DE10341513B4 - Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen Download PDF

Info

Publication number
DE10341513B4
DE10341513B4 DE10341513A DE10341513A DE10341513B4 DE 10341513 B4 DE10341513 B4 DE 10341513B4 DE 10341513 A DE10341513 A DE 10341513A DE 10341513 A DE10341513 A DE 10341513A DE 10341513 B4 DE10341513 B4 DE 10341513B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reactive gas
intensity
spectral line
reactive
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10341513A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10341513A1 (de
Inventor
Till Dipl.-Phys. Wallendorf
Wolfram Prof. Dr. Scharff
Christian Dr. May
Stanley Rehn
Johannes Dr. Strümpfel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Von Ardenne GmbH
Original Assignee
Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Von Ardenne Anlagentechnik GmbH filed Critical Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority to DE10341513A priority Critical patent/DE10341513B4/de
Publication of DE10341513A1 publication Critical patent/DE10341513A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10341513B4 publication Critical patent/DE10341513B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/548Controlling the composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0042Controlling partial pressure or flow rate of reactive or inert gases with feedback of measurements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen, bei dem eine Regelgröße, die durch ein Plasma des Vakuumbeschichtungsprozesses bestimmt wird, aus der Vakuumkammer als Regelstrecke mittels optischer Spektroskopie in einem Messglied erfasst wird und in einem elektronischen Regler derart verarbeitet wird, dass entsprechend einer Regelabweichung die dem Vakuumbeschichtungsprozess zugeführte Menge eines Reaktivgases als Stellgröße eingestellt wird, wobei die Regelgröße ein Rechenwert aus einem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials (3) und einem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Reaktivgases (6) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung in Abhängigkeit von der elektronischen Anregung der Teilchen korrigiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen, bei dem eine Regelgröße, die durch ein Plasma des Vakuumbeschichtungsprozesses bestimmt wird, aus der Vakuumkammer als Regelstrecke mittels optischer Spektroskopie in einem Messglied erfasst wird und in einem elektronischen Regler derart verarbeitet wird, dass entsprechend einer Regelabweichung die dem Vakuumbeschichtungsprozess zugeführte Menge eines Reaktivgases als Stellgröße eingestellt wird.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Regelung des Arbeitspunktes von reaktiven, plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen, bestehend aus einem Regelkreis, der aus der Vakuumkammer als Regelstrecke, aus einem Messglied, aus einem elektronischen Regler und aus einem, die Reaktivgaszufuhr einstellendem Stellglied gebildet ist.
  • Zur Kontrolle und Stabilisierung des Plasmaemissionsprozesses bei reaktiven Beschichtungsprozessen wird in bekannter Weise ein Plasma-Emissions-Monitoring (PEM) angewandt. Aus dem Emissionsspektrum der Entladung der Beschichtungsmaterialatome im Plasma wird eine charakteristische Spektrallinie ausgefiltert, und deren Intensität mit Hilfe der optischen Spektroskopie gemessen. Die Intensität der Spektrallinie hängt u. a. von der Teilchenkonzentration des Materials im Plasma, und somit von der Beschichtungsrate ab. Diese wiederum ist abhängig von dem Arbeitspunkt der Prozessparameter, der durch den Sauerstoffgehalt des Reaktivgases in der Vakuumkammer wesentlich bestimmt wird. Die Intensität einer Spektrallinie des Beschichtungsmaterials ist damit auch ein Ausdruck des Reaktivgasdruckes in der Vakuumkammer. Mit Hilfe des Plasma-Emissions-Monitoring (PEM) wird der aktive Reaktivgasfluss als Funktion der Intensität geregelt. Die Reaktivgaszufuhr soll dabei für den Prozess optimal dosiert sein. Ein Reaktivgasüberschuss führt zu einer Reaktion bereits auf der Oberfläche des Target, was die Sputterrate verschlechtert. Zu geringe Reaktivgäsmengen hemmen den reaktiven Prozess. Verschiedene Reaktivgaskonzentrationen im möglichen Bereich des reaktiven Prozesses erzeugen unterschiedliche Zusammensetzungen der abgelagerten Schicht auf dem Substrat. Mit der Wahl eines geeigneten Arbeitspunktes des Prozesses, der wesentlich bestimmt ist von der Reaktivgaszufuhr, kann die Stöchiometrie der Schicht beeinflusst werden. Gezielt eingestellte und stabilisierte Arbeitspunkte verwirklichen definierte Schichtenzusammensetzungen mit bestimmten gewünschten Schichteigenschaften.
