DE3330092A1 - Verfahren zum einstellen der oertlichen verdampfungsleistung an verdampfern in vakuumaufdampfprozessen - Google Patents
Verfahren zum einstellen der oertlichen verdampfungsleistung an verdampfern in vakuumaufdampfprozessenInfo
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Description
LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
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D-5000 Köln - 51
11 Verfahren zum Einstellen der örtlichen Verdampfungsleistung an Verdampfern in Vakuumaufdampfprozessen "
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der örtlichen Verdampfungsleistung an Verdampfern bei der
Herstellung dünner Schichten in Vakuumaufdampfprozessen auf Substraten, die relativ und quer zu.eimer langgestreckten
Anordnung einzeln regelbarer Dampfquellen für das Schichtmaterial bewegt werden, wobei die Dicke der
niedergeschlagenen Schichten in Laufrichtung der Substrate hinter mindestens einem Teil der Dampfquellen
gemessen und die einzelnen Schichtdicken zur Anzeige gebracht werden.
Mit dem Ausdruck "örtliche Verdampfungsleistung" ist die örtlich zugeführte Leistung, definiert als Energie
pro Flächeneinheit und pro Zeiteinheit gemeint, d.h. die sogenannte Leistungsdichte der zugeführten, in der
Regel elektrischen Energie. Die sogenannte Verdampfungsrate, d.h. die pro Zeiteinheit freigesetzte Dampfmenge,
ist in der Regel der zugeführten Leistung proportional, wobei die Verluste durch Wärmestrahlung
und Wärmeleitung (insbesondere an das Kühlwasser eines wassergekühlten Verdampfertiegels) zu berücksichtigen
sind.
Unter dem Ausdruck "Dampfquellen" werden in sehr allgemeiner
Form örtlich begrenzte Zonen verstanden, in der Regel Oberflächenteile des Verdampfers, von denen räumlieh
begrenzte Dampfströme aufsteigen.
Für langgestreckte Anordnungen einzeln regelbarer Dampfquellen,
auf die die Erfindung anwendbar ist, gibt es folgende Beispiele:
Durch die DE-PS 24 02 111 ist ein Reihenverdampfer bekannt,
der aus einer ganzen Reihe parallel zueinander ausgerichteter Verdampferschiffchen besteht, die direkt vom
Heizstrom durchflossen werden und einzeln in der Leistung regalbar sind. Jeder Verdampfer stellt eine
eigene Dampfquelle'dar, und die örtliche Verdampfungsleistung
ist der Heizleistung eines jeden einzelnen Verdampferschiffchens proportional. In analoger Weise,
können natürlich auch mehrere wassergekühlte Verdampfertiegel in einer Reihe aufgestellt werden, die durch eine
jedem Tiegel zugeordnete Elektronenstrahl kanone beheizbar sind.
Durch die DE-OS 28 12 285 ist es bekannt, mehrere Dampfquellen auf der Oberfläche des Inhalts eines einzigen
Verdampfertiegels dadurch auszubilden, daß man einen Elektronenstrahl in bestimmten Flächenmustern auf die
Oberfläche des Tiegelinhalts schießt. Das Flächenmuster besteht aus einzelnen, aneinandergereihten
Feldern, wobei durch die Größe dieser Felder und die
Feldern eine örtlich unterschiedliche Leistungszufuhr
und damit eine örtlich !unterschied!iche Verdampfungsleistung bewirkt werden kann. Von jedem dieser Felder
bzw. Dampfquellen geht ein räumlicher definierter Dampf
strom aus, der, ähnlich wie bei den vorstehend be
schriebenen thermischen Verdampfern, auf den oberhalb angeordneten bzw. vorbeigeführten Substraten kondensiert.
Im allgemeinen handelt es sich dabei um einen inhomogenen Dampfstrom bzw. eine Reihe von inhomogenen Dampf
strömen, die ein entsprechendes Kondensationsmuster
auf den Substraten erzeugen. Bewegt man hierbei die Substrate quer zur Achse der langgestreckten Verdampferanordnung, so läßt sich mittels eines stark inhomogenen
Dampfstroms sogar ein sogenanntes "Streifenmuster" er
zeugen, das für zahlreiche Anwendungsfälle völlig un
brauchbar ist. Zu denken ist hierbei beispielsweise an die Beschichtung laufender Bänder oder Folien, die quer
zur Reihenanordnung der Dampfquelle umgewickelt werden,
oder an die Beschichtung von großflächigen Glässcheiben,
beispielsweise für die Gebäudeverglasung.
