DE102020109072A1

DE102020109072A1 - Verfahren und Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102020109072A1
Application number: DE102020109072.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Löhnert; Steffen Mosshammer
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren aufweisen: Steuern eines reaktiven Beschichtungsprozesses mittels einer Stellgröße, welche einen Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst, gemäß einer Steuersequenz; wobei die Steuersequenz eine erste Phase und eine zweite Phase aufweist, welche jeweils aufweisen: einen ersten Zeitabschnitt, in welchem die Stellgröße in einem vordefinierten Erholungsbereich ist; einen zweiten Zeitabschnitt, in welchem die Stellgröße in einem Zwischenbereich außerhalb des Erholungsbereichs ausgehend von einem Startwert mit einer Zeitabhängigkeit verändert wird zumindest bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist; Ermitteln eines Werts der Stellgröße in der ersten Phase, bei welchem das Abbruchkriterium erfüllt ist; wobei der Startwert und/oder die Zeitabhängigkeit in der zweiten Phase auf dem Wert der Stellgröße basieren

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren und eine Steuervorrichtung.
Im Allgemeinen können verschiedene Beschichtungsverfahren dazu genutzt werden, Schichten oder Beschichtungen auf ein Substrat oder auf einen Träger aufzubringen. Zum Herstellen dünner Schichten können beispielsweise ein chemischer Gasphasenabscheidungsprozess oder ein physikalischer Gasphasenabscheidungsprozess genutzt werden, wie beispielsweise die Kathodenzerstäubung (das sogenannte Sputtern). Modifikationen der Kathodenzerstäubung sind beispielsweise das sogenannte reaktive Sputtern und das reaktive Magnetronsputtern. Beim reaktiven Sputtern wird zum einen ein Arbeitsgas (z.B. Ar) verwendet, um die Sputterkathode (d.h. das Beschichtungsmaterial) zu zerstäuben, wobei das Arbeitsgas nicht zwangsläufig chemisch in die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eingebaut wird, und zum anderen wird mindestens ein Reaktivgas zugesetzt, mit dem das zerstäubte Beschichtungsmaterial chemisch reagiert, so dass sich das Reaktionsprodukt auf dem Substrat abscheidet.
Die sich ergebende Stöchiometrie des Reaktionsprodukts wird von dem eingestellten Arbeitspunkt des Gasphasenabscheidungsprozesses definiert. Anschaulich beeinflusst der Arbeitspunkt die chemischen Reaktionen, z.B. deren Geschwindigkeit und/oder zeitliche Abhängigkeit, die zu dem Reaktionsprodukt führen. So lassen sich beispielsweise vollständig reagierte (z.B. vollständig oxidierte) Reaktionsprodukte abscheiden, unvollständig reagierte Reaktionsprodukte (auch als unterstöchiometrisch bezeichnet) abscheiden oder auch das nicht-reagierte Beschichtungsmaterial.
Das Sputtern ohne Reaktivgas (d.h., wenn das Beschichtungsmaterial nicht reagiert wird), läuft anschaulich im Allgemeinen relativ stabil ab, beispielsweise ohne weitere Regelmechanismen oder nur geringe Eingriffe zu benötigen. Wird ausreichend Reaktivgas hinzugefügt, kann die Reaktionsdynamik selbsttätig in den vollreaktiven Reaktionsmodus kippen, welcher sich selbst stabilisiert. Eine solche bistabile Reaktionsdynamik kann beispielsweise dazu tendieren, selbsttätig in einen der zwei (stabilen) Reaktionsmodi abzudriften, beispielsweise den unterreaktiven Reaktionsmodus oder den vollreaktiver Reaktionsmodus.
Das bistabile Verhalten wird unter anderem durch eine positive Rückkopplung innerhalb der Reaktionsdynamik hervorgebracht, welche einige der Reaktionsmodi in sich selbst stabilisiert. Reagiert beispielsweise bereits das noch zu zerstäubende Beschichtungsmaterial zu dem Reaktionsprodukt, kann die Zerstäubung gehemmt werden, wenn die Zerstäubungsrate des Reaktionsprodukts kleiner ist als des nicht regierten Beschichtungsmaterials. Dadurch kann der Verbrauch an Reaktivgas gesenkt werden, was zu einem Überschuss von Reaktivgas führt. Der Überschuss von Reaktivgas fördert die Reaktion des noch zu zerstäubenden Beschichtungsmaterials zu dem Reaktionsprodukt weiter und hemmt somit immer stärker die Zerstäubung, so dass sich dieser Zustand selbst stabilisiert. Eine Reduktion der Menge des Reaktivgases hemmt hingegen diesen Mechanismus, so dass das Zerstäuben des Beschichtungsmaterials beschleunigt wird und damit auch der Verbrauch an Reaktivgas erhöht wird. Dies baut den Überschuss an Reaktivgas ab und führt im weiteren Verlauf zu einem Mangel an Reaktivgas. Der Mangel von Reaktivgas hemmt die Reaktion des noch zu zerstäubenden Beschichtungsmaterials zu dem Reaktionsprodukt weiter und fördert somit immer stärker die Zerstäubung, so dass sich dieser Zustand selbst stabilisiert.
Für einige Beschichtungen kann es erwünscht sein, den Beschichtungsprozess in einem bestimmten Arbeitspunkt stabil zu halten, ohne dass der Reaktionsmodus wechselt. Um einen Zugang zu der Kennlinie des Beschichtungsprozess und auch dem Kipppunkt des kritischen Arbeitspunktes (auch als Kipppunkt bezeichnet), bei dem der Reaktionsmodus wechselt, zu erhalten, stehen bisher allerdings nur sehr langwierige und aufwendige Mechanismen zur Verfügung. Diese basieren unter anderem auf einem manuell durchgeführten Suchvorgang entlang der Kennlinie nach dem Kipppunkt, der viel Erfahrung und Vorwissen über den konkreten Beschichtungsprozess erfordert.
Ebenso ist es bei diesem Suchvorgang häufig unvermeidlich, dass der Reaktionsmodus in den ungünstigen Reaktionsmodus wechselt. Erfordert der Beschichtungsprozess allerdings eine Rekonditionierungsphase, um die Auswirkungen des ungünstigen Reaktionsmodus zu kompensieren, wird die benötigte Zeit für den Suchvorgang noch weiter erhöht. Wird der Suchvorgang hingegen fortgesetzt, ohne die Rekonditionierungsphase einzuhalten, kann dies zu einem verfälschten Ergebnis des Suchvorgangs führen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein Verfahren und eine Steuervorrichtung bereitgestellt, welche es erleichtern, einen Zugang zu der Kennlinie des Beschichtungsprozesses zu erlangen, z.B. indem diese weniger Aufwand benötigen, weniger Vorkenntnisse benötigen und/oder zuverlässiger sind. Beispielsweise lässt sich die Position des Kipppunkts, bei denen der Reaktionsmodus kippt, leichter ermitteln. Dies verbessert ferner das Beschichtungsergebnis und minimiert das Risiko, dass eine Rekonditionierungsphase benötigt wird, bzw. deren Dauer.
Es zeigen

1 die Kennlinie eines Beschichtungsprozess gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm
2 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm;
3 das Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm;
4 das Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; und
5 eine Beschichtungsanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht.