  • Mit einer kurz ausgebildeten Regelstrecke in der Vakuumkammer und einem schnell reagierenden Reaktivgasventil als Stellglied können PEM-Regelkreise eine niedrige Zeitkonstante verwirklichen, um auch Arbeitspunkte für die reaktive Beschichtung besonders dünner Schichten stabilisieren zu können.
  • Eine genaue Einstellung und Stabilisierung des Arbeitspunktes gelingt mit diesem beschriebenen Mess- und Regelverfahren jedoch nicht so ausreichend, wie es für Beschichtungen mit hohen Qualitätsanforderungen, wie zum Beispiel beim Prozess mit einer Aluminium gedopden Zinkoxidabscheidung zur Herstellung einer dünnen TCO-Schicht erforderlich ist. Diese transparente und leitfähige Schicht, die in Fotovoltaik-Anlagen und Displays Anwendung findet, erreicht ihre volle Funktionalität nur nach einer gezielt eingestellten Stöchiometrie während der Herstellung der Schicht.
  • Die Intensität der Spektrallinien als Messwert bei der reaktiven Beschichtung wird noch von weiteren Prozessbedingungen als nur von der Teilchenkonzentration beeinflusst, wie zum Beispiel direkt von der elektronischen Anregung der Teilchen. Wobei die elektronische Anregung wiederum von der Teilchenzahl abhängig ist, die wiederum vom Reaktivgasfluss abhängt. Eine Regelung des Reaktivgasflusses allein über die Messung der Intensität einer Spektrallinie führt bei dieser Beeinflussung durch mehrere von einander abhängiger Prozessbedingungen nicht reproduzierbar zu einem stabilen Arbeitpunkt, der die gewünschte Schichtenzusammensetzung bewirkt.
  • In einem aus der Dissertation von Dr. rer. nat. Kirchhoff zum Thema „Untersuchungen der optischen Plasma-Emission beim reaktiven Magnetronsputtern und ihre Anwendung bei der Schichtbildung” bekannten Verfahren werden zur Erhöhung der Genauigkeit der Prozessregelung unter Verwendung des PEM die Intensitäten zweier unterschiedlicher Spektrallinien der Teilchenstrahlung eines Materials, vorzugsweise des Beschichtungsmaterials gemessen, die die gleiche Abhängigkeit von der Teilchenkonzentration, aber unterschiedliche Abhängigkeit von der elektronischen Anregung haben. Durch Quotientenbildung zwischen diesen beiden Intensitäten erhält man ein Signal, das die Abhängigkeit von der elektronischen Anregung eliminiert, und eine Reaktivgaskonzentrationsregelung ermöglicht, die eine Annäherung an einen stabilen Arbeitpunkt des Prozesses gewährt, was die Genauigkeit der Plasmaprozessführung zum Zwecke konstanter Schichtenzusammensetzungen erhöht. So ist es hiermit möglich, veränderliche Beschichtungsraten bei gleich bleibender Schichtenzusammensetzung durch Anpassung der Reaktivgaszufuhr annähernd auszugleichen.
  • Die mit diesem Verfahren erreichte Genauigkeit der Plasmaprozessführung reicht jedoch noch nicht aus, um die geforderten gezielt reproduzierbaren Stöchiometrieverhältnisse zu erhalten, da die Reaktivgaskonzentration und die Beschichtungsrate als Haupteinflussgrößen der Stöchiometrie im Plasma in vielfältiger, von einander abhängigen Wechselbeziehung stehen, die die Schichtenzusammensetzung beeinflusst. Die Prozesse können zum Beispiel trotz gleich bleibender Anlagenbedingungen von Tag zu Tag andere Beschichtungsergebnisse erzielen.
