DE19715647C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der reaktiven Schichtabscheidung auf Substraten mittels längserstreckten Magnetrons - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der reakti­ ven Schichtabscheidung auf Substraten mittels längserstreckten Magnetrons, bei dem das Reaktivgas in Abschnitte über dem längserstreckten Magnetron eingeleitet und der Reaktivgasstrom in Abhängigkeit von der Entladungsspannung des Targets auf eine Entladungssollspannung geregelt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zur Regelung der reaktiven Schichtabscheidung auf Substraten mit­ tels längserstreckter Magnetrons, wobei eine zu einem Magne­ tron parallelliegende Gasverteilung vorgesehen ist, die in einen ersten Abschnitt und einen in Längserstreckung des Ma­ gnetron an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt geteilt ist. Jeder Abschnitt ist mit einer separaten Zufüh­ rungsleitung für Reaktivgas mit Steuerventilen zur abschnitts­ weise getrennten Steuerung der Reaktivgaszuführung versehen. Ein erster Regelkreis ist mit der Entladungsspannung des Ma­ gnetrons als Regelgröße verbunden. Er beinhaltet ein Steuer­ ventil als Stellglied und ist mit einem Eingabemittel für eine Entladungssollspannung als Führungsgröße versehen.

Zielrichtung bei Magnetroneinrichtungen ist es grundsätzlich, eine möglichst homogene Beschichtung zu erzielen. Dabei soll die Möglichkeit bestehen, die Beschichtung von außen her zu beeinflussen.

Hierzu werden Regelkreise eingesetzt, die bekanntermaßen eine Regelstrecke beinhalten, die hierbei eine Gasverteilung von Reaktivgas über das Target darstellt, da durch eine Verände­ rung des Reaktivgasflusses eine Veränderung der Zerstäubungs­ rate erreicht wird. Weiterhin beinhalten diese Regelkreise Meßeinrichtungen zur Messung der zu beinflussenden Regelgröße, Sollwertgeber zur Vorgabe der Führungsgröße, die von der Re­ gelgröße subtrahiert die Regelabweichung ergibt, welche über einen Regler ein Stellsignal für eine Stelleinrichtung er­ zeugt. Die Stelleinrichtung stellt die Stellgröße, in diesem Falle den Reaktivgasstrom zu dem Target ein, der die Zerstäu­ bungrate verändert. Die beiden bekannten Regelverfahren, wie sie nachfolgend erläutert werden, unterscheiden sich im we­ sentlichen in der Verwendung verschiedener Regelgrößen. Das eine Verfahren, welches zugleich das gattungsbildende Verfah­ ren ist, verwendet als Regelgröße die Entladungsspannung während das andere bekannte Verfahren die Emissionsintensität einer Spektrallinie des zerstäubten Targetmateriales als Re­ gelgröße verwendet. Beide Regelgrößen sind Ausdruck für die Zerstäubungsrate, so daß mit beiden Parametern eine gezielte Beeinflussung der Zerstäubungsrate vorgenommen werden kann.

Aus der deutschen Patentschrift 41 06 770 C2 ist ein Doppel­ magnetron bekannt. Darin hat jedes einzelne Magnetron eine eigene Verteilerleitung für Prozeß- oder Reaktivgas. Die Auf­ teilung des Reaktivgases auf beide Leitungen wird von einem Regler übernommen.

Einige Oxide oder Nitride, beispielsweise SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, SnO₂, Si₃N₄, AlN, Ta₂O₅, Nb₂O₅ und Bi₂O₃, zeigen beim re­ aktiven Sputtern in Abhängigkeit vom Reaktivgaspartialdruck signifikante Impedanzänderungen der Entladung, die zu einer ebenso signifikanten Änderung der Entladungsspannung führt, wenn der Strom der Stromversorgung oder deren Leistung kon­ stant gehalten werden. Bei derartigen Materialien kann nach der deutschen Patentschrift 41 06 770 C2 die Entladungs­ spannung, die eine Wechselspannung darstellt, gemessen werden. Von dieser Entladungsspannung wird der Effektivwert, beispielsweise mittels Gleichrichtung, ermittelt. Dieser Ef­ fektivwert wird mit einem Sollwert verglichen und in Abhängig­ keit von der Soll-/Istwertdifferenz wird ein Regelventil ange­ steuert, welches den erforderlichen Reaktivgasfluß einstellt.

