DE19605335C1 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung eines Vakuumbedampfungsprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung eines Vakuumbe­ dampfungsprozesses sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Nach dem Verfahren werden insbesondere Werkzeuge und plattenförmige Substrate, z. B. Spiegel und Glasscheiben, mit Funktionsschichten bedampft.

Beim Bedampfen werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Schicht­ dicke, der Stabilität der Bedampfungsrate über lange Zeiträume und der Zusammensetzung des Schichtmaterials gestellt. Diese Anforderungen können besonders bei der Bedampfung von großflächigen Substraten nur dann erfüllt werden, wenn die Parameter des Bedamp­ fungsprozesses konstant gehalten werden. Das setzt voraus, daß die Parameter des Ver­ dampfens, insbesondere die Verdampfungsgeschwindigkeit, der Füllstand eines Verdamp­ fertiegels und die Richtungsverteilung des Dampfes konstantgehalten bzw. angepaßt wer­ den.

Das zu verdampfende Material befindet sich in einem Verdampfer. Das kann z. B. ein Ver­ dampfertiegel, in dem das Material - das Verdampfungsgut - aufgeschmolzen wird, sein. Diese Verdampfer sind waagerecht angeordnet. Es werden auch Sublimationsverdampfer eingesetzt, bei denen das Verdampfungsgut in einer Halterung befestigt ist, und durch Energiezufuhr, z. B. Elektronenstrahlen, Widerstandsheizung, aus der festen Phase verdampft wird. Diese Verdampfer können sowohl horizontal und vertikal als auch schräg angeordnet sein.

Es ist bekannt, die Bedampfungsrate an einem oder mehreren Orten in Substratnähe zu messen. Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Bestimmung der Bedampfungsrate, wie z. B. die Schichtdickenmessung mittels Schwingquarz oder Mikrowaage in Substratnähe (G. Kienel: Vakuumbeschichtung Band 3 - Anlagenautomatisierung, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1994, S. 25ff, S. 35ff, S. 40ff). Nach diesen Verfahren zur Schichtdickenmessung wird die Bedampfungsrate ermittelt. Mit dem gewonnenen Signal wird über einen Regelkreis die Verdampfungsgeschwindigkeit und damit der Bedampfungsprozeß geregelt. Der wesentlich­ ste Nachteil dieser Verfahren besteht in der Meßanordnung. Die Sensoren müssen im Dampfraum angeordnet sein und unterliegen damit einer so hohen Dampf- und Wärmebe­ lastung, daß sie nach relativ kurzer Zeit ausgetauscht werden müssen. Dadurch ist eine häu­ fige Prozeßunterbrechung nötig und ein Langzeitbetrieb kaum möglich. Aus diesem Grund sind die Verfahren nur für kleine Bedampfungsraten geeignet. Desweiteren wird nur ein kleiner Teil des Dampfstromes gemessen, von dem aus auf den gesamten Dampfstrom ge­ schlossen wird, der das Substrat erreicht. Bei großflächigen Substraten wirkt das besonders nachteilig, da die Sensoren, um das Substrat nicht abzuschatten, in einem anderen Abstand und Winkel zum Verdampfer als das Substrat angeordnet sind und deshalb die Dampfstromdichte zum Sensor eine andere Größe hat, als die Dampfstromdichte zum Substrat. Dadurch ergeben sich Fehler.

Zur Vermeidung dieser Fehler sind andere Meßverfahren zur Prozeßregelung bekannt, die in einem Zusammenhang zum Dampfstrom zwischen Verdampfer und Substrat stehen. Dazu sind die Auswertung der emittierten Plasmastrahlung (DD 2 39 810 A1), Bestimmung der Absorption von Licht oder Laserstrahlen im Dampf (Gogol, C. A., Reagan, S. H., J. Vac. Sci. Technol. A1 (2), Apr/Jun. 1983, S. 252-256) oder die Auswertung der Ionisierung des Dampfes durch Elektronenbeschuß (Hegner, F.: Anwendung der Elektronen-Emissionsspektroskopie für das ratengeregelte Aufdampfen von Legierungen, Vak. Techn. 29, 2 (1980), S. 45-49) bekannt. Bei diesen Verfahren liegen die Sensoren nicht unmittel­ bar im Dampfstrom, sondern sind seitlich versetzt zum Dampfstrom angeordnet. Auch diese Verfahren sind indirekte Meßverfahren, bei denen der wesentliche Nachteil darin besteht, daß die Meßgrößen außer von der Dampfdichte in starkem Maße von weiteren Faktoren, wie z. B. der Art des Verdampfungsgutes, Anregung und Ionisierung des Dampfes und der Dampfgeschwindigkeit, abhängen. Diese Meßanordnungen müssen deshalb für jedes Ver­ dampfungsgut neu kalibriert werden, was sehr aufwendig ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Sensoren im Dampfraum angeordnet sein müssen und somit wiederum einer allmähli­ chen Beschichtung unterliegen. Dadurch sind ebenfalls Prozeßunterbrechungen für den Wechsel der Sensoren erforderlich, was ungünstig für einen Langzeitbetrieb ist.