  • In der JP 05 009 728 A und in der JP 2001 335 932 A wird je ein Verfahren zur Herstellung dünner Filme aus Metalloxiden in einem plasmagestützten Vakuumprozess beschrieben. Dabei wird das Verhältnis der Strahlungsintensität einer Spektrallinie eines Metalls und einer Spektrallinie des Sauerstoffs zur Regelung des Reaktivgasflusses verwendet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die jeweils mit dem Regelvorgang der Reaktivgasregelung einen derart stabilen Arbeitpunkt der Prozessparameter ermöglicht, der gezielt einstellbare, reproduzierbare Stöchiometrieverhältnisse in der abgeschiedenen Schicht bewirkt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Werden die Messwerte verschiedener am Beschichtungsprozess beteiligter Materialien miteinander in Beziehung gesetzt, können die wechselseitige Beeinflussung der Prozessparameter untereinander rechnerisch weitestgehend eliminiert werden. Ein auf diese Weise gebildete Regelgröße erhöht die Genauigkeit des Prozesses wesentlich.
  • Die Korrektur der Messwerte der Intensität der Spektrallinien der Teilchenstrahlung beider Prozessmaterialien in Abhängigkeit von der elektronischen Anregung der Teilchen kann zum Beispiel mit der bekannten Methode der Messung und Quotientenbildung zweier ausgewählter Spektrallinien des gleichen Prozessmaterials erfolgen, wobei der Einfluss der elektronischen Anregung der Teilchenstrahlung beider Prozessmaterialien in Abhängigkeit von der elektronischen Anregung der Teilchen kann zum Beispiel mit der bekannten Methode der Messung und Quotientenbildung zweier ausgewählter Spektrallinien des gleichen Prozessmaterials erfolgen, wobei der Einfluss der elektronischen Anregung auf die Intensität der Spektrallinien der Teilchenstrahlung beider Prozessmaterialien eliminiert wird. Damit wird die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht.
  • In besonderer Ausgestaltung des Verfahrens ist der Rechenwert ein Quotient aus dem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials und dem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Reaktivgases. In überraschender Weise wurde gefunden, dass dieser Quotient aus der Spektrallinienintensität zweier verschiedener Prozessmaterialien, nämlich die des Beschichtungsmaterials und die des Reaktivgases als Regelgröße für die Reaktivgasregelung zu gezielten und reproduzierbaren stöchiometrischen Werten der Schichtenzusammensetzung führt.
  • In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens ist der Quotient derart gebildet, dass der Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials der Divisor ist. Das hat den Effekt, dass bei schwankender Reaktivgaszufuhr, die möglicherweise kurzzeitig auch gleich Null sein kann, keine undefinierten Signale für das Regelsystem entstehen.
  • In einer Verfahrensvariante wird die elektronische Anregung mittels Messung des Verhältnisses der Intensitäten zweier Spektrallinien der Teilchenstrahlung eines dem Beschichtungsprozess zugesetzten normierten, neutralen Gases ermittelt und hiermit die Intensitäten der Spektrallinien beider Prozessmaterialien korrigiert. Das als neutral bezeichnete Gas ist hierbei ein am Prozess unbeteiligtes Gas, wie zum Beispiel Argon. Mit der Messung des Verhältnisses der Intensitäten dieses neutralen Gases, das als störungsfreier Normparameter dient, ist man in der Lage die elektronische Anregung der Teilchen exakter zu ermitteln, da prozessbedingte Störgrößen weitestgehend ausgeschalten sind. Mit der auf diese Weise ermittelten elektronischen Anregung ist eine deutlich Fehler minimierte Korrektur der Messwerte der Intensität der Spektrallinien der Teilchenstrahlung beider Prozessmaterialien möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das normierte, neutrale Gas ein neutraler Teil des Prozessgases. Hier könnte auch das Arbeitsgas als Inertgas zur Messung der Intensitäten herangezogen werden, was das Hinzufügen eines weiteren Gases erspart.