Die Inhomogenität der Dampfströme ist dabei nicht nur auf eine unbewußt unterschiedliche Einstellung der
örtlichen Verdampfungsleistung bzw. Leistungszufuhr zurückzuführen, sondern auch-.iauf geometrisch bedingte
örtlich unterschiedliche Energiebilanzen. Hier ist beispielsweise darauf abzuheben, daß thermische Verdampfer
am Ende einer Reihenanordnung Wärmeverlusten nach drei Seiten unterliegen, während in der Mitte
Wärmeverluste nur nach zwei Seiten möglich sind. Durch die Überlappung von Dampfströmen, sogenannten Dampfkeulen,
in der Mitte einer Reihenanordnung stellen sich höhere Niederschlagsraten ein, als beispielsweise
an den beiden Rändern einer zu bedampfenden Folie, da dort die Dampfstromdichte allmählich abnimmt. Eine
Kompensation dieses Effekts wäre zwar dadurch möglich, daß man die Reihenanordnung wesentlich länger macht
als die Breite der Folie, jedoch führt dies zu entsprechenden Materialverlusten und eine Verunreinigung
der Vakuumanlage durch Bedampfen von deren Wandflächen,
Die vorstehenden Ursachenzusammenhänge sowie Maßnahmen zur Kompensation der Auswirkungen beim Beschichten
laufender Bänder sind sehr anschaulich in der US-PS 3 432 335 beschrieben.
Die Ausbildung unterschiedlicher Niederschlagsraten bzw. einer Streifenbildung bei der Bandbedampfung hat
nun bei elektrisch leitfähigen Schichten örtlich unterschiedliche Flächenwiderstände zur Folge, bei der Erzeugung optisch wirksamer Dünnschichten ein unterschiedliches Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten.
Man hat nun keineswegs die Schichtdickenverteilung quer zur Laufrichtung des Bandes sich selbst überlassen. In
der DE-GbmS 1 978 459 ist eine Möglichkeit angegeben, die Schichtdickenverteilung dadurch kontinuierlich
visuell zu bestimmen ,· daß man in Blickrichtung hinter
der zu bedampfenden Folie eine Leuchtstoffröhre angeordnet hat. Bei Abweichungen der Schichtdicke war es
alsdann möglich, an der Stelle zu großer oder zu kleiner Transmission die Verdampfungsleistung des Reihenverdampfers örtlich entsprechend zu korrigieren, bis eine
gleichförmige Schichtdickenverteilung erzielt wurde,
jedenfalls soweit dies visuell erkennbar war.
Die vorstehend beschriebene Maßnahme, ist jedoch nur
für Transmissionsmessungen brauchbar, nicht jedoch für optisch dichte Schichten, wie beispielsweise Metallbeläge
merklicher Dicke, sie ist auch im Hinblick auf die ■erzielbare Meß- und Regelgenauigkeit den heutigen Anforderungen
an die Schichtdickengleichmäßigkeit entsprechend zu ungenau.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei
dem eine Messung bzw. Regelung (manuell oder automatisch) der Schichtdickenverteilung innerhalb nahezu beliebig eng
einstellbarer Toleranzen möglich ist, und zwar ohne Rücksicht auf die Transparenz des Endproduktes.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß man
a) die Leistungszufuhr zu mindestens einem Teil der
Dampfquellen in Form eines ersten Balkendiagramms
auf einem Bildschirm darstellt,
b) die den Dampfquellen zugeordneten Schichtdicken in
Form eines zweiten Balkendiagramms in räumlicher
Korrelation auf dem gleichen Bildschirm darstellt, und
c) das erste Balkendiagramm für die Leistungszufuhr verändert, bis das zweite Balkendiagramm für die Schichtdickenverteilung
dem gewünschten Schichtdickenprofil entspricht.
Ein solches Einstell- oder Regelverfahren ist zunächst
nicht an die Gewinnung von Meßsignalen für die einzelnen Schichtdicken auf optischem Wege (Transparenz- und/oder
Reflexionsmessung) gebunden, vielmehr sind auch andere
Schichtdickenmeßverfahren brauchbar, wie beispielsweise die Messung von Flächenwiderständen auf kapazitivem
oder induktivem Wege. Induktive Meßverfahren werden bevorzugt für dicke bzw. optisch "dichte" Schichten, kapazitive
Meßverfahren werden bevorzugt für dünne, hochohmige und optisch kaum meßbare Schichtdicken angewandt. Jedem
Schichtsystem bzw. jeder Schichtdicke ist also ein spezifisches Meßverfahren zuzuordnen, wobei die Transparenzmessung etwa
den mittleren Dickenbereich bestreicht.
Durch die Darstellung der Leistungszufuhr zu den Dampfquellen,
beispielsweise der Stromzufuhr zu einzelnen thermischen Verdampfern oder der Verweilzeit eines
Elektronenstrahls auf einzelnen Oberflächenteilen des
Verdampfungsgutes in einem einzigen Verdampfer, läßt
sich sehr gut in erster Näherung eine Verteilung der örtlichen Dampfstromdichte einstellen. Hier läßt sich
beispielsweise der weiter oben beschriebene Einfluß von Wärmeverlusten an den beiden Enden der Reihenan-Ordnung durch empirisch gefundene Werte bereits durch
eine grobe Voreinstellung kompensieren.
Das zweite Balkendiagramm gibt nunmehr unmittelbar
mit der Genauigkeit der Meßeinrichtungen die Schichtdickenverteilung wieder, und zwar ist hierbei eine
möglichst dichte Aneinanderreihung einzelner Dampf
quellen ebenso wünschenswert wie eine möglichst dichte
Aneinanderreihung der einzelnen Meßeinrichtungen. Im Idealfall ist anzustreben, daß jeder einzelnen Dampfquelle in Laufrichtung des Bandes eine Meßeinrichtung
nachgeschaltet ist.
Ergibt sich nunmehr eine ungewünschte Schichtdickenverteilung bzw. ein unerwünschtes Schichtdickenprofil, so
wird das erste Balkendiagramm für die Leistungszufuhr
gezielt so verändert, daß das zweite Balkendiagramm für
die Schichtdickenverteilung dem gewünschten Schichtdickenprofil entspricht. Da das erste Balkendiagramm in der
Regel die einstellbaren Sollwerte für die Regelung der Leistungszufuhr zu den einzelnen Dampfquellen repräsentiert,
genügt es, die betreffenden Sollwerte zurückzunehmen bzw.
zu vergrößern, bis der zugehörige, darunter oder darüber liegende
Balken für die örtliche Schichtdicke den gewünschten Pegel erreicht hat. Dieser Pegel kann beispielsweise
durch eine Linie parallel zur Abzisse des zweiten Balkendiagramms vorgegeben werden oder durch zwei Linien, die ein
Toleranzfeld einschllessen. Das Schichtdickenprofil
kann auf diese Weise durch gezielte Veränderung des jedem Balken zugeordneten Sollwerts so gezielt beeinflußt
werden, daß alle Balken, ausgehend von der Abzisse, die gleiche Länge haben, wodurch eine absolut
homogene Schichtdickenverteilung angezeigt wird. Das erste Balkendiagramm für die Leistungszufuhr kann dabei
ohne weiteres Stufen enthalten, da es weniger auf gleichförmige Bedingungen auf der Verdampfungseite,
als vielmehr auf gleichförmige Bedingungen auf der Kondensationsseite des Dampfstroms ankommt. In der
Regel werden aber überdurchschnittlich starke Abweichungen innerhalb des ersten Balkendiagramms für
die Leistungszufuhr ein Signal dafür sein, daß an einer Dampfquelle eine Störung vorliegt, die beispielsweise
durch ungenügende Materialzufuhr bei automatischer Beschickung eines Verdampfers oder aber auch auf die
Bildung von Schlackenfeldern auf schmelzflüssigem Verdampfungsgut
zurückzuführen sein kann. In solchen Fällen würde auch eine starke Erhöhung der örtlich zugeführten
elektrischen Leistung keine entsprechende Erhöhung der Kondensationsrate mit sich bringen, vielmehr wäre eine
Zerstörung oder eine Beschädigung der Dampfquelle zu
erwarten. Auch für diesen Fall gibt ein Vergleich zwischen den beiden Balkendiagrammen einen sehr guten
überblick über den Betriebszustand und das Betriebsverhalten der einzelnen Dampfquellen.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens mit
einer langgestreckten Anordnung von einzeln regelbaren Dampfquellen, einem einstellbaren Sollwertgeber
für jede Dampfquelie, mit einer Bewegungseinrichtung
für die Bewegung der Substrate quer zur Dampfquellen-Anordnung, mit mehreren in Bewegungsrichtung hinter
den Dampfquellen angeordneten Schichtdickenmeßeinrichtungen, und mit mehreren Anzeigeeinheiten für
die Schichtdickenmeßwerte.
Eine derartige Anordnung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
a) ein Bildschirmgerät,
b) eine Recheneinheit mit Sollwertspeichern für die
Speicherung und Ausgabe der veränderbaren Sollwerte für mindestens einen Regler für die Dampfquellen und für die Umsetzung der Sollwerte in
Videosignale für die Anzeige des ersten Balkendiagramms auf dem Bildschirmgerät, und für die
Umsetzung der Schichtdickenmeßwerte in Videosignale für die Anzeige des zweiten Balkendiagramms auf dem gleichen Bildschirmgerät, und
c) eine Eingabeeinheit für die Eingabe und Veränderung der Sollwerte.
Einzelheiten dieser Anordnung, ihre Wirkungsweise und Vorteile werden nachfolgend in der Detailbeschreibung
noch näher erläutert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden
nachfolgend anhand sehr schematischer Darstellungen in den Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf die Bedampfungszone in einer Vakuum-Bandbedampfungsanlage,
Figur 2 die Darstellung der Balkendiagramme auf einem Bildschirm,
Figur 3 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Schliessung des Regelkreises
durch eine Bedienungsperson, und
Figur 4 eine modifizierte Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem
in sich geschlossenen Regelkreis.
In Figur 1 ist eine langgestreckte Anordnung 1 mit mehreren einzeln regelbaren Dampfquellen 1a bis 1f dargestellt. Es
handelt sich um einen rechteckigen, wassergekühlten Verdampfertiegel
2, in dem sich ein schmelzflüssiger Inhalt
aus Verdampfungsmaterial 3 befindet.-Der Verdampfertiegel
hat eine längste Achse A-A.
Die Beheizung des Verdampfungsmaterials 3 erfolgt durch
eine Elektronenstrahlkanone 4, die seitlich neben dem
Verdampfertiegel 2 und im Bereich der Mitte der Achse A-A angeordnet ist. Die Elektronenstrahl kanone 4
besitzt eine Ablenkeinheit 4a, mittels welcher ein Elektronenstrahl 5 mit vorgegebenem Fokussierungszustand alternierend und mit hoher Geschwindigkeit auf
die einzelnen Dampfquellen 1a bis if gelenkt werden
kann. Im vorliegenden Fall beaufschlagt der Elektronenstrahl 5 gerade die Dampfquelle 1e. Der Auftreffbereich
ist schraffiert.
Die Lage der Dampfquellen 1a. bis 1f wird durch die Strahlparameter bestimmt und/an keine Konstruktionsmerkmale des Verdampfertiegels 2 gebunden. Im vor-
liegenden Fall sei angenommen, daß die einzelnen Dampfquellen äquidistant verteilt innerhalb der Gesamtlänge
des Verdampfertiegels 2 angeordnet sind. Gleiche Flächengröße der einzelnen Dampfquellen vorausgesetzt,
wäre alsdann die Energiezufuhr (einschließlich der
gleich, gleiche Verweilzeiten auf jeder Dampfquelle voraus·
gesetzt. Man hat es nun durch Änderung der relativen Verweilzeiten im Bereich einer jeden Dampfquelle in der
Hand, die eine oder die andere Dampfquelle im zeitlichen
so daß die Dampffreisetzung pro Zeiteinheit (Verdampfungsrate) entsprechend beeinflußbar ist. Insbesondere im
Bereich der beiden an den Tiegelenden befindlichen
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Dampfquellen 1a und 1f ist eine höhere Energiezufuhr
zum Ausgleich der dort stärkeren Wärmeabfuhr an den Verdampfertiegel 2 erforderlich. Es ist hierbei erwähnenswert,
daß die Dampffreisetzung trotz des rasch oszillierenden Elektronenstrahls praktisch kontinuierlich
erfolgt, da das Verdampfungsmaterial 3 naturgemäß eine gewisse Wärmeträgheit besitzt. Außerdem
geschieht die Oszillation so schnell, daß zwischendurch keine merkliche Abkühlung erfolgen kann.
Die Elektronenstrahl kanone 4 erhält ebenso wie die Ablenkeinheit 4a ihre Leistung und die Steuerbefehle für
die Strahlablenkung von einem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Regler 6, der sämtliche Strahlparameter
einschließlich der Koordinaten für die Strahlablenkung
in X- und Y-Richtung in Form elektrischer Signale liefert und daher über ein Mehrfachkabel 7 mit der
Elektronenstrahl kanone 4 verbunden ist. Die Ablenkeinheit 4a erhält ihre Signale in Form diskreter Signalpegel
3 die für die Lage der Auftreff-Flächen des Elektronen·
Strahls 5 in der in Figur 1 gezeigten Weise maßgebend sind.
Derartige Verdampferanordnungen sind einschließlich der
Elektronenstrahlkanone 4 und ihrer Betriebsweise Stand
der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.
Oberhalb der Anordnung 1 befindet sich das zu bedampfende Substrat 8, welches kontinuierlich, d.h. mit gleichförmiger
Geschwindigkeit, in Richtung des Pfeils 9 be-
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wegt wird, d.h. die Laufrichtung des Substrats ist quer zur Achse A-A aller Dampfquellen. In Laufrichtung
hinter den Dampfquellen ist dem Substrat 8
eine gleiche Anzahl von Sensoren 10a bis 1Of zugeordnet, durch welche die Dicke des kondensierten
Schichtmaterials in einem begrenzten Bereich erfaßbar ist. Sensoren für die verschiedenen physikalischen
Meßmethoden befinden sich auf dem Markt, nur beispielhaft sei daher die Meßmethode der optischen Transparenz-Messung
erwähnt, die anhand der Figuren 3 und 4 noch etwas im Detail dargestellt ist. Dort ist einem Sensor 10a,
der als Fotodiode ausgeführt ist, auf der anderen Seite des Substrats 8 gegenüberliegend eine Lichtquelle 11 zugeordnet,
die durch eine spannungsstabiiisierte Stromquelle 12 versorgt wird. Die Sensoren sind mit eigenen
Anschlüssen versehen, die zu einem Mehrfachkabel 13 zusammengefaßt sind.
Bei dem Substrat 8 kann es sich um eine laufende, d.h.
von einer Vorratsrolle auf eine Aufwickelrolle umgespulte Folie, oder aber auch um eine Glasscheibe für
Gebäudevergiasungen handeln, die beispielsweise mit einer infrarot-reflektierenden Schicht bedampft-wird.
Speziell bei derartigen Schichten oder Schichtsystemen kommt es darauf an, eine möglichst gleichförmige Schichtdickenverteilung
zu erhalten, weil ansonsten der Eindruck von Wolken oder Streifen am fertigen Gebäude entsteht.
Beim Aufdampfen von Mehrfachschichtsystemen können auch
mehrere Anordnungen gemäß Figur 1 in Laufrichtung (Pfeil 9)
hintereinander angeordnet sein, wobei vorzugsweise zur überwachung jeder einzelnen Verdampferanordnung auch
eine Reihenanordnung von Sensoren vorgesehen ist.
Sämtliche in Figur 1 dargestellten Elemente befinden sich in einer entsprechend dimensionierten Vakuumkammer,
die jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
Die Anzahl der Dampfquellen kann bei gleicher Länge
des Verdampfertiegels durch entsprechende Änderung des Fokussierungs- und Ablenkmusters auch noch wesentlich
erhöht werden. Beispielsweise können innerhalb des Verdampfertiegels auch zwölf'oder achtzehn Dampfquellen
(oder jede andere Zahl) erzeugt werden, wobei die Regelbarkeit der Schichtdickenverteilung mit der
Zahl der Dampfquellen erleichtert wird, allerdings
bei entsprechend gesteigertem Aufwand.
In Figur 2 ist eine Vorderansicht eines Bildschirmgerätes
14 mit einer Katodenstrahlröhre 15 (Fernsehbildschirm) gezeigt. Auf dem Bildschirm wird ein erstes
Balkendiagramm 16 dargestellt, dessen Balkenlänge (in vertikaler Richtung) der Leistungszufuhr zu einer jeden
Dampfquelle entspricht. Darüber ist ein zweites Balkendiagramm
17 dargestellt, dessen Balken die gleiche Zählung von eins bis zwölf aufweisen, wie die des Balkendiagramms
16. Die Balkenlänge des Diagramms 17 entspricht den gemessenen Schichtdicken, wie sie von dar
jeweils zugeordneten Dampfquelle erzeugt werden. Die
Darstellung entspricht (in Erweiterung von Figur 1) einer Reihenanordnung von insgesamt zwölf Dampfquellen und
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zwölf Sensoren. Im Bereich des Balkendiagramms 17 sind
noch zwei Toleranzgrenzen 18 und 1.9 in Form horizontaler Linien dargestellt, die einen Toleranzbereich 20 zwischen
sich einschliessen. Dieser Toleranzbereich kennzeichnet die jeweils minimal und maximal zulässige Schichtdicke.
Im vorliegenden Fall wurde eine Transmissionsmessung gemäß den Figuren 3 und 4 angewandt, d.h. das Meßsignal
ist um so kleiner, je dicker die aufgedampfte Schicht ist. Es ist erkennbar, daß die Balken Nr. 6 und 7
eine zu große Schichtdicke, und der Balken Nr. 9
eine zu geringe Schichtdicke signalisieren. Es gilt,
diesen Betriebszustand an den jeweils zugehörigen Dampfquellen auszuregeln. Anhand des Balkendiagramms 16
ist erkennbar, daß die Balken Nr. 6 und 7 eine
zu große und der Balken Nr. 9 eine zu geringe
Leistungszufuhr signalisieren. Beim Balkendiagramm 16
ist die Leistungszufuhr durch die Sollwerte der jeweiligen Verdampfungsleistung dargestellt. Zur Ausregelung der sehr ungleichförmigen'Schichtdickenver-
teilung gemäß dem Balkendiagramm 17 ist es nunmehr erforderlich, die Sollwerte gemäß dem Balkendiagramm 16
an den betreffenden Stellen zu verändern. Im vorliegenden Fall werden die Sollwerte entsprechend den Balken Nr.
und Nr. 7 zurückgenommen, womit auch die pro Zeiteinheit
freigesetzte Dampfmenge verringert wird und damit die
Schichtdicke im Bereich dieser Dampfquellen. Die Folge ist
ein entsprechendes Längerwerden der Balken Nr. 6 und im Balkendiagramm 17. Analog wird der Sollwert gemäß
dem Balken Nr. 9 im Balkendiagramm 16 entsprechend ange-
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hoben und damit die Verdampfungsleistung gleitend nachgeregelt,
so daß die Schichtdicke vergrößert und damit die Transmission verringert wird. Der Balken Nr. 9
im Balkendiagramm 17 wird dadurch verkürzt und insbesondere
wieder in das Toleranzfeld 20 verlegt. Im Hinblick auf die Feinfühligkeit der Regelung ist ersichtlich,
daß die Toleranzgrenzen 18 und 19 unter Schrumpfung des Toleranzfeldes 20 auch sehr dicht
nebeneinander gelegt werden können, so daß sich ein sehr homogenes Schichtdickenprofil erzielen läßt.
In Figur 3 sind - soweit erforderlich - die bisher beschriebenen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Elektronenstrahl kanone 4 ist der Einfachheit halber fortgelassen, und der Regler 6 ist umittelbar über das
Mehrfachkabel 7 mit der Verdampferanordnung 1 verbunden. Es kann sich alternativ auch um eine Reihenanordnung
von thermischen Verdampfern handeln. Der in Richtung auf das Substrat 8 aufsteigende Dampfstrom ist
durch gestrichelte Linien angedeutet.
In Figur 3 ist zusätzlich folgendes dargestellt:
Eine Rechnereinheit 21 ist mit Sollwertspeiehern 22
und Istwertspeichern 23 sowie mit einem Tastenfeld für die Eingabe von Daten und Rechenprogrammen sowie
für die Auslösung von Rechenoperationen einschließlich
einer Beeinflussung der Bildschirmanzeigen versehen. Den
Sollwertspeiehern 22 ist eine Eingabeeinheit 25 für die
Eingabe und Veränderung der Sollwerte vorgeschaltet. Es
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handelt sich also, vereinfacht ausgedrückt, um einen einstellbaren Sollwertgeber. Die betreffenden Sollwerte werden in den Sollwertspeichern 22 abgespeichert,
zyklisch abgefragt und einem Regler 6 zugeführt, der seinerseits die Energieverteilung an den einzelnen
Dampfquellen gemä"0 den obigen Ausführungen beeinflußt.
Bei einem Elektronenstrahlverdampfer gemäß Figur 1
würden beispielsweise lediglich die Verweilzeiten verändert, und die Balkenlänge im ersten Balkendiagramm 16
ist ein unmittelbares Maß für die jeweilige Verweilzeit.
Der Regler 6 kann natürlich auch die Regelung der gesamten Strahlparameter übernehmen, wie Strahlstrom,
Strahlspannung, Strahlfokussierung und Strahlablenkung. Entsprechende Vorgabewerte können über .das Tastenfeld 24
eingegeben werden.
Die Sensoren 10a bis 10f übermitteln die Meßwerte (Transmissionsmessung) über das Mehrfachkabel 13 zu
den Istwertspeichern 23. Die Inhalte der Sollwert- und Istwertspeicher werden nach Umsetzung in entsprechende
Videosignale einschließlich einer Adressenkodierung für die Plazierung auf dem Bildschirm in diesen eingegeben,
so daß eine Anzeige gemäß Figur 2 erscheint. Wird nun eine unzulässige Abweichung am oberen Balkendiagramm 17
beobachtet, so wird eine Sollwertverstellung mittels
der Eingabeeinheit 25 vorgenommen, worauf extrem kurzfristig eine entsprechende Veränderung an dem ersten
Balkendiagramm 16 wahrnehmbar ist.
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Recheneinheiten der in Figur 3 dargestellten Art sind im Handel erhältlich, und ihre Schaltung bzw. Verdrahtung
mit Peripheriegeräten ergibt sich für den Fachmann aufgrund der vorstehenden Erläuterungen.
Figur 3 zeigt noch eine zusätzliche Möglichkeit zur besonders einfachen Beeinflussung der Eingabeeinheit
Zu diesem Zweck ist die Eingabeeinheit 25 über eine flexible Leitung 26 mit einem sogenannten "Lichtgriffel"
verbunden, der gleichfalls im Handel erhältlich ist.
Ein solcher Lichtgriffel besitzt an seinem vorderen Ende einen Lichtsensor 27a, mit dem HeI1-Dunkelübergänge
erfaßt werden können. Die Schaltung erfolgt nun in der Weise, daß folgende Funktion eintritt: Wird der
Lichtgriffel 27 über die Oberkante eines Balkens des ersten Balkendiagramms geführt (Sol!werte'für die
Leistungsverteilung), so wird mit dem Lichtgriffel die
Hell-Dunkel-Grenze an der Oberkante des betreffenden
Balkens und damit verzögerungsfrei auch der Sollwert verschoben. Es entsteht optisch der Eindruck, daß der
Lichtgriffel den Balken in die Länge zieht oder ihn staucht,'wobei jeweils der zugehörige Balken des zweiten
Balkendiagramms (Schichtdickenverteilung) eine entsprechende
Verkürzung oder Verlängerung ausführt. Die Lichtgriffelabfrage und die Videosignale der betreffenden
BaI kendarstellung sind dabei synchronisiert, so daß
jeweils nur der Balken verschoben werden kann, mit dessen Hell-Dunkel-Grenze der Lichtgriffel unmittelbar in
Sichtverbindung steht.
.3.1.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 wird also
der Regelkreis durch die Bedienungsperson geschlossen, insbesondere durch die manuelle Betätigung des Lichtgriffels 27.
gleichen Bezugszeichen versehen, so daß sich Wiederholungen
erübrigen. In diesem Fall ist die Rechnereinheit 21 zusätzlich mit Toleranzwertspeichern 28 ausgestattet,
in denen für jeden Balken des zweiten Balkendiagramms
ein oberer und ein unterer Toleranzwert abspeicherbar
sind. Diese Toleranzwerte werden über eine Leitung 29 dem Bildschirmgerät 14 zugeführt und dort als Toleranzgrenzen 18 und 19 bzw. Toleranzfeld 20 dargestellt
(siehe Figur 2). Die Toleranzwerte werden aber außer
dem einem Rechner 30 zugeführt, indem sie mit den
einzelnen Istwerten des Istwertspeichers 23 verglichen werden. Erfolgt eine Ober- oder Unterschreitung der
Toleranzgrenzen, so erhält die Eingabeeinheit 25 vom Rechner 30 ein Signal, den zugehörigen Sollwert für
den Regler β entweder zurückzunehmen oder zu erhöhen, so daß die örtliche Verdampfungsrate entsprechend
korrigiert und der zugehörige Istwert wieder in die Toleranzgrenzen zurückgeführt wird.
Im Falle der Figur 4 ist der Regelkreis durch den Rechner geschlossen und die Korrektur einer Schichtdickenverteilung
ist außerordentlich rasch möglich; sie hängt praktisch
nur vom Zeitverhalten der Verdampferanordnung, von der Laufgeschwindigkeit des Substrats sowie vom Abstand der
Sensoren 10 von der Verdampferanordnung ab. Hieraus ergibt sich, daß die Sensoren möglichst dicht an
der Verdampferanordnung angeordnet werden sollten, wobei jedoch ein Sicherheitsabstand im Hinblick auf
die Wärmebelastung einerseits und die Gefahr eines Bedampfens andererseits eingehalten werden muß. Gegebenenfalls
ist zwischen der Verdampferanordnung 1 und den Sensoren 10 eine Abschirmung 31 anzuordnen
(Figur 4).
Bei Vorrichtungen für Mehrfachschichten und mit mehreren Reihenverdampfern können entweder" mehrere
Bildschirmgeräte vorgesehen sein, oder die Bildschirmanzeige
ist umschaltbar. Die zuletzt genannte Möglichkeit wird bevorzugt bei der Automatik-Version angewandt,
weil dort die Regelung unabhängig von der Anzeige fortgesetzt werden kann.
Claims (4)
- 335,4Patentansprüche:M.' Verfahren zum Einstellen der örtlichen Verdampfungsleistung an Verdampfern bei der Herstellung dünner Schichten in Vakuumaufdampfprozessen auf Substraten, die relativ und quer zu einer langgestreckten An-Ordnung einzeln regelbarer Dampfquellen für das Schichtmaterial bewegt werden, wobei die Dicke der niedergeschlagenen Schichten in. Laufrichtung der Substrate hinter mindestens einem Teil der Dampfquellen gemessen und die einzelnen Schichtdicken zur Anzeige gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß mana) die Leistungszufuhr zu mindestens einem Teil der Dampfquellen in Form eines ersten Balkendiagramms auf einem Bildschirm darstellt, b) die den Dampfquellen zugeordneten Schichtdicken in Form eines zweiten Balkendiagramms in räumlicher Korrelation auf dem gleichen Bildschirm darstellt, undc) das erste Balkendiagramm für die Leistungszufuhr verändert, bis das zweite Balkendiagramm für die Schichtdickenverteilung dem gewünschten Schichtdickenprofil entspricht.
- 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer langgestreckten Anordnung von einzeln regelbaren Dampfquellen, einem einstellbaren Sollwertgeber für jede Dampfquelle, mit einer Bewegungseinrichtung für die Bewegung der Substrate83514quer zur Dampfquellen-Anordnung, mit mehreren in Bewegungsrichtung hinter den Dampfquellen angeordneten Schichtdickenmeßeinrichtungen, und mit mehreren Anzeigeeinheiten für die Schichtdickenmeßwerte, gekennzeichnet durcha) ein Bildschirmgerät (14)b) eine Rechnereinheit (21) mit Sollwertspeichern (22) für die Speicherung und Ausgabe der veränderbaren Sollwerte für mindestens einen Regler (6 ) für die Dampfquellen (1 ) und für die Umsetzung der Sollwerte in Videosignale für die Anzeige des ersten Balkendiagramms (16) auf dem Bildschirmgerät, und für die Umsetzung der Schichtdickenmeßwerte in Videosignale für die Anzeige des zweiten Balkendiagramms (17) auf dem gleichen Bildschirmgerät undc) eine Eingabeeinheit (25) für die Eingabe und Veränderung der Sollwerte,
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Lichtgriffel (27) der mit der Rechnereinheit (21) derart verbunden ist, daß bei einer Bewegung des Lichtgriffels in Längsrichtung eines jeden Balkens des ersten Balkendiagramms die Oberkante dieses Balkens mit dem Lichtgriffel verschiebbar ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (21) mit Toleranzwertspeichern (28) versehen ist, in denen für jeden Balken des zweitenBalkendiagramms ein oberer und ein unterer Toleranzwert abspeicherbar sind und daß die Rechnereinheit eine solche Programmierung aufweist, daß jeder Balken beim Ober- oder Unterschreiten der Toleranzgrenzen durch Verstellung des zugehörigen ersten Sollwerts für die Leistungszufuhr in den Toleranzbereich zurückführbar ist.
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