Es ist allgemein bekannt, die Verdampfungsgeschwindigkeit als zeitlichen Mittelwert durch Wägung des Verdampfungsgutes zu bestimmen, indem der Bedampfungsprozeß in größe­ ren zeitlichen Abständen unterbrochen wird. Dieses Verfahren ist jedoch für den industriellen Einsatz ungeeignet, da die Verdampfungsgeschwindigkeit nur über große zeitliche Abstände gemittelt wird und somit für eine ständige Regelung des Bedampfungsprozesses nicht zur Verfügung steht, bzw. der Bedampfungsprozeß für das Wägen ständig unterbrochen wer­ den müßte.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Füllstandsüberwachung von Verdampfertiegeln mittels Licht- oder Laserstrahlen bekannt. Dabei wird ein Strahl auf der Oberfläche des Verdampfungsma­ terials reflektiert und aus dem Strahlengang auf die Füllhöhe des Verdampfertiegels ge­ schlossen (DE 38 27 920 A1). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß durch mögliche Wel­ lenbewegungen der Oberfläche des Verdampfungsmaterials der Strahlengang gestört wird. Das Verfahren hat außerdem den Mangel, daß der Strahl, indem er durch die Bereiche höch­ ster Dampfdichte geführt werden muß, einer Streuung und Absorption unterliegt, was zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führt. Aus diesem Grund ist dieses Verfahren nur bedingt geeignet, einen Bedampfungsprozeß so zu regeln, um damit den hohen Anforde­ rungen an die Stabilität der Bedampfungsrate und der exakten Zusammensetzung der auf­ gedampften Schicht gerecht zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die es gestatten, einen Vakuumbedampfungsprozeß an eine vorgegebene Bedampfungs­ technologie anzupassen, indem das Verdampfen überwacht und seine Parameter so beein­ flußt werden, daß einzelne, platten- oder bandförmige Substrate reaktiv oder nichtreaktiv mit hoher Schichtqualität bedampft werden, wobei insbesondere bei großflächigen Substra­ ten gleichmäßige Schichtdicken mit einer vorgegebenen Schichtzusammensetzung erzielt werden. Die Verdampfer, die aus der festen Phase das Material verdampfen, sollen in belie­ biger Lage anzuordnen sein. Der Bedampfungsprozeß soll über einen langen Zeitraum ein­ fach und zuverlässig durchführbar sein. Die Einrichtung soll apparativ einfach ausgeführt sein.

Die Aufgabe wird nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben. Die Einrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens ist in den Ansprüchen 9 und 10 beschrieben.

Überraschenderweise wurde gefunden, die Rückstoßkraft des Dampfes auf das Verdamp­ fungsgut als Meßgröße zu verwenden. Sie ist für die Regelung von Bedampfungsprozessen gut geeignet, obwohl sie bisher noch nicht als Meßgröße bei Bedampfungsprozessen ver­ wendet wurde.

Mit dieser Meßgröße ist es möglich, über einen an sich bekannten Regelkreis Parameter des Verdampfungsprozesses - insbesondere die Verdampfungsgeschwindigkeit, den Füllstand eines Verdampfertiegels und die Richtungsverteilung des Dampfes - zu beeinflussen, denn die Eigenschaften der auf die Substrate aufgedampften Schichten werden im wesentlichen durch diese Parameter bestimmt.