  • In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass als Regelgröße ein Rechenwert aus einem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des Prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials und einem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des Reaktivgases ist. Eine Regelgröße auf der Basis absoluter Stoffgrößen, wie die Teilchenkonzentrationen der Prozessbeteiligten Materialien selbst, bei denen der wechselseitige Einfluss der elektronischen Anregung und anderer Prozessgrößen nicht gegeben ist ist, liefert die Voraussetzung für höchste Genauigkeiten in der Prozessführung. Werden nun diese absoluten Stoffwerte der verschiedenen am Beschichtungsprozess beteiligter Materialien miteinander in Beziehung gesetzt, können übrige materialabhängige Einflüsse der Prozessparameter rechnerisch eliminiert werden. Ein auf diese Weise gebildete Regelgröße erhöht die Genauigkeit des Prozesses noch weiter.
  • In besonderer Ausgestaltung des Verfahrens ist der Rechenwert ein Quotient aus dem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des Prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials und dem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des Reaktivgases. In Analogie zur Bildung eines Quotienten aus Messwerten der Spektrallinienintensität der beiden Prozessmaterialien erreicht diese Regelgröße aus einem Quotient von ermittelten absoluten Stoffgrößen eine bisher höchstmögliche Genauigkeit in der Bestimmung des Arbeitspunktes zur Erzielung einer definierten Stöchiometrie.
  • In einer konkreten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird der zu ermittelnden Wert einer jeden Teilchenkonzentration der beiden Prozessmaterialien aus einem zugehörigem Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung, aus einem Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung eines dem Beschichtungsprozess zugesetzten normierten, neutralen Gases, aus der ermittelten elektronischen Anregung und aus der Teilchenkonzentration des normierten, neutralen Gases gebildet. Hier geht das an sich bekannte Verfahren der Actinometrie ein. Aus der Messung des Verhältnisses der Intensitäten der Emissionen des neutralen Gases erhält man die elektronische Anregung der Teilchen und mit Hilfe der Teilchenkonzentration des neutralen Gases und eines Verhältnisses der gemessenen Intensität der Teilchenstrahlung des neutralen Gases zur Intensität der Teilchenstrahlung eines Prozessmaterials ist die absolute Teilchenkonzentration des Prozessmaterials ermittelbar. Dieser Verfahrensweg erfolgt jeweils für das Beschichtungsmaterial und für das Reaktivgas.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das normierte, neutrale Gas ein neutraler Teil des Prozessgases. Auch hier kann das sputternde Inertgas zur Messung der Intensitäten verwendet werden, was das Hinzufügen eines weiteren Gases erspart.
  • In bevorzugter Ausführungsweise der beiden erfindungsgemäßen Verfahren werden die die Regelgröße bildenden Messgrößen an einem Ort der Vakuumkammer erfasst. Das Erfassen aller erforderlichen Messwerte an einem Ort hat den Vorteil, dass zunächst der Platzbedarf des Messgliedes gering gehalten wird. Bedeutungsvoller ist jedoch, dass ortsabhängige Einflussgrößen auf den Messprozess ausgeschlossen werden können. So haben Ablagerungen von z. B. Beschichtungsmaterial auf dem Sensor und damit verbundene Veränderungen der Messwerte durch die Messung aller Messwerte mit ein und demselben Sensor auf den Regelprozess keine Auswirkungen mehr.
  • In einer günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfah ren ist die Zeitkonstante des Regelkreises kleiner ist als die Prozesszeitkonstante der Plasmaemission des Beschichtungsprozesses. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden bis zu vier oder mehr Messwerte gleichzeitig erfasst und verarbeitet und die Ergebnisse im Vergleich zur Abweichung von einer Führungsgröße innerhalb der Prozesszeitkonstante als Stellsignal an das schnell reagierende Regelventil der Reaktivgaszufuhr ausgegeben. Dieser schnelle Regelprozess ermöglicht eine sehr genaue Prozessführung. Im Vergleich sind beim erwähnten bekannten Verfahren in dieser Zeit nur zwei Messwerte pro Regelkreis erfasst und verarbeitet worden.
  • Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß mit einer Anordnung gelöst, bei der das Messglied ein akusto-optisches Spektrometer mit einem Steuereingang enthält und ein Reglerausgang mit dem Steuereingang verbunden ist.
