Plasmas 206 bereitgestellt sein oder werden, gemäß einer Spannung U als Generatorkenngröße. Ferner kann die Sputteranordnung 300 mindestens eine Magnetanordnung (ein Magnetsystem) zum Magnetronsputtern aufweisen (nicht dargestellt). Ferner kann die Sputteranordnung 300 eine Vakuumpumpenanordnung aufweisen (nicht dargestellt), so dass innerhalb der Sputter-Prozesskammer 202 ein Vakuum bereitgestellt werden kann.
Das Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ein Bereitstellen der Kathode 204, wobei die Kathode 204 ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist, aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Targetmaterial in Form eines Rohrtargets bereitgestellt sein oder werden.
Weiterhin kann das Verfahren ein geregeltes Betreiben eines Generators G zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung U an der Kathode 204 und eines Stroms I zwischen der Kathode 204 und der Anode 210 aufweisen, wobei das geregelte Betreiben des Generators G unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in der 3 dargestellt kann als erste Generatorkenngröße eine Spannung U des Generators und als Führungsgröße für die Spannung des Generators eine Vorgabe-Spannung U₀ des Generators verwendet werden. Anschaulich kann der Generator beispielsweise bei konstanter Spannung geregelt betrieben werden (spannungsgeregeltes Betreiben des Generators).
Das Verfahren kann weiterhin ein geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, beispielsweise mittels eines Reglers R1, aufweisen, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einen Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in 3 dargestellt kann der Reaktivgasfluss mittels eines Stellglieds S eingestellt werden. Das Stellglied S kann beispielsweise ein Ventil, zum Beispiel ein Piezoventil, aufweisen und derart eingerichtet sein, dass ein Gasfluss F des Reaktivgases in die Sputter-Prozesskammer hinein mit dem Stellglied S eingestellt werden kann. Als zweite Generatorkenngröße kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in 3 dargestellt die Leistung P des Generators und als Führungsgröße für die Leistung P des Generators eine Vorgabe-Leistung P₀ verwendet werden. Anschaulich wird der Reaktivgasfluss (Gasfluss F des Reaktivgases in die Sputter-Prozesskammer hinein) derart geregelt, dass die Generatorleistung P (Leistung des Generators) im Wesentlichen gleich der Vorgabe-Leistung P₀ ist.
Ein Regelintervall (Zeitkonstante) des geregelten Betreibens des Generators und/oder ein Regelintervall des geregelten Zuführens des mindestens einen Reaktivgases können gemäß verschiedenen Ausführungsformen kleiner als eine Sekunde, beispielsweise kleiner als eine Millisekunde, sein oder gewählt werden. Mit anderen Worten können eine Messung einer Regelgröße, ein Vergleich der gemessenen Regelgröße mit einer Führungsgröße und eine Veränderung einer Stellgröße in vorgegebenen Zeitabständen (Regelintervall, Zeitkonstante) durchgeführt werden. Für eine kurzzeitstabile Regelung des Verfahrens zum reaktiven Sputtern kann es erforderlich sein, das Regelintervall kleiner als beispielsweise eine Sekunde oder kleiner als beispielsweise eine Millisekunde zu wählen, um den Sputterprozess an einem stabilen Arbeitspunkt (Betriebspunkt) betreiben zu können.
Ferner kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen das Verfahren ein Erfassen einer Intensität Int einer Plasmaemissionslinie von Aluminium aufweisen. Hierzu kann beispielsweise mittels eines Spektrometers 212 die Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium in dem Plasma 206 erfasst werden.
Dabei kann die Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung, beispielsweise aufweisend einen Regler R2, für die Führungsgröße U₀ verwendet werden, wobei die Vorgabe-Intensität Int₀ der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt werden kann. Anschaulich wird die Führungsgröße U₀ gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart nachgeführt, so dass die gemessene Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Regelintervall (Zeitkonstante) der Folgeregelung für die Vorgabe-Spannung U₀ des Generators G größer als eine Minute sein oder gewählt werden. Mit anderen Worten können eine Messung einer Regelgröße, ein Vergleich der gemessenen Regelgröße mit einer Führungsgröße und eine Veränderung einer Stellgröße in vorgegebenen Zeitabständen (Regelintervall, Zeitkonstante) durchgeführt werden. Für eine langzeitstabile Regelung des Verfahrens zum reaktiven Sputtern kann es ausreichend sein, das Regelintervall größer als beispielsweise 1 Minute oder größer als beispielsweise 5 Minuten oder größer als beispielsweise 10 Minuten zu wählen, um den Sputterprozess an einem stabilen Arbeitspunkt (Betriebspunkt) betreiben zu können, so dass beispielsweise die Sputterrate im Wesentlichen konstant ist.
4 veranschaulicht in einer schematischen Ansicht eine Sputteranordnung 400 zum geregelten reaktiven Sputtern gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Sputteranordnung 400 einen oder mehrere Regler R1, R2 aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sputteranordnung 400 eine Sputter-Prozesskammer 202 und eine Kathode 204 aufweisen, wobei die Sputter-Prozesskammer 202 und die Kathode 204 derart eingerichtet sind, dass innerhalb der Sputter-Prozesskammer 202 ein Plasma 206 bereitgestellt werden kann, zum Beispiel zum Beschichten eines Substrats 208 innerhalb der Sputterprozesskammer 202. Dabei kann die Kathode 204 mit einem Generator G und einer Anode 210 (welche beispielsweise ein positives elektrisches Potential bezüglich der Kathode 204 aufweist) gekoppelt sein (z.B. elektrisch leitfähig verbunden sein). Mittels des Generators G kann an der Kathode 204 oder zwischen der Kathode 204 und der Anode 210 ein elektrisches Feld zum Erzeugen des Plasmas 206 bereitgestellt sein oder werden, gemäß einer Spannung U als Generatorkenngröße. Ferner kann die Sputteranordnung 400 mindestens eine Magnetanordnung (ein Magnetsystem) zum Magnetronsputtern aufweisen (nicht dargestellt). Ferner kann die Sputteranordnung 400 eine Vakuumpumpenanordnung aufweisen (nicht dargestellt), so dass innerhalb der Sputter-Prozesskammer 202 ein Vakuum bereitgestellt werden kann.
Das Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ein Bereitstellen der Kathode 204, wobei die Kathode 204 ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist, aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Targetmaterial in Form eines Rohrtargets bereitgestellt sein oder werden.
Weiterhin kann das Verfahren ein geregeltes Betreiben eines Generators G zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung U an der Kathode 204 und eines Stroms I zwischen der Kathode 204 und der Anode 210 aufweisen, wobei das geregelte Betreiben des Generators G unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in der 4 dargestellt kann als erste Generatorkenngröße eine Spannung U des Generators und als Führungsgröße für die Spannung des Generators eine Vorgabe-Spannung U₀ des Generators verwendet werden. Anschaulich kann der Generator beispielsweise bei konstanter Spannung geregelt betrieben werden (spannungsgeregeltes Betreiben des Generators).
Das Verfahren kann weiterhin ein geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, beispielsweise mittels eines Reglers R1, aufweisen, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einen Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße als Regelgröße durchgeführt werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in 4 dargestellt kann der Reaktivgasfluss mittels eines Stellglieds S eingestellt werden. Das Stellglied S kann beispielsweise ein Ventil, zum Beispiel ein Piezoventil, aufweisen und derart eingerichtet sein, dass ein Gasfluss F des Reaktivgases in die Sputter-Prozesskammer hinein mit dem Stellglied S eingestellt werden kann. Als zweite Generatorkenngröße kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen und wie in 4 dargestellt der Strom I des Generators und als Führungsgröße für den Strom I des Generators ein Vorgabe-Strom I₀ verwendet werden. Anschaulich wird der Reaktivgasfluss (Gasfluss F des Reaktivgases in die Sputter-Prozesskammer hinein) derart geregelt, dass der Generatorstrom I (Strom des Generators) im Wesentlichen gleich dem Vorgabe-Strom I₀ ist.
Ein Regelintervall (Zeitkonstante) des geregelten Betreibens des Generators und/oder ein Regelintervall des geregelten Zuführens des mindestens einen Reaktivgases können gemäß verschiedenen Ausführungsformen kleiner als eine Sekunde, beispielsweise kleiner als eine Millisekunde, sein oder gewählt werden. Mit anderen Worten können eine Messung einer Regelgröße, ein Vergleich der gemessenen Regelgröße mit einer Führungsgröße und eine Veränderung einer Stellgröße in vorgegebenen Zeitabständen (Regelintervall, Zeitkonstante) durchgeführt werden. Für eine kurzzeitstabile Regelung des Verfahrens zum reaktiven Sputtern kann es erforderlich sein, das Regelintervall kleiner als beispielsweise eine Sekunde oder kleiner als beispielsweise eine Millisekunde zu wählen, um den Sputterprozess an einem stabilen Arbeitspunkt (Betriebspunkt) betreiben zu können.
Ferner kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen das Verfahren ein Erfassen einer Intensität Int einer Plasmaemissionslinie von Aluminium aufweisen. Hierzu kann beispielsweise mittels eines Spektrometers 212 die Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium in dem Plasma 206 erfasst werden.
Dabei kann die Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung, beispielsweise aufweisend einen Regler R2, für die Führungsgröße U₀ verwendet werden, wobei die Vorgabe-Intensität Int₀ der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt werden kann. Anschaulich wird die Führungsgröße U₀ gemäß verschiedenen Ausführungsformen derart nachgeführt, so dass die gemessene Intensität Int der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Regelintervall (Zeitkonstante) der Folgeregelung für die Vorgabe-Spannung U₀ des Generators G größer als eine Minute sein oder gewählt werden. Mit anderen Worten können eine Messung einer Regelgröße, ein Vergleich der gemessenen Regelgröße mit einer Führungsgröße und eine Veränderung einer Stellgröße in vorgegebenen Zeitabständen (Regelintervall, Zeitkonstante) durchgeführt werden. Für eine langzeitstabile Regelung des Verfahrens zum reaktiven Sputtern kann es ausreichend sein, das Regelintervall größer als beispielsweise 1 Minute oder größer als beispielsweise 5 Minuten oder größer als beispielsweise 10 Minuten zu wählen, um den Sputterprozess an einem stabilen Arbeitspunkt (Betriebspunkt) betreiben zu können, so dass beispielsweise die Sputterrate im Wesentlichen konstant ist.

Claims

Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen einer Kathode (204), wobei die Kathode (204) ein metallisches Targetmaterial mit Aluminium aufweist (102); • geregeltes Betreiben eines Generators (G) zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung (U) an der Kathode (204) und eines Stroms (I) zwischen der Kathode (204) und einer Anode (210), wobei das geregelte Betreiben des Generators (G) unter Verwendung einer ersten Generatorkenngröße (P, U, I) als Regelgröße durchgeführt wird (104); • geregeltes Zuführen von mindestens einem Reaktivgas, wobei das geregelte Zuführen des mindestens einen Reaktivgases unter Verwendung einer zweiten Generatorkenngröße (U, P, I) als Regelgröße durchgeführt wird (106); • Erfassen einer Intensität (Int) einer Plasmaemissionslinie von Aluminium (108); • wobei ein Vorgabewert (U₀, P₀, I₀) als eine Führungsgröße für die erste Generatorkenngröße (U, P, I) oder für die zweite Generatorkenngröße (U, P, I) verwendet wird; • wobei die Intensität (Int) der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße einer Folgeregelung für die Führungsgröße (U₀, P₀, I₀) verwendet wird; und • wobei eine Vorgabe-Intensität (Int₀) der Plasmaemissionslinie von Aluminium im Wesentlichen zeitlich konstant gewählt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Vorgabewert eine Vorgabe-Spannung (U₀) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei als erste Generatorkenngröße (P) eine Leistung des Generators (G) und als zweite Generatorkenngröße (U) eine Spannung des Generators (G) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei als erste Generatorkenngröße (U) eine Spannung des Generators (G) und als zweite Generatorkenngröße (P) eine Leistung des Generators (G) verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei als erste Generatorkenngröße (U) eine Spannung des Generators (G) und als zweite Generatorkenngröße (I) ein Strom des Generators (G) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Regelintervall des geregelten Betreibens des Generators (G) und/oder ein Regelintervall des geregelten Zuführens des mindestens einen Reaktivgases kleiner als eine Sekunde sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Regelintervall der Folgeregelung größer als eine Minute ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Targetmaterial in Form eines Rohrtargets bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die über mindestens eine Umdrehung des Rohrtargets gemittelte Intensität (Int) der Plasmaemissionslinie von Aluminium als Regelgröße für die Führungsgröße (U₀) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das Verfahren ferner aufweisend: • Beschichten eines Substrats (208) mit einer dielektrischen Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die dielektrische Schicht ein Aluminiumoxynitrid aufweist oder daraus besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das Verfahren ferner aufweisend: • geregeltes Zuführen von Stickstoff; • wobei das geregelte Zuführen von Stickstoff unter Verwendung eines Verhältnisses eines Stickoxidpartialdruckes zu einem Argonpartialdruck als Regelgröße durchgeführt wird; • wobei ein Vorgabe-Verhältnis des Verhältnisses des Stickoxidpartialdruckes zu dem Argonpartialdruck im Wesentlichen konstant gewählt wird.