Die Rückstoßkraft des Dampfes auf das Verdampfungsgut entsteht dadurch, daß die Dampf­ teilchen die Oberfläche des Verdampfungsgutes gerichtet verlassen und mit hohen Teilchen­ geschwindigkeiten emittiert werden. Die Rückstoßkraft ist gleich dem Produkt aus der Ver­ dampfungsgeschwindigkeit des Verdampfungsmaterials, d. h. der je Zeiteinheit verdampften Masse und der mittleren, zur dampfabgebenden Oberfläche normalen Geschwindigkeits­ komponente der verdampfenden Teilchen. Diese mittlere, normale Geschwindigkeitskompo­ nente ist wiederum das Integral des Produkts aus der Richtungsverteilungsfunktion und der mittleren thermischen Geschwindigkeit der emittierten Teilchen über den gesamten Raum­ winkelbereich. Die Richtungsverteilung der emittierten Teilchen entspricht dabei oft einer Kosinusverteilung mit einem Maximum in der Normalen zur dampfabgebenden Oberfläche, sie kann jedoch besonders durch die Wirkung der Rückstoßkraft auf die dampfabgebende Oberfläche des aufgeschmolzenen Verdampfungsgutes (Badeinbeulung) zugunsten einer stärkeren Bündelung des Dampfes verändert sein. Der Rückstoßkraft ist bei Bedampfungs­ prozessen mit Teilchen- oder Strahlungsbeschuß noch die Stoßkraft der auf das Verdamp­ fungsgut auftreffenden Teilchen oder Lichtquanten überlagert. Diese kann prinzipiell be­ rücksichtigt werden, ist aber insbesondere bei Elektronenbeschuß vernachlässigbar klein.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind, daß die zu überwachende Größe der Rück­ stoßkraft nicht durch andere Einflüsse, z. B. die Anregung des Dampfes, verfälscht wird, daß die Rückstoßkraft als mechanische Größe meßtechnisch einfach zugänglich ist, daß über diese Meßgröße der gesamte Dampfstrom erfaßt und nicht nur ein Bereich zur Charakterisie­ rung des Dampfstromes herangezogen wird. Dazu ist der Verdampfer mittels Kraftmeßzellen in der Vakuumkammer befestigt. Alle Versorgungsleitungen werden so angeschlossen, daß sie das Meßergebnis nicht beeinflussen bzw. die dadurch entstehenden Fehler eliminierbar sind. Die als Sensor arbeitenden Kraftmeßzellen sind vorzugsweise elastische Elemente mit aufgebrachten Dehnmeßstreifen.

Bei Bedampfungsprozessen mit Gaseinlaß wird die dampfabgebende Oberfläche des Ver­ dampfungsgutes teilweise mit rückgestreutem Dampf beaufschlagt und gegebenenfalls kontaminiert, insbesondere, wenn ein reaktives Gas eingelassen wird. Infolgedessen kommt es zu einer Veränderung der Verdampfungsgeschwindigkeit und als Ergebnis davon z. B. zu einer Veränderung der Zusammensetzung des Schichtmaterials. Nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren werden Substrate gleichmäßig mit einer vorgegebenen Schichtzusammenset­ zung bedampft, indem die gemessene Rückstoßkraft durch Regelung des Gasflusses in die Vakuumkammer auf einen vorgegebenen Sollwert einstellt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Kraftmeßzellen auf der dampfabgewandten Seite des Verdampfers angeordnet und damit vom Dampfstrom abgeschirmt sind. Dadurch wird ihre Funktion vom Bedampfungsprozeß nicht beeinflußt.

Somit wird eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, und das Verfahren ist auch im Langzeit­ betrieb einfach und betriebssicher durchführbar.

Die Regelung eines Bedampfungsprozesses wird wie folgt durchgeführt. Die Rückstoßkraft des auf die Substrate gerichteten Dampfstromes, die auf den Verdampfer wirkt, wird mit den Kraftmeßzellen bestimmt. Das gewonnene Signal wird zunächst verstärkt und einer Filterung unterzogen. Diese Filterung wird analog mit einem elektronischen Tiefpaß oder aber nach Umwandlung in digitale Daten durch Digitalfilter durchgeführt. Das gefilterte Signal wird einem bekannten Regelkreis zugeführt, der mindestens einen der Parameter, die den Be­ dampfungsprozeß beeinflussen, regelt bzw. steuert.