  • Das an sich in der Plasmadiagnostik bekannte akusto-optisches Spektrometer ist ein spezielles optisches Filter, welches aus zwei gekreuzt angeordneten Polarisatoren und einem zwischen geschaltetem Quarzkristall besteht. Zunächst werden die Wellenlängen der eintretenden zu messenden Strahlung in eine Richtung, z. B. vertikal polarisiert. Im Quarzkristall, welcher durch verschiedene Frequenzen in entsprechende Ultraschallschwingungen versetzt werden kann, interferiert eine Wellenlänge einer solchen Ultraschallschwingung mit einem schmalen Bereich ausgewählter Wellenlängen der zu messenden Strahlung und dreht diese um 90°. Bei der nachfolgenden Polarisation werden die verbliebenen vertikalen Wellenlängen herausgefiltert und nur das sehr schmale Band der im Kristall gedrehten Wellenlängen verbleibt in sehr scharfer Darstellung als das weiterverarbeitbare Signal. Diese schmalbandige Messung ermöglicht eine Selektion von Einflüssen nachbarlichen Wellenlängen der ausgewählten Wellenlänge eines Materials in hoher Auflösung, was die Messwertgenauigkeit deutlich erhöht. Da nun die Frequenzen der Ultraschallschwingungen elektronisch ansteuerbar ausgeführt sind, können zudem sehr schnell die verschiedensten Wellenlän gen aus den zu messenden Teilchenstrahlungen mit einem einzigen optischen Filter ausgewählt und erfasst werden. Das Steuersignal zur Ansteuerung der verschiedenen Frequenzen wird vom Regler des Messsystems entsprechend der erforderlichen Messwertabfragen an das akusto-optische Spektrometer vorgegeben. Damit erzielt man in kürzester Zeit, nahezu simultan und mit geringem gerätetechnischem Aufwand mehrere Messwerte der Intensitäten der verschiedenen Teilchenstrahlungen von hoher Messgenauigkeit. Die auf diese Weise genauer erfassten Messwerte des Beschichtungsmaterials, des Reaktivgases und des neutralen Gases erzielen bereits einen Genauigkeitseffekt für die Prozessführung bevor sie miteinander in die verfahrenserfinderische Beziehung gesetzt und zu Stellsignalen für den Reaktivgasfluss weiterverarbeitet, welche die besonders genauere Prozessführung ermöglichen.
  • Mit der herkömmlichen PEM-Regeltechnik würde man für eine vergleichsweise schnelle Erfassung der Vielzahl von verschiedenen Messwerten einen hohen gerätetechnischen Aufwand von mehreren entsprechend der Anzahl der zu messenden Wellenlängen parallel geschalteten optischen Filtern (Monochromatoren) benötigen, da diese keinen schnellen Wechsel der zu erfassenden Wellenlängen realisieren können. Darüber hinaus erreichen die optischen Filter der herkömmlichen PEM-Regeltechnik nicht die beschriebene Genauigkeit.
  • Der Vorteil des in erfinderischer Weise in den Regelkreis der Reaktivgasregelung angeordneten akusto-optischen Spektrometers wird z. B. bei Beschichtungsanlagen mit rohrförmigen Magnetrons praktisch ersichtlich. Bei diesen rohrförmigen Magnetrons, die unter Praxisbedingungen nicht exakt zentrisch rotieren, ergeben sich kurzzeitig unterschiedliche Abstände des Targets zum Magnetsystem des Magnetrons und damit schwankende Beschichtungsraten. Unter Einsatz des schnell reagierenden akusto-optischen Spektrometers ist man in der Lage, auch solche kurzfristigen Schwankungen der Beschichtungsrate im Prozessverlauf auszuregeln.
  • In einer günstigen Ausgestaltung der Anordnung weist das Messglied und der Regler vier separate Messkanäle auf, womit bis zu vier separate Regelkreise ausführbar sind. Mit dieser Anordnung ist eine Kontrolle und Regelung von einem Beschichtungsprozess an mehreren Stellen in der Vakuumkammer z. B. mittels Extremwert- oder, Mittelwertbildung der Kanalmesswerte oder von mehreren Beschichtungsprozessen in z. B. In-line-Beschichtungseinheiten gleichzeitig möglich, und erlaubt auch die Prozessüberwachung und -regelung an verschiedenen Anlagen.