In der Praxis haben sich längserstreckte Magnetrons durch­ gesetzt, die einzeln oder insbesondere auch paarweise neben­ einander angeordnet sein können. Derartige längserstreckte Magnetrons erhalten beim reaktiven Beschichten über eine Lei­ tung die Entladungsspannung zugeführt. Dabei besteht die Schwierigkeit, daß sich während des Beschichtungsprozesses die Stromdichte nicht gleichmäßig über die Längsachse des Magne­ trons einstellt. Mit der Anwendung des Regelverfahrens gemäß der deutschen Patentschrift 41 06 770 C2 auf längserstreckte Magentrons kann somit zwar der Mittelwert der Entladungsspan­ nung eingestellt werden. Aber über die Länge des Magnetrons kann sich jederzeit ein unterschiedliches Entladungsspannungs­ verhalten einstellen. Die Entladungsspannungsaufteilung kann nicht festgelegt werden, so daß die Entladungsspannung für das gesamte Magnetron zugeführt wird und nicht lokal beinflußbar ist. Damit kommt es über die Länge des Magnetrons zu unter­ schiedlichen Sputterraten und damit zu Schichtdicken- und - eigenschaftsinhomogenitäten des zu beschichtenden Substrats.

Eine andere Möglichkeit der Regelung des Reaktivgasstromes besteht in der Anwendung der Plasmaemissionsspektrometrie. Dabei wird die Intensität einer Spektrallinie des zerstäubten Targetmateriales gemessen. Durch einen O₂-Einlaß in Targetnä­ he kann die Emissiosintensität derart beeinflußt werden, daß sie einem vorgegebenen Sollwert entspricht. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungs­ schrift 37 09 177 A1 beschrieben. Darin sind an einem Target zwei Gasauslässe für O₂ vorgesehen. Das vor dem Target emit­ tierte Spektrum wird über einen optischen Sensor aufgenommen und über ein Glasfaserkabel zu einer Spektralfotometeranord­ nung geführt. Dort erfolgt eine Umwandlung in ein elektrisches Signal, das der Emissionsintensität eine Spektrallinie propor­ tional ist. Dieses elektrische Signal wird einem Regler zu­ geführt, an dem mittels eines Sollwertgebers eine Führungs­ größe eingestellt wird. Die aus der Regelgröße, nämlich der der Emissionintensität proportionalen Spannung und der Füh­ rungsgröße entstehenden Regelabweichung wird über einen Regler und ein Stellglied, nämlich ein Steuerventil, unter Steuerung des O₂-Zuflusses in den Targetraum geregelt.

Das gleiche Verfahren ist auch aus der Patentschrift DD 260 949 A1 bekannt. Hierin ist dem Emissionsintensitätsregelkreis ein äußerer Regelkreis übergeordnet, der die Führungsgröße des Emissionintensitätsregelkreises in Abhängigkeit von der er­ zielten Schichteigenschaft nach der Beschichtung einstellt.

Ein Verfahren dieser Art ist auch aus der Patentschrift DD 239 811 A1 bekannt. Die darin offenbarte Lösung nimmt Bezug auf längserstreckte Magnetrons, bei denen üblicherweise Gasfüh­ rungssysteme in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden. Bei der Lösung nach der Patentschrift DD 239 811 A1 sind mehrere Meß­ stellen, d. h. mehrere Anordnungen von optischen Sensoren vor­ gesehen. Somit ist jedem Abschnitt ein optischer Sensor zu­ geordnet. Daraus wird es möglich, den Gaseinlaß eines jeden Abschnittes getrennt von anderen Abschnitten nach der Emis­ sionsintensität zu regeln.

Ein großes Applikationsfeld des reaktiven Sputterns ist für SiO₂-Schichten gegeben. Gerade dieses Oxid zeigt jedoch ein nichtmonotones Verhalten der Emissionsintensität von der Ent­ ladungsspannung, insbesondere bei hohen Entladungsspannungen. Um infolge dieser starken Nichtmonotonie eine auswertbare Emissionsintensität zu erhalten, muß mit einer geringen Entla­ dungsspannung gearbeitet werden, die allerdings auch eine nur geringe Sputterrate zur Folge hat. Somit ist mit diesem Ver­ fahren entsprechend der Patentschrift DD 239 811 A1 zwar eine Möglichkeit geschaffen, gegenüber dem Verfahren der Regelung über die Entladungsspannung eine Beeinflussung der Sputterrate über die Längserstreckung hinweg zu erzielen, dies jedoch unter Einbuße der Produktivität.

Es ist nunmehr Aufgabe der Erfindung, unter Gewährleistung einer hohen Abscheidungsrate für chemische Verbindungsschich­ ten eine gleichmäßige Schichtdicken- und -eigenschaftsver­ teilung herbeizuführen.

Die Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, daß die Regelung des Reaktivgasstromes in Abhängigkeit von der Entla­ dungsspannung in einem ersten Abschnitt erfolgt. Der Reaktiv­ gasstrom in einem in Längsrichtung des Magnetrons neben dem ersten Abschnitt angeordneten zweiten Abschnitt wird in an sich bekannter Art und Weise über die Emissionsintensität des zerstäubten Targets in dem zweiten Abschnitt geregelt. Im Unterschied zu der an sich bekannten Art und Weise wird hier­ bei jedoch die Emissionsintensität des ersten Abschnittes gemessen und als Führungsgröße derart eingesetzt, daß die Regelabweichung, d. h. die Differenz aus der Emissionsintensi­ tät des ersten Abschnittes und der Emissionsintensität des zweiten Abschnittes auf den Wert Null oder einen anderen ein­ stellbaren Wert geregelt wird. Die Regelung des Reaktivgas­ stromes in dem ersten Abschnitt erfolgt schneller, d. h. mit einer kleineren Zeitkonstante, als die Regelung des Reaktiv­ gasstromes in dem zweiten Abschnitt.

Zunächst wird der Reaktivgasstrom in den ersten Abschnitt eingeleitet. Damit stellt sich eine mittlere Entladungsspan­ nung an dem Target ein, die über den Regelkreis in dem ersten Abschnitt geregelt, der Entladungssollspannung entspricht. Damit ist der Mittelwert der Zerstäubungsrate vorgegeben. Allerdings wird die Zerstäubungsrate im ersten Abschnitt, in dem die Einleitung des Reaktivgases zunächst einseitig er­ folgt, niedriger sein, als in dem zweiten Abschnitt, in dem zunächst noch keine Reaktivgaseinleitung erfolgt. Diese etwas niedrigere Zerstäubungsrate bringt eine niedrigere Emissions­ intensität einer charakteristischen Spektrallinie des zer­ stäubten Targetmateriales in dem ersten Abschnitt mit sich. Diese niedrigere Emissionsintensität geht als Führungsgröße in die Regelung des zweiten Abschnittes ein. Da zunächst im zwei­ ten Abschnitt eine überhöhte Emissionsintensität gemessen wird, ist eine große Abweichung zwischen der Emissionsintensi­ tät des ersten und des zweiten Abschnittes zu verzeichnen, d. h. die Regelabweichung im Regelkreis des zweiten Abschnittes ist groß. Ist die Intensität des zweiten Abschnitte I₂ größer als die Intensität des ersten Abschnittes I₁, d. h

I₂ - I₁ < 0,

so wird der Reaktivgasstrom zu dem Target in dem zweiten Ab­ schnitt vergrößert. Gilt

I₂ - I₁ < 0,

so wird der Reaktivgasstrom gedrosselt.

Durch dieses Verfahren wird es somit möglich, durch die Rege­ lung des Reaktivgasstromes in den ersten Abschnitt den Mittel­ wert der Zerstäubungsrate einzustellen, wohingegen mit der Regelung des zweiten Abschnittes die Balance der Zerstäubungs­ rate zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt eingestellt wird.

In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese­ hen, daß während eines Zeitraumes nach dem Einschalten des Magnetrons die Regelung des Reaktivgasstromes im zweiten Ab­ schnitt ausgeschaltet ist und die Größe des Reaktivgasstromes in den zweiten Abschnitt gleich der Größe des Reaktivgasstromes in den ersten Abschnitt eingestellt wird.

Dies ermöglicht eine Verkürzung der Einschwingzeit nach dem Einschalten, da sofort ein Reaktivgasstrom auch in den zweiten Abschnitt erfolgt und somit eine höhere Sputterrate auftritt, die dem anzustrebenden Mittelwert entspricht. In wesentlich kürzerer Zeit danach kann sodann die Regelung der Balance der Zertäubungsrate über die Regelung in dem zweiten Abschnitt einsetzen.

Vorrichtungsseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der erste Regelkreis einem ersten Abschnitt derart zugeordnet ist, daß das Steuerventil des ersten Abschnittes das Stellglied darstellt. An dem zweiten Abschnitt ist ein zweiter Regelkreis angeordnet, der mit einem in dem zweiten Abschnitt angeordne­ ten zweiten Emissionsintensitätssensor als Meßglied, einem in dem ersten Abschnitt angeordneten ersten Emissionsintensitätssensor als Sollwertgeber und einem Steuerventil zur Steuerung des Reaktivgasstromes als Stellglied versehen ist.

Der erste Regelkreis dient der Grundeinstellung der Zerstäu­ bungsrate aufgrund der Entladungssollspannung. Er stellt den Mittelwert der Zerstäubungsrate ein.

Betrachtet man die Zerstäubungsrate über die Längserstreckung des Magnetron als eine Wippe, die nach der Seite des ersten oder des zweiten Abschnittes absinken kann, so wird mit dem zweiten Regelkreis das Gleichgewicht zwischen beiden Wippen­ seiten hergestellt, während der erste Regelkreis die Höhe der mittleren Zerstäubungsrate und damit des Drehpunktes der Wippe bestimmt.

In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Steuereingang des Steuerventiles des zweiten Abschnittes wahl­ weise mit dem Steuerausgang des ersten oder des zweiten Regel­ kreises verbindbar ist.

Eine Verbindung des Steuerventiles des zweiten Abschnittes ist kurz nach der Einschaltphase sinnvoll, da damit der gleiche Reaktivgasstrom in den zweiten wie in den ersten Abschnitt realisiert werden kann. Danach wird die Verbindung zu dem Steuerausgang des zweiten Regelkreises hergestellt, wodurch eine Balanceregelung erfolgen kann.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anord­ nung und

Fig. 2 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Anspruch 2.

Die Sputtereinrichtung 1 besteht aus zwei Magnetrons 2 und 3, die eine Längserstreckung aufweisen und die zueinander para­ llel angeordnet sind. Diese Doppelmagnetronanordnung sei nur beispielhaft angegeben, da die Erfindung auch auf eine Sput­ tereinrichtung mit nur einem längserstreckten Magnetron 2 oder 3 anwendbar ist.

Zwischen den Magnetrons 2 und 3 ist eine Gasverteilung 4 vor­ gesehen. Diese Gasverteilung 4 ist in einen ersten Abschnitt 5 und einen zweiten Abschnitt 6 aufgeteilt. Beide Abschnitte 5 und 6 sind im Inneren der Gasverteilung 4 hermetisch vonein­ ander getrennt und weisen nicht näher dargestellte Gasaus­ trittsöffnungen in Richtung zu den Magnetrons 2 und 3 auf.

Über ein Steuerventil 7 und eine Gaszuführung 8 wird der erste Abschnitt 5 mit O₂ als Reaktivgas beschickt. Der zweite Ab­ schnitt 6 wird über ein Steuerventil 9 und eine Gaszuführung 10 mit O₂ als Reaktivgas beschickt. Die Gaszuführungen 8 und 10 münden in dem ersten Abschnitt 5 und dem zweiten Abschnitt 6, zweckmäßigerweise an den beiden äußeren Enden der Gasver­ teilung 4. In der Zeichnung ist ein Anschluß der Gaszuführ­ ungen 8 und 10 jeweils an den äußeren Enden der Gasverteilung 4 dargestellt. In der Praxis wird man jedoch zweckmäßiger­ weise, wie es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, die Gaszuführungen 8 und 10 an eine Seite der Gasverteilung her­ anführen. Beispielsweise könnte die Gaszuführung 8 und 10 an die Seite des ersten Abschnittes an die Gasverteilung her­ angeführt werden. In diesem Falle würde die Gaszuführung 8 direkt in dem ersten Abschnitt 5 münden. Die Gaszuführung 10 würde durch den ersten Abschnitt 5 hermetisch dicht hindurch­ geführt werden, so daß sie erst in dem zweiten Abschnitt 6 mündet.

Die Magnetrons 2 und 3 werden über eine Spannungsversorgung 11 mit der Entladungsspannung versorgt. Diese Spannungsversorgung 11 versorgt die Magnetrons 2 und 3 mit einer stets konstanten Leistung. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Spannungs­ versorgung 11 als eine konstante Stromquelle auszuführen. Die Größe des Reaktivgasstromes verändert die Impedanz der Magne­ trons 2 und 3. Somit wird in Folge der konstanten Leistung der Spannungsversorgung 11 oder anderenfalls des konstanten Stro­ mes der Spannungsversorgung 11 die sich an den Magnetrons 2 und 3 einstellende Entladungsspannung eine Größe für die Impe­ danz der Magnetrons 2 und 3 sein. Damit ist die Entladungs­ spannung der Spannungsversorgung 11 als Regelgröße für den Reaktivgasstrom geeignet.

Die sich an der Spannungsversorgung 11 einstellende Entla­ dungsspannung U_E wird einem ersten Regler 12 zugeführt. An diesem Regler 12, der regelmäßig als Rechner mit entsprechen­ den Interfacebaugruppen ausgeführt sein wird, wird eine Entla­ dungssollspannung U_soll als Führungsgröße eingestellt. Die Entladungssollspannung U_soll wird dabei entsprechend der ein­ zustellenden Sputterrate in der Sputtereinrichtung 1 gewählt. In dem ersten Regler 12 wird sodann die Regelabwei­ chung U_Soll - U_E gebildet, aus der ein Steuersignal zur Ansteue­ rung des Steuerventils 7 erzeugt wird. Damit wird der Strom des Reaktivgases O₂ in den ersten Abschnitt 5 eingestellt.

In der Sputtereinrichtung 1 ist im Bereich des ersten Ab­ schnittes 5 ein erster Emissionsintensitätssensor 13 angeord­ net. Im Bereich des zweiten Abschnittes 6 ist ein zweiter Emissionsintensitätssensor 14 angeordnet. Auf den Magnetrons 2 und 3 sind nicht näher dargestellte Targets angeordnet. Wäh­ rend des Betriebs der Sputtereinrichtung 1 werden diese Tar­ getmaterialien zerstäubt. Die Emissionsintensitätssensoren 13 und 14 ermitteln dabei die Intensität einer charakteristischen Spektrallinie des zerstäubten Targetmaterials. Die Intensität steht in direkter Abhängigkeit von der Größe der Sputterrate, so daß sie ebenfalls als Regelgröße Verwendung finden kann.

In einem zweiten Regler 15 wird die Differenz aus der Emis­ sionsintensität I₁ des ersten Emissionsintensitätsensors 13 und die Emissionintensität I₂ des zweiten Emissionsintensi­ tätssensors 14 gemessen. Betrachtet man die Emissionsintensi­ tät I₂ als Regelgröße, so wird die Emissionsintensität I₁ als Führungsgröße verwendet. Der zweite Regler 15 führt also eine Führungsgrößenregelung aus.

Die Differenz I₂ - I₁ ist ein Ausdruck für die Balance der Emissionsintensität und damit nicht zuletzt der Sputterrate innerhalb der Magnetrons 2 und 3. Über eine Voreinstellmög­ lichkeit an dem zweiten Regler 15 ist es möglich, eine Abwei­ chung ΔI_Soll zu einer ausgewogenen Balance zwischen I₂ und I₁ einzustellen. Für eine ausgewogene Balance zwischen I₂ und I₁ wäre ΔI_Soll = 0.

Der zweite Regler 15 ermittelt ein Steuersignal für das Steu­ erventil 9, mit dem über die Gaszuführung 10 der Reaktivgas­ strom an O₂ in den zweiten Abschnitt 6 eingestellt wird.

Nach Inbetriebnahme der Sputtereinrichtung 1 wird zunächst der Reaktivgasstrom an O₂ in den ersten Abschnitt 5 eingeleitet. Über den ersten Regler gesteuert, stellt sich an den Targets der Magnetrons 2 und 3 eine mittlere Entladungsspannung U_E ein, die der Entladungssollspannung U_Soll entspricht. Damit ist zugleich auch der Mittelwert der Zerstäubungsrate vorgegeben. Bevor der zweite Regler 15 zu arbeiten beginnt, wird aller­ dings die Zerstäubungsrate in dem ersten Abschnitt 5, in dem die Einleitung des Reaktivgases über das Steuerventil 7 und die Gaszuführung 8 erfolgt, zunächst einseitig niedriger sein, als über den Magnetrons 2 und 3 im Bereich des zweiten Ab­ schnittes 6, in dem zunächst noch keine Einleitung an Reaktiv­ gas O₂ erfolgt. Die daraus resultierende etwas niedrigere Zerstäubungsrate über den Magnetrons 2 und 3 im Bereich des ersten Abschnittes 5 bringt eine niedrigere Emissionsintensi­ tät I₁ an dem ersten Emissionsintensitätssensor 13 mit sich. Diese niedrigere Emissionsintensität I₂ geht als Führungsgröße beim zweiten Regler 15 ein. Von diesem aus wird zunächst im Bereich des zweiten Abschnittes 6 eine überhöhte Emissions­ intensität I₂ gemessen, woraus eine große Abweichung I₂ - I₁ zu verzeichnen ist. Es gilt somit

I₂ - I₁ < 0.

Daraus wird von dem zweiten Regler 15 ein Steuersignal an das Steuerventil 9 gegeben, welches dieses aufsteuert, so daß durch die Gaszuführung 10 ein größerer Reaktivgasstrom strömt. Infolge dieses höheren Reaktivgasstromes in dem zweiten Ab­ schnitt 6 wird im Bereich dieses Abschnittes 6 die Emissions­ intensität I₂ sinken. Damit verringert sich auch die Regelab­ weichung I₂ - I₁ an dem zweiten Regler 15. Damit wird ein Steu­ ersignal an das Ventil 9 gegeben, welches einen Reaktivgas­ strom durch die Gaszuführung 10 einstellt, der eine Regelab­ weichung I₂ - I₁ bewirkt, die der voreingestellten Regelabwei­ chung ΔI_Soll entspricht.

Durch die Führungsgrößenregelung des zweiten Reglers 15 wird die Emissionsintensität I₂ im Bereich des Abschnittes 6 der Emissionsintensität I₁ im Bereich des ersten Abschnittes 5 nachgeführt, wodurch eine Balanceeinstellung erfolgen kann. Somit kommt die erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Reglern, nämlich dem ersten Regler 12 und dem zweiten Regler 15 aus, wohingegen bei der Anwendung des Standes der Technik minde­ stens drei Regler erforderlich wären und sich der Regelvorgang zu dem noch verlangsamen würde.

Zur Beschleunigung zur Herstellung eines eingeschwungenen Zustandes nach Betriebsaufnahme der Sputtereinrichtung 1 ist die Lösung nach Fig. 2 vorgesehen. Darin ist eine Verbindung 16 zwischen dem Steuereingang des Steuerventils 7 und dem Steuereingang des Steuerventils 9 vorgesehen, die über einen ersten zeitgesteuerten Schalter 17 unterbrochen werden kann. In der Verbindung zwischen dem zweiten Regler 15 und dem Steu­ ereingang des Steuerventils 9 ist ein zweiter zeitgesteuerter Schalter 18 vorgesehen, der die Verbindung zwischen dem zwei­ ten Regler 15 und dem Steuerventil 9 schließen kann. Im Zeit­ punkt der Inbetriebnahme der Sputtereinrichtung 1 ist der erste zeitgesteuerte Schalter 17 geschlossen und der zweite zeitgesteuerte Schalter 18 geöffnet. Somit wird über das Steu­ erventil 9 in der Gaszuführung 10 der gleiche Reaktivgasstrom eingestellt, wie über das Steuerventil 7 in der Gaszuführung 8. Dadurch wird der erste Abschnitt 5 mit dem gleichen Reaktiv­ gasstrom beaufschlagt, wie der zweite Abschnitt 6, so daß kurz nach der Inbetriebnahme der Sputtereinrichtung 1 nicht erst ein so großer Balanceunterschied entsteht, wie es bei der Anordnung gemäß Fig. 1 der Fall ist. Der damit erfolgende Zerstäubungsvorgang wird eine Emissionsintensität 11 hervorru­ fen, die sich im erheblich geringeren Maße von der Emissions­ intensität I₂ unterscheidet, als es zu Beginn der Arbeit der Sputtereinrichtung nach Fig. 1 der Fall ist. An dem zweiten Regler 15 wird damit eine Steuergröße erzeugt, die ein Auf­ steuern des Steuerventils 9 hervorrufen würde. Mit Auftreten dieses Steuersignals kann sodann zu einem Zeitpunkt T der erste zeitgesteuerte Schalter geöffnet und der zweite zeit­ gesteuerte Schalter geschlossen werden. Damit tritt der zweite Regler 15 in Funktion, über den sodann die Balance zwischen dem Bereich über dem ersten Abschnitt 5 und dem Bereich über dem zweiten Abschnitt 6 eingestellt wird.

Der erste Regler 13 regelt mit einer geringeren Zeitkonstante als der zweite Regler 15. Somit wird zunächst immer die mitt­ lere Entladungsspannung zuerst eingestellt und erst danach erfolgt ein Ausgleich der Balance über die Längserstreckung der Magnetrons 2 und 3.

Bezugszeichenliste

1

Sputtereinrichtung

2

Magnetron

3

Magnetron

4

Gasverteilung

5

erster Abschnitt

6

zweiter Abschnitt

7

Steuerventil

8

Gaszuführung

9

Steuerventil

10

Gaszuführung

11

Spannungsversorgung

12

erster Regler

13

erster Emissionintensitätssensor

14

zweiter Emissionintensitätssensor

15

zweiter Regler

16

Verbindung

17

erster zeitgesteuerter Schalter

18

zweiter zeitgesteuerter Schalter
I₁

Emissionsintensität
I₂

Emissionsintensität
U_E

Entladungsspannung
U_Soll

Entladungsollspannung
ΔI_Soll

Balanceabweichung

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung der reaktiven Schichtabscheidung auf Substraten mittels längserstreckten Magnetrons, bei dem das Reaktivgas in Abschnitten über dem längserstreck­ ten Magnetron eingeleitet und der Reaktivgasstrom in Ab­ hängigkeit von der Entladungsspannung des Targets auf eine Entladungssollspannung geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Regelung des Reaktivgasstromes in Abhängigkeit von der Entladungsspannung (U_E) in einem ersten Abschnitt (5) erfolgt,
• - daß der Reaktivgasstrom in einem in Längsrichtung des Magnetrons (2; 3) neben dem ersten Abschnitt (5) angeord­ neten zweiten Abschnitt (6) in an sich bekannter Art und Weise über die Emissionsintensität (I₂) des zerstäubten Targets in dem zweiten Abschnitt (6) geregelt wird, wobei jedoch die Emissionsintensität (I₁) des ersten Abschnittes (5) gemessen und als Führungsgröße derart eingesetzt wird, daß die Regelabweichung, d. h. die Differenz aus der Emissionsintensität (I₁) des ersten Abschnittes (5) und der Emissionsintensität (I₂) des zweiten Abschnittes (6) auf den Wert Null oder einen anderen einstellbaren Wert (ΔI_soll) geregelt wird, und
• - daß die Regelung des Reaktivgasstromes in dem ersten Abschnitt (5) schneller, d. h. mit einer kleineren Zeitkon­ stante, erfolgt, als die Regelung des Reaktivgasstromes in dem zweiten Abschnitt (6).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während eines Zeitraumes nach dem Einschalten des Magnetrons (2; 3) die Regelung des Re­ aktivgasstromes im zweiten Abschnitt (6) ausgeschaltet ist und die Größe des Reaktivgasstromes in den zweiten Ab­ schnitt (6) gleich der Größe des Reaktivgasstomes in den ersten Abschnitt (5) eingestellt wird.

3. Vorrichtung zur Regelung der reaktiven Schichtabscheidung auf Substraten mittels längserstreckter Magnetrons, wobei eine zu einem Magnetron parallelliegende Gasverteilung vorgesehen ist, die in einen ersten Abschnitt und einen in Längserstreckung des Magnetron an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt geteilt ist und jeder Ab­ schnitt mit einer separaten Zuführungsleitung für Reaktiv­ gas mit Steuerventilen zur abschnittsweise getrennten Steuerung der Reaktivgaszuführung versehen ist, und wobei ein erster Regelkreis vorgesehen ist, der mit der Entla­ dungsspannung des Magnetrons als Regelgröße verbunden ist, der ein erstes Steuerventil als Stellglied beinhaltet und der mit einem Eingabemittel für eine Entladungssollspannung als Führungsgröße versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Regelkreis einem ersten Abschnitt (5) derart zugeordnet ist, daß das erste Steuerventil (7) das Stellglied darstellt, und daß an dem zweiten Abschnitt (6) ein zweiter Regel­ kreis angeordnet ist, der mit einem in dem zweiten Ab­ schnitt (6) angeordneten zweiten Emissionsintensitäts­ sensor (14) als Meßglied, einem in dem ersten Abschnitt (5) angeordneten Emissionsintensitätssensor (13) als Soll­ wertgeber und einem zweiten Steuerventil (9) zur Steuerung des Reaktivgasstromes als Stellglied versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuereingang des zweiten Steuerventiles (9) wahlweise mit dem Steuer­ ausgang des ersten oder des zweiten Regelkreises verbind­ bar ist.