Die Rückstoßkraft kann in jeder Einbaulage des jeweiligen Verdampfers ermittelt werden. Erfolgt das Verdampfen in horizontaler Richtung, z. B. bei Sublimationsverdampfern mit be­ vorzugt horizontaler Dampfausbreitungsrichtung, wird die Rückstoßkraft in horizontaler Richtung gemessen. Die Messung der Rückstoßkraft kann kontinuierlich oder in beliebigen Zeitabständen erfolgen.

Beim Verdampfen in vertikaler Richtung wird die Rückstoßkraft in vertikaler Richtung gemes­ sen. Beim Verdampfen in schräger Richtung wird die Rückstoßkraft durch Messen in hori­ zontaler und vertikaler Richtung ermittelt. In beiden Fällen ist der Rückstoßkraft außerdem noch die Gewichtskraft von Verdampfungsgut und Verdampfertiegel überlagert. Da sich das Gewicht des Verdampfungsgutes im Verlauf des Verdampfens verändert, muß in diesem Fall eine meßtechnische Trennung von Gewichts- und Rückstoßkraft erfolgen. Diese meßtechni­ sche Trennung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Verdampfungsgeschwin­ digkeit bestimmende Parameter in seiner Größe so schnell verändert wird, daß die Ände­ rungsgeschwindigkeit der Rückstoßkraft groß gegen die Änderungsgeschwindigkeit des Gewichts des Verdampfungsgutes ist. Das kann vorteilhafterweise durch kurzes Aus- und Wiedereinschalten oder kurzzeitige Reduzierung der Energiezufuhr zum Verdampfungsma­ terial erfolgen. Die Kraftänderung während der Einschalt- bzw. Ausschaltphase wird als Maß für die Rückstoßkraft des Dampfstromes erfaßt.

Beim Verdampfen in vertikaler oder schräger Richtung wird die Rückstoßkraft bei durchlau­ fenden Substraten in der Zeit ermittelt, in der sich kein Substrat über dem Verdampfer befin­ det. Beim Bedampfen von bandförmigem Substrat, z. B. Stahlband, Kunststoffolie, wird die Rückstoßkraft am Anfang und am Ende des Bedampfungsprozesses ermittelt oder in gleich­ bleibenden Zeitabständen, wobei die aufgedampfte Schicht in diesen Meßbereichen beein­ flußt wird.

Mit diesem Verfahren lassen sich eine Vielzahl von Parametern regeln, um das Verdampfen zu kontrollieren und damit in direkter Weise Einfluß auf den Bedampfungsprozeß zu neh­ men.

Es ist auch möglich, mit einem an sich bekannten Regelkreis, mit der Rückstoßkraft als Re­ gelgröße, die elektrische Leistung zum Heizen des Verdampfungsgutes zu regeln, da sich diese elektrische Leistung unmittelbar auf die Verdampfungsgeschwindigkeit und die mittlere thermische Geschwindigkeit der Dampfteilchen auswirkt und somit den Bedampfungsprozeß bestimmt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, bei Bedampfungsprozessen, bei denen die Energiezufuhr örtlich und/oder zeitlich gesteuert erfolgt, wie z. B. beim Elektronenstrahl­ verdampfen mit Strahlablenkung, das aus der Rückstoßkraft gewonnene Signal zur Beein­ flussung dieser Ablenkparameter und/oder der Strahlfokussierung in bekannter Weise zu nutzen.

Sind die Richtungsverteilung und die mittlere thermische Geschwindigkeit der Dampfteilchen bekannt oder bleiben ihre Größen im Bedampfungsprozeß nahezu konstant, ist es möglich den Bedampfungsprozeß mit Hilfe des aus der Rückstoßkraft gewonnenen Signals so zu regeln, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit über einen langen Zeitraum konstant gehal­ ten oder entsprechend der Bedampfungsaufgabe gezielt verändert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zur Regelung von Bedampfungspro­ zessen besteht darin, daß bei Verdampfertiegeln mit kontinuierlich arbeitenden Nachfüllein­ richtungen für das Verdampfungsgut über das aus der Rückstoßkraft gewonnene Signal, das der Verdampfungsgeschwindigkeit proportional ist, den Nachschub so zu regeln, daß die Menge des Verdampfungsgutes oder die Füllhöhe im Verdampfertiegel konstant bleibt. Da­ durch wird eine Langzeitstabilität der Verdampfungsrate erreicht, da diese auch von der Füll­ höhe abhängt.