  • Die Erfindungen soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung des Prinzips eines erfindungsgemäßen Regelkreises.
  • In der Vakuumkammer 1 als Regelstrecke ist ein reaktiver Magnetron-Sputterprozess dargestellt. Zwischen einem Target 2 aus dem Beschichtungsmaterial 3 und einem Substrat 4 wird unter Zufuhr von inertem Sputtergas 5, wie z. B. Argon, und von Reaktivgas 6, wie z. B. Sauerstoff, ein Plasma 7 erzeugt. Zugleich wird dem Plasma 7 in der Vakuumkammer 1 ein am Beschichtungsprozess unbeteiligtes, neutrales Gas 8, z. B. Helium zugefügt. Mittels eines Messgliedes 9, bestehend aus einem Faser-Optik-Systems 10, einem übertragenden Lichtwellenleiter 11 und einem akusto-optischen Spektrometer 12 werden die Intensitäten der Teilchenstrahlungen (Emissionen) der Prozessbeteiligten Stoffe, wie die Emissionen des Beschichtungsmaterial 3 und des Reaktivgases 6 und die Intensitäten der Teilchenstrahlung des prozessunbeteiligten, neutralen Gases 8 im Plasma 7, erfasst, parallelisiert und im nachgeschaltenen akusto-optischen Spektrometer 12 selektiert. Dabei wird das akusto-optische Spektrometer 12 vom elektronischen Regler 13 nach der erfindungsgemäßen Vorgabe mit einem Signal angesteuert, das eine Frequenz entsprechend der auszufilternden Wellenlänge im akusto-optische Spektrometer 12 auslöst. Nach Erfassung des Messwertes der Spektrallinie im elektronischen Regler 13 wird der Vorgang nacheinander in kürzester Zeit für alle weiteren erfindungsgemäß erforderlichen Messwerte wiederholt. Aus den gefilterten Messwerten der Intensität der Teilchenstrahlung des Beschichtungsmaterials 3, des Reaktivgases 6 und des neutralen Gases 8 werden im elektronischen Regler 13 die erfindungsgemäßen Verhältnisse und Quotienten gebildet und der mit einer entsprechend der vorgegebenen Stöchiometrie im Plasma 7 rechnerisch gebildeten Führungsgröße verglichen. Aus der Regelabweichung wird eine Stellgröße erzeugt und an das Regelventil zur Reaktivgaszufuhr 14 als Stellglied übermittelt, welches die Einstellung des Reaktivgasflusses bewirkt.
  • 1
    Vakuumkammer
    2
    Target
    3
    Beschichtungsmaterial
    4
    Substrat
    5
    inertes Sputtergas
    6
    Reaktivgas
    7
    Plasma
    8
    neutrales Gas
    9
    Messglied
    10
    Faser-Optik-Systems
    11
    Lichtwellenleiter
    12
    akusto-optisches Spektrometer
    13
    elektronischer Regler
    14
    Regelventil zur Reaktivgaszufuhr

Claims (11)

  1. Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen, bei dem eine Regelgröße, die durch ein Plasma des Vakuumbeschichtungsprozesses bestimmt wird, aus der Vakuumkammer als Regelstrecke mittels optischer Spektroskopie in einem Messglied erfasst wird und in einem elektronischen Regler derart verarbeitet wird, dass entsprechend einer Regelabweichung die dem Vakuumbeschichtungsprozess zugeführte Menge eines Reaktivgases als Stellgröße eingestellt wird, wobei die Regelgröße ein Rechenwert aus einem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials (3) und einem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Reaktivgases (6) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung in Abhängigkeit von der elektronischen Anregung der Teilchen korrigiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechenwert ein Quotient aus dem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials (3) und dem Messwert der Intensität einer Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Reaktivgases (6) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient derart gebildet wird, dass der Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung des Prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials (3) der Divisor ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Anre gung mittels Bildung des Verhältnisses der Intensitäten zweier Spektrallinien der Teilchenstrahlung eines dem Beschichtungsprozess zugesetzten normierten, neutralen Gases (8) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das normierte, neutrale Gas (8) ein neutraler Teil des Prozessgases ist.
