DE102021110920A1

DE102021110920A1 - Verfahren, Steuervorrichtung und Codesegmente

Info

Publication number: DE102021110920A1
Application number: DE102021110920.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Dimer; Uwe GRAUPNER; Martin THUMSCH
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist ein Verfahren (100) zum Regeln eines reaktiven Beschichtungsprozesses (151), mittels welchem ein Substrat mit einer Schicht beschichtet wird, auf: Ermitteln (101) einer Kenngröße basierend auf einer erfassten Ist-Wechselwirkung (101e) des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt; wobei die Kenngröße eine Abweichung der Ist-Wechselwirkung (101e) von einer Soll-Wechselwirkung (101r) des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit der optischen Strahlung, repräsentiert; wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge aufweist, für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; Ansteuern (105) eines Stellglieds (152), welches eingerichtet ist, eine chemische Zusammensetzung der Schicht zu beeinflussen, basierend auf der Kenngröße.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren, eine Steuervorrichtung und Codesegmente.
Im Allgemeinen können Werkstücke oder Substrate prozessiert oder behandelt, z.B. bearbeitet, beschichtet, erwärmt, geätzt und/oder strukturell verändert werden. Ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats ist beispielsweise die Kathodenzerstäubung (das so genannte Sputtern oder der Sputterprozess). Zum Sputtern kann mittels einer Kathode (auch als Magnetronkathode bezeichnet) ein plasmabildendes Gas ionisiert werden, wobei mittels des dabei gebildeten Plasmas ein abzuscheidendes Material (Targetmaterial) zerstäubt werden kann. Das zerstäubte Targetmaterial kann anschließend zu einem Substrat gebracht werden, an dem es sich abscheiden und eine Schicht bilden kann. Mittels Sputterns kann beispielsweise eine Schicht oder können mehrere Schichten auf einem Substrat abgeschieden werden.
Grundlegend wird angestrebt, dass die abgeschiedene Schicht einerseits möglichst günstige Eigenschaften aufweist und dies auch über eine große Zahl beschichteter Substrate so bleibt. Dem entgegensteht, dass sich die Eigenschaften des Beschichtungsprozesses andauernd ändern, beispielsweise aufgrund des Verbrauchs von Beschichtungsmaterial, der Anlagerung des Beschichtungsmaterials in der Vakuumkammer und anderen zeitlich veränderlichen Größen oder Eingriffen in den Beschichtungsprozess.
Herkömmlicherweise wird daher eine Regelschleife eingesetzt, um die Schichteigenschaften möglichst invariant zu halten. Die Regelschleife behandelt anschaulich die zeitlich veränderlichen Größen als Störgrößen und wirkt deren Veränderung entgegen, indem diese den Arbeitspunkt des Beschichtungsprozesses ändert. Anforderungen an eine möglichst präzise Regelschleife sind insbesondere, dass eine berührungsfreie Abtastung der Schicht zeitnah nach dem Beschichtungsprozess erfolgt.
Diese Anforderungen sind bisher allerdings nicht für alle Schicht/Substrat-Kombinationen ohne weiteres erfüllbar, beispielsweise, wenn die relevanten Schichteigenschaften nicht über eine berührungslos erfassbare Messgröße zugänglich sind, das Substrat eine genaue Messung erschwert, die Messschwankungen zu groß sind oder sich der Messprozess aufgrund der Eigenheiten des Beschichtungsprozesses nur schwer realisieren lässt. So lassen sich transparente Schichten oder optisch aktive Bauelemente (wie eine Solarzelle) beispielsweise nur schwer optisch abtasten, da deren optischer Beitrag häufig zu gering ist für eine präzise Regelschleife. Hingegen lassen sich elektrisch leitfähige Schichten besonders gut induktiv abtasten. Herkömmlich wird daher für die Herstellung einer optisch transparenten, elektrisch leitfähigen Elektrode (auch als TCO-Elektrode bezeichnet) auf einer Solarzelle auf eine induktive Abtastung zurückgegriffen. Die induktive Abtastung wird insbesondere bei siliziumbasieren Bauelementen verwendet, da Silizium einen besonders hohen Absorptionsgrad für sichtbares Licht aufweist, so dass kaum eine optische Antwort erhalten wird.
Daher besteht Bedarf an einer Eingangsgröße für eine präzise Regelschleife, beispielsweise für den Einsatz in einer Vakuumbeschichtungsanlage, die einen besseren Zusammenhang mit den relevanten Schichteigenschaften hat und sich kostengünstig implementieren lässt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde anschaulich erkannt, dass sich eine optisch transparente Schicht auf einem Substrat besser optisch abtasten lässt, wenn dafür eine Wellenlänge verwendet wird, bei der das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist. Anschaulich wurde erkannt, dass für die Genauigkeit der optischen Antwort des beschichteten Substrats nicht nur die optischen Eigenschaften der Schicht, sondern ebenso die optischen Eigenschaften des Substrats relevant sind.
In dem Zusammenhang wurde erkannt, dass sich von der optischen Antwort des beschichteten Substrats auf den elektrischen Wiederstand der optisch transparenten Schicht schließen lässt. Dies erlaubt es, die optische Antwort des beschichteten Substrats als Eingangsgröße der Regelschleife zu verwenden, deren Regelparameter der elektrische Widerstand der optisch transparenten Schicht ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird beispielsweise eine Regelschleife bereitgestellt, welche als Eingangsgröße die Transmission und/oder Reflektion einer TCO-Schicht auf einem Siliziumwafer bei einer Wellenlänge oberhalb von 1150 nm (Nanometer) verwendet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird der Schichtwiderstand der TCO-Schicht, beispielsweise in einer Sputter-Vakuumanlage (auch als Sputteranlage bezeichnet) hergestellt, über die Produktionsdauer konstant gehalten basierend auf der optischen Antwort des beschichteten Substrats. Beispielsweise lässt sich das beschichtete Substrat in der Sputteranlage berührungsfrei optisch charakterisieren, wobei die optische Antwort des beschichteten Substrats in einem Zusammenhang mit der Widerstandsänderung der TCO-Schicht bzw. Wirkungsgradänderung der Solarzelle steht.
Es zeigen

1 ein Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm; und
2 bis 5 verschiedene Diagramme 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.
Als Steuern kann 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 Steuervorrichtung eine nach vorn gerichtete Steuerstrecke aufweisen und somit anschaulich 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 Regelgröße 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 oder mehr als einer Messung ermittelt) mit dem Soll-Zustand des Systems verglichen und die eine oder mehr als eine Regelgröße mittels einer entsprechenden Stellgröße (unter Verwendung eines Stellglieds) derart beeinflusst, dass die Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand des Systems minimiert wird. Die Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand kann beispielsweise mittels einer Kenngröße angegeben werden. Die Kenngröße kann hierin im Allgemeinen diejenige Größe bezeichnen, welche die Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand repräsentiert. Die Kenngröße kann beispielsweise die Regeldifferenz repräsentieren oder aufweisen.
Um die Rückführung für einen Beschichtungsprozess als System zu implementieren, kann eine oder mehr als eine Regelgröße des Beschichtungsprozesses erfasst werden (dann auch als Messgröße bezeichnet), z.B. mittels eines oder mehr als eines Sensors. Die Regelgröße (z.B. Messgröße) kann unmittelbar einem Vergleich mit dem Soll-Zustand zugeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Regelgröße (z.B. Messgröße) in eine Zwischengröße überführt werden, z.B. mittels einer entsprechenden Abbildung, wobei dann die Zwischengröße dem Vergleich mit dem Soll-Zustand zugeführt werden kann. Beispiele für die Messgröße weisen auf: von dem beschichteten Substrat reflektierte optische Strahlung, von dem beschichteten Substrat durchgelassene optische Strahlung.
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 Begriff „Stellglied“ kann als eine Komponente verstanden werden, die zum Beeinflussen des Systems bzw. Vorgangs in Antwort auf ein Ansteuern eingerichtet ist. Das Stellglied kann beispielsweise einen Aktuator (auch als Aktor bezeichnet) aufweisen. Das Stellglied kann eingerichtet sein, von der Steuervorrichtung ausgegebene Anweisungen (das sogenannte Ansteuern) in mechanische Bewegungen bzw.
Veränderungen physikalischer Größen wie Druck oder Temperatur umzusetzen oder auf andere Weise seine Umgebung zu beeinflussen. 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. Das Stellglied (z.B. einen Gleichrichter, eine Stromquelle und/oder eine Spannungsquelle aufweisend) kann allerdings auch eingerichtet sein, in Antwort auf ein Ansteuern elektrische Energie in Prozessleistung zu überführen.
Anschaulich kann das Stellglied die Schnittstelle zwischen der Steuervorrichtung (ausgangsseitig) und dem zu regelnden bzw. zu steuernden System bzw. Vorgang (eingangsseitig) bilden. In Analogie kann der Sensor die Schnittstelle zwischen der Steuervorrichtung (eingangsseitig) und dem zu regelnden bzw. zu steuernden System bzw. Vorgang (ausgangsseitig) bilden.