Bei Verdampfertiegeln ohne Nachfülleinrichtung läßt sich aus dem aus der Rückstoßkraft gewonnenen Signal der Verbrauch von Verdampfungsgut oder die momentane Füllhöhe des Verdampfertiegels ermitteln. Die so gewonnenen Parameter werden wiederum zur Regelung des Bedampfungsprozesses genutzt, indem zum einen die Strahlfokussierung und/oder die Ablenkparameter geregelt werden, um beispielsweise eine Veränderung der Bedampfungs­ rate zu vermeiden. Zum anderen wird der Zeitpunkt und die Menge für das Nachfüllen von Verdampfungsgut bestimmt.

Desweiteren kann die Richtungsverteilung des Dampfes konstant gehalten werden, wenn die mittlere thermische Geschwindigkeit der Dampfteilchen bekannt ist und die Verdamp­ fungsgeschwindigkeit experimentell bestimmt wurde. In diesem Fall ist die Rückstoßkraft ein Maß für die Richtungsverteilung der emittierten Dampfteilchen. Die elektrische Leistung zum Erhitzen des Verdampfungsgutes bzw. die Verteilung der Leistungsdichte auf der Oberfläche des Verdampfungsguts werden so geregelt, daß die Rückstoßkraft einen bestimmten Wert annimmt.

Es ist auch möglich, bei Bedampfungsprozessen, bei denen die Energiezufuhr örtlich bzw. zeitlich gesteuert erfolgt, wie z. B. beim Elektronenstrahlverdampfen mit Strahlablenkung, den Ort der Verdampfungszone auf dem Verdampfungsgut zu bestimmen. Die Rückstoß­ kraft wird an zwei verschiedenen Stellen des Verdampfers, vorzugsweise an den schmalen Seiten bei langgestreckten Verdampfern, ermittelt. Erfolgt die Verdampfung von einer Zone im Mittelpunkt zwischen den Kraftmeßzellen, wird die Rückstoßkraft auf beide Kraftmeßzel­ len in gleicher Größe übertragen. Erfolgt die Verdampfung außermittig, wird sich die Rück­ stoßkraft zu ungleichen Teilen auf die Kraftmeßzellen übertragen. Erfindungsgemäß wird aus der Auswertung der beiden Signale der Rückstoßkraft auf den Ort der Verdampfungszo­ ne geschlossen. Der Ort der Verdampfungszone wird dann über einen an sich bekannten Regelkreis korrigiert.

Diese Verfahrensvariante ist auch geeignet, wenn mehrere Verdampfungszonen auf dem Verdampfungsgut beheizt werden. Dazu wird zuerst die Rückstoßkraft, die von allen Ver­ dampfungszonen ausgeht, bestimmt. Danach wird die Rückstoßkraft, die von einer einzel­ nen der Verdampfungszonen ausgeht, dadurch bestimmt, daß die Energiezufuhr nur zu die­ ser Verdampfungszone kurzzeitig unterbrochen wird, die Energiezufuhr zu allen anderen Verdampfungszonen jedoch in unveränderter Stärke aufrechterhalten wird. Die Auswertung der Änderung der Rückstoßkraft an den Kraftmeßzellen wird jeweils wie oben beschrieben durchgeführt. Das gewonnene Signal wird in einem Regelkreis dazu benutzt, die Verdamp­ fungsgeschwindigkeit, die von dieser Verdampfungszone ausgeht, auf einen bestimmten Sollwert zu regeln.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat den Vorteil, daß auch bereits vorhan­ dene Einrichtungen ohne großen Aufwand nachgerüstet werden können, indem die Ver­ dampfer nicht mehr direkt mit der Vakuumkammer verbunden sind, sondern Kraftmeßzellen zwischen Verdampfer und Vakuumkammer angeordnet sind. Desweiteren ist ein herkömmli­ cher Regelkreis notwendig, der im einfachsten Fall aus einem Filter und einem Regler be­ steht, mit dem das Signal verarbeitet und die entsprechenden Parameter zur Regelung des Bedampfungsprozesses angesteuert werden.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Elek­ tronenkanone und einem horizontal angeordneten Verdampfertiegel,

Fig. 2 ein Diagramm der Kraft und der elektrischen Leistung, in Abhängigkeit von der Zeit, beim Elektronenstrahlverdampfen.

In Fig. 1 ist an einer Seite einer Vakuumkammer 1 eine Elektronenkanone 2 vom Axialtyp angeordnet, deren Elektronenstrahl 3 einen mit Titan gefüllten Verdampfertiegel 4 pro­ grammiert beaufschlagt. Der Verdampfertiegel 4 ist mittels Kraftmeßzellen 5, vorzugsweise elastische Elemente mit aufgebrachten Dehnmeßstreifen, in der Vakuumkammer 1 befestigt. Über dem Verdampfertiegel 4 ist ein zu bedampfendes Substrat 6 angeordnet. Die den Kraftmeßzellen 5 nachgeschalteten Filter 7 bereiten die Signale der mit den Kraftmeßzellen 5 gemessenen Kräften auf. Die Ausgangssignale der Filter 7 werden einem Regler 8 zugeführt. Dieser wertet die Signale nur in den Meßzeiten aus, die durch Signale eines Leistungssteller 9 und einer Ablenksteuerung 10 vorgegeben werden, nämlich in den Meßzeiten, bevor oder nachdem eine sprunghafte Änderung der Elektronenstrahlleistung erfolgt.

Fig. 2 zeigt, zu welchen Zeiten die Signale der Kraftmeßzellen 5 dem Regler 8 zugeführt werden. Die Elektronenstrahlleistung P und die Kraft F als Summe der Signale der Kraftmeß­ zellen 5 sind als Funktion über der Zeit t dargestellt. Zunächst erfolgt die Verdampfung mit der Elektronenstrahlleistung P₁. Zu der Zeit t₁ wird die Kraft F₁ gemessen, welche sich aus der Rückstoßkraft des verdampfenden Titans und der Gewichtskraft des schmelzflüssigen Titans und des Verdampfertiegels 4 zusammensetzt. Anschließend wird die Elektronenstrahlleistung P ohne Verzögerung von P₁ auf P₂=0 geschaltet. Zur Zeit t₂ (t₂<t_1,), wenn kein Titan mehr verdampft, wird die Kraft F₂ gemessen. Die Kraft F₂ entspricht dann der Gewichtskraft. An­ schließend wird die Elektronenstrahlleistung P ohne Verzögerung wieder auf den Wert P₁ geschaltet. Zu der Zeit t₃(t₃<t₂) wird die Kraft F₃ gemessen. Diese Kraft F₃ setzt sich wieder aus der Rückstoßkraft des verdampfenden Titans und der Gewichtskraft des schmelzflüssi­ gen Titans und des Verdampfertiegels 4 zusammen.

Im Regler 8 wird aus der Differenz zwischen den zum Zeitpunkt t₁ und t₂ gemessenen Kräf­ ten F₁ und F₂ die Rückstoßkraft ermittelt. Der Regler 8 vergleicht die ermittelte Rückstoßkraft mit vorgegebenen Sollwerten. Die Rückstoßkraft aus der Differenz zwischen den zum Zeit­ punkt t₃ und t₂ gemessenen Kräften F₃ und F₂ wird für Kontrollzwecke ermittelt. Bei einer Abweichung der Rückstoßkraft von einem Sollwert wird der Sollwert für den Leistungssteller 9 und/oder die Ablenksteuerung 10 der Elektronenkanone 2 so nachgeführt, daß die Ab­ weichung der Rückstoßkraft vom Sollwert minimiert wird.

Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel werden bei schräger Anordnung des Ver­ dampfers die Kräfte in horizontaler und vertikaler Richtung von den Kraftmeßzellen gemes­ sen. Die in horizontaler Richtung gemessene Kraft ist eine Komponente der resultierenden Rückstoßkraft. Bei den in vertikaler Richtung gemessenen Kräften wird die vertikal wirkende Komponente der Rückstoßkraft wie im Ausführungsbeispiel ermittelt. Anschließend wird im Regler 8 die resultierende Rückstoßkraft ermittelt, die wie oben beschrieben zur Regelung verwendet wird.

Bei vertikaler Anordnung eines Verdampfers wirkt die Rückstoßkraft in horizontaler Rich­ tung. Dieser Rückstoßkraft ist keine weitere Kraft überlagert. Es ist damit keine meßtechni­ sche Trennung von Kräften erforderlich. Die Rückstoßkraft wird ständig gemessen und wie oben beschrieben zur Regelung verwendet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Regelung eines Vakuumbedampfungsprozesses, mit dem Substrate durch den aus mindestens einem, vorzugsweise durch Elektronenstrahlen geheizten Verdampfer, der in einer Vakuumkammer angeordnet ist, bedampft werden, und min­ destens ein Prozeßparameter über einen Regelkreis den Bedampfungsbedingungen angepaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstoßkraft des auf die zu be­ dampfenden Substrate gerichteten Dampfstroms, die senkrecht zur Oberfläche des Verdampfungsgutes wirkt, an mindestens einer Stelle ermittelt wird, indem die auf die Befestigung des Verdampfers wirkende Kraft gemessen wird, daß diese gewonnene Meßgröße als Signal erfaßt wird und daß dieses Signal als Regelgröße dem Regelkreis zugeführt wird, der die Prozeßparameter regelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei von der vertikalen Lage abweichend in der Vakuumkammer angeordnetem Verdampfer die Rückstoßkraft derart ermittelt wird, daß die auf den Verdampfer wirkende Gewichts- und Rückstoß­ kraft als Summe gemessen werden, daß aus der Summe dieser beiden Kräfte die Rück­ stoßkraft meßtechnisch getrennt wird, indem mindestens ein die Verdampfungsge­ schwindigkeit bestimmender Prozeßparameter in seiner Größe so schnell verändert wird, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Rückstoßkraft groß gegen die Ände­ rungsgeschwindigkeit der Gewichtskraft ist, und daß durch Differenzbildung der Summe dieser Kräfte vor der Änderung und der Summe dieser Kräfte nach der Ände­ rung der die Verdampfungsgeschwindigkeit bestimmenden Prozeßparameter die Rück­ stoßkraft ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung eines die Verdampfungsgeschwindigkeit bestimmenden Prozeßparameters derart erfolgt, daß die Energiezufuhr zum Verdampfungsgut kurzzeitig unterbrochen oder reduziert wird, oder die Leistungsdichte der Energie auf dem Verdampfungsgut reduziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem aus der Rückstoßkraft gewonnenen Signal die Regelung der Energiezufuhr zum Verdamp­ fungsgut derart erfolgt, daß die Rückstoßkraft konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwen­ dung von Verdampfern mit Nachfülleinrichtungen für Verdampfungsgut mit dem aus der Rückstoßkraft gewonnenen Signal die Füllhöhe des Verdampfers durch Regelung der Füllmenge konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem aus der Rückstoßkraft gewonnenen Signal zur Regelung der örtlichen und/oder zeitlichen Ver­ teilung der Leistungsdichte auf dem Verdampfungsgut die Rückstoßkraft auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstoßkraft bei großflächigen Verdampfern an mindestens zwei Stellen ermittelt wird, und die ört­ liche und/oder zeitliche Verteilung der Leistungsdichte auf dem Verdampfungsgut so geregelt wird, daß die einzelnen Rückstoßkräfte auf vorgegebene Sollwerte geregelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedampfungs­ prozessen, bei denen ein Gas in die Vakuumkammer eingelassen wird, mit dem aus der Rückstoßkraft gewonnenen Signal der Gasfluß so geregelt wird, daß die Rück­ stoßkraft konstant gehalten wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Vakuumkammer in der mindestens ein Verdampfer angeordnet ist, der abhängig von der Art des Verdampfens in beliebiger Lage in der Vakuumkammer angeordnet ist, ei­ nem Gaseinlaß und mindestens einem Regelkreis zur Regelung eines Prozeßparame­ ters, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) mit mindestens einer Kraft­ meßzelle (5) in der Vakuumkammer (1) befestigt ist, und daß die Kraftmeßzelle (5) mit dem Regelkreis elektrisch verbunden ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzelle (5) ein elastisches Element mit aufgebrachtem Dehnmeßstreifen ist.