  6. Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen, bei dem eine Regelgröße, die durch ein Plasma des Vakuumbeschichtungsprozesses bestimmt wird, aus der Vakuumkammer als Regelstrecke mittels optischer Spektroskopie in einem Messglied erfasst wird und in einem elektronischen Regler derart verarbeitet wird, dass entsprechend einer Regelabweichung die dem Vakuumbeschichtungsprozess zugeführte Menge eines Reaktivgases als Stellgröße eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße ein Rechenwert aus einem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials (3) und einem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des Reaktivgases (6) ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechenwert ein Quotient aus dem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des prozessbeteiligten Beschichtungsmaterials (3) und dem zu ermittelnden Wert der Teilchenkonzentration des Reaktivgases (6) ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zu ermittelnden Wert einer jeden Teilchenkonzentration aus einem zugehörigem Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung, aus einem Messwert der Intensität der Spektrallinie der Teilchenstrahlung eines dem Beschichtungsprozess zugesetzten normierten, neutralen Gases (8), aus der elektronischen Anregung und aus der Teilchenkonzentration des normierten, neutralen Gases (8) gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das normierte, neutrale Gas (8) ein neutraler Teil des Prozessgases ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die die Regelgröße bildenden Messgrößen an einem Ort der Vakuumkammer (1) erfasst werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante des Regelkreises kleiner ist als die Prozesszeitkonstante der Plasmae mission des Beschichtungsprozesses.
DE10341513A 2002-09-06 2003-09-05 Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen Expired - Fee Related DE10341513B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10341513A DE10341513B4 (de) 2002-09-06 2003-09-05 Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10241795 2002-09-06
DE10241795.4 2002-09-06
DE10341513A DE10341513B4 (de) 2002-09-06 2003-09-05 Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10341513A1 DE10341513A1 (de) 2004-03-11
DE10341513B4 true DE10341513B4 (de) 2010-10-07

Family

ID=31502501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10341513A Expired - Fee Related DE10341513B4 (de) 2002-09-06 2003-09-05 Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10341513B4 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011017583A1 (de) 2011-01-27 2012-08-02 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren zur Ermittlung prozesssignifikanter Daten eines Vakuumabscheideprozesses
DE102011082775A1 (de) 2011-09-15 2013-03-21 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren zur gleichzeitigen Optimierung verschiedener Schichteigenschaften
DE102013109973A1 (de) 2013-09-11 2015-03-26 Von Ardenne Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Magnetronsputter-Prozesses

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004024351A1 (de) * 2004-05-17 2005-12-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen eines Dünnschichtsystems mittels Zerstäuben
DE102005015587B4 (de) * 2005-04-05 2009-12-24 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur Stabilisierung eines Arbeitspunktes von reaktiven, plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen
FR2888587B1 (fr) * 2005-07-13 2007-10-05 Sidel Sas Appareil pour le depot pecvd d'une couche barriere interne sur un recipient, comprenant un dispositif d'analyse optique du plasma
DE102007019994A1 (de) * 2007-04-27 2008-10-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Transparente Barrierefolie und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102009059097B4 (de) 2009-12-18 2011-09-01 Dtf Technology Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung des von einem Plasma emittierten Lichtes zur Regelung von plasmagestützten Vakuumprozessen
DE102010030933B4 (de) * 2010-02-26 2014-07-31 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren und Anordnung zur Gasführung an rotierenden Magnetrons in Vakuumbeschichtungsanlagen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH059728A (ja) * 1991-07-04 1993-01-19 Stanley Electric Co Ltd 薄膜形成方法
JP2001335932A (ja) * 2000-05-24 2001-12-07 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 低温プラズマによる固体表面処理制御方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH059728A (ja) * 1991-07-04 1993-01-19 Stanley Electric Co Ltd 薄膜形成方法