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 kann als Steuern eine beabsichtigte Beeinflussung eines Systems verstanden werden. Dabei kann der momentane Zustand des Systems (auch als Ist-Zustand bezeichnet) gemäß einer Vorgabe (auch als Soll-Zustand bezeichnet) verändert werden. Regeln kann als Steuern verstanden werden, wobei zusätzlich einer Zustandsänderung des Systems durch Störungen entgegengewirkt wird. Anschaulich kann die Steuerung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit eine Ablaufsteuerung implementieren, welche eine Eingangsgröße (z.B. die Vorgabe) in eine Ausgangsgröße umsetzt. Die Steuerstrecke kann aber auch Teil eines Regelkreises sein, so dass eine Regelung implementiert wird. Die Regelung weist im Gegensatz zu der reinen vorwärts gerichteten Ablaufsteuerung eine fortlaufende Einflussnahme der Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße auf, welche durch den Regelkreis bewirkt wird (Rückführung). Mit anderen Worten kann alternativ oder zusätzlich zu der Steuerung eine Regelung verwendet werden bzw. alternativ oder zusätzlich zu dem Steuern ein Regeln erfolgen. Der Zustand des Systems (auch als Arbeitspunkt bezeichnet) kann von einer oder mehr als einer Kenngröße des Systems repräsentiert werden, deren Ist-Wert den Ist-Zustand des Systems und deren Soll-Wert (auch als Führungswert bezeichnet) den Soll-Zustand des Systems repräsentiert. Bei einer Regelung wird ein Ist-Zustand des Systems (z.B. basierend auf einer Messung ermittelt) mit dem Soll-Zustand des Systems verglichen und die eine oder mehr als eine Kenngröße mittels einer entsprechenden Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst, dass die Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand des Systems minimiert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Beschichtungsprozess aufweisen, ein Beschichtungsmaterial in ein Vakuum (auch als Prozessvakuum bezeichnet) hinein zu emittieren, in welchem beispielsweise ein Substrat angeordnet ist, indem das Beschichtungsmaterial in den gasförmigen Zustand überführt wird; das Beschichtungsmaterial in der gasförmigen Phase mit einem Reaktivgas zu reagieren zu einem Reaktionsprodukt; und das Reaktionsprodukt auf einem Substrat abzuscheiden (auch als Beschichten des Substrats mittels des Reaktionsprodukts bezeichnet).
Das Prozessvakuum kann beispielsweise erzeugt werden als Gleichgewicht an abgepumptem Gas und optional zugeführtem Prozessgas. Das Prozessgas kann beispielsweise ein Reaktivgas aufweisen oder daraus gebildet sein, das mit dem Beschichtungsmaterial zu dem Reaktionsprodukt reagiert. Optional kann das Prozessgas ein Inertgas aufweisen.
Das Prozessvakuum kann einen Druck kleiner als 0,3 bar aufweisen oder weniger, z.B. einen Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) oder weniger, z.B. einen Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder weniger, z.B. einen Druck kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum).
Im Folgenden wird auf einen Sputterprozess zum Überführen des Beschichtungsmaterials in den gasförmigen Zustand Bezug genommen (dann auch als reaktives Sputtern bezeichnet). Das Beschriebene kann in Analogie auch für eine anderen Prozess zum Überführen des Beschichtungsmaterials in den gasförmigen Zustand gelten. Bei einem Sputterprozess kann das Beschichtungsmaterial mittels eines Plasmas zerstäubt, und so den gasförmigen Zustand überführt, werden.
Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise ein Metall aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. Zink. Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Metall (auch als metallischer Werkstoff bezeichnet) zumindest ein metallisches Element (d.h. ein oder mehrere metallische Elemente) aufweisen (oder daraus gebildet sein), z.B. zumindest ein Element aus der Folgenden Gruppe von Elementen: Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Titan (Ti), Nickel (Ni), Silber (Ag), Chrom (Cr), Platin (Pt), Gold (Au), Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V), Barium (Ba), Indium (In), Calcium (Ca), Hafnium (Hf), Samarium (Sm), Silber (Ag), und/oder Lithium (Li).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Keramik, ein Glas, ein Halbleiter (z.B. amorphes, polykristalliner oder einkristalliner Halbleiter, wie Silizium), ein Metall, und/oder ein Polymer (z.B. Kunststoff). Beispielsweise kann das Substrat eine Platte aufweisen, wie beispielsweise ein Wafer (ein Halbleitersubstrat), ein Metallblech oder eine Glasplatte. Alternativ kann das Substrat auch flexibel sein, wie beispielsweise eine Kunststofffolie, eine Metallfolie.
1 veranschaulicht die Kennlinie 111 eines Beschichtungsprozess gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm 100, in welchem eine Kenngröße 103 des Beschichtungsprozesses über der Stellgröße 101 (anschaulich Steuergröße) des Beschichtungsprozesses aufgetragen ist.
Der Beschichtungsprozess kann mehrere Reaktionsmodi aufweisen, z.B. einen ersten Reaktionsmodus (der sogenannte metallische Reaktionsmodus, engl. „metallic mode“) und einen zweiten Reaktionsmodus (der sogenannte vollreaktive Reaktionsmodus, engl. „reactive mode“). Anschaulich kann in dem ersten Reaktionsmodus eine geringe Reaktionsrate bzw. Umsetzungsrate und in dem zweiten Reaktionsmodus eine hohe Reaktionsrate bzw. Umsetzungsrate vorliegen. Der Begriff „metallisch“ für den ersten Reaktionsmodus wird unabhängig von der Art der beteiligten Reaktionspartner verwendet, so beispielsweise auch dann, wenn diese nicht-metallisch sind.
Die Reaktionsmodi können sich voneinander unterscheiden, z.B. zumindest in dem Wert der Kenngröße 103. Beispielsweise kann die Kenngröße 103 in dem ersten Reaktionsmodus in einem ersten Bereich („ränge I“ oder erster Zustandsbereich) sein und kann in dem zweiten Reaktionsmodus in einem zweiten Bereich („ränge II“ oder zweite Zustandsbereich).
Der erste Zustandsbereich und der zweite Zustandsbereich können ein Abstand voneinander aufweisen. Zwischen dem ersten Zustandsbereich und dem zweiten Zustandsbereich kann ein dritter Zustandsbereich angeordnet sein („ränge III“), in welchem die Kenngröße ist, wenn der Beschichtungsprozess zwischen dem ersten Reaktionsmodus und dem zweiten Reaktionsmodus ist, d.h. in dem sogenannten Übergangsmodus („transition mode“).
Der Übergangsmodus kann als eigener Reaktionsmodus verstanden werden, der aber im Gegensatz zu dem ersten Reaktionsmodus und dem zweiten Reaktionsmodus nicht selbst stabilisierend ist, sondern von selbst entweder in den ersten Reaktionsmodus oder den zweiten Reaktionsmodus kippt. Soll der Beschichtungsprozess in dem Übergangsmodus gehalten werden, ist ein beständiges Regeln des Beschichtungsprozesses erforderlich.
Aufgrund der sich selbst stabilisierenden Reaktionsmodi kann die Kennlinie 111 in einem Werteintervall 101z (auch als Zwischenbereich 101z bezeichnet) der Stellgröße 101 mehrere Abschnitte [B, B'] und [A', A] aufweisen, welche bezüglich der Stellgröße einander überlappen. Mit anderen Worten kann die Kennlinie 111 in den mehreren Abschnitten des Beschichtungsprozesses keine eindeutige Abbildung der Stellgröße 101 auf die Kenngröße 103 bzw. auf den Reaktionsmodus sein. Noch anders ausgedrückt kann die Kennlinie 111 des Beschichtungsprozesses eine Hysterese aufweisen. Weist die Stellgröße einen Wert aus dem Zwischenbereich 101z auf, kann der Beschichtungsprozess entweder in dem ersten Reaktionsmodus oder in dem zweiten Reaktionsmodus sein.
Allgemeiner formuliert beschreibt die Hysterese eine Reaktionsdynamik, bei der die Kenngröße 103 nicht allein von der unabhängig veränderlichen Stellgröße 101, sondern auch vom vorherigen Zustand der Kenngröße 103 abhängt. Der Beschichtungsprozess kann also - abhängig von der Vorgeschichte - bei gleichem Wert der Stellgröße 101 einen von mehreren möglichen Zuständen einnehmen.
Außerhalb der Hystereseschleife [A', A, B', B], d.h. der sich einander überlappenden Abschnitte der Kennlinie 111, kann die Stellgröße 101 in einem sogenannten Erholungsbereich 101e sein. In jedem Erholungsbereich 101e kann die Kennlinie 111 eine eindeutige Abbildung der Stellgröße 101 auf die Kenngröße 103 bzw. auf den Reaktionsmodus sein. Zwischen zwei Erholungsbereichen 101e, die jeweils einem stabilen Reaktionsmodus zugeordnet sind, kann der Zwischenbereich 101z (auch als Hysteresebereich 101z bezeichnet) angeordnet sein.
Ist der Beschichtungsprozess in dem ersten Reaktionsmodus, kann die Stellgröße 101 zwischen den Werten M und A beliebig verändert werden, ohne, dass der erste Reaktionsmodus verlassen wird. Überschreitet die Stellgröße den Wert A (der sogenannte Kipppunkt des ersten Reaktionsmodus), kippt der Beschichtungsprozess von selbst in den zweiten Reaktionsmodus (hin zu B'). Ist der Beschichtungsprozess in dem zweiten Reaktionsmodus, kann die Stellgröße zwischen den Werten B und O beliebig verändert werden, ohne, dass der zweite Reaktionsmodus verlassen wird. Unterschreitet die Stellgröße den Wert B (der sogenannte Kipppunkt des zweiten Reaktionsmodus), kippt der Beschichtungsprozess von selbst in den ersten Reaktionsmodus.
Die Kenngröße 103 kann im Allgemeinen eine messbare Eigenschaft (auch als Messgröße bezeichnet) des Beschichtungsprozesses sein, welche bezüglich des Reaktionsmodus eindeutig ist. Mit anderen Worten kann die Kenngröße eine eindeutige Funktion des Reaktionsmodus sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn für die Kenngröße x ein Schwellenwert x₀ existiert (vergleiche auch 3), so dass immer x>x₀ für den ersten Reaktionsmodus und immer x<x₀ für den zweiten Reaktionsmodus ist. Haben der erste Reaktionsmodus und der zweite Reaktionsmodus einen Abstand voneinander, kann dasselbe gelten für ein Intervall [x_0a, x_0b] , wobei x₀ ∈ [x_0a, x_0b]. Für einen bistabilen Beschichtungsprozess reicht aber in erster Näherung die Verwendung genau eines Schwellenwerts x₀ zur Charakterisierung aus.
Beispiele für die Kenngröße weisen auf: eine Farbe und/oder Intensität der von dem Beschichtungsprozess emittierten Strahlung (z.B. deren spektrale Zusammensetzung); ein Druck, dem der Beschichtungsprozess ausgesetzt ist (zum Beispiel ein Gesamtdruck oder ein Partialdruck); eine Spannung, ein Strom oder eine Leistung (allgemeiner eine elektrische Größe), mit welcher der Beschichtungsprozess versorgt wird; eine Beschichtungsrate des Beschichtungsprozesses; eine Eigenschaft einer mittels des Beschichtungsprozesses abgeschiedenen Schicht. Anhand einer solchen Kenngröße lässt sich beispielsweise zweifelsfrei ermitteln, ob der Beschichtungsprozess in dem ersten Reaktionsmodus oder in dem zweiten Reaktionsmodus ist.
Im Folgenden wird unter anderem auf die elektrische Spannung U, mit der der Beschichtungsprozess versorgt wird (auch als Brennspannung U bezeichnet), als exemplarische Kenngröße Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie für jede andere (z.B. hierin beschriebene) Kenngröße gelten. Die elektrische Spannung (oder jede andere elektrische Größe des Beschichtungsprozesses) kann beispielsweise eine besonders unkompliziert zu messende Kenngröße 103 sein, welche eine geringe Zeitverzögerung aufweist. Die Messung der mittels des Beschichtungsprozesses abgeschiedenen Schicht kann hingegen nur zeitverzögert einen Rückschluss auf den vorherrschenden Beschichtungsmodus zulassen.
Die Stellgröße 101 kann im Allgemeinen eine Eigenschaft sein, von welcher der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses abhängt. Mit anderen Worten kann die Stellgröße 101 jede Größe sein, mittels welcher sich der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflussen, z.B. umstellen, lässt. Beispiele für die Stellgröße weisen auf: ein dem Beschichtungsprozesses zugeführter Gasfluss, ein Mischungsverhältnis von Prozessgasen (bzw. die chemische Zusammensetzung des Prozessgases), eine Saugleistung (z.B. durch ein Butterfly-Ventil vor der Pumpe), eine Prozessleistung.
Der Gasfluss kann beispielsweise ein Gasfluss an Reaktivgas sein. Beispiele für das Reaktivgas weisen auf: Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und/oder Kohlenstoff. Im Folgenden wird unter anderem auf einen Reaktivgasfluss f, mit dem der Beschichtungsprozess versorgt wird, als exemplarische Stellgröße Bezug genommen. Das Beschriebene kann in Analogie für jede andere (z.B. hierin beschriebene) Stellgröße gelten.
Wird der Beschichtungsprozess mittels eines Plasmas durchgeführt, kann dem Beschichtungsprozesses zusätzlich ein plasmabildendes Gas zugeführt werden, z.B. ein Inertgas (z.B. Argon). Reagiert das Beschichtungsmaterial nicht zu einem Karbid, kann das plasmabildende Gas auch Stickstoff aufweisen.
Im Folgenden wird ein leicht zu verstehender Sputterprozess als Beispiel für den Beschichtungsprozess erläutert.
Ein reaktiver Sputterprozess kann eine sogenannte Prozesshysterese [A', A, B', B] bezüglich des eingelassenen Reaktivgasflusses f aufweisen. Die Prozesshysterese äußert sich in einer sprunghaften Änderung vieler Prozesseigenschaften wie z.B. Beschichtungsrate, Schichteigenschaften (z.B. die Stöchiometrie der Schicht), Brennspannung, usw. Ab dem ersten Kipppunkt A (bezüglich des Reaktivgasflusses) fällt der Sputterprozess in den vollreaktiven Reaktionsmodus (z.B. oxydischen Reaktionsmodus). Ab dem zweiten Kipppunkt B erfolgt ein Rückkippen in den metallischen Reaktionsmodus (auch als unterreaktiver Reaktionsmodus bezeichnet). Die Kippunkte A und B liegen auf der Kennlinie 111 bei charakteristischen Gasflusswerten f_A=f (A) =f_B'=f (B') und f_B=f(B), sowie dazugehörigen Werte der Kenngröße 103 (auch als Prozessmesswerte bezeichnet), wie z.B. der Brennspannung U_A=U(A) und U_B=U(B).
In der laufenden Produktion ist das „Kippen“ des Beschichtungsprozesses (d.h. der Wechsel des Beschichtungsmodus) unerwünscht. Andererseits ist es im vollreaktiven Beschichtungsmodus häufig der Fall, dass die besten Prozesseigenschaften bzw. Schichteigenschaften nahe dem entsprechenden Kipppunkt B erreicht werden. Beispielsweise ist die genaue Bestimmung dieses Kipppunktes B von Bedeutung zum Durchführen eines reaktiven Beschichtungsprozesses, der über längere Zeit stabil läuft und ein gutes Resultat liefert.
Das hierin bereitgestellte Verfahren 200 ermöglicht es, einen oder mehr als einen Kipppunkt (z.B. den Kipppunkt B des zweiten Reaktionsmodus und/oder den Kipppunkt A des ersten Reaktionsmodus) möglichst schnell und genau zu ermitteln (z.B. vollautomatisch). Dabei kann der Reaktivgasfluss f gestellt (d.h. die Stellgröße bildend) verändert werden und der Zustand einer geeigneten Kenngröße, wie beispielsweise die Brennspannung U, als Messsignal erfasst werden.
Vereinfacht gesagt kann das Verfahren 200 erleichtern, den Wert eines möglichst optimalen Reaktivgasflusses f zu ermitteln, bei welchem der Beschichtungsprozess gerade noch nicht kippt, d.h. möglichst nahe am offenen Rand des Intervalls (B, B'] oder [A', A). Beispielsweise kann der kleinstmögliche Reaktivgasfluss, der einen stabilen Beschichtungsprozess erlaubt, ermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich können auch zusätzliche Eigenschaften des Beschichtungsprozesses, wie z.B. beide Kipppunkte, der Verlauf der Kennlinie 111, ermittelt werden, müssen es aber nicht. Beispielsweise können diese weggelassen werden, wenn der Wert der Kenngröße einen eindeutigen Rückschluss auf den vorliegenden Reaktionsmodus erlaubt. Es kann allerdings verstanden werden, dass das hierin beschriebene Verfahren (z.B. zum Ermitteln des unteren Kipppunktes B) in Analogie zum Ermitteln des oberen Kipppunktes A verwendet werden kann, z.B. alternativ oder zusätzlich zum Ermitteln des unteren Kipppunktes B.
2 veranschaulicht ein Verfahren 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Verfahren 200 weist auf, in 201, Steuern mittels einer Stellgröße, welche den Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst. Der Beschichtungsprozess kann ein (z.B. bistabiler) reaktiver Beschichtungsprozess sein. Das Steuern 201 kann beispielsweise gemäß einer Steuersequenz erfolgen.
Gemäß der Steuersequenz kann die Stellgröße derart verändert werden, dass diese abwechselnd in dem Zwischenbereich 101z und dem Erholungsbereich 101e des Reaktionsmodus ist, wie später noch genauer beschrieben wird. Die Steuersequenz kann beispielsweise mehrere Phasen (auch als Steuerphasen bezeichnet) aufweisen, wobei die Stellgröße in jeder der mehreren Steuerphasen abwechselnd in dem Zwischenbereich 101z und dem Erholungsbereich 101e ist.
Die Anzahl N der Steuerphasen kann zumindest 2 betragen (d.h. N≥2). Die Anzahl N der Steuerphasen kann aber auch größer als zwei sein, z.B. N≥3, N≥4, N≥5, oder N≥10. Die Anzahl N der Steuerphasen muss nicht notwendigerweise fest vorgegeben sein. Beispielsweise kann die Anzahl N der Steuerphasen begrenzt sein oder werden basierend darauf, ob in der N-ten Steuerphase ein erstes Konvergenzkriterium (auch als Steuersequenz-Abbruchkriterium bezeichnet) erfüllt ist. Dies wird später aber noch genauer beschrieben.
Das Verfahren 200 kann iterativ eingerichtet sein. Dazu kann ein Resultat des Steuerns in einer i-ten Steuerphase auf eine oder mehr als eine dieser nachfolgende j-te Steuerphase Einfluss nehmen (d.h. 1≤i≤j≤N). Beispielsweise kann j=i+1 sein, d.h. dass die unmittelbar der i-ten Steuerphase nachfolgende (i+1)-te Steuerphase beeinflusst wird basierend auf dem Resultat des Steuerns in einer i-ten Steuerphase. Alternativ oder zusätzlich kann, je nach Anzahl der Steuerphasen, auch eine der (i+1)-ten Steuerphase nachfolgende Steuerphase (wenn vorhanden) beeinflusst werden (d.h. i+1≤j≤N) basierend auf dem Resultat des Steuerns in einer i-ten Steuerphase. Aufgrund der iterativen Kette kann das Resultat des Steuerns in einer i-ten Steuerphase beispielsweise auf mehr als eine (z.B. jede) Steuerphase, die der i-ten Steuerphase nachfolgt, Einfluss nehmen.
Um die iterative Kette zu implementieren, kann das Verfahren 200, in 203, optional aufweisen: Ermitteln eines Werts der Stellgröße (auch als Iterationswert bezeichnet), bei welchem das Abbruchkriterium erfüllt ist. Der Startwert der Stellgröße und/oder die Zeitabhängigkeit der Stellgröße der m-ten Steuerphase kann auf dem Iterationswert, der in der i-ten Steuerphase ermittelt wird, basieren.
Anschaulich kann der Iterationswert der i-ten Steuerphase dem für die i-te Steuerphase geschätzten Kipppunkt entsprechen. Mittels der iterativen Einflussnahme kann der geschätzte Kipppunkt immer weiter an den wahren Kipppunkt angenähert werden, z.B. Steuerphase für Steuerphase.
Um das Annähern an den wahren Kipppunkt zu verbessern, kann das Verfahren 200, in 205, aufweisen, dass die Stellgröße innerhalb des Zwischenbereichs 101z mit einer Rate verändert wird, welche im Zeitverlauf abnimmt (auch als Ratenabnahme bezeichnet). Die Ratenabnahme kann beispielsweise vorgenommen werden, unmittelbar bevor und/oder unmittelbar nachdem die Stellgröße in dem Erholungsbereich ist.
3 veranschaulicht das Verfahren 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Diagramm 300, in welchem jeweils die Brennspannung U (in Volt) als exemplarische Kenngröße 103 und der Reaktivgasfluss f (in Standardkubikzentimeter pro Minute) als exemplarische Stellgröße 101 über der Zeit t aufgetragen sind.
Die Steuersequenz des Verfahrens 200 kann mehrere Steuerphasen aufweisen, z.B. zumindest eine erste Steuerphase 301a und eine oder mehr als eine dieser nachfolgende zweite Steuerphase 301b, 301c. Jede der Steuerphasen (siehe Detailansicht 300a der zweiten Steuerphase 301b) kann einen ersten Zeitabschnitt 311a und einen zweiten Zeitabschnitt 311b aufweisen oder daraus gebildet sein.
In dem ersten Zeitabschnitt 311a kann der Reaktivgasfluss f in dem Erholungsbereich 101e (z.B. des vollreaktiven Reaktionsmodus) sein, z.B. auf einen Wert 319 aus dem Erholungsbereich 101e gestellt sein (auch als Erholungswert 319 bezeichnet). In dem zweiten Zeitabschnitt 311b, kann der Reaktivgasfluss f in dem Zwischenbereich 101z sein, z.B. näher zu dem Kipppunkt B als zu dem Erholungsbereich 101e.
Folgen zwei oder mehr der mehreren Steuerphasen 301a, 301b, 301c unmittelbar aufeinander, ist der Reaktivgasfluss f somit abwechselnd in dem Zwischenbereich 101z und dem Erholungsbereich 101e.
Vom Beginn des ersten Zeitabschnitts 311a bis zum Ende des ersten Zeitabschnitts 311a kann der Reaktivgasfluss f beispielsweise auf den Erholungswert 319 gestellt sein (hier exemplarisch der Wert 250 sccm (Standardkubikzentimeter)). Alternativ oder zusätzlich kann der Erholungswert 319 für zwei oder mehr als zwei der Steuerphasen identisch sein (hier exemplarisch der Wert 250 sccm), muss dies aber nicht notwendigerweise.
Mit Beginn des zweiten Zeitabschnitts 311b kann der Reaktivgasfluss f von dem Erholungswert 319 auf einen Startwert 321 geändert werden. Die Änderung kann beispielsweise sprungartig erfolgen, z.B. innerhalb einer wesentlich kürzeren Zeit, als der erste Zeitabschnitt 311a und/oder zweite Zeitabschnitt 311b dauern.
Innerhalb des zweiten Zeitabschnitts 311b kann der Reaktivgasfluss f mit einer Zeitabhängigkeit f=f(t) verändert werden, beispielsweise mit einer Rate Δf/Δt, welche im Zeitverlauf abnimmt. Beispielsweise kann die f=f(t) eine exponentielle Funktion der Zeit sein.
Allgemeiner gesprochen kann die Rate r=Δf/Δt eine Funktion der Zeit t sein, d.h. dass Δf/Δt=r=r(t) und/oder dass die zweite Ableitung von f nach t ungleich 0 ist. Der Reaktivgasfluss f kann innerhalb des zweiten Zeitabschnitts 311b verändert werden, bis ein Abbruchkriterium (auch als Phasenabbruchkriterium bezeichnet) erfüllt ist, wie nachfolgend genauer beschrieben wird. Allgemein gesprochen, kann das Phasenabbruchkriterium erfüllt sein, wenn ermittelt wird, dass der Reaktionsmodus wechselt oder zumindest zu wechseln beginnt.
Im Folgenden wird eine leicht verständliche Implementierung des Phasenabbruchkriteriums gemäß verschiedenen Ausführungsformen als Beispiel erläutert.
Das Phasenabbruchkriterium kann in dem Beispiel auf dem Schwellenwert x₀ basieren. Das Phasenabbruchkriterium kann dann erfüllt sein, wenn die Brennspannung U den Schwellenwert x₀ erreicht oder überquert hat, z.B. wenn U=x₀ ist (d.h. wenn der Reaktionsmodus gerade im Begriff ist zu wechseln) oder wenn U>x₀ ist (d.h. wenn der Reaktionsmodus bereits gewechselt ist).
Im Folgenden wird auf den Schwellenwert x₀ als exemplarisches Phasenabbruchkriterium Bezug genommen. Das Beschriebene kann allerdings auch für ein anders definiertes Phasenabbruchkriterium gelten, z.B. für einen anderen vordefinierten Schwellenwert aus dem Intervall [x_0a, x_0b].
Der Wert 312 des Reaktivgasflusses f, bei der das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist (auch als Iterationswert 312 bezeichnet), kann zum Ermitteln eines oder mehr als eines Parameters der nachfolgenden Steuerphase verwendet werden, d.h. dass die mehreren Steuerphasen eine iterative Kette bilden.
Der eine oder mehr als eine Parameter der nachfolgenden Steuerphase weist den Startwert 321 und/oder die Zeitabhängigkeit f=f(t), z.B. die Zeitabhängigkeit r(t), auf. Beispielsweise kann der Iterationswert 312 auf den Startwert 321 und/oder die Zeitabhängigkeit f=f(t) abgebildet werden. Das Abbilden kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das Mittel von r(t), z.B. über die Dauer des zweiten Zeitabschnitts einer Steuerphase gemittelt, im Zeitverlauf immer weiter abnimmt. Das Abbilden kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass von r(t) innerhalb des zweiten Zeitabschnitts jeder Steuerphase im Zeitverlauf immer weiter abnimmt.
Der Iterationswert 312 kann abgespeichert werden als Ausgabegröße der Steuersequenz. Der Iterationswert 312 repräsentiert anschaulich den geschätzten Reaktivgasfluss f am Kipppunkt (auch als Position des Kipppunkts bezeichnet). Mit anderen Worten kann der zuletzt ermittelte Iterationswert 312 als Ausgabegröße der Steuersequenz verwendet werden. Beispielsweise kann die Ausgabegröße der Steuersequenz beim Durchlauf jeder Steuerphase der mehreren Steuerphasen 301a, 301b, 301c aktualisiert werden mit dem Iterationswert 312, der in derjenigen Steuerphase ermittelt wird.
Grundsätzlich kann mit Beendigung jeder Steuerphase der mehreren Steuerphasen 301a, 301b, 301c ermittelt werden, ob eine weitere Steuerphase gestartet wird oder ob die Steuersequenz des Verfahrens 200 beendet wird, wie später noch genauer erläutert wird.
Optional kann die Steuersequenz eine Initialphase 301i (wenn vorhanden, anschaulich die 0-te Steuerphase) aufweisen.
Mittels der Initialphase 301i kann das Phasenabbruchkriterium ermittelt werden, wenn dies benötigt wird. Dazu kann der Reaktionsmodus mittels Veränderns des Reaktivgasflusses f umgeschaltet werden, z.B. von dem ersten Reaktionsmodus in den zweiten Reaktionsmodus oder andersherum. Basieren auf der daraus resultierenden Antwort der Brennspannung U kann das Phasenabbruchkriterium ermittelt werden. Die Initialphase 301i kann aber auch weggelassen werden, z.B. wenn das Phasenabbruchkriterium vom Nutzer eingegeben wird oder für den Beschichtungsprozess bereits bekannt, z.B. abgespeichert, ist.
Beispielsweise kann der Schwellenwert x₀ derjenige Wert der Brennspannung U sein, bei dem der zeitliche Verlauf der Brennspannung U einen Wendepunkt aufweist, d.h. wenn als Randbedingung δ²U/δt²=0 ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine andere Randbedingung zum Ermitteln des Phasenabbruchkriteriums verwendet werden, beispielsweise wenn δU/δt eine Vorgabe erfüllt, wenn ein zeitlicher Mittelwert von U eine Vorgabe erfüllt, oder Ähnliches.
Optional kann das Steuern 201 nach der Steuersequenz (z.B. unmittelbar anschließend daran) gemäß einer Abtastsequenz erfolgen.
Mittels der Abtastsequenz kann die geschätzte Position des Kipppunkts noch weiter präzisiert werden. Die Abtastsequenz kann ähnlich zu der Steuersequenz eine oder mehr als eine Phase 303a, 303b, 303c, 303d (auch als Abtastphase bezeichnet) aufweisen, von denen jede Abtastphase einen ersten Zeitabschnitt und einen zweiten Zeitabschnitt aufweist. Im Unterschied zu der Steuersequenz kann der Reaktivgasfluss f im zweiten Zeitabschnitt einer Abtastphase bei einem Wert (auch als Abtastwert bezeichnet) konstant gehalten werden, z.B. bis das (oder ein anderes) Phasenabbruchkriterium erfüllt ist.
Ist das Phasenabbruchkriterium erfüllt, kann die nächste Abtastphase gestartet werden. Tritt das Ende einer Abtastphase ein (d.h. läuft diese ab), bevor das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist, kann die Abtastsequenz beendet werden. Der zuletzt verwendete Abtastwert 325 kann als Ausgabegröße der Abtastsequenz verwendet werden.
Im Folgenden wird ein leicht verständliches Beispiel zum Implementieren des Verfahrens 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen als Beispiel erläutert.
Das Ermitteln eines stabilen Punktes (wenn f≥f_B) der Kennlinie nimmt mehr Zeit in Anspruch je präzisier dieser sein soll, insbesondere mehr Zeit als zum Ermitteln eines instabilen Punktes (wenn f≤f_B) der Kennlinie benötigt wird. Während zum Nachweis der Stabilität lange gewartet wird, ist Instabilität durch Überschreitung des Schwellenwerts x₀ dagegen schnell ermittelbar (vgl. die Initialphase 301i). Um den Zeitaufwand für das Verfahren 200 zu minimieren, werden daher mehrere instabile Punkte der Kennlinie nacheinander gezielt angefahren. Wird ein beginnendes Kippen (d.h. der Wechsel des Reaktionsmodus) ermittelt, wird wieder in den vollreaktiven Reaktionsmodus zurück gewechselt. Dies erreicht, dass in kürzerer Zeit mehr Werte für den Reaktivgasfluss f durchgetestet werden können.
Das Verfahren 200 weist in diesem Beispiel drei Vorgänge auf, nämlich ein Ermitteln des Schwellenwertes x₀ (siehe 301i); ein Ermitteln der ungefähren Position des Kipppunktes durch schnelle Abtastung eines großen Wertebereiches (siehe 301a bis 301c); und Ermitteln einer exakteren Position des Kipppunktes mittels Abtastens in der Umgebung der Position des Kipppunktes (siehe 303a bis 303d). Alternativ oder zusätzlich zu dem Ermitteln des Schwellenwertes x₀ kann der Nutzer einen bereits bekannten Schwellenwert x₀ mittels einer Nutzereingabe vorgeben. Dies beschleunigt das Verfahren und ermöglicht, auf einen Wechsel in den metallischen Reaktionsmodus (siehe 301i) verzichten zu können.
Im Folgenden wird ein etwas detaillierteres Beispiel zum Implementieren des Verfahrens 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen als Beispiel erläutert.
Als Parameter des Verfahrens 200 können vorgegeben sein oder werden einer oder mehr als einer der folgenden Parameter:

• eine Zeitkonstante to (reflektiert die typische Reaktions-/Einschwingzeit des Beschichtungsprozesses);
• der Reaktivgasfluss f_0x (auch als Erholungswert 319 bezeichnet), bei dem der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses sicher wechselt in den vollreaktiven Beschichtungsmodus (z.B. f_0x > f_A);
• optional der Reaktivgasfluss f_M=f(M), bei dem der Beschichtungsprozess sicher wechselt in dem metallischen Beschichtungsmodus (z.B. f_M < f_B, z.B. f_M=0);
• optional die geforderte Genauigkeit des Ergebnisses f_tol (auch als Toleranzvorgabe bezeichnet), d.h. anschaulich die akzeptable Toleranz.

Beispielsweise können diese Parameter des Verfahrens 200 beim Starten des Verfahrens 200 abgefragt werden oder von einem Speicher ausgelesen werden.
Die Zeitkonstante to kann optional auch automatisch ermittelt werden. Eine grobe Schätzung der Zeitkonstante to erfüllt allerdings zumeist die Anforderungen an ein schnelles Auffinden der Position des Kipppunktes. Wird die Zeitkonstante to zu hoch geschätzt, verlängert dies die Dauer des Verfahrens nur linear. Wird die Zeitkonstante to zu gering geschätzt, kann das Ergebnis des Verfahrens ungenauer werden. Für typische Zeitkonstante to kann beispielsweise im Sekundenbereich liegen.
Die anderen Parameter des Verfahrens 200 können beispielsweise mit sinnvollen Standardwerten belegt werden, um das Verfahren 200 ohne Nutzereingriff automatisch auszuführen. Alternativ oder zusätzlich können etliche Grenzwerte (z.B. das Phasenabbruchkriterium) definiert sein oder werden, die bei Bedarf als Parameter ausgegeben werden können.
Optional kann der Iterationswert 312 jeder der Steuerphasen und/oder der Abtastwert 325 jeder Abtastphase als Zwischenergebnis ausgegeben bzw. abgespeichert werden. Dies erreicht, dass eine Grundlage zum Optimieren des Verfahrens 200 bereitgestellt wird.
Im Folgenden wird ein noch detaillierteres Beispiel zum Implementieren des Verfahrens 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit Bezug auf 4 erläutert. 4 veranschaulicht das Verfahren 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen 400 in einem schematischen Ablaufdiagramm.
Zum einfacheren Verständnis der nachfolgenden Relationen wird der Startwert 321 mit f_start bzw. der Startwert der i-ten Steuerphase mit f_start,i bezeichnet (i=1, ..., N). Ferner wird der Iterationswert 312 der i-ten Steuerphase mit f_B,i-1 bezeichnet.
Gemäß dem Verfahren 200 wird nachfolgend Bezug genommen auf Informationen über den Mittelwert und/oder den Trend des Verlaufs der Brennspannung U verwendet. Ist die Brennspannung U diesbezüglich auf kurzen Zeitskalen gestört, kann diese mittels eines Filters entstört werden. Die Brennspannung U kann beispielsweise aufgrund eines zufälligen Rauschens und/oder aufgrund des periodischen Einflusses der Rotation des Beschichtungsmaterials (wenn ein rotierendes Target verwendet wird) gestört sein oder werden.
Der Filter kann beispielsweise eine Glättung der Brennspannung U bewirken. Um die Brennspannung beispielsweise zu entrauschen, kann ein Savitzky-Golay-Filter 2. Ordnung angewendet werden. Der Savitzky-Golay-Filter 2. Ordnung nutzt ein gleitendes Fenster (auch als Schiebefenster bezeichnet), dessen Länge der Zeitkonstanten to entspricht. Für die Messdaten der Brennspannung U, welche in dieses Fenster fallen, wird die quadratische Regression ermittelt, d.h. eine Least-Square-Anpassung (auch als Methode der kleinsten Quadrate bezeichnet) gemäß der Relation: $U \approx = \cdot 2 + b \cdot t^{2} + c .$
Zum Messzeitpunkt (d.h. am Fensterende) können die geglättete Brennspannung U_smooth und/oder die Ableitung δU/δt der Brennspannung U_smooth nach der Zeit t in der Mitte des Fensters ermittelt werden gemäß den folgenden Relationen: $U_{smooth} = a {(t - t_{0} / 2)}^{2} + b {(t - t_{0} / 2)}^{2} + c;$
und $m = δ U/ δ t = 2 a {(t - t_{0} / 2)}^{2} + b .$
Der Savitzky-Golay-Filter 2. Ordnung bietet ausgezeichnete Entrauschungseigenschaften. Gleichzeitig ist der Savitzky-Golay-Filter 2. Ordnung effizient in Echtzeit berechenbar. Da die quadratische Anpassung durch fortlaufend aktualisierte Summen der Punkte im Fenster ermittelt werden kann, ist für jede Verschiebung des Fensters um einen Schritt die Anpassung in 0(1)-Zeit aktualisierbar.
Allerdings resultiert dieser Savitzky-Golay-Filter 2. Ordnung in einem zeitlichen Versatz um to/2. Dieser Versatz kann allerdings für die meisten reaktiven Beschichtungsprozesse vernachlässigbar sein. Andernfalls kann selbst verständlich auch ein anderer Glättungsfilter verwendet werden, der weniger zeitlichen Versatz ermöglicht. Generell muss aber auch nicht zwangsläufig ein Glättungsfilter verwendet werden.
Das Verfahren 200 weist auf, den Beschichtungsprozess mittels des Reaktivgasflusses f zu initialisieren (auch als Prozessinitialisierungsphase 401 des Verfahrens 200 bezeichnet).
Die Prozessinitialisierungsphase 401 kann aufweisen, den Reaktivgasfluss auf den Erholungswert f_0x zu stellen und ein stabiles Spannungssignal abzuwarten, z.B. bis die erfasste Brennspannung U(t) ein Stabilitätskriterium erfüllt. Dazu kann zunächst um eine Zeitspanne von der Dauer der Zeitkonstante to oder mehr gewartet werden, um das Schiebefenster für die Messauswertung (z.B. Glättung) zu füllen. Anschließend wird fortlaufend der Anstieg m der Brennspannung U(t) ermittelt. Das bisher beobachtete Maximum mmax des Anstiegs δU/δt der Brennspannung U(t) kann gespeichert werden.
Das Stabilitätskriterium kann beispielsweise erfüllt sein, wenn sich die Brennspannung U innerhalb to um weniger als 0.1% des Absolutwertes ändert, d.h. wenn |m| < 0,001. |U|/t₀ ist.
Das Stabilitätskriterium kann beispielsweise erfüllt sein, wenn der Anstieg unter 10% des beobachteten Maximums liegt, oder das Vorzeichen sich gegenüber mmax verkehrt hat. Damit wird anschaulich das typische Verhalten einer exponentiell abklingenden Schaltflanke ermittelt. Dann wäre die Relation | m | < | 0, 1 · m_max | oder sgn (m) = -sgn (mmax) erfüllt.
Die Funktion sng (auch als Vorzeichenfunktion bezeichnet) gibt das Vorzeichen aus, d.h. sgn(y)=-1 wenn y<0, sgn(y)=0 wenn y=0 und sgn(y)=1 wenn y>0 ist.
Die Prozessinitialisierungsphase 401 kann erst dann beendet werden, wenn die erfasste Brennspannung U eine oder mehr als eine Stabilitätskriterium erfüllt und/oder wenn eine Zeitdauer von einem Vielfachen von to abgelaufen ist, z.B. von 6·t₀.
Als Ausgabegröße der Prozessinitialisierungsphase 401 kann der Mittelwert der Brennspannung U im zuletzt ermittelten Schiebefenster [t-to, t] als Referenzwert der Brennspannung im vollreaktiven Reaktionsmodus (auch als vollreaktive Spannung bezeichnet) abgespeichert werden.
Das Verfahren 200 weist einen iterativen, dynamischen Mechanismus auf, mittels welchem sich dem wahren Kipppunkt f_B sukzessiv annähert werden kann. In der i-ten Steuerphase (i=1,...,N) kann der Reaktivgasfluss f auf einen Startwert f_start,i gestellt werden und dann derart verändert werden, dass dieser gemäß einer nicht-linearen (z.B. exponentiellen) Funktion auf den zuvor geschätzten Kipppunkt f_B,i-1 (z.B. asymptotisch) zuläuft, z.B. gemäß der Relation $f (t) = {\tilde{f}}_{B, i - 1} + (f_{s t a r t, i} - {\tilde{f}}_{B, i - 1}) exp (- \frac{t}{3 t_{0}})$
ist.
Die Ratenabnahme mittels eines exponentiellen Zeitverlaufs von f(t) bzw. r(f) erreicht, dass von einem hohen Reaktivgasfluss f ausgehend schnell der „interessante“ Wertebereich erreicht wird. Dort wiederum wird die Flussänderung asymptotisch immer langsamer, so dass man sich mehr und mehr dem stationären Fall annähert, was die Genauigkeit pro Zeitaufwand erhöht. Selbstverständlich kann auch eine anderer Zeitverlaufs von f(t) bzw. r(f) verwendet werden, welcher beispielsweise eine asymptotische Ratenabnahme implementiert.
Für die allererste Steuerphase (z.B. i=1 oder i=0, z.B. die Initialphase 301i) der Steuersequenz können als Startwert und Zeitverlauf die vorgegebenen Parameter verwendet werden, d.h. : $f_{Start,i} : = f_{0 x};$
und $f_{B,0} : = f_{m} .$
Während der Reaktivgasflusses f ausgehend vom Startwert f_start,i verändert wird, kann permanent die Brennspannung U(t) erfasst werden.
In der Initialphase 301i (wenn vorhanden) wird der kritische Wert x₀ basierend auf der Kurvenform von U(t) ermittelt. Ist x₀ vom Nutzer hingegen vorgegeben, so kann die Initialphase 301i übersprungen werden. Für die nachfolgende(n) Steuerphase(n) (d.h. i≥1) dient die Überschreitung von x₀ als Phasenabbruchkriterium.
Das Phasenabbruchkriterium kann in Abhängigkeit der Eigenschaften des Beschichtungsmaterials und/oder des Beschichtungsprozesses gewählt werden. Denn Anstieg und Wertebereich des metallischen/vollreaktiven Hysterese-Abschnitts und der Hystereseschleife (falls vorhanden) können davon abhängig sehr unterschiedlich ausgeprägt sein.
Im Folgenden wird eine exemplarische Implementierung der Initialphase 301i zum Ermitteln des Phasenabbruchkriteriums gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert.
Als Phasenabbruchkriterium kann eine „kritische“ Brennspannung x₀ ermittelt werden, welche dem Punkt der schnellsten Spannungsänderung bei gleichmäßiger Veränderung des Reaktivgasflusses entspricht. Anders gesprochen kann bei Betrachtung des Kurvenverlaufs der Brennspannung U(t) während des Kippens vom vollreaktiven Reaktionsmodus in den metallischen Reaktionsmodus die kritische Brennspannung x₀ gleich dem Funktionswert U(t) an der Stelle t sein, an welcher der Anstieg δU/δt sein Maximum erreicht.
Um die kritische Brennspannung zu ermitteln, kann der Reaktivgasfluss f gemäß der oben beschriebenen nicht-linearen (z.B. exponentiellen) Funktion verändert werden oder auch linear. Dabei kann fortlaufend der geglättete Wert U_smooth und der Anstieg δU/δt des Spannungssignals ermittelt werden. Beide Werte können mittels des Savitzky-Golay-Filters wie oben beschrieben ermittelt werden.
Um auszuschließen, dass ein nicht transienter Umschalteffekt beobachtet wurde, kann von Beginn der Flanke an gewartet werden, bis wenigstens die Zeit to vergangen ist und U_smooth größer ist als x_0x + 0,01· |x_0x|, d.h. eine relative Signalveränderung um wenigstens 1% eingetreten ist.
Ferner kann Folgendes erfolgen:

• Ist m zum Zeitpunkt t_n größer als das bisher ermittelte Maximum mmax, wird mmax durch m aktualisiert (d.h. m wird als Maximalwert neue abgespeichert); der zu diesem Zeitpunkt t_n vorliegende Spannungswert U_smooth (t_n) wird als U_max abgespeichert und der Zeitpunkt t_n wird als tmax abgespeichert;
• Ist m hingegen kleiner als die Hälfte des bisher beobachteten Maximums, d.h. m < m_max/2, so kann die Initialphase 301i beendet werden und die nächste Steuerphase der Steuersequenz gestartet werden.

Im Moment tstop des Beendens der Initialphase 301i werden ermittelt: $x_{0} : = x_{m a x}$
$t_{f l a n k e} : = 2 (t_{s t o p} - t_{m a x})$
Die ermittelte Dauer der Flanke dient als Prüfkriterium für die typische Zeitkonstante to. Für jede nachfolgende Steuerphase kann t₀:=max(t₀, t_flanke) gesetzt werden. Dies erreicht, dass die Zeitkonstante to einen aussichtsreichen Wert annimmt und reduziert damit das Risiko eines Fehldurchlaufs des Verfahrens 200.
Der Reaktivgasfluss f zum Zeitpunkt tstop kann als f_B,0 gespeichert werden.
Mit Beginn jeder nachfolgenden Steuerphase 301a (i≥1) wird der Beschichtungsprozess in den vollreaktiven Beschichtungsmodus zurückgekippt, indem f=f_0x gesetzt wird für die Dauer des ersten Zeitabschnitts. Der zweite Zeitabschnitt kann begonnen werden, wenn die Brennspannung U(t) ein Startkriterium erfüllt (z.B. erst dann oder danach). Das Startkriterium kann beispielsweise erfüllt sein, wenn U<Us ist, wobei U_S einen vorgegebenen Schwellenwert bezeichnet. Als Beispiel kann U_S=(x₀+U_0x)/2 sein. Optional kann der zweite Zeitabschnitt genau dann begonnen werden, wenn nach dem Zeitpunkt, an dem das Stadtkriterium erfüllt ist, eine Pufferzeit von to/2 abgelaufen ist. Da der Beschichtungsprozess gerade erst anfing zu kippen, geht das Rückkippen typischerweise sehr schnell vonstatten.
Im Folgenden wird eine leicht verständliche Implementierung einer anderen Kenngröße als Beispiel gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert.
Wird alternativ oder zusätzlich zu der Brennspannung U(f) ein Druck p(f) als Kenngröße verwendet, so kann ein anderes Verhalten vorliegen. Bei gleichmäßiger Verringerung des zugeführten Reaktivgasflusses f sinkt der Druck nahezu mit konstantem Anstieg, bis er im Moment des Kippens auf einem nahezu konstanten Wert stehenbleibt. Analog zu dem obig für die Brennspannung Beschriebenen kann dieser „Knick“ im zeitlichen Verlauf des Drucks p(t) ermittelt werden.
Im Folgenden wird eine leicht verständliche Implementierung der Iteration als Beispiel gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert.
Für den zweiten Zeitabschnitt jeder i-ten Steuerphase können jeweils ein Startwert f_start,i und Zielwert f_B,i-1 ermittelt werden. Das Phasenabbruchkriterium kann jeweils erfüllt sein, wenn U(t)>xo ist. Wird zum Zeitpunkt t_a das Phasenabbruchkriterium erfüllt (z.B. die Schwelle x₀ überschritten), so kann in Antwort darauf Folgendes erfolgen:

• der Momentanwert f(t_a) wird als neue Schätzung f_B,i für den Kipppunkt übernommen; und
• die nächste i+1-te Abtastphase wird begonnen, indem der Beschichtungsprozess in den vollreaktiven Reaktionsmodus zurückgekippt wird (analog zur Initialphase 301i), d.h. f=f_0x gestellt wird.

Mit der ermittelten Schätzung f_B,i als Ausgangsgröße der i-ten Steuerphase kann die nächste Iteration gestartet werden. Diese Iteration erreicht, dass der Reaktivgasfluss als Ausgangsgröße etwas niedriger als f_B schätzt wird, da der Beginn des Kippvorgangs vorliegt, wenn das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist. Andererseits ist durch den asymptotisch abnehmenden Zeitverlauf für die Variation des Reaktivgasflusses die Relation f_B,i>f_B,i-1 erfüllt, so dass ein Festfressen der Iteration gehemmt wird.
Durch den asymptotischen Zeitverlauf ist der Anstieg der Flusskurve f(t) am wahren Kipppunkt f_B in jedem Durchlauf geringer, so dass sich phasenweise (d.h. Steuerphase-für-Steuerphase) an den statischen Fall angenähert wird.
Um die i-te Steuerphase nach der allerersten Steuerphase (d.h. wenn i≥2 ist) zu beschleunigen, kann der Startwert wie nachfolgend erläutert ermittelt werden: $\begin{array}{l} f_{1} : = {\tilde{f}}_{B, i - 1} + ({\tilde{f}}_{B, i - 1} - {\tilde{f}}_{B, i - 2}) \\ f_{2} : = max (f_{1},1.2 \cdot {\tilde{f}}_{B, i - 1}) \\ f_{s t a r t, i} = f_{3} : = min (f_{2}, f_{o x}) . \end{array}$

Anschaulich gesprochen reflektiert:
- • die Funktion f₁ eine Extrapolation der Schätzwertänderung und reflektiert die Annahme, dass sich der Wert im folgenden Schritt weniger stark verändern wird;
- • die Funktion f₂ ein Festlegen einer unteren Schwelle von 20% über dem über dem aktuellen Schätzwert, was ein Festfressen an einem zu niedrigen Schätzwert hemmt;
- • die Funktion f₃ einen Mechanismus, der hemmt, dass der Startfluss unnötig groß gewählt wird, was Zeit spart.

Mit jeder Steuerphase erhält man ein genaueres Ergebnis, d.h. der geschätzte Kipppunkt f_B,i der i-ten Steuerphase kommt dem wahren Kipppunkt f_B immer näher, d.h. f_B,i→f_B mit zunehmendem i. Jedoch kann es durch die asymptotische Flussänderung f(t) mit zunehmendem i immer länger dauern, bis das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist. Um dies zu hemmen, kann die Steuersequenz beendet werden (d.h. dann ist i=N), sobald eine Relation der Ausgangsgrößen unmittelbar nacheinander erfolgender Steuerphasen ein Abbruchkriterium (auch als Konvergenzkriterium oder Steuersequenz-Abbruchkriterium bezeichnet) erfüllt (anschaulich, sobald diese nahe genug beieinander liegen). Das Steuersequenz-Abbruchkriterium kann beispielsweise erfüllt sein, wenn f_B,i-f_B,i-1 kleiner ist als ein Vielfaches (z.B. das Doppelte) der geforderten Genauigkeit des Ergebnisses f_tol.
Ist das Steuersequenz-Abbruchkriterium erfüllt, kann der zuletzt ermittelte Iterationswert f_B,N als Ausgabegröße der Steuersequenz verwendet werden, z.B. abgespeichert und/oder ausgegeben werden.
Im Folgenden wird eine leicht zu verstehende Implementierung der Abtastsequenz gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert.
Dieser Abtastsequenz kann durchgeführt werden, wenn eine oder mehr als eine der folgenden Eigenschaften der iterativen Steuersequenz kompensiert werden sollen:

• je näher der geschätzte Kipppunkt einer Steuerphase dem wahren Kipppunkt kommt (z.B. je größer i ist), desto länger dauert die Steuerphase, z.B. aufgrund der exponentiell asymptotischen Zeitverlaufs der Stellgröße;
• bei dem oben beschriebenen Phasenabbruchkriterium wird naturgemäß ein Wert f_B,i ermittelt, bei dem der Beschichtungsprozess bereits instabil ist/wird;
• es wird ein „dynamisches“ Verhalten erhalten, das beispielsweise vom Prozessverhalten bei konstantem Gasfluss (je nach Produktionsbedingungen) abweichen kann.

Das Steuersequenz-Abbruchkriterium erreicht, dass zuletzt ermittelte Iterationswert f_B,N (anschaulich der letzte Schätzwert) nur noch wenig (z.B. das 2 bis 3-fache der Toleranzvorgabe f_tol) vom wahren Kipppunkt f_B abweicht. Soll dieser Schätzwert weiter präzisiert werden, kann die Abtastsequenz verwendet werden. Anschaulich implementiert die Abtastsequenz einen Mechanismus, der infrage kommende Werte f_c,i für den Kipppunkt (auch als Abtastwert bezeichnet) nacheinander aufsteigend durchprobiert (z.B. im Abstand von f_tol voneinander), bis der erste Reaktivgasflusses f_B,tol gefunden wird, bei dem der Reaktionsmodus stabil ist. Der wahre Kipppunkt f_B liegt dann im Intervall [f_B,tol, f_B,tol + f_tol] . Mit anderen Worten ist f=f_B,tol, wenn der Reaktionsmodus bei dem Reaktivgasfluss f(t) ein Stabilitätskriterium erfüllt.
In der i-ten Abtastphase wird ein Reaktivgasfluss f_c,i als einer der infrage kommenden Werte für den Kipppunkt eingestellt und ermittelt, ob das Stabilitätskriterium erfüllt ist.
Das Stabilitätskriterium kann anschaulich erfüllt sein, wenn bei dem Reaktivgasfluss f_c,i eine vordefinierte Zeitspanne t_c,i abgelaufen ist, bevor das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist (z.B. der Schwellenwert x₀ überschritten ist). Der Zeitverlauf von U (t, f_C,i) kann beispielsweise für die Zeitspanne t_c,i erfasst werden und für jeden der erfassten Werte U (t, f_C,i) ermittelt werden, ob das Phasenabbruchkriterium erfüllt. Alternativ kann U (t, f_C,i) nur für einen Teil t_CT,i der Zeitspanne t_c,i erfasst werden (t_CT,i<t_C,i) und basierend darauf der Zeitverlauf von U (t, f_C,i) im Intervall [t_CT,i, t_c,i] , d.h. bis zum Zeitpunkt des Ablaufs der Zeitspanne t_c,i, extrapoliert werden. Anhand des extrapolierten Zeitverlaufs von U (t, f_c,i) kann ermittelt werden, ob das Phasenabbruchkriterium in dem Intervall [t_CT,i, t_c,i] erfüllt ist.
Die Extrapolation des Zeitverlaufs von U (t, f_c,i) kompensiert, dass nahe des wahren Kipppunkts f_B das Kippen des Beschichtungsmodus sehr langsam stattfinden kann. Mit anderen Worten spart die Extrapolation des Zeitverlaufs von U (t, f_c,i) Zeit. Anschaulich kann schon innerhalb einer kurzen Wartezeit t_CT,i sichtbar sein, ob der Trend von U (t, f_C,i) sich stabilisierend ist oder divergent ist.
Im Folgenden wird eine etwas detailliertere Implementierung der Abtastphase(n) als Beispiel gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläutert.
Die i-te Abtastphase kann eine erste Zeitspanne aufweisen, in welcher der Reaktivgasfluss f in dem Erholungsbereich 101e (auch als Rekonditionierungsbereich bezeichnet), z.B. auf den Erholungswert 319 gesetzt, ist. Die i-te Abtastphase kann eine zweite Zeitspanne aufweisen, in welcher der Reaktivgasfluss f auf den Abtastwert f_c,i ist (z.B. zeitlich invariant), z.B. über die gesamte Dauer der zweiten Zeitspanne. Die zweite Zeitspanne (z.B. jeder Abtastphase) kann eine Dauer t_d von t_d=t_CT,i oder von t_d=t_c,i aufweisen, je nachdem ob das Extrapolieren angewendet wird oder nicht. Beispielsweise kann die Dauer der zweite Zeitspanne(n) der Abtastsequenz t_d=3·t₀ sein.
Wird vor dem Ablauf der Dauer t_d (auch als Abtastdauer t_d bezeichnet) das Phasenabbruchkriterium erfüllt, wird die i-te Abtastphase abgebrochen und die nachfolgende (i+1)-te Abtastphase gestartet.
In der 1-ten Abtastphase (i=1) kann f_c,1=f_B,N gesetzt werden oder auf f_c,1= f_B,N+f_tol, z.B. über die gesamte Abtastdauer t_d (mit beispielsweise t_d=3·t₀). In der 2-ten Abtastphase (i=2) kann f_c,2=f_c,1+f_tol gesetzt werden, z.B. über die gesamte Abtastdauer t_d (mit beispielsweise t_d=3·t₀). In der i-ten Abtastphase (i>2) kann f_c,i =f_c,1 +i · f_tol gesetzt werden, z.B. über die gesamte Abtastdauer t_d (mit beispielsweise t_d=3·t₀). Somit wird ein inkrementelles Abtasten implementiert. Es kann selbstverständlich auch eine andere Abtastschrittweite f_abtst, verwendet werden, so dass f_c,i=f_c,1 + i · f_abtst ist. Ist f_abtst=f_tol, wird erreicht, dass der wahre Kipppunkt im Intervall [f_B,tol, f_B,tol + f_tol] liegt, d.h. dass die Toleranzvorgabe erfüllt ist.
Läuft die Abtastdauer t_d der i-ten Abtastphase ab, bevor das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist, kann f_c,i als Ausgabewert f_c der Abtastsequenz verwendet werden. Optional kann als zusätzliche Bedingung, damit f_c,i als Ausgabewert f_c der Abtastsequenz gesetzt wird, ein Abtastsequenz-Abbruchkriterium erfüllt sein. Ist das Abtastsequenz-Abbruchkriterium bei der i-ten Abtastphase nicht erfüllt, kann eine (i+1)-te Abtastphase gestartet werden, z.B. auch dann, wenn die Abtastdauer t_d der zweiten Zeitspanne der i-ten Abtastphase abgelaufen ist, bevor das Phasenabbruchkriterium erfüllt ist.
Das Abtastsequenz-Abbruchkriterium implementiert anschaulich eine Vorhersage darüber, ob das Phasenabbruchkriterium für einen Zeitpunkt nach dem Ablauf der Abtastdauer t_d erfüllt ist. Dies erreicht, dass die Abtastdauer t_d reduziert werden kann, ohne Genauigkeit einzubüßen, und spart damit Zeit.
Für die Vorhersage kann beispielsweise der Zeitverlauf von U (t, f_c,i) der i-ten Abtastphase im Intervall [t_d, t_d + t_d,_proj] extrapoliert werden, wobei t_d,_proj beispielsweise eine Funktion (z.B. ein Vielfaches oder mehr) der Zeitkonstante to oder der Abtastdauer t_d sein kann. Anhand des extrapolierten Zeitverlaufs von U (t, f_C,i) kann ermittelt werden, ob das Phasenabbruchkriterium in dem Intervall [t_d, t_d + t_d,_proj] erfüllt ist.
Als Beispiel kann t_d,proj>50 · t₀ sein, z.B. t_d,proj = 90 • t₀. Als weiteres Beispiel kann t_d,proj>10 · t_d sein, z.B. t_d,proj=30 · t_d.
Das Abtastsequenz-Abbruchkriterium ermöglicht, mittels (z.B. linearer) Extrapolation anschaulich eine Vorhersage zu ermitteln darüber, ob innerhalb des Intervalls [t_d, t_d + t_d,_proj] der Schwellenwert x₀ überschritten wird. Der Anstieg m kann beispielsweise wieder mittels des Savitzky-Golay-Filters ermittelt werden. Für die Extrapolation muss der quadratische Term aber nicht notwendigerweise berücksichtigt werden.
Als Bespiel für einen linear extrapolierten Zeitverlauf von U (t, f_c,i) kann U (t= t_d + t_d,_proj, f_C,i) folgende Relation erfüllen: $U (t = t_{d} + t_{d} + t_{d,proj}, f_{C,i}) = U_{smooth} + m \cdot t_{d,proj} .$
Es kann in dem obigen Beispiel verstanden werden, dass die Vorhersage auch anders ermittelt werden kann.
Sind das Phasenabbruchkriterium und optional das Abtastsequenz-Abbruchkriterium für die P-te Abtastphase (d.h. i=P) erfüllt, kann der Reaktivgasfluss f_C,P der P-ten Abtastphase als Ausgangsgröße der Abtastsequenz gesetzt werden. Die Anzahl der Abtastphasen der Abtastsequenz ist dann P.
Da um f_tol inkrementiert wurde und der Reaktivgasfluss f_C,P-1 instabil war oder aus instabil vorhergesagt wurde, liegt der wahre Kipppunkt in dem Intervall [f_C,P, f_C,P + f_tol] .
Das Beschichten des Substrats kann dann bei dem Reaktivgasfluss f=f_C,P erfolgen. Wird die Abtastsequenz weggelassen, kann das Beschichten des Substrats bei dem Reaktivgasfluss f=f_B,N erfolgen. Dies verringert den Zeitbedarf.
Das vorangehend Beschriebene kann in Analogie auf den Kipppunkt A angewendet werden, wenn erforderlich.
5 veranschaulicht eine Beschichtungsanordnung 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht. Die Beschichtungsanordnung 500 kann eingerichtet sein, den (z.B. bistabilen) reaktiven Beschichtungsprozesses in einem Beschichtungsbereich 511 durchzuführen zum Beschichten des Substrats 508 in dem Beschichtungsbereich 511. Die Beschichtungsanordnung 500 kann aufweisen: eine Beschichtungsmaterialquelle 502 (z.B. eine Sputterkathode), welche eingerichtet ist, dem Beschichtungsprozess bzw. dem Beschichtungsbereich 511 ein gasförmiges Beschichtungsmaterial zuzuführen; ein Stellglied 504, welches eingerichtet ist, eine Reaktion des Beschichtungsmaterials 502t mit einem Reaktivgas 504g in dem Beschichtungsbereich 511 mittels Stellens der Stellgröße zu verändern, einen oder mehr als einen Sensor 506, welcher eingerichtet ist, eine oder mehr als eine Kenngröße 506k des Beschichtungsprozess zu erfassen; und eine Steuervorrichtung 512, welche eingerichtet ist, die Beschichtungsmaterialquelle 502 und/oder das Stellglied 504 anzusteuern, z.B. auf Grundlage der einen oder mehr als einen Kenngröße (z.B. so dass eine Regelung implementiert wird). Das Reaktionsprodukt als Resultat der Reaktion des Beschichtungsmaterials 502t mit einem Reaktivgas 504g kann auf dem Substrat abgeschieden werden, wenn dieses in dem Beschichtungsbereich 511 angeordnet ist.
Ein Sensor kann Teil einer Messkette sein, welche eine entsprechende Infrastruktur (z.B. Prozessor, Speichermedium und/oder Bussystem oder dergleichen aufweisend) aufweist. Die Messkette kann eingerichtet sein, den entsprechenden Sensor anzusteuern, dessen erfasste Messgröße als Eingangsgröße zu verarbeiten und darauf basierend ein elektrisches Signal als Ausgangsgröße bereitzustellen, welches den Ist-Zustand der Eingangsgröße zum Zeitpunkt des Erfassens repräsentiert. Die Messkette kann beispielsweise mittels einer Steuervorrichtung (z.B. einer speicherprogrammierbaren Steuervorrichtung - SPS) implementiert sein oder werden.
Der Begriff „Steuervorrichtung“ kann als jede Art einer Logik implementierenden Entität verstanden werden, die beispielsweise eine Verschaltung und/oder einen Prozessor aufweisen kann, welche beispielsweise Software ausführen kann, die in einem Speichermedium, in einer Firmware oder in einer Kombination davon gespeichert ist, und darauf basierend Anweisungen ausgeben kann. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise mittels Codesegmenten (z.B. Software) konfiguriert sein, um den Betrieb eines Systems (z.B. seines Arbeitspunkts), z.B. einer Maschine oder einer Anlage, z.B. zumindest seiner kinematischen Kette, zu steuern. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuervorrichtung (SPS) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Der Beschichtungsbereich 511 kann in einer Vakuumkammer (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Die Steuervorrichtung 512 kann ferner eingerichtet sein, das Verfahren 200 durchzuführen. Dies ermöglicht es, das Verfahren computergestützt (z.B. vollautomatisiert) durchzuführen, was die Geschwindigkeit weiter erhöht. Das hierin beschriebene Verfahren 200 ist beispielsweise besonders geeignet, computergestützt durchgeführt zu werden.
Die Steuervorrichtung 512 kann beispielsweise einen oder mehr als einen Prozessor aufweisen, der eingerichtet ist, das Verfahren 200 durchzuführen. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise mittels Codesegmenten (z.B. Software) konfiguriert sein, das Verfahren auszuführen, welche auf einem Datenspeicher gespeichert sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Datenspeicher (allgemeiner auch als Speichermedium bezeichnet) ein nichtflüchtiger Datenspeicher sein. Der Datenspeicher kann beispielsweise eine Festplatte und/oder zumindest einen Halbleiterspeicher (wie z.B. Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher und/oder Flash-Speicher) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Nur-Lese-Speicher kann beispielsweise ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (kann auch als EPROM bezeichnet werden) sein. Der Direktzugriffsspeicher kann ein nichtflüchtiger Direktzugriffsspeicher (kann auch als NVRAM -„non-volatile random access memory“ bezeichnet werden) sein. Beispielsweise kann in dem Datenspeicher eines oder mehr als eines von Folgendem gespeichert werden: ein Abbruchkriterium; Codesegmente, die das Verfahren implementieren, ein oder mehr als ein Parameter des Verfahrens.
Der Begriff „Prozessor“ kann als jede Art von Entität verstanden werden, die die Verarbeitung von Daten oder Signalen erlaubt. Die Daten oder Signale können beispielsweise gemäß zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) spezifischen Funktion behandelt werden, die vom Prozessor ausgeführt wird. Ein Prozessor kann eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, einen Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine programmierbare Gatter-Anordnung (FPGA), eine integrierte Schaltung oder eine beliebige Kombination davon aufweisen oder daraus gebildet sein. Jede andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, kann auch als Prozessor oder Logikschaltung verstanden werden, beispielsweise auch virtuelle Prozessoren (oder eine virtuelle Maschine) oder eine Vielzahl dezentraler Prozessoren, die beispielsweise mittels eines Netzwerks miteinander verbunden sind, beliebig räumlich verteilt sind und/oder beliebige Anteile an der Implementierung der jeweiligen Funktionen haben (z.B. Rechenlastverteilung unter den Prozessoren). Dasselbe gilt im Allgemeinen für eine anders implementierte Logik zur Implementierung der jeweiligen Funktionen. Es versteht sich, dass einer oder mehrere der hierin detailliert beschriebenen Verfahrensschritte von einem Prozessor ausgeführt (z.B. realisiert) werden können, durch eine oder mehrere spezifische Funktionen, die von dem Prozessor ausgeführt werden.
Der Begriff „Stellglied“ (auch als Aktuator oder Aktor bezeichnet) kann als eine Komponente verstanden werden, die zum Beeinflussen eines Mechanismus oder eines Prozesses in Antwort auf ein Ansteuern eingerichtet ist. Der Aktuator kann von der Steuervorrichtung ausgegebene Anweisungen (das sogenannte Ansteuern) in mechanische Bewegungen bzw. Veränderungen physikalischer Größen wie Druck oder Temperatur umsetzen. Der Aktuator, z.B. ein elektromechanischer Umsetzer, kann zum Beispiel eingerichtet sein, in Antwort auf ein Ansteuern elektrische Energie in mechanische Energie (z.B. durch Bewegung) zu überführen.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 512 eingerichtet sein zum: Steuern des reaktiven Beschichtungsprozesses mittels des Stellglieds 504 (z.B. mittels eines Ventils), welches einen Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst, gemäß der Steuersequenz; Ermitteln eines Zustands des Stellglieds 504 in der i-ten Steuerphase, bei welchem das Abbruchkriterium erfüllt ist; wobei der Startwert und/oder die Zeitabhängigkeit in der (i+1)-ten Steuerphase auf dem Zustand des Stellglieds 504 basieren.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Verfahren, aufweisend: Steuern eines (z.B. bistabilen) reaktiven Beschichtungsprozesses mittels einer Stellgröße (z.B. eines Gasflusses), welche einen Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst, gemäß einer Steuersequenz; wobei die Steuersequenz eine erste Phase und eine zweite Phase aufweist, welche jeweils aufweisen: einen ersten Zeitabschnitt, in welchem die Stellgröße in einem vordefinierten Erholungsbereich (z.B. eines oxydischen Beschichtungsmodus) ist; einen zweiten Zeitabschnitt, in welchem die Stellgröße in einem Zwischenbereich (z.B. nahe dem wahren Kipppunkt) außerhalb des Erholungsbereichs ausgehend von einem Startwert mit einer Zeitabhängigkeit verändert wird zumindest bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist; Ermitteln eines Werts der Stellgröße (z.B. eines geschätzten Kipppunkts) in der ersten Phase, bei welchem das Abbruchkriterium erfüllt ist; wobei der Startwert und/oder die Zeitabhängigkeit in der zweiten Phase auf dem Wert der Stellgröße basieren.
Beispiel 2 ist ein Verfahren zum Steuern eines (z.B. bistabilen) reaktiven Beschichtungsprozesses mittels einer Stellgröße (z.B. das Verfahren gemäß Beispiel 1), welche einen Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst, das Verfahren aufweisend: Verändern der Stellgröße derart, dass diese abwechselnd in einem Zwischenbereich und einem Erholungsbereich ist; und Verändern der Stellgröße innerhalb des Zwischenbereichs mit einer Rate, welche im Zeitverlauf abnimmt.
Beispiel 3 ist das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die Rate größer ist als eine Veränderungsrate der Stellgröße innerhalb des Erholungsbereichs und/oder kleiner ist als eine Veränderungsrate der Stellgröße zwischen dem Zwischenbereich und dem Erholungsbereich.
Beispiel 4 ist das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 3, wobei der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses ein sich selbst stabilisierender Reaktionsmodus ist, wenn die Stellgröße in dem vordefinierten Erholungsbereich ist.
Beispiel 5 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses ein instabiler Reaktionsmodus ist, wenn das Abbruchkriterium erfüllt ist.
Beispiel 6 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, die Steuersequenz ferner aufweisend: eine Initialphase, in welcher das Abbruchkriterium und/oder der Zwischenbereich basierend auf einem Umschalten des Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses mittels der Stellgröße ermittelt werden.
Beispiel 7 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei das Steuern ferner gemäß einer Abtastsequenz nach der Steuersequenz erfolgt, wobei die Abtastsequenz aufweist: Verändern der Stellgröße abwechselnd zwischen dem Erholungsbereich und einem Abtastwert, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Abtastwerte einen Abstand voneinander aufweisen (z.B. äquidistant voneinander sind).
Beispiel 8 ist das Verfahren gemäß Beispiel 7, wobei der unmittelbar nach der Steuersequenz angewendeten Abtastwert auf einem Wert der Stellgröße, wenn das Abbruchkriterium in der zweiten Phase erfüllt ist, basiert.
Beispiel 9 ist das Verfahren gemäß Beispiele 8, wobei von der Steuersequenz zu der Abtastsequenz wechselt wird, wenn der Wert der Stellgröße, wenn das Abbruchkriterium in der zweiten Phase erfüllt ist, ein Konvergenzkriterium erfüllt, z.B. wenn dessen Differenz von dem Wert der Stellgröße, wenn das Abbruchkriterium in der ersten Phase erfüllt ist, einen Schwellenwert unterschreitet.
Beispiel 10 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei die Stellgröße einen Gasfluss beeinflusst, welcher dem Beschichtungsprozess zugeführt wird, oder wobei die Stellgröße der Gasfluss ist.
Beispiel 11 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei der Beschichtungsprozess eingerichtet ist, ein mittels des Gasflusses zugeführtes Gas zu reagieren gemäß dem Reaktionsmodus.
Beispiel 12 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 11, wobei das Abbruchkriterium erfüllt ist, wenn zumindest eine Kenngröße des Beschichtungsprozesses, welche von dem Reaktionsmodus abhängt, ein Kriterium erfüllt, z.B. einen Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.
Beispiel 13 ist das Verfahren gemäß Beispiele 12, wobei die zumindest eine Kenngröße zumindest eine der folgenden Kenngrößen aufweist: ein spektrale Zusammensetzung einer von dem Beschichtungsprozess emittierten Strahlung; eine Intensität der von dem Beschichtungsprozess emittierten Strahlung; ein Gasgesamtdruck, dem der Beschichtungsprozess ausgesetzt ist; ein Reaktivgaspartialdruck, dem der Beschichtungsprozess ausgesetzt ist; eine elektrische Größe, mittels welcher der Beschichtungsprozess versorgt wird; eine Beschichtungsrate des Beschichtungsprozesses.
Beispiel 14 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, welches computergestützt durchgeführt wird.
Beispiel 15 ist eine Steuervorrichtung (z.B. einen oder mehr als einen Prozessor aufweisend), die eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, durchzuführen.
Beispiel 16 ist ein nichtflüchtiges Speichermedium, aufweisend Codesegmente, die eingerichtet ist, wenn von einem Prozessor ausgeführt, den Prozessor dazu zu bringen, das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 14 durchzuführen.

Claims

Verfahren (200), aufweisend: • Steuern (201) eines reaktiven Beschichtungsprozesses mittels einer Stellgröße, welche einen Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst, gemäß einer Steuersequenz; • wobei die Steuersequenz eine erste Phase und eine zweite Phase aufweist, welche jeweils aufweisen: einen ersten Zeitabschnitt, in welchem die Stellgröße in einem vordefinierten Erholungsbereich ist; einen zweiten Zeitabschnitt, in welchem die Stellgröße in einem Zwischenbereich außerhalb des Erholungsbereichs ausgehend von einem Startwert mit einer Zeitabhängigkeit verändert wird zumindest bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist; • Ermitteln (203) eines Werts der Stellgröße in der ersten Phase, bei welchem das Abbruchkriterium erfüllt ist; • wobei der Startwert und/oder die Zeitabhängigkeit in der zweiten Phase auf dem Wert der Stellgröße basieren.
Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, wobei der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses ein sich selbst stabilisierender Reaktionsmodus ist, wenn die Stellgröße in dem vordefinierten Erholungsbereich ist.
Verfahren (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses ein instabiler Reaktionsmodus ist, wenn das Abbruchkriterium erfüllt ist.
Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die Steuersequenz ferner aufweisend: eine Initialphase, in welcher das Abbruchkriterium und/oder der Zwischenbereich basierend auf einem Umschalten des Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses mittels der Stellgröße ermittelt werden.
Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nach der Steuersequenz das Steuern ferner gemäß einer Abtastsequenz erfolgt, wobei die Abtastsequenz aufweist: • Verändern der Stellgröße abwechselnd zwischen dem Erholungsbereich und einem Abtastwert, wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Abtastwerte einen Abstand voneinander aufweisen.
Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stellgröße einen Gasfluss beeinflusst, welcher dem Beschichtungsprozess zugeführt wird, oder wobei die Stellgröße der Gasfluss ist.
Verfahren (200) zum Steuern eines reaktiven Beschichtungsprozesses mittels einer Stellgröße, welche einen Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst, das Verfahren (200) aufweisend: • Verändern der Stellgröße derart, dass diese abwechselnd in einem Zwischenbereich und einem Erholungsbereich ist; und • Verändern der Stellgröße innerhalb des Zwischenbereichs mit einer Rate, welche im Zeitverlauf abnimmt.
Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, welches computergestützt durchgeführt wird.
Steuervorrichtung (512), die eingerichtet ist, das Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, durchzuführen.
nichtflüchtiges Speichermedium, aufweisend Codesegmente, die eingerichtet ist, wenn von einem Prozessor ausgeführt, den Prozessor dazu zu bringen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.