Bezüglich des schichtbildenden Prozesses wird hierin exemplarisch auf das sogenannte Sputtern Bezug genommen. Der Begriff „Sputtern“ bezeichnet das Zerstäuben eines Materials (auch als Beschichtungsmaterial oder Targetmaterial bezeichnet) mittels eines Plasmas. Die zerstäubten Bestandteile des Beschichtungsmaterials (z.B. einzelne Atome und/oder Ionen) werden voneinander separiert und können beispielsweise zum Bilden einer Schicht woanders angelagert werden. Das Sputtern kann mittels einer sogenannten Sputtervorrichtung erfolgen, welche ein oder mehr als ein Magnetsystem aufweisen kann (dann auch als Magnetron bezeichnet). Das Beschichtungsmaterial kann mittels eines sogenannten Sputtertargets (kurz auch als Target bezeichnet) bereitgestellt sein, welches beispielsweise rohrförmig (dann auch als Rohrtarget bezeichnet) oder plattenförmig (dann auch als Plattentarget oder Planartarget bezeichnet) sein kann. Zum Erzeugen des Plasmas kann an das Sputtertarget (kurz auch als Target bezeichnet) eine Spannung (auch als Sputterspannung bezeichnet) angelegt werden, so dass das Sputtertarget als Kathode betrieben wird. Auch wenn die Sputterspannung eine Wechselspannung aufweist, wird die Begrifflichkeit der Kathode häufig beibehalten.
Zum Sputtern kann das Sputtertarget in einer Vakuum-Prozessierkammer (vereinfacht auch als Vakuumkammer bezeichnet) angeordnet sein, so dass das Sputtern in einem Vakuum erfolgen kann. Dazu können die Umgebungsbedingungen (die Prozessparameter) innerhalb der Vakuum-Prozessierkammer (z.B. Prozessdruck, Temperatur, Gaszusammensetzung, usw.) während Sputterns eingestellt oder geregelt werden. Beispielsweise kann innerhalb der Vakuum-Prozessierkammer ein Arbeitsgas bereitgestellt sein oder werden, welches das plasmabildende Gas oder das plasmabildende Gasgemisch bezeichnet. Die Vakuum-Prozessierkammer kann beispielsweise luftdicht, staubdicht und/oder vakuumdicht eingerichtet sein oder werden, so dass innerhalb der Vakuum-Prozessierkammer eine Gasatmosphäre mit einer vordefinierten Zusammensetzung (auch als Arbeitsatmosphäre bezeichnet) oder einem vordefinierten Druck (auch als Arbeitsdruck oder Prozessdruck bezeichnet) bereitgestellt werden kann (z.B. gemäß einem Sollwert). Die Vakuumkammer kann derart eingerichtet sein, dass darin ein Vakuum (d.h. ein Druck kleiner als 0,3 bar) und/oder ein Druck in einem Bereich von ungefähr 1 mbar bis ungefähr 10^-3 mbar (mit anderen Worten Feinvakuum) oder weniger bereitgestellt werden kann, z.B. ein Druck in einem Bereich von ungefähr 10^-3 mbar bis ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Hochvakuum) oder weniger bereitgestellt werden kann, z.B. ein Druck von kleiner als Hochvakuum, z.B. kleiner als ungefähr 10^-7 mbar (mit anderen Worten Ultrahochvakuum) bereitgestellt sein oder werden kann. Der geringste in der Vakuumkammer erreichbare Druck wird auch als Restvakuum bezeichnet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird Bezug genommen auf eine physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) als exemplarischer Beschichtungsprozess, z.B. einen Sputterprozess aufweisend, welche von der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) zu unterscheiden ist. Im Unterschied zur CVD wird bei der PVD ein festes Material zunächst in die Gasphase (auch als gasförmige Phase oder Dampf bezeichnet) überführt und mittels dieser Gasphase eine Schicht gebildet. Die Gasphase des Targetmaterials kann bei der PVD optional chemisch reagiert werden mit einem Reaktivgas zu einer chemischen Verbindung, welches in die Schicht eingebaut wird oder diese bildet. Bei der chemischen Reaktion der PVD werden somit zwei oder mehr Materialien zu der chemischen Verbindung zusammengeführt. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung wird eine gasförmige Ausgangsverbindung (auch als Präkursor oder Edukt bezeichnet) in mindestens zwei Reaktionsprodukte aufgespalten, von denen zumindest ein Reaktionsprodukt in die Schicht eingebaut wird und optional ein Reaktionsprodukt als Überschuss dem Beschichtungsprozess entzogen (z.B. mittels einer Pumpe) wird. Optional kann die CVD mittels eines Plasmas erfolgen, in welchem das Aufspalten des Präkursors erfolgt.
Ein Plasma kann mittels eines sogenannten Arbeitsgases (auch als plasmabildendes Gas bezeichnet) gebildet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Arbeitsgas ein gasförmiges Material aufweisen, welches reaktionsträge ist, mit anderen Worten welches sich nur an wenigen oder gar keinen chemischen Reaktionen beteiligt. Ein Arbeitsgas kann beispielsweise von dem verwendeten Targetmaterial definiert sein oder werden und an dieses angepasst sein oder werden. Beispielsweise kann ein Arbeitsgas ein Gas oder ein Gasgemisch aufweisen, welches mit dem Targetmaterial nicht zu einem Feststoff reagiert oder diesem gegenüber sogar inert ist. Das Arbeitsgas kann beispielsweise ein Edelgas (z.B. Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon) oder mehrere Edelgase aufweisen. Aus dem Arbeitsgas kann das Plasma gebildet werden, welches beispielsweise im Wesentlichen das Zerstäuben des Targetmaterials bewirkt. Wird ein Reaktivgas verwendet, kann dieses eine höhere chemische Reaktivität als das Arbeitsgas aufweisen, z.B. bezüglich des Targetmaterials. Mit anderen Worten kann das zerstäubte Targetmaterial zusammen mit dem Reaktivgas (wenn vorhanden) schneller reagieren (d.h. mehr Reaktionsprodukt pro Zeit bilden) als zusammen mit dem Arbeitsgas (z.B. wenn es überhaupt mit dem Arbeitsgas chemisch reagiert). Das Reaktivgas und das Arbeitsgas können gemeinsam oder getrennt als Prozessgas (z.B. als Gasgemisch) zugeführt werden, beispielsweise mittels der Gaszuführvorrichtung.
Es kann verstanden werden, dass das hierin für das Sputtern Beschriebene in Analogie für jeden anderen Beschichtungsprozess, z.B. eine physikalische Gasphasenabscheidung, gelten kann. Im Allgemeinen weist die physikalische Gasphasenabscheidung (z.B. das Sputtern) auf, dass die chemische Zusammensetzung des Targets bzw. des Beschichtungsmaterials in die zu bildende Schicht übertragen wird.
Bezüglich der zu bildenden Schicht wird hierin exemplarisch auf ein Metalloxid, z.B. ITO, als schichtbildendes Beschichtungsmaterial und ein Metall (z.B. Indium und/oder Zink) als zu zerstäubendes Beschichtungsmaterial Bezug genommen. Das zerstäubte Beschichtungsmaterial kann mit dem Reaktivgas zu dem schichtbildenden Beschichtungsmaterial als Reaktionsprodukt chemisch reagiert werden. Es kann verstanden werden, dass das für das Metalloxid bzw. Metall Beschriebene auch für andere Materialien gelten kann.
Bezüglich des Substrats wird unter anderem auf einen Träger aufweisend amorphes Silizium (auch als aSi oder a-Si bezeichnet), polykristallines Silizium (auch als Poly-Si bezeichnet) und/oder mit einem chemischen Element X dotiertes Silizium (auch als X:Si bezeichnet) Bezug genommen. Beispielsweise kann das Substrat einen Siliziumwafer (kurz auch als Wafer bezeichnet) als Träger aufweisen. Es kann verstanden werden, dass das für den Siliziumwafer Beschriebene in Analogie für Substrate anderen Typs gelten kann, die beispielsweise nicht notwendigerweise einen Wafer und/oder Silizium als Halbleiter aufweisen müssen. Beispielsweise kann das für Silizium Beschriebene in Analogie für jedes andere Material gelten, z.B. für ein anderes Halbleitermaterial.
Ebenso wird auf ein Substrat Bezug genommen, welches ein Halbleiterbauelement aufweist. Beispielsweise wird unter anderem auf ein Substrat Bezug genommen, welches exemplarisch eine photovoltaische Zelle (auch als Solarzelle bezeichnet) als Halbleiterbauelement aufweist. Es kann verstanden werden, dass das für die photovoltaische Zelle Beschriebene in Analogie für Halbleiterbauelemente anderen Typs gelten kann, die beispielsweise einen Halbleiterübergang (auch als Heteroübergang bezeichnet) aufweisen. Beispiele für solche Halbleiterbauelemente anderen Typs weisen optoelektronische Bauelemente auf, beispielsweise solche, die Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Halbleitermaterial verstanden werden, als ein Material, welches in reinem (d.h. ohne Verunreinigungen) und/oder einkristallinem Zustand elektrisch halbleitend ist. Beispielsweise kann das Halbleitermaterial ein Elementhalbleiter (wie beispielsweise Silizium und Germanium) oder ein Verbindungshalbleiter sein.
Elektrisch halbleitend kann verstanden werden als eine elektrische Leitfähigkeit (gemessen bei Raumtemperatur und einer konstanten Richtung eines elektrischen Feldes) aufweisend in einem Bereich von ungefähr 10⁴ S/m bis ungefähr 10^-4 S/m. Optional kann das Halbleitermaterial verunreinigt oder dotiert (Einbringen von Fremdatomen) sein. Beispielsweise kann die elektrische Leitfähigkeit mit steigendem Grad der Dotierung zunehmen, so dass das dotierte Halbleitermaterial beispielsweise auch elektrisch leitfähig (und nicht notwendigerweise elektrisch halbleitend) sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann elektrisch leitfähig verstanden werden als eine elektrische Leitfähigkeit (gemessen bei Raumtemperatur und einer konstanten Richtung eines elektrischen Feldes) aufweisend von größer als ungefähr 10⁴ S/m, z.B. größer als ungefähr 10⁶ S/m. Das dotierte Halbleitermaterial wird hierin auch als Halbleitermaterial bezeichnet.
Das Halbleitermaterial kann beispielsweise im Gegensatz zu einem Metall primär keine freien Ladungsträger aufweisen, sondern diese werden erst durch Erwärmung gebildet. Elektrisch halbleitend kann daher aufweisen, dass die elektrische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, d.h. dass ein Halbleitermaterial einen negativen Temperaturkoeffizient aufweist.
Hierin wird bezüglich verschiedener Festkörper (z.B. eine Schicht oder ein Substrat) auf deren optische Eigenschaften Bezug genommen, wie beispielsweise deren optische Dichte, deren Transmissionsgrad, deren Reflexionsgrad, deren Absorptionsgrad, usw. Es kann verstanden werden, dass diese optischen Eigenschaften auf eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich optischer Strahlung (z.B. Licht) bezogen sind. Grundsätzlich können die optischen Eigenschaften des Festkörpers (z.B. der Schicht oder des Substrats) eine Funktion sein der Wellenlänge der optischen Strahlung, der optischen Dichte des Festkörpers, der Strecke der optischen Strahlung durch den Festkörper hindurch und optional der Beschaffenheit der Grenzfläche(n) des Festkörpers, welche die optische Strahlung passiert. Die Summe aus Reflexionsgrad, Transmissionsgrad und Absorptionsgrad ergibt im Wesentlichen 100%.
Bezüglich der optischen Strahlung kann der Begriff „teilweise durchlässig“ im Zusammenhang mit einem Festkörper (z.B. der Schicht oder das Substrat) verstanden werden als einen Transmissionsgrad (auch als Transmissionsfaktor oder Transmissionskoeffizient bezeichnet) aufweisend von mehr als ungefähr 25%, z.B. als ungefähr 30%, z.B. als ungefähr 40%, z.B. als ungefähr 50%, z.B. als ungefähr 60%, z.B. als ungefähr 70%, z.B. als ungefähr 80%, z.B. als ungefähr 90%, z.B. als ungefähr 95%. Bezüglich der optischen Strahlung kann der Begriff „durchlässig“ im Zusammenhang mit dem Festkörper verstanden werden als einen Transmissionsgrad aufweisend von mehr als ungefähr 75%, z.B. als ungefähr 85%, z.B. als ungefähr 95%, z.B. als ungefähr 99%.
Bezüglich der optischen Strahlung kann der Begriff „teilweise reflektierend“ im Zusammenhang mit einem Festkörper (z.B. der Schicht oder das Substrat) verstanden werden als einen Reflexionsgrad (auch als Reflexionsfaktor oder Reflexionskoeffizient bezeichnet) aufweisend von mehr als ungefähr 25%, z.B. als ungefähr 30%, z.B. als ungefähr 40%, z.B. als ungefähr 50%, z.B. als ungefähr 60%, z.B. als ungefähr 70%, z.B. als ungefähr 80%, z.B. als ungefähr 90%, z.B. als ungefähr 95%. Bezüglich der optischen Strahlung kann der Begriff „reflektierend“ im Zusammenhang mit dem Festkörper verstanden werden als einen Reflexionsgrad aufweisend von mehr als ungefähr 75%, z.B. als ungefähr 85%, z.B. als ungefähr 95%, z.B. als ungefähr 99%.
Als optische Strahlung (z.B. Licht) kann Strahlung im Ultraviolettbereich (auch als UV-Bereich bezeichnet), im sichtbaren Bereich oder im Infrarotbereich (auch als IR-Bereich bezeichnet), z.B. im Nah-Infrarotbereich verstanden werden. Der UV-Bereich ist der Wellenlängenbereich von 100 Nanometer (nm) bis 400 nm. Der sichtbare Bereich ist der Wellenlängenbereich von 400 nm bis 780 nm. Der Infrarotbereich ist der Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1 mm (Millimeter). Der Nah-Infrarotbereich ist der Wellenlängenbereich 780 nm bis 2500 nm.
Die optische Strahlung kann in Wechselwirkung mit dem beschichteten Substrat gebracht werden, so dass das beschichtete Substrat die optische Strahlung zumindest teilweise absorbiert, reflektiert und/oder durchlässt. Dazu kann das beschichtete Substrat mit der optischen Strahlung bestrahlt werden. Die Wechselwirkung des beschichteten Substrats mit der optischen Strahlung kann erfasst werden. Beispiele für die Wechselwirkung des beschichteten Substrats mit der optischen Strahlung (auch als optische Antwort bezeichnet) weisen auf: von dem beschichteten Substrat reflektierte optische Strahlung, von dem beschichteten Substrat hindurchgelassene optische Strahlung, und/oder von dem beschichteten Substrat absorbierte optische Strahlung.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mit dem beschichteten Substrat in Wechselwirkung gebrachte optische Strahlung eine Wellenlänge aufweisen, die an die optischen Eigenschaften des Substrats angepasst ist. Beispielsweise kann die optische Strahlung eine Wellenlänge, bei der das Substrat möglichst wenig optische Strahlung absorbiert (d.h. einen möglichst hohen Reflexionsgrad und/oder Transmissionsgrad aufweisend). Dies erreicht, dass die Wechselwirkung des beschichteten Substrats mit der optischen Strahlung ausreichen Informationen über die Beschichtung aufweist.
Bei der Herstellung einer bifacialen Silizium-Heteroübergang-Solarzelle (auch als Silicon-Hetero-Junction-Solarzelle bezeichnet) wird der Wafer beidseitig mit einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (auch als TCO bezeichnet) beschichtet, meist auf Basis von Indiumzinnoxid (auch als ITO bezeichnet), beschichtet. Die Abscheidung der TCO-Schicht erfolgt auf jeder Seite mittels mehrerer Magnetrons, z.B. in einer Inline-Sputteranlage. Beispielsweise werden die Vorder- und die Rückseite des Wafers ohne Vakuumbruch in einer Sputteranlage mit TCO beschichtet. Beispielsweise erfolgt zuerst die Rückseitenbeschichtung des Wafers mit vier hintereinander angeordneten Magnetrons. Anschließend wird die Vorderseite des Wafers mit vier weiteren Magnetrons beschichtet. In einigen Fällen kann die Beschichtung auf jeder Seite eine TCO-Beschichtung aufweisen, welche zwei oder mehr TCO-Schichten aufweist.
Das fertig beschichtete Substrat kann beispielsweise ein oder mehr als ein Solarzellenmodul aufweisen, das den Träger, die Solarzelle und die TCO-Schicht als Elektrode aufweist.
Die TCO-Schichteigenschaften können sich trotz konstanter Prozessparametereinstellungen über die Produktionsdauer verändern. Das führt auch zu einer Veränderung der resultierenden Eigenschaften des Solarzellenmoduls. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird erreicht, dass die Eigenschaften des Solarzellenmoduls über die Produktionsdauer konstant gehalten werden. Dafür werden die Schichteigenschaften der TCO-Schicht(en) auf dem Wafer möglichst konstant gehalten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine erfassbare Schichteigenschaft bereitgestellt, die berührungslos auf einem bewegten Wafer gemessen werden kann, ohne die TCO-Schicht(en) bzw. Solarzelleneigenschaften zu beeinträchtigen. Das Erfassen der Schichteigenschaft kann in einer Sputteranlage in-situ (z.B. unter Vakuum) eingesetzt werden, so dass beispielsweise jede Einzelschicht mit TCO individuell geregelt werden kann. Dabei kann berücksichtigt werden, dass in der Sputteranlage die Wafer auf eine bestimmte erhöhte Temperatur gebracht werden können. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer großflächigen Heizvorrichtung, die dazu dienen kann, die Wafertemperatur genau einzustellen. Die Wafertemperatur kann beim Sputterprozess auf unterhalb von 220 °C, beispielsweise von 200°C, beschränkt sein, um das Risiko einer möglichen thermischen Schädigung der a-Si-Schicht(en) (amorphen Siliziumschicht(en)) auf dem Wafer zu hemmen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine erste Heizvorrichtung vor und/oder eine zweite Heizvorrichtung nach der Beschichtungsvorrichtung (z.B. ein oder mehr als ein Magnetron aufweisend) vorhanden sein. Die Schichteigenschaften können in Transportrichtung gesehen nach der Beschichtungsvorrichtung gemessen werden. Damit kann die Messtechnik in der Lage sein, in einer heißen Umgebung zu messen, ohne die Wafertemperatur zu verändern.
Ein Beispiel für einen Anwendungsfall ist die Beschichtung von Wafern mit einer oder mehr als einer TCO-Schicht pro Wafer. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird es erleichtert, den Widerstand auf der TCO-Schichte auf den Wafern berührungslos in der Vakuumbeschichtungsanlage zu messen und dem Driften des Schichtwiderstandes entgegen zu wirken. Ein Widerstandsmesskopf auf Basis der Wirbelstrommethode wäre grundsätzlich zwar in der Lage, eine solche Messung zu Realisierung. Der Widerstandsmesskopf wäre allerdings ziemlich aufwendig und teuer. Der Widerstandsmesskopf müsste in die Vakuumanlage integriert werden. Für ihn wird Platz benötigt, der nur mit sehr viel mehr Aufwand bereitzustellen ist. Zudem müsste der Widerstandsmesskopf in der Lage sein, bei hohen Temperaturen in der Anlage zuverlässig zu arbeiten. Viel einfacher dagegen ist die gemäß verschiedenen Ausführungsformen erläuterte optische Messung, z.B. Messung der Transmission (und/oder der Reflektivität), um Rückschlüsse auf den Schichtwiderstand führen zu können. Dabei wird die Korrelation zwischen dem Schichtwiderstand und der Transmission (oder auch der Reflektivität) oberhalb von 1100 nm genutzt. Die Effizienz von Siliziumsolarzellen wird immer für den Absorptionsbereich von Silizium optimiert, d.h. unterhalb der Bandkante von ca. 1100 nm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird jedoch die Transmission und/oder Reflektivität oberhalb des Absorptionsbereichs verwendet, um die elektrische Leitfähigkeit bzw. die chemische Zusammensetzung der TCO-Schicht einzustellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird erläutert, dass die chemische Zusammensetzung einer Schicht mit ihrem elektrischen Widerstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifischen Flächenwiderstand) verknüpft ist. Wird die chemische Zusammensetzung verändert, beispielsweise mittels Ansteuerns eines Stellglieds, welches eingerichtet ist, die chemische Zusammensetzung der Schicht zu beeinflussen, kann dies ebenso den elektrischen Widerstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifischen Flächenwiderstand) der Schicht verändern. Je nach Umstand kann die bewirkte Änderung in der chemischen Zusammensetzung der Schicht auf Basis einer chemischen Analyse allerdings schwer zugänglich sein. Die Änderungen des Sauerstoffflusses bei der Abscheidung einer TCO-Schicht von einem keramischen Target ist beispielsweise sehr gering.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann diese Änderung in der chemischen Zusammensetzung der Schicht basierend auf optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt, ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese Änderung in der chemischen Zusammensetzung der Schicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen basierend auf einer Messung des elektrischen Widerstands (z.B. Flächenwiederstands, z.B. spezifischen Flächenwiderstands) der Schicht ermittelt werden. Daher kann verstanden werden, dass das für die chemische Zusammensetzung Beschriebene in Analogie für den elektrischen Wiederstand bzw. für die optische Strahlung, für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist, gelten kann.
1 veranschaulicht ein Verfahren 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem schematischen Ablaufdiagramm. Mittels des Verfahrens 100 kann ein reaktiver Beschichtungsprozess 151, mittels welchem ein Substrat 102 mit einer oder mehr als einer Schicht beschichtet wird, geregelt werden. Das Resultat 151r des Beschichtungsprozesses 151 kann das Substrat aufweisen, das mit einer Beschichtung beschichtet ist (anschaulicher auch als beschichtetes Substrat 151r bezeichnet).
Die Beschichtung des Substrats 102 kann eine oder mehr als eine Schicht aufweisen. Die oder jede Schicht der Beschichtung kann TCO aufweisend oder daraus gebildet sein, z.B. ITO (auch als ITO-Schicht bezeichnet).
Die Beschichtung des Substrats 102 kann beispielsweise transparent sein für optische Strahlung im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich und/oder im IR-Bereich sein (dann auch als transparente Schicht bezeichnet). Eine solche transparente Schicht kann beispielsweise als Elektrode für ein Solarzellenmodul verwendet werden.
Der Beschichtungsprozesses 151 kann beispielsweise aufweisen, eine Beschichtung auf einer ersten Seite des Substrats 102 (anschaulicher auch als Oberseite bezeichnet) und/oder eine Beschichtung auf einer zweiten Seite des Substrats (anschaulicher auch als Unterseite bezeichnet) zu bilden. Die Unterseite kann der Oberseite gegenüberliegen.
Im Folgenden wird exemplarisch auf eine Schicht Bezug genommen, wobei das für die Schicht Beschriebene in Analogie für eine oder jede Schicht der Beschichtung (z.B. der Unterseite und/oder der Oberseite) des Substrats 102 gelten kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 102 einen Träger aus Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. einen Siliziumwafer. Das Substrat 102 kann beispielsweise ein (z.B. optoelektronisches) Bauelement aufweisen, welches beispielsweise auf dem Träger gebildet ist. Das Bauelement kann beispielsweise einen lateral erstreckten Heteroübergang aufweisen, welcher z.B. auf dem Träger gebildet ist. Das Bauelement kann beispielsweise amorphes Silizium aufweisen. Das Bauelement kann beispielsweise eine Solarzelle aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das Beschichten des Substrats 102 kann mittels einer Beschichtungsvorrichtung 104 erfolgen, die beispielsweise zum Durchführen einer physikalischen Gasphasenabscheidung eingerichtet ist. Die Beschichtungsvorrichtung 104 kann beispielsweise ein oder mehr als ein Magnetron aufweisen oder daraus gebildet sein, wobei jedes Magnetron eine einzelne Schicht der Beschichtung bilden kann.
Das Verfahren 100 weist auf, in 101, Ermitteln einer Kenngröße 101a des beschichteten Substrats basierend auf einer erfassten Ist-Wechselwirkung des beschichteten Substrats 151r mit optischer Strahlung (auch als Teststrahlung bezeichnet). Die Kenngröße 101a kann eine Abweichung (auch als optische Abweichung bezeichnet) der erfassten Ist-Wechselwirkung 101e von einer Soll-Wechselwirkung 101r des beschichteten Substrats 151r mit der Teststrahlung repräsentieren oder aufweisen. Das Ermitteln der Kenngröße 101a kann ein Vergleichen aufweisen, wie nachfolgend erläutert wird.
In einer wenig komplexen Implementierung kann die Kenngröße 101a beispielsweise ermittelt werden basierend auf einem Vergleichen der Ist-Wechselwirkung 101e des beschichteten Substrats 151r mit der Teststrahlung (als Ist-Zustand) mit der Soll-Wechselwirkung des beschichteten Substrats 151r mit der Teststrahlung (als Soll-Zustand). In einer komplexeren Implementierung kann die Ist-Wechselwirkung 101e des beschichteten Substrats 151r mit der Teststrahlung in einen Ist-Wert der Zwischengröße (als Ist-Zustand) überführt werden. Als Soll-Zustand kann dann der Soll-Wert der Zwischengröße verwendet werden, der die Soll-Wechselwirkung 101r des beschichteten Substrats 151r mit der Teststrahlung repräsentiert oder darauf basiert. Anschaulicher gesprochen kann die erfasste Ist-Wechselwirkung 101e (auch als optische Ist-Wechselwirkung 101e bezeichnet) optional in eine anderen Wert überführt werden, auf dessen Grundlage die Kenngröße 101a ermittelt wird. Beispielsweise kann die Ist-Wechselwirkung 101e in einen Ist-Sauerstoffgehalt der Schicht und/oder des Prozessgases als Ist-Zustand überführt werden, wobei die Kenngröße 101a dann auf einem Vergleichen des Ist-Sauerstoffgehalts mit dem Soll-Sauerstoffgehalt der Schicht und/oder des Prozessgases basieren kann und beispielsweise deren Abweichung voneinander angeben kann.
Der Soll-Zustand kann dann die entsprechende Vorgabe sein, z.B. einen Referenzwert aufweisend. Der Soll-Zustand kann beispielsweise abgespeichert sein, z.B. in einem nichtflüchtigen Speicher. Optional kann der Soll-Zustand vorher ermittelt werden, beispielsweise basierend auf einem Referenz-Substrat. Der Soll-Zustand kann anschaulich diejenige chemische Zusammensetzung der Schicht repräsentieren, die angestrebt wird.
Hierin wird zum einfacheren Verständnis unter anderem Bezug genommen auf eine Kenngröße, welche die Abweichung des erfassten Ist-Transmissionsgrads 101r von einem Soll-Transmissionsgrad 101e (auch als Transmissionsgradabweichung bezeichnet) des beschichteten Substrats angibt. In dem Fall entspricht der Soll-Zustand dem Soll-Transmissionsgrad und der Ist-Zustand dem Ist-Transmissionsgrad.
Es kann verstanden werden, dass das für den Transmissionsgrad bzw. die Transmissionsgradabweichung Beschriebene auch in Analogie für eine andere Kenngröße gelten kann. Beispielsweise kann alternativ oder zusätzlich zu der Transmissionsgradabweichung eine andere Kenngröße verwendet werden, welche auf der erfassten optischen Wechselwirkung des beschichteten Substrats basiert. Weitere beispielhafte Implementierungen weisen auf: eine Strahlungsintensität der optischen Wechselwirkung als Messgröße und/oder deren Abweichung von einer Referenz-Strahlungsintensität als Kenngröße; eine elektrische Leitfähigkeit als Zwischengröße und/oder deren Abweichung von einer Referenz-Leitfähigkeit als Kenngröße; einen Sauerstoffgehalt der Schicht als Zwischengröße und/oder dessen Abweichung von einem Referenz-Sauerstoffgehalt der Schicht als Kenngröße; ein Reflexionsgrad des beschichteten Substrats als Messgröße und/oder dessen Abweichung von einem Referenz-Reflexionsgrad als Kenngröße; ein Absorptionsgrad des beschichteten Substrats als Zwischengröße und/oder dessen Abweichung von einem Referenz-Absorptionsgrad als Kenngröße; eine Position eines Strahlungsintensitätsmaximums der optischen Wechselwirkung als Zwischengröße und/oder dessen Abweichung von einem Referenz-Strahlungsintensitätsmaximums als Kenngröße, ein optisches Spektrum der optischen Wechselwirkung als Zwischengröße und/oder dessen Abweichung von einem Referenz-Spektrum als Kenngröße.
Die Ist-Wechselwirkung 101e des beschichteten Substrats 151r mit der Teststrahlung kann erfasst 103 werden, beispielsweise mittels eines optischen Sensors 103s. Dazu kann das beschichtete Substrat 151r beispielsweise der Teststrahlung ausgesetzt sein oder werden. Die Teststrahlung kann beispielsweise mittels einer Strahlungsquelle erzeugt werden und auf das beschichtete Substrat 151r gerichtet sein. Beispiele für die Strahlungsquelle weisen auf: eine optoelektronische Strahlungsquelle (z.B. eine Leuchtdiode aufweisend), eine Gasentladungslampe, eine Glühbirne, und ähnliches. Die Ist-Wechselwirkung 101e des beschichteten Substrats 151r kann anschaulich das Resultat 151r des Beschichtungsprozesses 151 repräsentieren.
Zum Bilden der Schicht kann ein Beschichtungsmaterial in Richtung zu dem Substrat hin emittiert werden, beispielsweise mittels eines Magnetrons. Dazu kann das Beschichtungsmaterial von einem Target zerstäubt (auch als Sputtern bezeichnet) werden. Die Schicht kann beispielsweise ein Produkt einer Reaktion (auch als Reaktionsprodukt bezeichnet) des Beschichtungsmaterials und eines Reaktivgases, dem das Substrat und/oder das Target ausgesetzt sind, aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Reaktionsprodukt kann beispielsweise ein Oxid des Beschichtungsmaterials aufweisen.
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 Reaktivgas hinzugefügt, kann die Reaktionsdynamik bistabil sein. Eine solche bistabile Reaktionsdynamik kann beispielsweise dazu tendieren, selbsttätig in einen der zwei (stabilen) Reaktionsmodi zu abzudriften, beispielsweise den unterreaktiven Reaktionsmodus oder den vollreaktiven Reaktionsmodus.
Die sich ergebende Stöchiometrie des Reaktionsprodukts wird von dem eingestellten Arbeitspunkt des Beschichtungsprozesses 151 definiert. Anschaulich beeinflusst der Arbeitspunkt die chemischen Reaktionen, z.B. deren Geschwindigkeit und/oder zeitliche Abhängigkeit, die zu dem Reaktionsprodukt führen. So lässt sich beispielsweise ein vollständig reagiertes (z.B. vollständig oxidiertes) Reaktionsprodukt in dem vollreaktiven Reaktionsmodus abscheiden, ein nicht-reagiertes oder kaumreagiertes Beschichtungsmaterial in dem unterreaktiven Reaktionsmodus abscheiden, und im Übergang dazwischen (auch als Übergangsmodus bezeichnet) ein unvollständig reagiertes Reaktionsprodukt (auch als unterstöchiometrisch bezeichnet) abscheiden.
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.
In dem Übergangsmodus des Beschichtungsprozesses lässt sich beispielsweise ein unterstöchiometrisch reagiertes (z.B. unterstöchiometrisch oxidiertes) Reaktionsprodukt abscheiden, z.B. unterstöchiometrisches Indiumoxid (z.B. In₂O3_-x, mit 3>x>0), unterstöchiometrisches Zinkoxid (z.B. ZnO_2-x, mit 2>x>0), oder unterstöchiometrisches Aluminiumoxid (z.B. Al₂O_3x, mit 3>x>0) oder Mischungen daraus oder mit anderen Oxiden, z.B. unterstöchiometrisches Indiumzinnoxid (ITO), Fluor-Zinn-Oxid (FTO), Aluminium-Zink-Oxid (AZO) und Antimon-Zinn-Oxid (ATO). Je größer x ist (d.h. der Anteil an Sauerstoff), desto keramischer ist das Reaktionsprodukt. Je kleiner x ist (d.h. der Anteil an Sauerstoff), desto metallischer ist das Reaktionsprodukt. Dazwischen weist das Reaktionsprodukt keramische und metallische Eigenschaften auf und kann beispielsweise transparent sein und elektrisch leitfähig.
Das Erfassen 103 des beschichteten Substrats 151r (auch als Erfassungsvorgang bezeichnet) kann beispielsweise erfolgen, wenn das beschichtete Substrat 151r von einer Vakuumkammer in eine nachfolgende Vakuumkammer transportiert wird. Das Erfassen 103 des beschichteten Substrats 151r kann beispielsweise erfolgen, bevor und/oder nachdem die Unterseite des Substrats 102 beschichtet wurde mittels des Beschichtungsprozesses 151. Das Erfassen 103 des beschichteten Substrats 151r kann beispielsweise erfolgen, bevor und/oder nachdem die Oberseite des Substrats beschichtet 151r wurde mittels des Beschichtungsprozesses 151. Das Erfassen 103 des beschichteten Substrats 151r kann beispielsweise zweimal pro Seite des Substrats erfolgen, wobei zwischen dem zweimaligen Erfassungsvorgang eine Schicht auf der Seite des Substrats gebildet wird.
Die Teststrahlung kann eine Wellenlänge aufweisen, für welche die Schicht auf dem Substrat durchlässig (z.B. transparent und/oder opak) ist. Beispielsweise kann ein Transmissionsgrad der Schicht für die Teststrahlung größer sein als ungefähr 75%, z.B. als ungefähr 85%, z.B. als ungefähr 95%, z.B. als ungefähr 99%.
Die Teststrahlung kann eine Wellenlänge aufweisen, für welche das Substrat zumindest teilweise (d.h. teilweise oder vollständig) reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist. Beispielsweise kann ein Transmissionsgrad des Substrats für die Teststrahlung größer sein als ungefähr 75%, z.B. als ungefähr 85%, z.B. als ungefähr 95%. Alternativ kann ein Reflexionsgrad des Substrats für die Teststrahlung größer sein als ungefähr 75%, z.B. als ungefähr 85%, z.B. als ungefähr 95%.
Das Verfahren 100 weist auf, in 105, Ansteuern eines Stellglieds 152, mittels welchem der reaktive Beschichtungsprozess 151 versorgt 109 wird, basierend auf dem Stellwert (z.B. auf der Kenngröße 101a basierend). Das Stellglied 152 kann beispielsweise gemäß dem Stellwert (Wert der Stellgröße) angesteuert werden, welches dem Stellglied 152 beispielsweise mittels eines Steuersignals zugeführt wird. Der Stellwert repräsentiert anschaulich den vorzunehmenden Regeleingriff, welcher der Abweichung entgegenwirken soll, z.B. den Wert der Kenngröße 101a reduzieren soll. Der Stellwert 101a kann beispielsweise eine Funktion der Ist-Wechselwirkung 101e und/oder der Soll-Wechselwirkung 101r sein. Das Ansteuern des Stellglieds 152 kann beispielsweise aufweisen, die Kenngröße 101a (z.B. das Ergebnis des Vergleichens) in ein Steuersignal zu überführen 107, welches den Stellwert 101a repräsentiert.
Der Beschichtungsprozess 151 kann mittels des Stellglieds 152 versorgt 109 werden, beispielsweise mit einem Material (auch als Versorgungsmaterial bezeichnet), beispielsweise mit elektrischer Leistung (auch als Prozessleistung bezeichnet) und/oder beispielsweise mit thermischer Leistung (auch als Heizleistung bezeichnet).
Beispiele für das Versorgungsmaterial weisen auf: das zerstäubte Beschichtungsmaterial, das Arbeitsgas und/oder das Reaktivgas. Beispielsweise kann das Stellglied eingerichtet sein, die Rate, mit welcher dem Beschichtungsprozess 151 das Versorgungsmaterial zugeführt wird, zu beeinflussen. Im Fall eines bei Standardbedingungen gasförmigen Versorgungsmaterials kann das Stellglied beispielsweise einen Durchflussregler aufweisen oder Teil dessen sein. Im Fall eines bei Standardbedingungen festen Versorgungsmaterials kann das Stellglied beispielsweise die Beschichtungsvorrichtung aufweisen oder Teil dieser sein. Die Rate des Zuführens des Versorgungsmaterials kann, wenn dieses gasförmig ist, als sogenannter Zufluss angegeben sein, z.B. als Volumenstrom (z.B. in Standardkubikmeter pro Sekunde) und/oder Massenstrom.
Beispielsweise kann das Stellglied eingerichtet sein, die Prozessleistung, mittels welcher das Plasma gebildet wird, zu beeinflussen. Dann kann das Stellglied beispielsweise einen elektrischen Generator aufweisen oder Teil dessen sein, z.B. eine Spannungsversorgung und/oder eine Stromversorgung.
Beispielsweise kann das Stellglied eingerichtet sein, die Heizleistung, welcher dem Substrat zugeordnet wird, zu beeinflussen. Dann kann das Stellglied beispielsweise eine Heizvorrichtung aufweisen oder Teil dieser sein. Im Fall einer elektrischen Heizvorrichtung kann das Stellglied beispielsweise einen elektrischen Generator aufweisen oder Teil dessen sein, welcher die elektrische Heizvorrichtung mit elektrischer Leistung versorgt.
Beeinflusst das Stellglied beispielsweise das Zerstäuben des Beschichtungsmaterials M und/oder das Zuführen von Reaktivgas R, kann mittels Ansteuerns des Stellglieds 152 eine chemische Zusammensetzung des Reaktionsprodukts bzw. der daraus gebildeten Schicht beeinflusst werden. Weist das Reaktionsprodukt bzw. die Schicht das Material M_xR_y auf (mit x≠0 und y≠0) kann mittels Ansteuerns des Stellglieds 152 das Tupel x,y (auch als Stöchiometrie bezeichnet), beispielsweise das Verhältnis x/y, beeinflusst werden.
Die vorstehend beschriebene Verarbeitungskette 802 zwischen Sensor 103s und Stellglied 152 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mittels einer Steuervorrichtung 802 implementiert sein oder werden. Dies erleichtert die Automatisierung.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf eine ITO-Schicht als exemplarische transparente (z.B. elektrisch leitfähige) Schicht, die mittels des Beschichtungsprozesses auf dem Substrat 102 abgeschieden wird. Es kann verstanden werden, dass das für die ITO-Schicht Beschriebene in Analogie für transparente Schichten aus einem anderen Material gelten kann.
2 veranschaulicht ein Diagramm 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in welchem der elektrische Flächenwiderstand 201 über dem Zufluss von Sauerstoff (auch als Sauerstoffzufluss bezeichnet) als exemplarisches Reaktivgas aufgetragen ist. Die Punkte geben den elektrischen Flächenwiderstand 201 eines mit einer ITO-Schicht beschichteten Siliziumwafers 151r an, welche mittels des Sauerstoffzuflusses abgeschieden wurde. Der spezifische Flächenwiderstand R einer Schicht der Dicke d mit einem isotropen spezifischen Widerstand p beträgt R = p / d.
Deutlich zu erkennen ist die Korrelation zwischen Sauerstoffzufluss und Flächenwiderstand 201. Je kleiner der Flächenwiderstand 201 ist, desto größer kann der Wirkungsgrad des Solarzellenmoduls sein, welches das beschichtete Substrat 151r aufweist.
3 veranschaulicht ein Diagramm 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in welchem der Reflexionsgrad 301 als exemplarische Ist-Wechselwirkung des mit der ITO-Schicht beschichteten Siliziumwafers 151r über der Wellenlänge 303 der optischen Strahlung aufgetragen ist. 4 veranschaulicht ein Diagramm 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in welchem der Transmissionsgrad 401 als exemplarische Ist-Wechselwirkung des mit einer ITO-Schicht beschichteten Siliziumwafers 151r über der Wellenlänge 303 der optischen Strahlung aufgetragen ist. Der Pfeil gibt jeweils die Richtung des zunehmenden Sauerstoffzuflusses an.
Wie zu erkennen ist, nimmt der Reflexionsgrad 301 und der Transmissionsgrad 401 des beschichteten Substrat 151r mit zunehmendem Sauerstoffgehalt der ITO-Schicht zu. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann basierend auf der Ist-Wechselwirkung des beschichteten Substrats 151r die chemische Zusammensetzung der ITO-Schicht (z.B. deren Sauerstoffgehalt) und/oder die elektrische Leitfähigkeit der ITO-Schicht (z.B. deren Flächenwiderstand) ermittelt werden.
Wie ferner zu erkennen ist, steigt die Intensität der optischen Strahlung, welche aufgrund der Ist-Wechselwirkung von dem beschichtende Substrat ausgeht (z.B. reflektiert wird oder dieses durchdringt), ab einer Wellenlänge von ungefähr 800 nm erheblich an und erreicht bei ungefähr 1150 nm ein Maximum (auch als Intensitätsmaximums bezeichnet). Ferner korreliert die Höhe des Intensitätsmaximums bei ungefähr 1150 nm bzw. der Intensitätsverlauf oberhalb von 1150 nm mit dem Sauerstoffzufluss, woraus sich wiederum der elektrische Flächenwiderstand 201 ableiten lässt.
Das Messen der Transmission oder Reflektion der TCO-Schicht mit dem Siliziumwafer kann in einem Wellenlängenbereich oberhalb von 1150 nm in einer Vakuumbeschichtungsanlage erfolgen, in der eine oder mehr als eine TCO-Schicht auf dem Siliziumwafer abgeschieden wird. Das Stellen des Sauerstoffflusses kann unter Verwendung einer Intensität der Transmission und/oder der Intensität der Reflektion im NIR-Bereich als optische Wechselwirkung erfolgen.
Anschaulich weist Silizium einen indirekten Bandübergang bei einer Energie von ungefähr Eg = 1,1 eV (Elektronenvolt) auf, was ungefähr 1100 nm entspricht. Dadurch ändern sich dort die optischen Eigenschaften des Siliziumwafers, was beispielsweise zur Abnahme des Absorptionsgrads führt. Der Absorptionsgrad ist ein Maß für die von einem Material absorbierte Intensität. In einem Material mit einem niedrigen Absorptionsgrad wird optische Strahlung nur schwach absorbiert. Wenn das Material dünn genug ist, kann es für diese Wellenlänge zumindest teilweise (d.h. teilweise oder vollständig) transparent erscheinen. Halbleitermaterialien haben eine scharfe Kante in ihrem Absorptionsgrad, da optische Strahlung, deren Energie unterhalb der Bandlücke liegt, nicht genügend Energie hat, um ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband anzuregen. Folglich wird optische Strahlung dieser Wellenlänge bzw. darüber kaum noch oder nicht absorbiert. Der Absorptionsgrad für verschiedene Halbleitermaterialien ist nachfolgend dargestellt.
Mit zunehmendem Sauerstofffluss können beispielsweise der Transmissionsgrad und/oder der Reflexionsgrad bei ca. 1200 nm zunehmen.
5 veranschaulicht ein Diagramm 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in welchem qualitativ der Absorptionsgrad 501 über der Wellenlänge 303 der optischen Strahlung aufgetragen ist für verschiedene Halbleitermaterialien, aus dem der Träger des Substrats sein kann. Kurve 511 repräsentiert Germanium (Ge), Kurve 513 repräsentiert Indiumphosphid (InP), Galliumarsenid (GeAs), kristallines Silizium und Cadmiumtellurid (CdTe), Kurve 515 repräsentiert amorphes Silizium (a-Si), und Kurve 517 repräsentiert Cadmiumselenid (CdSe).
Das Charakterisieren von einzelnen TCO-Schichten auf Siliziumwafern erfolgt gemäß verschiedenen Ausführungsformen in-situ (beispielsweise im Vakuum) mit der Möglichkeit, das Messergebnis zur Regelung der Schichteigenschaften zu nutzen und damit die Produkteigenschaften zu steuern. Die Transmissionsmessung in der Sputteranlage braucht nur sehr wenig Platz und ist leicht integrierbar. Die Teststrahlung (z.B. Licht) für die Transmissionsmessung kann beispielsweise durch ein schmales Loch in der Heizvorrichtung oder der Vakuumkammer hindurch, z.B. mittels eines Lichtleitkabels, dem Substrat zugeführt werden. Die Messung ist einfach zu implementieren. Beispielsweise kann nur bei einer bestimmten Wellenlänge oder in einem bestimmen Wellenlängenbereich gemessen werden.
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Verfahren zum Regeln eines reaktiven Beschichtungsprozesses, mittels welchem ein Substrat mit einer Schicht beschichtet wird, das Verfahren aufweisend: Ermitteln einer Kenngröße basierend auf einer erfassten Ist-Wechselwirkung (z.B. Transmission und/oder Reflexion) des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung (z.B. der Teststrahlung), welche die Schicht durchdringt; wobei die Kenngröße eine Abweichung eines Ist-Zustandes der Schicht von einem Soll-Zustand der Schicht repräsentiert und/oder wobei die Kenngröße beispielsweise eine Abweichung der Ist-Wechselwirkung von einer Soll-Wechselwirkung des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit der optischen Strahlung, repräsentiert oder darauf basiert; wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) aufweist (die beispielsweise auch erfasst wird), für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; Ansteuern eines Stellglieds, welches eingerichtet ist, den Arbeitspunkt des Beschichtungsprozesses und/oder eine chemische Zusammensetzung der Schicht und/oder einen elektrischen Wiederstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifische Flächenwiderstand) der Schicht zu beeinflussen (z.B. mittels welchem der Beschichtungsprozess versorgt wird), basierend auf der Kenngröße.
Beispiel 2 ist das Verfahren gemäß Beispiel 1, wobei das Ermitteln der Kenngröße auf einem Ergebnis eines Vergleichens eines Ist-Zustands mit einem Soll-Zustands basiert, wobei beispielsweise der Ist-Zustand die erfasste Ist-Wechselwirkung aufweist oder repräsentiert (z.B. darauf basiert); wobei beispielsweise der Soll-Zustand die Soll-Wechselwirkung aufweist oder repräsentiert (z.B. darauf basiert).
Beispiel 3 ist ein Verfahren zum Regeln eines reaktiven Beschichtungsprozesses, mittels welchem ein Substrat mit einer Schicht beschichtet wird, das Verfahren aufweisend: Ermitteln einer Abweichung eines Ist-Zustandes der Schicht von einem Soll-Zustand der Schicht basierend auf einer erfassten Wechselwirkung des Substrats (auch als Ist-Wechselwirkung bezeichnet), das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt; wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) aufweist (die beispielsweise auch erfasst wird), für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; Ansteuern eines Stellglieds, welches eingerichtet ist, eine chemische Zusammensetzung der Schicht und/oder einen elektrischen Wiederstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifische Flächenwiderstand) der Schicht zu beeinflussen, basierend auf der Abweichung.
Beispiel 4 ist ein Verfahren zum Regeln eines reaktiven Beschichtungsprozesses, mittels welchem ein Substrat mit einer Schicht beschichtet wird, das Verfahren aufweisend: Vergleichen eines Ist-Zustands des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit einem Soll-Zustand des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, wobei der Ist-Zustand eine erfassten Ist-Wechselwirkung des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung (z.B. der Teststrahlung), welche die Schicht durchdringt, repräsentiert (z.B. darauf basiert) oder aufweist; wobei der Soll-Zustand eine Soll-Wechselwirkung des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit der optischen Strahlung, welche die Schicht durchdringt, repräsentiert (z.B. darauf basiert) oder aufweist; wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) aufweist (die beispielsweise auch erfasst wird), für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; Ansteuern eines Stellglieds basierend auf einem Ergebnis des Vergleichens, wobei das Stellglied eingerichtet ist, den Arbeitspunkt des Beschichtungsprozesses und/oder eine chemische Zusammensetzung der Schicht und/oder einen elektrischen Wiederstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifische Flächenwiderstand) der Schicht zu beeinflussen (wobei mittels des Stellglieds beispielsweise der reaktive Beschichtungsprozess versorgt wird).
Beispiel 5 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei mittels des Stellglieds ein Sauerstoffgehalt der Schicht beeinflusst wird.
Beispiel 6 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei, für die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm), ein Reflexionsgrad des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, kleiner ist als ein Reflexionsgrad des Substrats, bevor dieses mit der Schicht beschichtet wird.
Beispiel 7 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei, für die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm), ein Reflexionsgrad des Substrats und/oder ein Transmissionsgrad des Substrats größer sind als im sichtbaren Bereich.
Beispiel 8 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei, für die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm), ein Reflexionsgrad des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, kleiner ist als ein Reflexionsgrad des Substrats, bevor dieses mit der Schicht beschichtet wird.
Beispiel 9 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei die Ist-Wechselwirkung einen ersten Teil der optischen Strahlung aufweist, welcher das Substrat durchdringt (auch als Transmissionskonfiguration bezeichnet), und/oder einen zweiten Teil der optischen Strahlung aufweist, welcher von dem Substrat reflektiert wird (auch als Reflexionskonfiguration bezeichnet).
Beispiel 10 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei mittels des Stellglieds der Beschichtungsprozess versorgt wird, z.B. mit einem (z.B. molekularen) Gas.
Beispiel 11 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei mittels des Stellglieds eine Rate, mit welcher dem Beschichtungsprozess ein (z.B. molekulares) Gas (z.B. Sauerstoff aufweisend oder daraus gebildet) zugeführt wird, beeinflusst wird.
Beispiel 12 ist das Verfahren gemäß Beispiel 11, wobei das Gas von dem Beschichtungsprozess verbraucht (z.B. als Edukt) wird und/oder zumindest teilweise in die Schicht eingebaut wird; und/oder wobei das Gas Teil eines Reaktionsproduktes ist, aus dem die Schicht gebildet wird.
Beispiel 13 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei mittels des Stellglieds ein Reaktionsmodus des Beschichtungsprozesses beeinflusst wird.
Beispiel 14 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei der Beschichtungsprozess einen Sputterprozess aufweist, mittels welchem das Substrat mit der Schicht beschichtet wird.
Beispiel 15 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, wobei der Beschichtungsprozess eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufweist.
Beispiel 16 ist das Verfahren gemäß Beispiel, wobei der Sputterprozess aufweist, ein Plasma zu bilden und/oder ein festes Beschichtungsmaterial mittels des Plasmas zu zerstäuben.
Beispiel 17 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, wobei die Ist-Wechselwirkung des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, im Vakuum erfasst wird.
Beispiel 18 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 17, wobei die Ist-Wechselwirkung einen Transmissionsgrad und/oder einen Reflexionsgrad des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, für die optische Strahlung, welche die Schicht durchdringt, repräsentiert.
Beispiel 19 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 18, wobei das Substrat bei der Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) einen Transmissionsgrad und/oder Reflexionsgrad von mehr als 25% (z.B. mehr als 35%, z.B. mehr als 40%) aufweist.
Beispiel 20 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 19, wobei die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) aus einem Wellenlängenbereich ist, in welchem das (z.B. beschichtete) Substrat ein Maximum des Transmissionsgrads und/oder Reflexionsgrads aufweist.
Beispiel 21 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 20, wobei die Schicht elektrisch leitfähig und/oder (z.B. für Licht im sichtbaren Bereich) transparent ist.
Beispiel 22 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 21, wobei die Schicht Sauerstoff und/oder ein Metall (z.B. eine chemische Verbindung daraus) aufweist.
Beispiel 23 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 22, wobei die Schicht eine größere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das Substrat.
Beispiel 24 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 23, wobei eine elektrische Leitfähigkeit der Schicht mit einem Transmissionsgrad und/oder einem Reflexionsgrad der Schicht korreliert (z.B. verknüpft) ist (z.B. als Funktion der chemischen Zusammensetzung der Schicht und/oder des elektrischen Wiederstands (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifische Flächenwiderstand) der Schicht).
Beispiel 25 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 24, wobei die Schicht bei der Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) einen größeren Transmissionsgrad aufweist als das Substrat (z.B. für die Teststrahlung und/oder im sichtbaren Bereich).
Beispiel 26 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 25, wobei die Schicht bei der Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) einen größeren Absorptionsgrad aufweist als das Substrat (z.B. für die Teststrahlung).
Beispiel 27 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 26, wobei die Schicht bei der Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) einen kleineren Absorptionsgrad aufweist als das Substrat (z.B. im sichtbaren Bereich).
Beispiel 28 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 27, wobei das Substrat (z.B. dessen Träger) bei der Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) oder darunter einen (z.B. indirekten) Bandübergang (z.B. bei Eg = 1,1 eV) aufweist.
Beispiel 29 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 28, wobei die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) im Infrarotbereich (z.B. Nah-Infrarotbereich) ist.
Beispiel 30 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 29, wobei die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) größer ist als ungefähr 900 nm (z.B. als ungefähr 1000 nm, z.B. als ungefähr 1100 nm, z.B. als ungefähr 1150 nm).
Beispiel 31 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 30, wobei das Erfassen der Ist-Wechselwirkung mittels der optischen Strahlung bei voneinander verschiedenen (z.B. diskreten) Wellenlängen erfolgt, für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist.
Beispiel 32 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 31, wobei die Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) kleiner ist als ungefähr 2500 nm (z.B. als ungefähr 2000 nm, z.B. als ungefähr 1500 nm) .
Beispiel 33 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 32, wobei das Substrat ein Halbleitermaterial aufweist.
Beispiel 34 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 33, wobei das Substrat zumindest teilweise dotiert ist.
Beispiel 35 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 34, wobei das Substrat einen Halbleiterwafer und/oder eine Solarzelle aufweist.
Beispiel 36 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 35, wobei das Substrat einen Halbleiterübergang aufweist.
Beispiel 37 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 36, wobei die Schicht ein (z.B. unterstöchiometrisches) Metalloxid aufweist.
Beispiel 38 ist das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 37, ferner aufweisend: Auslesen eines Sensors, welcher eingerichtet ist, die Ist-Wechselwirkung des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt, zu erfassen.
Beispiel 39 ist das Verfahren, wobei das Erfassen der Ist-Wechselwirkung erfolgt, wenn das Substrat im Vakuum ist.
Beispiel 40 ist eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Beispiele 1 bis 39, z.B. die eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 39 durchzuführen.
Beispiel 41 ist eine Steueranordnung, aufweisend: eine Steuervorrichtung gemäß Beispiel 40; und eine Strahlungsquelle und/oder den Sensor, wobei der Sensor eingerichtet ist, die Ist-Wechselwirkung des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt, zu erfassen; und/oder wobei die Strahlungsquelle eingerichtet ist, die optische Strahlung zu emittieren, z.B. in Richtung zu dem Substrat hin und/oder durch eine Durchgangsöffnung in einer Heizvorrichtung hindurch.
Beispiel 42 ist eine Vakuumanordnung, aufweisend: eine Steuervorrichtung gemäß Beispiel 40 bzw. eine Steueranordnung gemäß Beispiel 41; eine Beschichtungsvorrichtung und/oder die Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist zum Durchführen des Beschichtungsprozesses, wobei beispielsweise die Beschichtungsvorrichtung das Stellglied aufweist oder mit diesem (z.B. elektrisch und/oder gasleitend) gekoppelt ist; wobei die Heizvorrichtung beispielsweise eingerichtet ist, dem Substrat thermische Energie zuzuführen (z.B. mehr als der Beschichtungsprozess).
Beispiel 43 ist eine Vakuumanordnung gemäß Beispiel 42, ferner aufweisend: eine Vakuumkammer, in welcher die Beschichtungsvorrichtung, die Heizvorrichtung und/oder der Sensor angeordnet ist; die Vakuumanordnung optional ferner aufweisend: eine Transportvorrichtung, welche dem Substrat einen Transportpfad an der Beschichtungsvorrichtung vorbei und/oder durch einen Bereich der Vakuumkammer, in welcher der Beschichtungsprozess durchgeführt wird, hindurch bereitstellt.
Beispiel 44 sind Codesegmente, welche Instruktionen aufweisen, die eingerichtet sind, wenn von einem Prozessor ausgeführt, den Prozessor dazu zu bringen, das Verfahren gemäß einem der Beispiel 1 bis 39 durchzuführen.
Beispiel 45 ist ein Verfahren, aufweisend: Durchführen eines reaktiven Beschichtungsprozesses (z.B. Sputterprozesses), mittels welchem ein Substrat und danach ein zweites Substrat mit einer Schicht beschichtet werden; Erfassen einer Ist-Wechselwirkung des ersten Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt, wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge (z.B. außerhalb des sichtbaren Spektrums zwischen 380 und 780 nm) aufweist (die beispielsweise auch erfasst wird), für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; Regeln des Beschichtungsprozesses basierend auf der erfassten Ist-Wechselwirkung; wobei das Erfassen und das Regeln vor dem Beschichten des zweiten Substrats erfolgen; wobei das Regeln beispielsweise eine chemische Zusammensetzung der Schicht und/oder einen elektrischen Wiederstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifische Flächenwiderstand) der Schicht beeinflusst.
Beispiel 46 ist das Verwenden einer optischen Wechselwirkung eines mit einer Schicht beschichten Substrats mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt und für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist, als Eingangsgröße für eine Regelstrecke, welche die chemische Zusammensetzung der Schicht und/oder einen elektrischen Wiederstand (z.B. Flächenwiederstand, z.B. spezifische Flächenwiderstand) der Schicht beeinflusst.

Claims

Verfahren (100) zum Regeln eines reaktiven Beschichtungsprozesses (151), mittels welchem ein Substrat mit einer Schicht beschichtet wird, das Verfahren aufweisend: • Ermitteln (101) einer Abweichung eines Ist-Zustandes der Schicht von einem Soll-Zustand der Schicht basierend auf einer erfassten Wechselwirkung des Substrats (151r), das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt; • wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge aufweist, für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; • Ansteuern (105) eines Stellglieds (152), welches eingerichtet ist, eine chemische Zusammensetzung der Schicht zu beeinflussen, basierend auf der Abweichung.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei mittels des Stellglieds (152) der Beschichtungsprozess (151) versorgt wird.
Verfahren (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei mittels des Stellglieds (152) eine Rate, mit welcher dem Beschichtungsprozess (151) Sauerstoff zugeführt wird, beeinflusst wird.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Beschichtungsprozess (151) einen Sputterprozess aufweist, mittels welchem das Substrat mit der Schicht beschichtet wird.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erfasste Wechselwirkung (101e) einen Transmissionsgrad und/oder einen Reflexionsgrad des Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, für die optische Strahlung, welche die Schicht durchdringt, repräsentiert.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht elektrisch leitfähig und/oder im sichtbaren Bereich transparent ist.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wellenlänge im Infrarotbereich ist.
Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat einen Halbleiterwafer aufweist.
Steuervorrichtung (802), die eingerichtet ist zum Durchführen des Verfahrens (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
Codesegmente, welche Instruktionen aufweisen, die eingerichtet sind, wenn von einem Prozessor ausgeführt, den Prozessor dazu zu bringen, das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Verfahren (100), aufweisend: • Durchführen eines reaktiven Sputterprozesses (151), mittels welchem ein Substrat und danach ein zweites Substrat mit einer Schicht beschichtet werden; • Erfassen (103) einer Wechselwirkung (101e) des ersten Substrats, das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt, wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge aufweist, für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; • Regeln des Beschichtungsprozesses (151) basierend auf der erfassten Wechselwirkung (101e); • wobei das Erfassen und das Regeln vor dem Beschichten des zweiten Substrats erfolgen.
Verwenden einer erfassten optischen Wechselwirkung eines mit einer Schicht beschichten Substrats mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt und für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist, als Eingangsgröße für eine Regelschleife, welche die chemische Zusammensetzung der Schicht beeinflusst.
Verfahren (100) zum Regeln eines reaktiven Beschichtungsprozesses (151), mittels welchem ein Substrat mit einer Schicht beschichtet wird, das Verfahren aufweisend: • Ermitteln (101) einer Abweichung eines Ist-Zustandes der Schicht von einem Soll-Zustand der Schicht basierend auf einer erfassten Wechselwirkung des Substrats (151r), das mit der Schicht beschichtet ist, mit optischer Strahlung, welche die Schicht durchdringt; • wobei die optische Strahlung eine Wellenlänge aufweist, für welche das Substrat zumindest teilweise reflektierend und/oder zumindest teilweise durchlässig ist; • Ansteuern (105) eines Stellglieds (152), welches eingerichtet ist, einen elektrischen Flächenwiederstand der Schicht zu beeinflussen, basierend auf der Abweichung.