JP2001335932A (ja) * 2000-05-24 2001-12-07 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 低温プラズマによる固体表面処理制御方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 05009728 A, PAJ-Abstract und computergenerierte Übersetzung des japanischen Originals *
JP 05009728 A, PAJ-Abstract und computergenerierte Übersetzung des japanischen Originals JP 2001335932 A, PAJ-Abstract und computergenerierte Übersetzung des japanischen Originals
JP 2001335932 A, PAJ-Abstract und computergenerierte Übersetzung des japanischen Originals *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011017583A1 (de) 2011-01-27 2012-08-02 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren zur Ermittlung prozesssignifikanter Daten eines Vakuumabscheideprozesses
DE102011082775A1 (de) 2011-09-15 2013-03-21 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren zur gleichzeitigen Optimierung verschiedener Schichteigenschaften
DE102013109973A1 (de) 2013-09-11 2015-03-26 Von Ardenne Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Magnetronsputter-Prozesses
DE102013109973B4 (de) 2013-09-11 2019-09-19 VON ARDENNE Asset GmbH & Co. KG Verfahren zur Regelung eines Magnetronsputter-Prozesses

Also Published As

Publication number Publication date
DE10341513A1 (de) 2004-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4029984C2 (de)
DE10341513B4 (de) Verfahren zur Regelung des Reaktivgasflusses in reaktiven plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen
EP0282835B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der reaktiven Schichtabscheidung auf Substraten mittels Magnetronkatoden
DE19752322A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für die hochautomatisierte Herstellung von Dünnfilmen
WO1996026302A1 (de) Verfahren zur reaktiven beschichtung
DE2834813A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur regelung der verdampfungsrate oxidierbarer stoffe beim reaktiven vakuumaufdampfen
DE1939667A1 (de) Kontinuierliche Messung der Dicke heisser Duennschichten
DE10124609A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner aktiver Schichten auf insbesondere kristallinen Substraten aus gasförmigen Ausgangsstoffen
WO2020078860A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur regelung der temperatur in einem cvd-reaktor
DE102009053756B4 (de) Verfahren zur Beschichtung eines Substrates in einer Vakuumkammer mit mindestens einem rotierenden Magnetron
DE102011111613B4 (de) Sensoranordnung zur Charakterisierung von Plasmabeschichtungs-, Plasmaätz- und Plasmabehandlungsprozessen sowie Verfahren zur Ermittlung von Kenngrößen in diesen Prozessen
DE10359508B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Magnetronsputtern
DE102011017583B4 (de) Verfahren zur Ermittlung prozesssignifikanter Daten eines Vakuumabscheideprozesses und deren Weiterverarbeitung in Mess- oder Regelungsprozessen
DE102009053903B3 (de) Verfahren zur Beschichtung eines Substrates in einer Vakuumkammer mit einem Magnetron
DE102013009203A1 (de) Verfahren zur Beschichtung mit einem Verdampfungsmaterial
CH697685B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen eines Dünnschichtsystems mittels Zerstäuben.
DE102009059097B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung des von einem Plasma emittierten Lichtes zur Regelung von plasmagestützten Vakuumprozessen
DE102013109973B4 (de) Verfahren zur Regelung eines Magnetronsputter-Prozesses
EP0751236B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten mittels reaktiver Kathodenzerstäubung zur Durchführung des Verfahrens
DE102011082775B4 (de) Verfahren zur gleichzeitigen Optimierung verschiedener Schichteigenschaften
EP0956580B1 (de) Verfahren zur regelung von glimmentladungen mit pulsförmiger energieversorgung
DE102014103746A1 (de) Sputteranordnung und Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern
DE102014103732A1 (de) Sputteranordnung und Verfahren zum geregelten reaktiven Sputtern
DD239811A1 (de) Verfahren zum aufbringen von verbindungsschichten
DE1939667C (de) Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Dicke einer Dünnschicht

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: VON ARDENNE ANLAGENTECHNIK GMBH, 01324 DRESDEN, DE

8364 No opposition during term of opposition
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VON ARDENNE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VON ARDENNE ANLAGENTECHNIK GMBH, 01324 DRESDEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: LIPPERT STACHOW PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE , DE

Representative=s name: PATENTANWAELTE LIPPERT, STACHOW & PARTNER, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee