EP3289113A1 - Verfahren zur herstellung von beschichteten substraten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von beschichteten substraten

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Publication number
EP3289113A1
EP3289113A1 EP16714365.0A EP16714365A EP3289113A1 EP 3289113 A1 EP3289113 A1 EP 3289113A1 EP 16714365 A EP16714365 A EP 16714365A EP 3289113 A1 EP3289113 A1 EP 3289113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
plasma
coating material
plasma device
parameters
Prior art date
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Pending
Application number
EP16714365.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen PISTNER
Harro Hagedorn
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.)
Buehler Alzenau GmbH
Original Assignee
Buehler Alzenau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Buehler Alzenau GmbH filed Critical Buehler Alzenau GmbH
Publication of EP3289113A1 publication Critical patent/EP3289113A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036—Reactive sputtering
    • C23C14/0073—Reactive sputtering by exposing the substrates to reactive gases intermittently
    • C23C14/0078—Reactive sputtering by exposing the substrates to reactive gases intermittently by moving the substrates between spatially separate sputtering and reaction stations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
    • C23C14/547—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material using optical methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/18—Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018—Glow discharge
    • H01J37/32036—AC powered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/32119—Windows
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
    • H01J37/32155—Frequency modulation

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of substrates with a plasma-coated surface and to an apparatus for carrying out the method according to the preambles of the independent claims.
  • the particle bombardment is subsequently induced
  • Activation of atoms and molecules from a solid surface in which a plasma is ignited in a vacuum by the action of an electric field, from which ions are accelerated onto a target, which ions strike atoms from the target, which then on the walls the vacuum chamber and precipitate on a substrate spaced from the target.
  • a plasma is ignited in a vacuum by the action of an electric field, from which ions are accelerated onto a target, which ions strike atoms from the target, which then on the walls the vacuum chamber and precipitate on a substrate spaced from the target.
  • a residual gas pressure usually predominantly an inert gas such as argon, which shows no disturbing influences on the layer forming on the substrate.
  • Magnetron arrangements are often used to increase the ion current density.
  • a heating of the material source is not necessary, but the target is usually cooled in the implementation of the process.
  • the sputtering gas may additionally be mixed with reactive gases.
  • residual gas may additionally be mixed with reactive gases.
  • each electrode is alternately cathode and anode. This leads to a defined charge transport between cathode and anode without inhibiting influence of an oxide layer on the
  • Target surfaces in contrast to the disturbing effect of the so-called “disappearing anode” in a reactive DC magnetron sputtering process.
  • work is usually carried out in the so-called transition mode, since otherwise the oxide formation at the target surface is faster than the removal rate.
  • excited sourceless plasma sources are also known in a frequency range between 1 MHz and 100 MHz, which may be lattice-free or have a plasma space enclosed by a grating, whereby the plasma is also normally subjected to a magnetic field in these plasma sources.
  • an inductive plasma source operated in the radio frequency range is known in which, with a reduced number of system components, the plasma density is increased by permanent magnets arranged outside a vacuum chamber.
  • DE 100 084 82 A1 discloses a plasma source operated in a high-frequency (HF) range with a magnetic field coil arrangement and a unit for extracting a plasma jet, superimposing a transverse magnetic field on an excitation electrode, and magnetic field coils around a plasma volume for generating a transverse magnetic field are arranged.
  • HF high-frequency
  • a capacitively coupled plasma source is known from EP 0 349 556 B1, according to which a plasma jet can be extracted, for example, for the removal and structuring of solid surfaces, for the production of surface dopants by particle bombardment or for the production of surface layers.
  • Magnetic field allows a local increase in the plasma density and thus operation of the source at relatively low plasma pressures, wherein the generation of the magnetic field
  • devices which have a combination of a sputtering device with a targetless plasma source, for example one of the plasma sources described above.
  • EP 0 516 436 B1 is a combination of a magnetron sputtering device with a secondary plasma device for the reactive deposition of a material on a substrate.
  • the sputtering device and the secondary plasma device each form sputtering and Activation zones that are atmospherically and physically adjacent.
  • the plasmas of both zones are mixed into a single continuous plasma.
  • EP 0 716 160 B1 discloses a coating device with a sputtering device and with a device for generating a plasma of low-energy ions.
  • the sputtering and plasma devices can be selectively operated so that a
  • Composite layer is formed, which has at least several layers.
  • Composition of each layer may be selected from at least one of the following materials: a first metal, a second metal, an oxide of the first metal, an oxide of the second metal, mixtures of the first and second metals, and oxides of mixtures of the first and second metals.
  • Sputtering device and at least a second constituent is a reactive component of the residual gas. It is envisaged that a reactive deposition of a layer with a predetermined stoichiometric deficit of the reactive constituent in a spatial region of the sputtering device on the substrate, a movement of the substrate with the deposited layer in a spatial region of a plasma source at a predetermined distance from the sputtering device is arranged in the vacuum chamber and a precise modification of the structure and / or stoichiometry of the layer by subsequent plasma action of the plasma source to reduce an optical loss of the layer takes place.
  • a desired layer thickness of the deposited layer can via a
  • Be set coating time for example, in situ using an optical layer thickness measurement by an optical monitor.
  • Sputtering of the oxide is controlled by means of a lambda probe.
  • Sputtering system produced a parabolic layer thickness distribution, which is called chordal effect. To compensate for this layer thickness distribution and for the production of uniform layers is proposed, the sputtering in the
  • Treatment atmosphere moving workpieces regardless of their trajectory and - alignment targeted a desired layer thickness distribution can be realized. It is also proposed that in one modulation unit one, preferably two or more
  • a method for producing magnetron sputter-coated substrates is also known from EP 1 552 544 B1, in which a magnetron magnetic field pattern along the sputtering surface is cyclically moved on a magnetron source with a sputtering surface, the substrate is moved away from and above the sputtering surface, being with the cyclic
  • Movement of the magnetic field pattern phase locked the amount of material deposited per unit time on the substrate changes cyclically.
  • one measures the material distribution currently stored on the substrate as a measured controlled variable compares it with a desired distribution and, in accordance with the comparison result, as
  • Control difference the course of the phase-locked cyclic change as a manipulated variable in a control loop for the mentioned distribution.
  • this method it is assumed that, in principle, in the case of a two-dimensional or three-dimensional cyclic movement of the magnetron magnetic field pattern, that component of motion which is perpendicular to the direction of movement of the substrate is decisive. With the known method is to be achieved in particular that one can do without aperture apertures.
  • the known prior art merely aims to compensate for layer thickness distributions which deviate from desired distributions due to the chordal effect or mechanical inaccuracies of the installations. Deviations from one
  • predetermined layer thickness distribution due to the individual plasma conditions of the deposition process as well as the varying thickness and varying dielectric properties of the deposited dielectric layer itself are not taken into account.
  • Document DE 10 2013 101 269 A1 describes how, in the case of magnetron sputtering, a measurement of layer properties can be carried out, with transmission, reflection and / or sheet resistance measurements on certain traces on the substrate.
  • the corresponding device comprises so-called gas channel segments, each with its own gas inlet for the separate coating of areas of the substrates.
  • the following is carried out:
  • the user can carry out an analysis of the layer at any location where influence on the layer properties can be made by changing the process gas quantity and composition. It is meant a location of the arrangement described in the document and not a location on the substrate.
  • the document DE 102 34 855 A1 describes a device for setting a predetermined layer thickness distribution by means of a coating source, in which a passage opening for the vapor between the coating source and the substrates is delimited by at least two partial diaphragms movable to the transport direction of the substrate. Due to the design, no layer thickness distribution in the direction of movement of a substrate to be coated can be set with this device. It means
  • Deposition process such as the electric field of the plasma boundary layer
  • the observed layer thickness distribution depends, inter alia, on substrate support structures, such as the size and position of openings in which the substrates are housed, the material of the substrate and the substrate support, the speed at which the substrates are moved.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device, with which coating material on a surface of a substrate with a low
  • Deviation from a predetermined layer thickness distribution in the direction of movement of the substrate can be deposited, and also deviations that can be considered and compensated by the individual plasma conditions of the deposition process.
  • the object is achieved with the features of the independent claims.
  • Vacuum chamber which has a powered with an alternating current plasma device, with
  • Coating area along a lying on the surface of the substrate trajectory means of the plasma device characterized by a) determining actual values of a layer thickness of deposited
  • Coating material on at least parts of the trajectory in the direction of movement of the substrate b) Comparison of the actual values with target values of the layer thickness on the at least parts of the trajectory c) Determining parameters of the plasma device for changing the amount of coating material deposited per unit time as a function of the position such that the actual values of the layer thickness of deposited coating material deviate less than a predetermined difference from the target values, and d) setting parameters of the plasma device for changing the amount of coating material deposited per unit time according to item c) e) deposition of coating material by means of the plasma device with the parameters set in point d).
  • the method involves moving a substrate relative to the plasma device by means of a movement device along a curve.
  • a movement device By means of the plasma device is
  • Coating material deposited on a surface of the substrate in a coating area along a lying on the surface of the substrate trajectory is here understood as trajectory the path or the path of movement of the coating area when moving the substrate relative to the plasma device.
  • the coating area is determined by the coating window of the
  • the coating window here is a surface which is at a distance from the plasma device and on which coating material is deposited when the substrate is not moved relative to the plasma device.
  • the actual values of the layer thickness of deposited coating material deviate less than a predefined difference from the desired values of the layer thickness. Additional coating material is thus deposited as a function of the difference between actual values of the layer thickness and the desired values.
  • desired values are selected which correspond to a uniform layer thickness.
  • desired values are selected which correspond to a uniform layer thickness.
  • the plasma device can have an aperture diaphragm which is known per se, in order additionally to achieve a uniform layer thickness distribution perpendicular to the direction of movement of the substrate. With such an aperture diaphragm, however, it is not possible to correct the layer thickness distribution in the direction of movement of the substrate.
  • Plasma conditions of the deposition process is dependent.
  • the self-bias in a dielectric substrate is affected by the substrate thickness as well as the accumulation of surface charges, which in turn are determined by the plasma conditions.
  • the self-biasing process regenerates the growing layer and thus influences the layer thickness distribution and other properties of the deposited layer.
  • Moving direction of the substrate which are due to the changing during the movement of the substrate individual plasma conditions of the deposition process and by the varying thickness and varying dielectric properties of the deposited dielectric layer itself. This is possible because additional Coating material is deposited as a function of the difference between actual values of the layer thickness and the target values, regardless of the cause of the difference.
  • the actual values of the layer thickness on at least parts of a trajectory lying on the surface of the substrate are constantly approximately equal to the desired values of the layer thickness.
  • the actual values are compared with target values of the layer thickness and parameters of the plasma device are determined in order to change the amount of coating material (coating rate) deposited per unit time as a function of the position of the substrate.
  • the position of the substrate preferably corresponds to a position of the coating window of the plasma device relative to
  • the invention contemplates that upon operation of the plasma device with plasma excitation with RF (13.56 MHz) and MF (40KHz), a self-bias is imposed on the substrate based on the geometry and material of the environment of the substrate as well as the electrical charge the environment and the substrate is dependent.
  • Coating material of elements such as Si and Al, Mg and their oxides and nitrides is significantly stronger than Nb, Hf and Ta and their oxides and nitrides, in which the layer thickness edge drop was below the detection limit.
  • Substrates with a diameter of 200mm a layer thickness edge drop of 2% - in contrast to a layer thickness edge drop of 0.6% at MF.
  • the plasma device is operated with RF or MF or the deposition is carried out by means of a stimulated with RF or MF plasma.
  • the invention makes it possible to substantially reduce the layer thickness edge drop in flat substrates, for example, in sputtering of SiO 2 with RF plasma excitation in a substrate with a
  • Diameter of 200mm from 2% to 0.5%.
  • the invention thus makes it possible in a simple manner to take into account the influence of geometry and material of the substrate environment on the deposition process.
  • the mechanical and electrical structure of the plasma device as well as the Vacuum chamber easier and cheaper, since you no longer have to pay attention in the design of the plasma device and / or vacuum device, which set electrical potentials in the deposition process, but by determining and setting parameters of the plasma source according to point c) and d) per unit time Deposited amount of coating material advantageously changes the influence of
  • Layer thickness is controlled, in the present invention, if the determined actual values of the layer thickness differ not less than the predetermined difference from the target values, the plasma device is operated such that the deposited amount of
  • Coating material is changed until the actual values of the layer thickness deviate less than a predetermined difference from the target values.
  • An embodiment of the method according to the invention is characterized in that parameters of the power supply and / or parameters of the gas supply of
  • Plasma device and / or parameters of the plasma emission of the plasma device according to point d) can be adjusted.
  • the plasma device can be controlled or regulated to the deposition rate and / or other layer properties, such as
  • Another embodiment of the method is characterized by determining the actual values by measuring in situ in the vacuum chamber according to point a).
  • the determination of the actual values by measuring in-situ in the vacuum chamber has the advantage that a removal of the substrate from the vacuum chamber and the associated expense can be avoided and thus increases the process reliability and the process time can be reduced.
  • the determination of the actual values in situ can take place, for example, by means of an optical monitoring system.
  • the comparison is made in accordance with point b). If the actual values of the layer thickness of deposited coating material deviate less than a predetermined difference from the desired values, the substrate can be further processed, in particular removed from the vacuum chamber. Otherwise, point c) and point d) and a further deposition of coating material take place.
  • Another embodiment of the method is characterized by removing the
  • the measurement of the actual values preferably takes place spectrally-ellipsometrically with a spectral ellipsometer. After the actual values have been measured, the comparison is made in accordance with point b). If the actual values of the layer thickness of deposited
  • the substrate can be further treated, optionally in or outside the
  • a further embodiment of the method is characterized in that the parameters of the power supply are an electrical current, an electrical voltage, an electrical power and / or a plasma impedance.
  • the parameters of the power supply are an electrical current, an electrical voltage, an electrical power and / or a plasma impedance.
  • an electrical current, an electrical voltage, a plasma impedance and / or an electric power are changed or modulated as a function of the position of the substrate.
  • a further embodiment of the method is characterized in that the parameters of the gas supply to the plasma device are a working gas flow and / or a reactive gas flow into the plasma device or into a space between
  • Plasma device and substrate acts.
  • Plasma device is designed as a sputtering source with one or more sputtering cathodes (sputtering targets) or has such a sputtering source and the deposition takes place as sputtering.
  • the sputter source can be controlled.
  • the sputtering source can be operated in particular, as known per se, in the metallic or in the reactive mode or by a commutation of the reactive discharge between the metallic mode and the reactive mode.
  • the sputter source can also be actively regulated.
  • an electric power of the sputtering cathode or the sputtering cathodes, and thus the deposition rate, is changed or modulated depending on the position of the substrate.
  • the electrical power is modulated according to a triangular profile, a rectangular profile, a sine profile, a Sin 2 profile or a pulse profile. It is understood that these profiles are also used in other plasma devices as sputtering sources for
  • Power modulation can be used.
  • Another embodiment of the method is characterized in that the deposition takes place by means of a plasma device which is designed as a targetless plasma source or has such a plasma source.
  • Another embodiment of the method is characterized by deposition by means of a sputtering source and additional plasma treatment of the substrate, as is known per se from EP 1 592 821 A2.
  • the sputtering source can also be operated in the metallic mode or in the reactive mode.
  • the use of the method is particularly advantageous for deposition by means of a sputtering source and an additional plasma treatment of the substrate, since the additional plasma treatment can greatly influence the plasma conditions, in particular the electrical potentials during the deposition process.
  • Another embodiment of the method is characterized by moving the substrate along a linear curve, such as in an in-line system.
  • a linear curve such as in an in-line system.
  • a trained as a circle or arc curve This can be done for example by means of a turntable or cylinder system.
  • Another embodiment of the method is characterized by moving the substrate along a curve that is equidistant from the plasma device.
  • Another embodiment of the method is characterized by moving the substrate along a curve which is non-equidistant with respect to the plasma device,
  • Another embodiment of the method is characterized by the use of a disc-shaped substrate.
  • Another embodiment of the method is characterized by using a disc-shaped substrate having a largest linear dimension or a largest one Diameter smaller than a coating window of the plasma device.
  • Coating window is here referred to a spaced-apart from the plasma device surface on the at not relatively moving relative to the plasma device substrate
  • Coating material is deposited.
  • Coating material can be used on a substrate for which the actual values of a layer thickness have been determined, but that also the deposition of
  • Coating material on some or all of the other substrates can be done with the set parameters of the plasma device.
  • Layer thickness profiles are coated with the same parameters of the plasma device when they are located at equivalent positions of the moving device.
  • the set parameters can then be saved as a process profile.
  • a coating system provided with a plasma-coated surface of a dielectric coating material substrates provided in a vacuum chamber by a coating system, wherein the coating plant has a powered with an alternating current plasma device.
  • Controlling the moving means wherein the plasma source or the substrate by means of the controlled moving means based on the as operating configuration associated stored process profile is moved along a contour of the surface relative to the surface of the substrate,
  • Control module based on the surface classification and a
  • Plasma source parameter profile of the process profile that characterizes the correlation between the surface classification and the plasma source control signal
  • a vacuum chamber having an alternating current operated plasma device comprising moving means for moving a substrate relative to the plasma device along a curve, wherein by means of the plasma means depositing coating material on a surface of the substrate in a coating area along one on the surface of the substrate lying trajectory is characterized by a control module that is designed and set up for a1) determining actual values of a layer thickness of deposited
  • the device has the corresponding advantages of the method according to the invention.
  • Figure 1 is a sketch of a preferred apparatus for sputter coating of substrates
  • FIG. 2 shows a block diagram of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 4 shows position-dependent power modulation for compensating the
  • Figure 1 shows a schematic representation of a preferred device 1 for
  • the device 1 is arranged in a vacuum chamber, not shown.
  • the device 1 comprises a process module 25 with an alternating-current-operated plasma device, which is designed as a sputtering source 31, and with a plasma source 32.
  • the device 1 further comprises an optional
  • the turntable device 20 can receive a plurality of substrates which are moved about the axis Z.
  • the substrates 10 may, for example, be accommodated in suitable openings of an annular substrate turntable 21.
  • the substrate turntable 21 can be loaded or unloaded via a lock 28 with substrates.
  • a heating device 27 the substrates can be heated, wherein the heating device 27 is preferably designed as a radiant heater with quartz heaters.
  • the substrates can be heated to several 100 °, for example to 250 ° C.
  • the movement device 20 can preferably be operated at an adjustable speed of the turntable 21 between 1 and 500 rpm. Instead of a planar one
  • Movement device can also be a known per se drum-shaped device for moving the or the substrates are used.
  • the sputtering source and the plasma source are associated with a peripheral surface area of the drum.
  • a movement device for moving a substrate along a linear curve can also be provided.
  • the sputtering source 31 is preferably a magnetron source, more preferably a
  • the (not shown) power supply of the sputtering source 31 is preferably a medium frequency (MF) - or radio frequency (RF) - or a DC pulse - supply unit, via a
  • Matching network are coupled to the sputtering cathodes.
  • Voltage ranges of the sputtering cathodes used are 400-800 V.
  • a 13.56 MHz RF sputtering source and / or a 40KHz MF source is employed.
  • Preferred is a power output to the sputtering cathodes in the range between 500W and 20kW.
  • the Power scales with the area of the cathode up to a maximum value of about
  • the sputtering source 31 can be operated in a known metallic mode, a reactive mode or in transition mode.
  • Preferred sputtering materials are metals and their oxides and nitrides such as Al, Mg, Zr, Hf, Ta as well as semiconductors such as Si and their oxides and nitrides.
  • the plasma source 32 generates a plasma containing excited ions and radicals of a residual gas.
  • the residual gas includes an inert gas such as argon and optionally one or more reactive ingredients such as oxygen or nitrogen.
  • the plasma modifies the layers of coating material deposited on the substrate by the sputtering source 31.
  • the plasma source 31 may be, for example, a DC, RF, or DC pulse or DC + RF plasma source device.
  • the ion energy of the plasma produced by means of the plasma source 32 is adjustable, preferably in a range between 10 EV 200 EV or even 400 EV.
  • an ECWR plasma source is used, in which the energy of the plasma particles can be set largely independently of the plasma density in the plasma source.
  • sputter sources and / or plasma sources are provided in the vacuum chamber.
  • optical measuring device arranged for optical monitoring, by means of which the optical properties of the deposited coating material can be determined.
  • transmission and / or reflection are preferred
  • the optical measuring device is a layer thickness measuring device, particularly preferably a spectrophotometer, ellipsometer or a spectral ellipsometer, with which actual values of the layer thickness in situ can be determined selectively or along a trajectory.
  • the substrate 10 is removed from the turntable device 20 under the
  • Sputtering source 31 moves, wherein coating material is deposited in a coating area along a lying on the surface 1 1 trajectory.
  • the coating window has a larger area than the substrate. It is understood that the invention can also be used with substrates in which the substrate has the same or larger area than the coating window.
  • the substrate is moved on in a circular fashion by the turntable device 20 and reaches the plasma source 32 at a certain point in time, wherein an additional plasma treatment can take place.
  • a further oxidation of the deposited coating material can take place, as described in detail in the Applicant's EP 1 198 607 B1. Subsequently, a further deposition of coating material by means of the sputtering source 31 can take place.
  • FIG. 2 shows a device for carrying out the method according to the invention with a plasma device 150, a movement device 160 and a control module 140.
  • the plasma device 150 and the movement device 160 can, as in the
  • the control module 140 includes a computing module 141 and a computing module 141 .
  • the device further comprises a layer thickness measuring device 110, a presetting device 120 and a comparison device 130.
  • Vacuum chamber configured and designed device shown, wherein a determination of actual values of a layer thickness of deposited coating material on at least parts of a trajectory 105 in a removed from the vacuum chamber substrate 100 takes place.
  • the trajectory is usually curved in accordance with the orbital motion of the substrate.
  • the determined measured values are supplied to the comparison device 130 and compared with the desired values stored in the default device 120 and made available to the comparison device 130.
  • the comparing means 130 supplies a comparison result between the actual values and the target values to the control module 140.
  • a position sensor 155 may detect a position of a substrate.
  • an edge of a substrate can also be detected, with the knowledge of a speed of the substrate, in particular of the rotational speed of a turntable, allowing precise determination of the position of the substrate to be carried out by the control module 140.
  • the calculation module 141 of the control module 140 determines parameters of the plasma device 150 in order to change the amount of coating material deposited per unit time such that the actual values of the layer thickness of deposited coating material deviate less than a predetermined difference from the desired values. This can be done by assigning the actual values and the desired values to specific locations on the trajectory 105. In an installation, as in the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the calculation module 141 of the control module 140 determines parameters of the plasma device 150 in order to change the amount of coating material deposited per unit time depending on the position of the substrate such that the actual values of the layer thickness of the deposited coating material are less than the predetermined difference from the target value. Values differ, it being understood that a certain coating time or at a
  • Turntable device is associated with a certain number of coating passes of the substrate.
  • the control module 140 then adjusts the parameters of the plasma device by means of the adjustment module 142 to the values which are determined by means of the calculation module 141.
  • the substrate is brought back into the vacuum chamber and moved with the movement device 160, deposition of coating material taking place by means of the plasma device 150 with the set parameters.
  • the power supplied by a power supply is modulated by the control device 140 as a function of the position of the substrate, wherein it is preferred in a sputtering device if the sputtering power is modulated according to a triangular profile, a rectangular profile, a sinusoidal profile, a sin 2 profile or a pulse profile.
  • substrates can be identical Diameter, same substrate thickness and the same material with the same parameters of the plasma device are coated.
  • the process can be carried out if the determination of the actual values of the deposited coating material takes place in situ in the vacuum chamber, wherein, of course, the removal of the substrate when determining the actual values is omitted.
  • selectable process profile by means of a memory module of the control module 140.
  • one of the provided process profiles is selected by means of a
  • Input unit of the control module 140 wherein the selected process profile is assigned to the control module 140 as an operating configuration. Then, the movement means 160 is moved in accordance with the associated stored process profile along a contour 105 of the surface relative to the surface 101 of the substrate 100.
  • measuring parameters are acquired at at least one measuring point of the contour 105 on the surface 101 of the substrate 100 by means of a measuring sensor of the system.
  • the material characteristic parameters determined by the sensor are quantified by the control module 140 on the basis of predefined ones
  • Material characteristic parameter ranges based on the material characteristic parameters.
  • a plasma source control signal is generated by a computing module of the control module 140 based on the surface classification and a
  • Plasma source parameter profile of the process profile which characterizes the correlation between the surface classification and the plasma source control signal.
  • the plasma source is controlled by means of the plasma source control signal
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, wherein in a sputter-up configuration a dual magnetron 180 is shown, which is arranged underneath a substrate plate 190 of a movement device which is not otherwise shown in any more detail.
  • an inert gas container 220 for example argon
  • a reactive gas container 230 for example oxygen
  • an inert gas or a reactive gas can be introduced into the interior of the vacuum chamber 170 via gas inlets 210 and 21 1.
  • An inert gas and reactive gas flow may depend on measured values of a sensor 200, for example a
  • Lambda probe whose signal is evaluated by a sensor evaluation device 202 and a control or regulating device 240 is supplied, are set. It is understood that the vacuum chamber 170 also has pumping means, which are not shown for simplicity.
  • the magnetron 180 is connected to a power supply 170 via an unrepresented matching network.
  • Substrate support plate 190 attached, but not shown, substrate are determined.
  • the position sensor 250 may detect a peripheral edge of a substrate. If the rotational speed of the turntable is known, an accurate position determination of the substrate by the control module 140 can be carried out on this basis.
  • the embodiment further includes, but not shown in Figure 3, components for determining the actual values and target values of deposited coating material on the substrate or substrates and a comparison device for comparing the actual values with the desired values on at least parts of the Surface of the substrate lying trajectory.
  • the power supplied by the generator 170 to the dual magnetron 180 is preferably modulated by the control device 140 as a function of the position of the substrate.
  • the magnetron sputtering source 180 can be controlled via the control device 240 or regulated using measured values of the sensor 200.
  • FIG. 4 shows plots of measurement results of layer thickness distributions of deposited coating material on circular planar substrates by means of a device as shown in FIG. 1, the ordinate indicating the layer thickness with respect to an arbitrary value 100 and the abscissa indicating the position on a trajectory on the surface is indicated by a diameter of the circular substrate.
  • Zero point corresponds to the center of the circular substrate.
  • the areas to the left and right of the zero point correspond to positions on a trajectory in the direction of movement of the substrate.
  • the layer thickness measurements were ex situ.
  • the curves show results of layer thickness measurement of silicon dioxide deposited by controlled RF sputtering.
  • the curve labeled 400 corresponds to a deposition with a constant sputtering power of 10,000W.
  • the curve 400 shows a maximum of the layer thickness in the region of the center of the substrate for the deposited layer with a decrease to the edges left and right by more than 2%.
  • the curve 401 shows measured values for SiO 2 deposited according to the method according to the invention, wherein a modulation of the sputtering power, which is dependent on the position of the substrate below the center of the sputtering source, was used. It was the of the
  • Modulation of the sputtering power according to the invention resulted in an increased coating rate in the edge regions with which the reduced coating thickness otherwise occurring in the edge regions was compensated.
  • FIG. 5 shows a representation of the sputtering power used in the deposition of FIG. 4 as a function of a position on a trajectory on the surface of the substrate, the zero point corresponding to the zero point in FIG.
  • the substrate is moved through the deposit under the sputtering source.
  • a certain position on the abscissa in Figure 5 thus corresponds to a time at which the center of the sputtering source is above the position in question.
  • the curve labeled 500 corresponds to a constant sputtering performance, as is common in the prior art.
  • the curve 501 corresponds to the

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Substraten mit einer plasmabeschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer Vakuumkammer, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung aufweist, mit Bewegen eines Substrats relativ zu der Plasmaeinrichtung mittels einer Bewegungseinrichtung entlang einer Kurve, Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung. Dabei ist vorgesehen a) Ermitteln von Ist-Werten einer Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial auf zumindest Teilen der Trajektorie in Bewegungsrichtung des Substrats, b) Vergleichen der Ist-Werte mit Soll-Werten der Schichtdicke auf den zumindest Teilen der Trajektorie, c) Ermitteln von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Position des Substrats, derart, dass die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen und d) Einstellen von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial gemäß Punkt c) e) Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Plasmaeinrichtung mit den in Punkt d) eingestellten Parametern. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Substraten (10, 100) mit einer plasma-beschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer Vakuumkammer, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung (31,32, 150, 180) aufweist, mit einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Substrats (10, 100) relativ zu der Plasmaeinrichtung (31, 32, 150, 180) entlang einer Kurve, wobei mittels der Plasmaeinrichtung (31, 32, 150, 180) ein Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche (11, 101) des Substrats (10, 100) in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden (12, 105) Trajektorie erfolgt, mit einem ein Steuermodul (140), das ausgelegt und eingerichtet ist zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON BESCHICHTETEN SUBSTRATEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Substraten mit einer plasmabeschichteten Oberfläche sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Zur Herstellung von Substraten mit einer plasma-beschichteten dielektrischen Oberfläche sind verschiedene Verfahren aus dem Bereich physikalischer und chemischer Ablagerungstechniken bekannt, bei denen Beschichtungsmaterial aus einem Plasma auf einer Oberfläche des Substrats abgelagert wird, wobei die Ablagerungstechniken jeweils abhängig von dem gewählten Materialsystem und zum Erreichen gewünschter Eigenschaften der beschichteten Oberfläche eingesetzt werden.
Als Kathodenzerstäubung (Sputtern) wird nachfolgend die teilchenbeschussinduzierte
Auslösung von Atomen und Molekülen aus einer Festkörperoberfläche bezeichnet, bei der in einem Vakuum durch Einwirken eines elektrischen Feldes ein Plasma gezündet wird, aus dem Ionen auf ein Target beschleunigt werden, wobei diese Ionen Atome aus dem Target heraus schlagen, welche sich sodann auf den Wänden der Vakuumkammer und auf einem zum Target beabstandeten Substrat niederschlagen. Dabei herrscht ein Restgasdruck, üblicherweise überwiegend eines Inertgases wie etwa Argon, welches keine störenden Einflüsse auf die sich auf dem Substrat bildende Schicht zeigt. Zur Steigerung der lonenstromdichte werden häufig Magnetronanordnungen verwendet. Ein Erhitzen der Materialquelle ist dabei nicht notwendig, vielmehr wird das Target üblicherweise bei der Durchführung des Prozesses gekühlt.
Zur Abscheidung von Verbindungen wie Nitriden, Carbiden oder Oxiden oder dergleichen können dem Sputtergas (Restgas) zusätzlich Reaktivgase beigemischt sein. Zur Herstellung von isolierenden Schichten, wie z.B. Si02, Al203 und dergleichen sind dabei Verfahren entwickelt worden, bei denen mittels zwei Magnetron-Sputterkathoden, die von einer
Wechselstromquelle gespeist werden, zwei Targets alternierend eingesetzt werden. Die Polaritäten der Targetpotentiale ändern sich üblicherweise im KHz Bereich, d.h. jede Elektrode ist abwechselnd Kathode und Anode. Dies führt zu einem definierten Ladungstransport zwischen Kathode und Anode ohne hemmenden Einfluss einer Oxidschicht an den
Targetoberflächen, im Gegensatz zum störenden Effekt der sogenannten "disappearing anode" bei einem reaktiven DC-Magnetron-Sputtering-Prozess. Für einen effizienten Betrieb wird dabei üblicherweise im sogenannten Übergangsbereich (transition mode) gearbeitet, da ansonsten die Oxidbildung an der Targetoberfläche schneller als die Abtragrate ist.
Zur Erzeugung eines Plasma - oder lonenstrahl sind ferner in einem Frequenzbereich zwischen 1 MHz und 100 MHz angeregte targetlose Plasmaquellen bekannt, die gitterlos sein oder einen durch ein Gitter abgeschlossenen Plasmaraum aufweisen können, wobei auch bei diesen Plasmaquellen üblicherweise das Plasma von einem Magnetfeld beaufschlagt wird.
Aus der DE 694 210 33 T2 ist beispielsweise eine im Radiofrequenzbereich (RF) betriebene induktive Plasmaquelle bekannt, bei der bei einer reduzierten Anzahl von Systemkomponenten die Plasmadichte durch außerhalb einer Vakuumkammer angeordnete Permanent-Magnete erhöht wird. Aus der DE 100 084 82 A1 ist eine in einem Hochfrequenz (HF) Bereich betriebene Plasmaquelle mit einer Magnetfeldspulenanordnung und einer Einheit zur Extraktion eines Plasmastrahls bekannt, wobei einer Anregungselektrode ein transversales Magnetfeld überlagert ist, und zur Erzeugung eines transversalen Magnetfeldes Magnetfeldspulen um ein Plasmavolumen herum angeordnet sind. Dabei kann zwischen kapazitiver und induktiver Plasmaanregung gewählt werden, wobei die Ionen- Energie bei einem Bereich von 10 eV bis etwa 1000 eV eingestellt werden kann.
Eine kapazitiv gekoppelte Plasmaquelle ist aus der EP 0 349 556 B1 bekannt, wonach ein Plasmastrahl beispielsweise zur Abtragung und Strukturierung von Festkörperoberflächen, zur Herstellen von Oberflächen-Dotierungen durch Teilchenbeschuss oder zum Erzeugen von Oberflächenschichten extrahiert werden kann.
Aus der WO 2005/008717 ist eine kapazitiv angeregte HF- Plasmaquelle zur Erzeugung eines durch Magnetfelder geformten Plasmastrahls bekannt, bei dem durch ein homogenes
Magnetfeld eine lokale Erhöhung der Plasmadichte und damit ein Betrieb der Quelle bei relativ niedrigen Plasmadrücken ermöglicht wird, wobei zur Erzeugung des Magnetfelds
beispielsweise Permanent-Magnete vorgesehen sind.
Ferner sind Vorrichtungen bekannt, die eine Kombination einer Sputtereinrichtung mit einer targetlosen Plasmaquelle, beispielsweise eine der oben beschriebenen Plasmaquellen, aufweisen.
Aus der EP 0 516 436 B1 ist eine Kombination einer Magnetron-Sputtervorrichtung mit einer sekundären Plasmaeinrichtung zur reaktiven Abscheidung eines Materials auf einem Substrat. Die Sputtereinrichtung und die sekundäre Plasmaeinrichtung bilden jeweils Sputter- und Aktivierungszonen, die atmosphärisch und physikalisch benachbart sind. Durch das
Zusammenbringen der Sputter- und Aktivierungszone werden die Plasmen beider Zonen zu einem einzigen kontinuierlichen Plasma vermischt.
Aus der EP 0 716 160 B1 ist eine Beschichtungsvorrichtung mit einer Sputtervorrichtung und mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas von Ionen mit niedriger Energie bekannt. Die Sputter- und Plasmavorrichtungen können selektiv betrieben werden, so dass eine
Kompositschicht gebildet wird, die mindestens mehrere Schichten aufweist. Die
Zusammensetzung einer jeden Schicht kann aus mindestens einer der folgenden Materialien ausgewählt sein: ein erstes Metall, ein zweites Metall, ein Oxid des ersten Metalls, ein Oxid des zweiten Metalls, Mischungen des ersten und zweiten Metalls und Oxide von Mischungen des ersten und zweiten Metalls.
Aus der EP 1 592 821 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung von sehr verlustarmen optischen Schichten auf einem bewegbaren Substrat in einer Vakuumkammer mit einem Restgas mittels einer Sputtereinrichtung bekannt. Dabei ist eine derartige Schicht aus zumindest zwei
Konstituenten gebildet, wobei zumindest ein erster Konstituent ein Sputtermaterial der
Sputtereinrichtung und zumindest ein zweiter Konstituent eine Reaktivkomponente des Restgases ist. Dabei ist vorgesehen, dass eine reaktive Abscheidung einer Schicht mit einem vorgegebenen stöchiometrischen Defizit des reaktiven Bestandteils in einem räumlichen Bereich der Sputtereinrichtung auf dem Substrat, eine Bewegung des Substrats mit der abgeschiedenen Schicht in einen räumlichen Bereich einer Plasmaquelle, die in einem vorgegebenenAbstand von der Sputtereinrichtung in der Vakuumkammer angeordnet ist und eine präzise Modifizierung der Struktur und/oder Stöchiometrie der Schicht durch nachfolgende Plasmaeinwirkung der Plasmaquelle zur Verringerung eines optischen Verlustes der Schicht erfolgt. Eine gewünschte Schichtdicke der abgelagerten Schicht kann über eine
Beschichtungszeit eingestellt werden, beispielsweise auch in situ unter Verwendung einer optischen Schichtdickenmessung durch einen optischen Monitor.
Bei vielen Anwendungen von Besch ichtungsverf ah ren sind eine vorgegebene Gleichmäßigkeit der abgeschiedenen Schichten hinsichtlich ihrer optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften sowie eine hohe Reproduzierbarkeit eines eingefahrenen
Beschichtungsprozesses und damit entsprechende Kontrollverfahren von Bedeutung.
Bei der Beschichtung von bewegten Substraten werden zur Kontrolle von
Schichtdickenabweichungen senkrecht zur Bewegungsrichtung häufig Aperturblenden eingesetzt, wie beispielsweise in der Druckschrift Vakuumbeschichtung (Herausgeber Gerhard Kienel, Springer Verlag 1995) beschrieben ist. Aus der DE 27 00 979 A ist ein Verfahren bekannt, eine Aufdampfrate und/oder der Zusammensetzung des aufzudampfenden Materials während eines Aufdampfprozesses im Vakuum zu regeln, bei dem ein Anteil des aufzudampfenden Materials eine Messzone durchströmt, in der das aufzudampfende Material einer Strahlung ausgesetzt wird, wobei die Art der Strahlung so gewählt wird, dass die Elektronen von zumindest einem Teil der die Messzone
durchströmenden Atome des aufzudampfenden Materials auf ein höheres Energieniveau gehoben werden, und dass die beim Rück-Übergang in den niedrigen Energiezustand entstehenden Photonen als Maß für die Aufdampfrate bzw. als Informationssignal für die Zusammensetzung des aufzudampfenden Materials registriert werden.
Um einen stabilen Sputterprozess an einem gewünschten Arbeitspunkt zu gewährleisten, können bei konstantem Gaseinlass Strom-, Spannungs- und die Leistungsregelungen eingesetzt werden, wie beispielsweise in der EP 0 795 623 A1 . Ferner ist aus der DD 271 827 13 bekannt, die Regelung des Gaseinlasses bei konstanter Leistungseinspeisung mit Hilfe eines Plasma-Emission-Monitors durchzuführen. Ferner ist ein reaktives Zerstäubungsverfahren aus der WO 01/73151 A1 bekannt, wobei der Sauerstoffpartialdruck im Sputtergas beim
Sputtern des Oxids mittels einer Lambda-Sonde geregelt wird.
Aus der US 5,225,057 ist ein Beschichtungsverfahren zur Bildung eines dünnen Films auf einem Substrat mit einem zylindrischen Sputtersystem mit einer Sputter-Zone zur Abscheidung einer metallischen Schicht sowie einer von der Sputter-Zone getrennten Plasma-Zone einer Plasmaquelle zur anschließenden Oxidation der metallischen Schicht bekannt. Aufgrund einer nicht äquidistanten Bewegung des Substrats relativ zur Sputterquelle tritt bei mit diesem
Sputtersystem hergestellten Schichten eine parabolische Schichtdickenverteilung auf, die als Sehneneffekt bezeichnet wird. Zur Kompensation dieser Schichtdickenverteilung und zur Herstellung von uniformen Schichten wird vorgeschlagen, die Sputterleistung bei der
Abscheidung der metallischen Schicht entsprechend einem vorgegebenen Profil in
Abhängigkeit von der Position des Substrats relativ zur Sputterquelle zu modulieren. Eine Regelung des Sputtersystems oder der Schichtdickenverteilung wird nicht erwähnt.
Aus der EP 1 198 607 B1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Werkstücken bekannt mit dem der Sehneneffekt kompensiert werden soll. Dabei werden die Werkstücke zur reaktiven Vakuumbehandlung durch eine Behandlungsatmosphäre in einem Behandlungsbereich durchbewegt. Die Behandlungsatmosphäre wird im Behandlungsbereich geregelt, wobei mit einem Sensor die im Behandlungsbereich momentan vorherrschende Behandlungsatmosphäre erfasst wird und in Funktion der Werkstücksposition die Behandlungsatmosphäre mit einem vorgegebenen Profil moduliert wird. Das Modulieren erfolgt durch Änderung des Soll-Wertes der Regelung oder in einem Frequenzbereich, welcher über der oberen Grenzfrequenz des geschlossenen Kreises der Regelung liegt. Mit diesem Verfahren soll für in der
Behandlungsatmosphäre bewegte Werkstücke unabhängig von deren Bewegungsbahn und - Ausrichtung gezielt eine erwünschte Schichtdickenverteilung realisiert werden. Außerdem wird vorgeschlagen, dass in einer Modulationseinheit eine, vorzugsweise zwei oder mehr
Modulationskurvenformen vorabgespeichert und mittels einer Selektionseinheit für den jeweiligen Bearbeitungsprozess selektiv aktiviert werden. Mit den vorabgelegten, verschiedenen Modulationskurvenformen können unterschiedliche Substratbehandlungen an derselben Anlage berücksichtigt werden.
Auch bei diesem bekannten Verfahren wird eine Regelung der Schichtdickenverteilung nicht vorgeschlagen oder diskutiert, sondern die Schichtdickenverteilung gesteuert eingestellt.
Aus der EP 1 552 544 B1 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung magnetron- sputterbeschichteter Substrate bekannt, bei dem an einer Magnetronquelle mit Sputterfläche ein Magnetron-Magnetfeld-Muster entlang der Sputterfläche zyklisch bewegt wird, das Substrat beabstandet von und über der Sputterfläche bewegt wird, wobei man mit der zyklischen
Bewegung des Magnetfeldmusters phasenverriegelt die pro Zeiteinheit auf das Substrat abgelegte Materialmenge zyklisch ändert. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass man die momentan am Substrat abgelegte Materialmengenverteilung als gemessene Regelgröße misst, mit einer Soll-Verteilung vergleicht und nach Maßgabe des Vergleichsresultates als
Regeldifferenz den Verlauf der phasenverriegelten zyklischen Veränderung als Stellgröße in einem Regelkreis für die erwähnte Verteilung stellt. Bei diesem Verfahren wird davon ausgegangen, dass grundsätzlich bei einer zweidimensionalen oder 3 dimensionalen zyklischen Bewegung des Magnetron-Magnetfeld-Musters diejenige Bewegungskomponente maßgeblich ist, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats ist. Mit dem bekannten Verfahren soll insbesondere erreicht werden, dass man auf Aperturblenden verzichten kann.
Der bekannte Stand der Technik zielt lediglich darauf ab, Schichtdickenverteilungen, die auf Grund des Sehneneffekts oder von mechanischen Ungenauigkeiten der Anlagen von gewünschten Verteilungen abweichen, zu kompensieren. Abweichungen von einer
vorgegebenen Schichtdickenverteilung die durch die individuellen Plasmabedingungen des Ablagerungsprozesses sowie durch die variierende Dicke und variierenden dielektrischen Eigenschaften der abgelagerten dielektrischen Schicht selbst bedingt sind, werden nicht berücksichtigt.
Das Dokument DE 10 2013 101 269 A1 beschreibt wie beim Magnetron-Sputtern eine Messung von Schichteigenschaften vorgenommen werden kann, wobei Transmissions-, Reflexions- und/oder Schichtwiderstandsmessungen auf bestimmten Messpuren auf dem Substrat durchgeführt werden. Die entsprechende Vorrichtung umfasst sogenannte Gaskanalsegmente mit jeweils eigenem Gaseinlass zur getrennten Beschichtung von Bereichen der Substrate. In Absatz [0022] dieses Dokuments wird folgendes ausgeführt: Dabei kann der Nutzer an jedem Ort, an dem Einfluss auf die Schichteigenschaften durch Änderung der Prozessgasmenge und - Zusammensetzung genommen werden kann, eine Analyse der Schicht durchführen. Dabei ist ein Ort der in dem Dokument beschriebenen Anordnung gemeint und nicht ein Ort auf dem Substrat.
Das Dokument DE 102 34 855 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Einstellung einer vorgegebenen Schichtdickenverteilung mittels einer Beschichtungsquelle, bei der eine Durchtrittöffnung für den Dampf zwischen der Beschichtungsquelle und den Substraten durch mindestens zwei zur Transportrichtung des Substrate bewegliche Teilblenden begrenzt wird. Konstruktionsbedingt kann mit dieser Einrichtung keine Schichtdickenverteilung in Bewegungsrichtung eines zu beschichtenden Substrates eingestellt werden. Es heißt
Entsprechend in Absatz [010] dieses Dokuments: Auf diese Weise kann die erreichbare Schichtdickenverteilung sehr feinstufig mit hoher örtlicher Auflösung quer zur Bewegungsrichtung der Substrate eingestellt werden.
Untersuchungen der Anmelderin zur Schichtdickenverteilung bei dielektrischen Schichten, die mittels einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung abgelagert wurden, haben in Bewegungsrichtung des Substrats Abweichungen von einer bei konstanter Kathodenleistung zu erwartenden Schichtdickenverteilung gezeigt, insbesondere einen Schichtdickenrandabfall, der nicht auf einen Sehneneffekt oder auf mechanische Ungenauigkeiten der Anlage
zurückzuführen ist, sondern durch die spezifischen Plasmabedingungen des
Ablagerungsprozesses, wie beispielsweise dem elektrischen Feld der Plasmarandschicht, bedingt sind. Dabei wurde auch festgestellt, dass die beobachtete Schichtdickenverteilung unter anderem abhängig ist von Strukturen der Substrathalterung, beispielsweise Größe und Position von Öffnungen, in denen die Substrate untergebracht sind, dem Material des Substrats und der Substrathalterung, der Geschwindigkeit mit der die Substrate bewegt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche eines Substrats mit einer geringen
Abweichung von einer vorgegebenen Schichtdickenverteilung in Bewegungsrichtung des Substrats abgelagert werden kann, wobei auch Abweichungen die durch die individuellen Plasmabedingungen des Ablagerungsprozesses berücksichtigt und kompensiert werden können. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Substraten mit einer plasmabeschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer
Vakuumkammer, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung aufweist, mit
Bewegen eines Substrats relativ zu der Plasmaeinrichtung mittels einer Bewegungseinrichtung entlang einer Kurve,
Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem
Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung, zeichnet sich aus durch a) Ermitteln von Ist-Werten einer Schichtdicke von abgelagertem
Beschichtungsmaterial auf zumindest Teilen der Trajektorie in Bewegungsrichtung des Substrats b) Vergleichen der Ist-Werte mit Soll- Werten der Schichtdicke auf den zumindest Teilen der Trajektorie c) Ermitteln von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Position des Substrats, derart, dass die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen und d) Einstellen von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial gemäß Punkt c) e) Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Plasmaeinrichtung mit den in Punkt d) eingestellten Parametern.
Bei dem Verfahren erfolgt ein Bewegen eines Substrats relativ zu der Plasmaeinrichtung mittels einer Bewegungseinrichtung entlang einer Kurve. Mittels der Plasmaeinrichtung wird
Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie abgelagert. Vorzugsweise wird hier als Trajektorie die Bahn oder der Bewegungspfad des Beschichtungsbereichs beim Bewegen des Substrats relativ zu der Plasmaeinrichtung verstanden.
Der Beschichtungsbereich wird festgelegt durch das Beschichtungsfenster der
Plasmaeinrichtung. Als Beschichtungsfenster wird hier eine von der Plasmaeinrichtung beabstandete Fläche bezeichnet, auf der bei relativ zum Plasmaeinrichtung nicht bewegtem Substrat Beschichtungsmaterial abgelagert wird.
Nach einer gewissen Beschichtungszeit bzw. bei einer Drehtellereinrichtung einer gewissen Anzahl von Beschichtungsdurchläufen des Substrats weichen die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll- Werten der Schichtdicke ab. Zusätzliches Beschichtungsmaterial wird also in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Werten der Schichtdicke und den Soll- Werten abgelagert.
Vorzugsweise werden Soll-Werte gewählt, die einer gleichmäßigen Schichtdicke entsprechen. Allerdings versteht es sich, dass auch Gradientenschichtverteilungen mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können.
Die Plasmaeinrichtung kann eine an sich bekannte Aperturblende aufweisen, um zusätzlich eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats zu erreichen. Mit einer derartigen Aperturblende lässt sich jedoch nicht die Schichtdickenverteilung in Bewegungsrichtung des Substrats korrigieren.
Aus der Druckschrift„The origins of self-bias on dielectric Substrats in RF plasma processing, surface and coatings technology" 200 (2006) 3670-3674 (Y. Yin et al.) ist bekannt, dass bei dielektrischen Schichten der schichtanliegende Self-Bias empfindlich von den
Plasmabedingungen des Ablagerungsprozesses abhängig ist. Beispielsweise wird der Self-Bias bei einem dielektrischen Substrat von der Substratdicke sowie von der Akkumulation von Oberflächenladungen beeinflusst, die wiederum von den Plasmabedingungen bestimmt werden. Der Self-Bias erzeugt ein Rückätzen der aufwachsenden Schicht und beeinflusst damit die Schichtdickenverteilung und andere Eigenschaften der abgelagerten Schicht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere auch möglich, Abweichungen der Schichtdicke von einer vorgegebenen Schichtdickenverteilung auf der Trajektorie in
Bewegungsrichtung des Substrats zu kompensieren, die durch die während der Bewegung des Substrats sich ändernden individuellen Plasmabedingungen des Ablagerungsprozesses sowie durch die variierende Dicke und variierenden dielektrischen Eigenschaften der abgelagerten dielektrischen Schicht selbst bedingt sind. Dies ist deswegen möglich, weil zusätzliches Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Ist-Werten der Schichtdicke und den Soll- Werten abgelagert wird, unabhängig von der Ursache der Differenz.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Ist-Werte der Schichtdicke auf zumindest Teilen einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie ständig näherungsweise gleich den Soll- Werten der Schichtdicke zu machen. Dazu werden erfindungsgemäß die Ist-Werte mit Soll- Werten der Schichtdicke verglichen und Parameter der Plasmaeinrichtung ermittelt, um die pro Zeiteinheit abgelagerte Menge von Beschichtungsmaterial (Beschichtungsrate) in Abhängigkeit von der Position des Substrats zu ändern. Der Position des Substrates entspricht dabei vorzugsweise eine Lage des Beschichtungsfensters der Plasmaeinrichtung relativ zur
Substratoberfläche.
Die Erfindung berücksichtigt insbesondere, dass bei Betrieb der Plasmaeinrichtung mit einer Plasmaanregung mit RF (13,56 MHz) sowie MF (40KHz) ein Self-Bias auf dem Substrat einsteht, der von der Geometrie und des Materials der Umgebung des Substrats sowie der elektrischen Aufladung der Umgebung und des Substrats abhängig ist.
Die Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei bewegten Substraten und konstanter Leistung einer Sputterkathode ein Schichtdickenrandabfall bei
Beschichtungsmaterial aus Elementen wie Si und AI, Mg sowie deren Oxide und Nitriden deutlich stärker ist als bei Nb, Hf und Ta und deren Oxiden und Nitriden, bei denen der Schichtdickenrandabfall unterhalb der Nachweisgrenze war.
Die Untersuchungen der Anmelderin haben ferner gezeigt, dass bei bewegten Substraten und konstanter Leistung einer Sputterkathode ein Schichtdickenrandabfall bei RF Plasmaanregung größer ist als bei MF Plasmaanregung, beispielsweise bei RF bei Si02- Schichten bei
Substraten mit einem Durchmesser von 200mm einen Schichtdickenrandabfall von 2% - im Unterschied zu einem Schichtdickenrandabfall von 0,6% bei MF.
Vorzugsweise wird die Plasmaeinrichtung mit RF oder MF betrieben bzw. wird die Ablagerung mittels eines mit RF oder MF angeregten Plasmas durchgeführt. Die Erfindung ermöglicht es, bei flachen Substraten den Schichtdickenrandabfall wesentlich zu reduzieren, beispielsweise bei Sputtern von Si02 mit einer RF-Plasmaanregung bei einem Substrat mit einem
Durchmesser von 200mm von 2% auf 0,5%.
Die Erfindung ermöglicht es demnach auf einfache Weise, den Einfluss von Geometrie und Material der Substratumgebung auf den Ablagerungsprozess zu berücksichtigen. Insbesondere kann der mechanische und elektrische Aufbau der Plasmaeinrichtung sowie auch der Vakuumkammer einfacher und kostengünstiger erfolgen, da man bei der Auslegung der Plasmaeinrichtung und/oder Vakuumeinrichtung nicht mehr darauf achten muss, welche elektrischen Potentiale sich beim Ablagerungsprozess einstellen, sondern durch Ermitteln und Einstellen von Parametern der Plasmaquelle gemäß Punkt c) und d) die pro Zeiteinheit abgelagerte Menge von Beschichtungsmaterial ändert um vorteilhaft den Einfluss von
Geometrie und Material der Substratumgebung auf den Ablagerungsprozess zu kompensieren.
Im Unterschied zu dem aus der EP 1 198 607 B1 bekannten Verfahren, wonach die
Schichtdicke gesteuert wird, wird bei der vorliegenden Erfindung, falls die ermittelten Ist-Werte der Schichtdicke nicht weniger als die vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen, die Plasmaeinrichtung derart betrieben, dass die abgelagerte Menge von
Beschichtungsmaterial geändert wird bis die Ist-Werte der Schichtdicke weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass Parameter der Stromversorgung und/oder Parameter der Gasversorgung der
Plasmaeinrichtung und/oder um Parameter der Plasmaemission der Plasmaeinrichtung gemäß Punkt d) eingestellt werden. Dabei kann die Plasmaeinrichtung gesteuert oder geregelt werden, um die Ablagerungsrate und/oder weitere Schichteigenschaften, wie beispielsweise die
Schichtdichte, Adhäsion, interner Stress, Oberflächenmorphologie oder Mikrostruktur zu beeinflussen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Ermitteln der Ist-Werte durch Messen in situ in der Vakuumkammer gemäß Punkt a). Grundsätzlich hat das Ermitteln der Ist-Werte durch Messen in-situ in der Vakuumkammer den Vorteil, dass eine Entnahme des Substrats aus der Vakuumkammer und der damit verbundene Aufwand vermieden werden kann und damit die Prozesssicherheit erhöht und die Prozesszeit vermindert werden kann.
Das Ermitteln der Ist-Werte in situ kann beispielsweise durch ein optisches Monitoring System erfolgen.
Nach der Messung der Ist-Werte erfolgt der Vergleich gemäß Punkt b). Falls die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen kann das Substrat weiterbearbeitet, insbesondere aus der Vakuumkammer entnommen werden. Andernfalls erfolgen Punkt c) und Punkt d) und ein weiteres Ablagern von Beschichtungsmaterial. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Entnehmen des
Substrats aus der Vakuumkammer vor Punkt a) und Ermitteln der Ist-Werte durch Messen ex situ außerhalb der Vakuumkammer gemäß Punkt a), womit eine größere Genauigkeit bei der Ermittlung der Ist-Werte erreicht werden kann. Die Messung der Ist-Werte erfolgt vorzugsweise spektral-ellipsometrisch mit einem Spektralellipsometer. Nach der Messung der Ist-Werte erfolgt der Vergleich gemäß Punkt b). Falls die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem
Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen kann das Substrat weiterbehandelt werden, gegebenenfalls in oder außerhalb der
Vakuumkammer. Andernfalls erfolgen Punkt c) und Punkt d) und weiteres Ablagern von
Beschichtungsmaterial auf dem wieder in die Vakuumkammer eingebrachten Substrat.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass es sich bei den Parametern der Stromversorgung um einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung, eine elektrische Leistung und/oder eine Plasmaimpedanz handelt. Erfindungsgemäß werden also ein elektrischen Strom, eine elektrische Spannung, eine Plasmaimpedanz und/oder eine elektrische Leistung in Abhängigkeit von der Position des Substrats verändert oder moduliert.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass es sich bei den Parametern der Gasversorgung der Plasmaeinrichtung um einen Arbeitsgasfluss und/oder einen Reaktivgasfluss in die Plasmaeinrichtung oder in einen Raum zwischen
Plasmaeinrichtung und Substrat handelt.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die
Plasmaeinrichtung als Sputterquelle mit einem oder mehreren Sputterkathoden (Sputtertargets) ausgebildet ist oder eine solche Sputterquelle aufweist und das Ablagern als Sputtern erfolgt. Die Sputterquelle kann gesteuert werden. Die Sputterquelle kann dabei insbesondere, wie an sich bekannt, im Metallic Mode oder im Reactive Mode betrieben werden oder durch ein Pendeln der reaktiven Entladung zwischen dem Metallic Mode und dem Reactive Mode. Die Sputterquelle kann auch aktiv geregelt werden.
Vorzugsweise wird eine elektrische Leistung der Sputterkathode oder der Sputterkathoden, und damit die Ablagerungsrate, in Abhängigkeit von der Position des Substrats geändert oder moduliert. Bevorzugt wird die elektrische Leistung entsprechend einem Dreiecksprofil, einem Rechteckprofil, einem Sinusprofil, eine Sin2profil oder einem Pulsprofil moduliert. Es versteht sich, dass diese Profile auch bei anderen Plasmaeinrichtungen als Sputterquellen zur
Leistungsmodulation verwendet werden können. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Ablagern mittels einer Plasmaeinrichtung erfolgt, die als targetlose Plasmaquelle ausgebildet ist oder eine solche Plasmaquelle aufweist.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch ein Ablagern mittels einer Sputterquelle und eine zusätzliche Plasmabehandlung des Substrats, wie an sich aus der EP 1 592 821 A2 bekannt ist. Die Sputterquelle kann dabei auch im metallischen Mode oder im Reactive Mode betrieben werden. Der Einsatz des Verfahrens ist bei Ablagern mittels einer Sputterquelle und einer zusätzliche Plasmabehandlung des Substrats besonders vorteilhaft, da die zusätzliche Plasmabehandlung die Plasmabedingungen, insbesondere die elektrischen Potentiale beim Ablagerungsprozess stark beeinflussen kann.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Bewegen des Substrats entlang einer linearen Kurve, wie beispielsweise bei einer Inline-Anlage. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Bewegen des Substrats entlang einer nichtlinearen Kurve,
insbesondere einer als Kreis oder Kreisbogen ausgebildeten Kurve vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise mittels einer Drehtelleranlage oder Zylinderanlage erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Bewegen des Substrats entlang einer Kurve, die äquidistant zur Plasmaeinrichtung verläuft.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Bewegen des Substrats entlang einer Kurve, die bezüglich der Plasmaeinrichtung nicht-äquidistant verläuft,
insbesondere konkav oder konvex ausgebildet ist und Ermitteln von Parametern der
Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von
Beschichtungsmaterial gemäß Punkt c), bis die Ist-Werte, beispielsweise auch unter Ausschluß des Sehneneffekts, weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Auswahl des
Beschichtungsmaterials aus einer Gruppe, die zumindest eines der Elemente Silizium,
Aluminium, Magnesium, Hafnium, Zirkon, Niob, Tantal, Titan, Scandium und/oder ihrer Oxide oder Nitride aufweist.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Verwendung eines scheibenförmigen Substrats.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich aus durch Verwendung eines scheibenförmigen Substrats mit einer größten linearen Abmessung oder einem größten Durchmesser kleiner als ein Beschichtungsfenster der Plasmaeinrichtung. Als
Beschichtungsfenster wird hier eine von der Plasmaeinrichtung beabstandete Fläche bezeichnet, auf der bei relativ zum Plasmaeinrichtung nicht bewegtem Substrat
Beschichtungsmaterial abgelagert wird.
Für den Fall, dass eine Mehrzahl von gleichartigen Substraten an äquivalenten Positionen von der Bewegungseinrichtung bewegt werden und ein Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der
Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung erfolgen soll, versteht es sich, dass die ermittelten Parameter nicht nur für das Ablagern von
Beschichtungsmaterial auf einem Substrat, für die die Ist-Werte einer Schichtdicke ermittelt worden sind, verwendet werden können, sondern dass auch das Ablagern von
Beschichtungsmaterial auf einigen oder sämtlichen der übrigen Substrate mit den eingestellten Parametern der Plasmaeinrichtung erfolgen kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können beispielsweise Substrate gleichen Durchmessers, gleicher Substratdicke und aus gleichem Material zur Herstellung von Substraten mit Schichten mit gleichen
Schichtdickenprofilen mit den gleichen Parametern der Plasmaeinrichtung beschichtet werden, wenn sie an äquivalenten Positionen der Bewegungsvorrichtung angeordnet sind. Die eingestellten Parameter können dann als Prozeßprofil gespeichert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
mit einer plasma-beschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial versehenen Substrate in einer Vakuumkammer durch eine Beschichtungsanlage vorgesehen, bei dem die Beschichtungsanlag eine mit einer mit Wechselstrom betriebene Plasmaeinrichtung aufweist.
Dabei ist vorgesehen
Bereitstellen mindestens eines selektierbaren Prozessprofils mittels eines Speichermoduls eines Steuermoduls,
Selektieren eines der bereitgestellten Prozessprofile mittels einer Eingabeeinheit des Steuermoduls, wobei das selektierte Prozessprofil dem Steuermodul als Betriebskonfiguration zugeordnet wird,
Steuern der Bewegungsmittel, wobei die Plasmaquelle oder das Substrat mittels der gesteuerten Bewegungsmittel basierend auf dem als Betriebskonfiguration zugeordnet abgespeicherten Prozessprofil entlang einer Kontur der Oberfläche relativ zur Oberfläche des Substrats bewegt wird,
Erfassen von Messparameter an wenigstens einem Messpunkt der Kontur auf der Oberfläche des Substrates mittels eines Messsensors der Anlage,
Quantifizieren der mittels des Sensor ermittelten Materialcharakteristik-Parametern durch das Steuermodul basierend auf vordefinierte Oberflächenklassifikationen, wobei vordefinierte Materialcharakteristik-Parameterbereichen jeweils einer Oberflächenklassifikation zugeordnet sind und wobei die entsprechende Quantifizierung der entsprechenden Oberflächenklassifikation durch das Triggern von Materialcharakteristik-Parameterbereichen basierend auf den
Materialcharakteristik-Parametern erfolgt,
Generieren eines Plasmaquellensteuersignals durch ein Rechenmodul des
Steuermoduls basierend auf der Oberflächenklassifikation und einem
Plasmaquellenparameterprofil des Prozessprofils, welches die Korrelation zwischen der Oberflächenklassifikation und dem Plasmaquellensteuersignals charakterisiert,
Steuern der Plasmaquelle mittels des Plasmaquellensteuersignal entsprechend der Oberflächenklassifikation und Plasmaquellenparameterprofil des Prozessprofils zum Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Substraten mit einer plasmabeschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer
Vakuumkammer, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung aufweist, mit einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Substrats relativ zu der Plasmaeinrichtung entlang einer Kurve, wobei mittels der Plasmaeinrichtung ein Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie erfolgt, zeichnet sich aus durch ein Steuermodul, das ausgelegt und eingerichtet ist zum a1 ) Ermitteln von Ist-Werten einer Schichtdicke von abgelagertem
Beschichtungsmaterial auf zumindest Teilen der Trajektorie in Bewegungsrichtung des Substrats mittels einer Schichtdickenmeßeinrichtung, b1 ) Vergleichen der Ist-Werte mit von einer Vorgabeeinrichtung zur Verfügung gestellten Soll-Werten der Schichtdicke auf den zumindest Teilen der Trajektorie mittels einer Vergleichseinrichtung, c1 ) Ermitteln von Parametern der Plasmaeinrichtung mittels eines Rechenmoduls des Steuermoduls zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von
Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Position des Substrats derart, dass die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen und d1 ) Einstellen von Parametern der Plasmaeinrichtung mittels eines Einstellungsmoduls des Steuermoduls zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial gemäß Punkt c1 ) e1 ) Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Plasmaeinrichtung mit den in Punkt d) eingestellten Parametern.
Die Vorrichtung weist die entsprechenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher beschrieben, aus dem sich auch unabhängig von der
Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
Figur 1 eine Skizze einer bevorzugten Vorrichtung zur Sputterbeschichtung von Substraten;
Figur 2 eine Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3 Schichtdickenverteilungen auf einem Substrat ohne und mit Kompensation eines
Schichtdickenrandabfalls;
Figur 4 Positionsabhängige Leistungsmodulation zur Kompensation des
Schichtdickenrandabfalls in Figur 3. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugseichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Vorrichtung 1 zur
Sputterbeschichtung von Substraten 10 in einer Sputter-Down Konfiguration mit der Möglichkeit einer zusätzlichen Plasmabehandlung der Substrate 10. Die Vorrichtung 1 ist in einer nichtdargestellten Vakuumkammer angeordnet. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Prozessmodul 25 mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung, die als Sputterquelle 31 ausgebildet ist, sowie mit einer Plasmaquelle 32. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine optionale
Abdeckung 26 und eine Bewegungseinrichtung, die als unter der Abdeckung 26 angeordnete Drehtellereinrichtung 20 ausgebildet ist zum Bewegen des Substrates 10 relativ zu der
Plasmaeinrichtung 31 entlang eines Kreisbogens. Die Drehtellereinrichtung 20 kann eine Mehrzahl von Substraten aufnehmen, die um die Achse Z bewegt werden. Die Substrate 10 können beispielsweise in geeigneten Öffnungen eines kreisringförmigen Substratdrehtellers 21 untergebracht sein. Der Substratdrehteller 21 kann über eine Schleuse 28 mit Substraten beladen bzw. entladen werden. Mittels einer Heizeinrichtung 27 können die Substrate beheizt werden, wobei die Heizvorrichtung 27 vorzugsweise als Strahlungsheizung mit Quarzstrahlern ausgebildet ist. Damit können die Substrate auf mehrere 100° erhitzt werden, beispielsweise auf 250°C.
Die Bewegungseinrichtung 20 kann vorzugsweise mit einer einstellbaren Geschwindigkeit des Drehtellers 21 zwischen 1 bis 500 rpm betrieben werden. Anstelle einer planaren
Bewegungseinrichtung kann auch eine an sich bekannte trommeiförmige Einrichtung zum Bewegen des oder der Substrate eingesetzt werden. In diesem Fall sind Sputterquelle und Plasmaquelle einem peripheren Oberflächenbereich der Trommel zugeordnet.
Ferner kann auch eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Substrates entlang einer linearen Kurve vorgesehen sein.
Die Sputterquelle 31 ist vorzugsweise eine Magnetronquelle, besonders bevorzugt ein
Magnetronquellensystem mit zwei nebeneinander liegenden Magnetronanordnungen. Die (nicht dargestellte) Stromversorgung der Sputterquelle 31 ist vorzugsweise eine Mittelfrequenz (MF)- oder Radiofrequenz (RF)- oder eine DC-Puls - Versorgungseinheit, die über ein
Anpassungsnetzwerk an die Sputterkathoden angekoppelt sind. Bevorzugte
Spannungsbereiche der verwendeten Sputterkathoden sind 400-800 V. Vorzugsweise wird eine RF Sputterquelle mit 13,56 MHz und/oder eine MF-Quelle mit 40 KHz eingesetzt. Bevorzugte wird eine Leistungsabgabe an die Sputterkathoden im Bereich zwischen 500W und 20kW. Die Leistung skaliert dabei mit der Fläche der Kathode bis zu einem Maximalwert von etwa
20W/cm2.
Die Sputterquelle 31 kann in einem an sich bekannten Metallic Mode, einem Reactive Mode oder im Transition Mode betrieben werden. Bevorzugte Sputtermaterialien sind Metalle und ihre Oxide und Nitride wie AI, Mg, Zr, Hf, Ta sowie Halbleiter wie Si und ihre Oxide und Nitride.
Die Plasmaquelle 32 erzeugt ein Plasma, welches angeregte Ionen und Radikale eines Restgases. Das Restgas beinhaltet ein Inertgas, wie beispielsweise Argon sowie optional einen oder mehrere reaktive Bestandteile, wie beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff. Das Plasma wirkt modifizierend auf von der Sputterquelle 31 auf dem Substrat abgelagerte Schichten des Beschichtungsmaterials ein. Beispielsweise erfolgt mittels der Plasmaquelle 32 eine Oxidierung oder Nitridierung. Die Plasmaquelle 31 kann beispielsweise eine DC-, RF-, oder DC-Puls oder DC+HF-Plasmaquelleneinrichtung sein. Vorzugsweise ist die lonenenergie des mittels der Plasmaquelle 32 hergestellten Plasmas einstellbar, vorzugsweise auf einem Bereich zwischen 10 EV 200 EV oder auch 400 EV. Vorzugsweise wird eine ECWR-Plasmaquelle eingesetzt, bei der die Energie der Plasmateilchen weitgehend unabhängig von der Plasmadichte in der Plasmaquelle eingestellt werden kann.
In weiteren Ausführungsformen sind weitere Sputterquellen und/oder Plasmaquellen in der Vakuumkammer vorgesehen.
An einer geeigneten Position relativ zum Substratdrehteller 21 ist eine in Figur 1
nichtdargestellte optische Messeinrichtung zum optischen Monitoring angeordnet, mittels der die optischen Eigenschaften des abgelagerten Beschichtungsmaterials bestimmt werden können. Bevorzugt werden, wie an sich bekannt, Transmission und/oder Reflektion
intermittierend von mindestens einem der Substrate zur Ermittlung von optischen Eigenschaften gemessen. Vorzugsweise ist die optische Messeinrichtung eine Schichtdickenmesseinrichtung, besonders bevorzugt ein Spektralphotometer, Eilipsometer oder ein Spektralellipsometer, mit denen Ist-Werte der Schichtdicke in situ punktuell oder entlang einer Trajektorie ermittelt werden können.
Bei der Beschichtung wird das Substrat 10 von der Drehtellereinrichtung 20 unter die
Sputterquelle 31 bewegt, wobei Beschichtungsmaterial in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche 1 1 liegenden Trajektorie abgelagert wird. In der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform hat das Beschichtungsfenster eine größere Fläche als das Substrat. Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei Substraten verwendet werden kann, bei denen das Substrat gleiche oder größere Fläche aufweist als das Beschichtungsfenster. Nach dem Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Sputterquelle 31 wird das Substrat von der Drehtellereinrichtung 20 kreisförmig weiterbewegt und erreicht zu einem bestimmten Zeitpunkt die Plasmaquelle 32, wobei eine zusätzliche Plasmabehandlung erfolgen kann.
Beispielsweise kann eine weitere Oxidation des abgelagerten Beschichtungsmaterials erfolgen, wie in der EP 1 198 607 B1 der Anmelderin detailliert beschrieben ist. Nachfolgend kann eine weitere Ablagerung von Beschichtungsmaterial mittels der Sputterquelle 31 erfolgen.
Grundsätzlich ist auch vorstellbar, dass eine Ablagerung von Beschichtungsmaterial durch die Plasmaquelle 32 erfolgt.
In Figur 2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt mit einer Plasmaeinrichtung 150, einer Bewegungseinrichtung 160 und einem Steuermodul 140.
Die Plasmaeinrichtung 150 und die Bewegungseinrichtung 160 können wie in der
Ausführungsform der Figur 1 ausgebildet sein. Andere Ausführungsformen sind natürlich ebenfalls möglich. Das Steuermodul 140 umfasst ein Rechenmodul 141 und ein
Einstellungsmodul 142. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Schichtdickenmesseinrichtung 1 10, eine Vorgabeeinrichtung 120 sowie eine Vergleichseinrichtung 130.
In Figur 2 ist eine für ein Ermitteln der Ist-Werte durch Messen ex situ außerhalb der
Vakuumkammer eingerichtete und ausgelegte Vorrichtung dargestellt, wobei eine Ermittlung von Ist-Werten einer Schichtdicke von abgelagertem Beschichtungsmaterial auf zumindest Teilen einer Trajektorie 105 bei einem aus der Vakuumkammer entnommenen Substrat 100 erfolgt. Anders als in Figur 2 dargestellt ist bei einer Drehtellereinrichtung, wie in Figur 1 , üblicherweise die Trajektorie entsprechend der kreisbahnförmigen Bewegung des Substrats gekrümmt.
Die ermittelten Messwerte werden der Vergleichseinrichtung 130 zugeführt und mit den in der Vorgabeeinrichtung 120 gespeicherten und der Vergleichseinrichtung 130 zur Verfügung gestellten Soll-Werten verglichen. Die Vergleichseinrichtung 130 liefert ein Vergleichsergebnis zwischen den Ist-Werten und den Soll-Werten an das Steuermodul 140.
Ein Positionssensor 155 kann eine Position eines Substrats erfassen. Beispielsweise kann auch eine Randkante eines Substrats erfasst werden, wobei bei Kenntnis einer Geschwindigkeit des Substrats, insbesondere der Rotationsgeschwindigkeit eines Drehtellers davon ausgehend eine genaue Positionsbestimmung des Substrats von dem Steuermodul 140 vorgenommen werden kann. Das Rechenmodul 141 des Steuermoduls 140 ermittelt Parameter der Plasmaeinrichtung 150, um die pro Zeiteinheit abgelagerte Menge vom Beschichtungsmaterial derart zu ändern, dass die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagerten Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen. Dies kann dadurch geschehen, dass die Ist-Werte und die Soll-Werte bestimmten Orten auf der Trajektorie 105 zugeordnet sind. Bei einer Anlage, wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, kann die Position bei der die Ist- Werte der Schichtdicke gemessen werden, auf der dann - anders als in Figur 2 dargestellt - gekrümmten Trajektorie durch einen Drehwinkel bestimmt werden, der der Drehung des Substratträgertellers 21 um die Achse Z entspricht, während das Substrat unter der Sputterquelle 31 durchgeführt wird.
Das Rechenmodul 141 des Steuermoduls 140 ermittelt Parameter der Plasmaeinrichtung 150, um die pro Zeiteinheit abgelagerte Menge vom Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Position des Substrats zu ändern derart, dass die Ist-Werte der Schichtdicke vom abgelagerten Beschichtungsmaterial weniger als die vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen, wobei es sich versteht, dass dem eine gewisse Beschichtungszeit bzw. bei einer
Drehtellereinrichtung eine gewisse Anzahl von Beschichtungsdurchläufen des Substrats zugeordnet ist. Das Steuermodul 140 stellt dann mittels des Einstellungsmoduls 142 die Parameter der Plasmaeinrichtung auf die Werte ein, die mittels des Rechenmoduls 141 ermittelt werden.
Im einfachsten Fall wird, falls Ist- Werte und Soll-Werte mehr als die vorgegebene Differenz voneinander abweichen, das Substrat zurück in die Vakuumkammer gebracht und mit der Bewegungseinrichtung 160 bewegt, wobei ein Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Plasmaeinrichtung 150 mit den eingestellten Parametern erfolgt. Vorzugsweise wird die mittels einer Stromversorgung zugeführte Leistung von der Steuereinrichtung 140 in Abhängigkeit von der Position des Substrats moduliert, wobei bei einer Sputtereinrichtung es bevorzugt ist, wenn die Sputterleistung entsprechend einem Dreiecksprofil, einem Rechteckprofil, einem Sinusprofil, eine Sin2profil oder einem Pulsprofil moduliert wird.
Für den Fall, dass eine Mehrzahl von gleichartigen Substraten an äquivalenten Positionen von der Bewegungseinrichtung 160 bewegt werden, versteht es sich, dass die ermittelten
Parameter nicht nur für das Ablagern von Beschichtungsmaterial auf dem Substrat 100, für die die Ist-Werte einer Schichtdicke ermittelt worden sind, verwendet werden können, sondern dass auch das Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einigen oder einer oder sämtlichen der übrigen Substrate mit den eingestellten Parametern der Plasmaeinrichtung erfolgen kann. Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 können beispielsweise Substrate gleichen Durchmessers, gleicher Substratdicke und aus gleichem Material mit den gleichen Parametern der Plasmaeinrichtung beschichtet werden.
In grundsätzlich gleicher weise kann man das Verfahren ablaufen lassen, wenn die Ermittlung der Ist-Werte vom abgelagerten Beschichtungsmaterial in situ in der Vakuumkammer erfolgt, wobei selbstverständlich die Entnahme des Substrats beim Ermitteln der Ist-Werte wegfällt.
Zur weiteren Erhöhung der Produktivität erfolgt ein Bereitstellen mindestens eines
selektierbaren Prozessprofils mittels eines Speichermoduls des Steuermoduls 140.
Weiter erfolgt ein Selektieren eines der bereitgestellten Prozessprofile mittels einer
Eingabeeinheit des Steuermoduls 140, wobei das selektierte Prozessprofil dem Steuermodul 140 als Betriebskonfiguration zugeordnet wird. Dann erfolgt ein Steuern der Bewegungsmittel 160 entsprechend dem zugeordnet abgespeicherten Prozessprofil entlang einer Kontur 105 der Oberfläche relativ zur Oberfläche 101 des Substrats 100 bewegt wird.
Ferner erfolgt ein Erfassen von Messparametern an wenigstens einem Messpunkt der Kontur 105 auf der Oberfläche 101 des Substrates 100 mittels eines Messsensors der Anlage.
Ferner erfolgt Quantifizieren der mittels des Sensor ermittelten Materialcharakteristik- Parametern durch das Steuermodul 140 basierend auf vordefinierte
Oberflächenklassifikationen, wobei vordefinierte Materialcharakteristik-Parameterbereichen jeweils einer Oberflächenklassifikation zugeordnet sind und wobei die entsprechende
Quantifizierung der entsprechenden Oberflächenklassifikation durch das Triggern von
Materialcharakteristik-Parameterbereichen basierend auf den Materialcharakteristik-Parametern erfolgt.
Ferner erfolgt ein Generieren eines Plasmaquellensteuersignals durch ein Rechenmodul des Steuermoduls 140 basierend auf der Oberflächenklassifikation und einem
Plasmaquellenparameterprofil des Prozessprofils, welches die Korrelation zwischen der Oberflächenklassifikation und dem Plasmaquellensteuersignals charakterisiert.
Ferner erfolgt ein Steuern der Plasmaquelle mittels des Plasmaquellensteuersignal
entsprechend der Oberflächenklassifikation und Plasmaquellenparameterprofil des
Prozessprofils zum Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden
Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung. In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei in einer Sputter-up Konfiguration ein Dualmagnetron 180 gezeigt ist, welches unterhalb eines Substrattellers 190 einer im Übrigen nicht genauer dargestellten Bewegungseinrichtung angeordnet ist. Aus einem Inertgasbehälter 220 für beispielsweise Argon und einem Reaktivgasbehälter 230 für beispielsweise Sauerstoff kann ein Inertgas bzw. ein Reaktivgas über Gaseinlässe 210 und 21 1 in das Innere der Vakuumkammer 170 eingebracht werden. Ein Inertgas- und Reaktivgasfluss können in Abhängigkeit von Messwerten eines Sensors 200, beispielsweise einer
Lambdasonde, deren Signal von einer Sensorauswertungseinrichtung 202 ausgewertet und einer Steuer- oder Regeleinrichtung 240 zugeführt wird, eingestellt werden. Es versteht sich, dass die Vakuumkammer 170 auch Pumpeinrichtungen aufweist, die zur Vereinfachung nicht dargestellt sind. Das Magnetron 180 ist über ein nichtdargestelltes Anpassnetzwerk mit einer Stromversorgung 170 verbunden.
Mittels eines Positionssensors 250 kann die Position eines an einer Unterseite des
Substratträgertellers 190 befestigten, jedoch nicht dargestellten, Substrats ermittelt werden. Der Positionssensor 250 kann beispielsweise eine Randkante eines Substrats erfassen. Bei Kenntnis der Rotationsgeschwindigkeit des Drehtellers kann davon ausgehend eine genaue Positionsbestimmung des Substrats von dem Steuermodul 140 vorgenommen werden.
Die Ausführungsform umfaßt ferner, in Figur 3 jedoch nichtdargestellte, Komponenten zur Ermittlung der Ist-Werte und Soll-Werte von abgelagertem Beschichtungsmaterial auf dem oder den Substraten sowie eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Ist-Werte mit den Soll- Werten auf zumindest Teilen einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie.
In Figur 3 wird vorzugsweise die mittels des Generators 170 dem Dualmagnetron 180 zugeführte Leistung von der Steuereinrichtung 140 in Abhängigkeit von der Position des Substrats moduliert. Dabei kann die Magnetronsputterquelle 180 über die Steuereinrichtung 240 gesteuert oder unter Verwendung von Messwerten des Sensors 200 geregelt werden.
Figur 4 zeigt Auftragungen von Messergebnissen von Schichtdickenverteilungen von mittels einer Vorrichtung wie in Figur 1 dargestellt, abgelagertem Beschichtungsmaterial auf kreisförmigen planen Substraten, wobei die Ordinate die Schichtdicke bezogen auf einen willkürlichen Wert 100 angibt und die Abszisse die Position auf einer Trajektorie, die auf der Oberfläche durch einen Durchmesser des kreisförmigen Substrats verläuft, angibt. Der
Nullpunkt entspricht dem Zentrum des kreisförmigen Substrats. Die Bereiche links und rechts des Nullpunktes entsprechen Positionen auf einer Trajektorie in Bewegungsrichtung des Substrats. Die Schichtdickenmessungen erfolgten ex -situ. Die Kurven zeigen Ergebnisse von Schichtdickenmessung von mittels gesteuertem RF Sputtern abgelagertem Siliziumdioxid. Die mit 400 bezeichnete Kurve entspricht einer Ablagerung mit konstanter Sputterleistung von 10.000W. Die Kurve 400 zeigt ein Maximum der Schichtdicke im Bereich des Zentrums des Substrats für die abgelagerte Schicht bei einem Abfall zu den Rändern links und rechts um mehr als 2%.
Die Kurve 401 zeigt Messwerte für gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelagertes Si02, wobei eine von der Position des Substrats unter dem Zentrum der Sputterquelle abhängige Modulation der Sputterleistung verwendet wurde. Dabei wurde die von der
Stromversorgung der Sputterquelle zur Verfügung stehende elektrische Leistung entsprechend einem Dreiecksprofil moduliert, wobei die Leistung maximal um einen Wert von 5% gegenüber dem Konstantwert, mit dem die Kurve 400 gesputtert wurde, erhöht wurde. Die
erfindungsgemäße Modulation der Sputterleistung führte zu einer erhöhten Beschichtungsrate in den Randbereichen, mit denen die in den Randbereichen ansonsten auftretende verminderte Beschichtungsdicke kompensiert wurde.
Figur 5 zeigt eine Darstellung der bei der Ablagerung von Figur 4 verwendeten Sputterleistung in Abhängigkeit von einer Position auf einer Trajektorie auf der Oberfläche des Substrates, wobei der Nullpunkt dem Nullpunkt in Figur 4 entspricht. Das Substrat wird bei der Ablagerung unter der Sputterquelle durchbewegt. Eine bestimmte Position auf der Abzisse in Figur 5 entspricht also einem Zeitpunkt zu dem das Zentrum der Sputterquelle sich über der betreffenden Position befindet. Die mit 500 bezeichnete Kurve entspricht einer konstanten Sputterleistung, wie sie im Stand der Technik üblich ist. Die Kurve 501 entspricht der
Sputterleistung in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Hauptantriebs gemäß der vorliegenden Erfindung.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Substraten mit einer plasma-beschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer Vakuumkammer, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung aufweist, mit
Bewegen eines Substrats relativ zu der Plasmaeinrichtung mittels einer
Bewegungseinrichtung entlang einer Kurve,
Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung, gekennzeichnet durch a) Ermitteln von Ist-Werten einer Schichtdicke von abgelagertem
Beschichtungsmaterial auf zumindest Teilen der Trajektorie in Bewegungsrichtung des Substrats, b) Vergleichen der Ist-Werte mit Soll-Werten der Schichtdicke auf den zumindest Teilen der Trajektorie, c) Ermitteln von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Position des Substrats, derart, dass die Ist-Werte der Schichtdicke von abgelagertem
Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen und d) Einstellen von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial gemäß Punkt c) e) Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Plasmaeinrichtung mit den in Punkt d) eingestellten Parametern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den eingestellten Parametern der Plasmaeinrichtung um Parameter der Stromversorgung und/oder um Parameter der Gasversorgung der Plasmaeinrichtung und/oder um Parameter der Plasmaemission der Plasmaeinrichtung handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
Entnehmen des Substrats aus der Vakuumkammer nach Punkt a).
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
Ermitteln der Ist-Werte durch Messen in situ in der Vakuumkammer gemäß Punkt a) .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch
Ermitteln der Ist-Werte durch Messen ex situ außerhalb der Vakuumkammer gemäß Punkt a).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Parametern der Stromversorgung um einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung und/oder eine Plasmaimpedanz handelt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Parametern der Gasversorgung der Plasmaeinrichtung um einen Arbeitsgasfluss und/oder einen Reaktivgasfluss in die Plasmaeinrichtung oder in einen Raum zwischen Plasmaeinrichtung und Substrat handelt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Plasmaeinrichtung als Sputterquelle mit einem oder mehreren Sputtertargets ausgebildet ist oder eine solche Sputterquelle aufweist und das Ablagern als Sputtern erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablagern mittels einer Plasmaeinrichtung erfolgt, die als targetlose
Plasmaquelle ausgebildet ist oder eine solche Plasmaquelle aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Bewegen des Substrats entlang einer linearen Kurve und/oder Bewegen des Substrats entlang einer nichtlinearen Kurve, insbesondere einer als Kreis oder Kreisbogen ausgebildeten Kurve.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Bewegen entlang einer Kurve, die äquidistant zur Plasmaeinrichtung verläuft.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
Bewegen entlang einer Kurve, die bezüglich der Plasmaeinrichtung nicht-äquidistant verläuft, insbesondere konkav oder konvex ausgebildet ist und
Ermitteln von Parametern der Plasmaeinrichtung zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1 b) bis die Ist-Werte, vorzugsweise unter Ausschluss des Sehneneffekts, weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Auswahl des Beschichtungsmaterials aus einer Gruppe, die zumindest eines der Elemente Silizium, Aluminium, Magnesium, Hafnium, Zirkon, Niob, Tantal, Titan, Scandium und/oder ihrer Oxide oder Nitride aufweist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Ermitteln der Ist-Werte mittels einer Schichtdickenmeßeinrichtung, wobei die
Schichtdickenmeßeinrichtung als Spektralfotometer oder Eilipsometer, besonders bevorzugt Spektralellipsometer ausgebildet.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Verwendung eines scheibenförmigen flachen oder gekrümmten Substrats.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch
Verwendung eines scheibenförmigen Substrats mit einer größten linearen Abmessung oder einem größten Durchmesser kleiner als ein Beschichtungsfenster der
Plasmaeinrichtung.
17. Verfahren zur Herstellung von Substraten mit einer plasma-beschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer Vakuumkammer durch eine Beschichtungsanlage, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebene
Plasmaeinrichtung aufweist, mit a) Bereitstellen mindestens eines selektierbaren Prozessprofils mittels eines
Speichermoduls eines Steuermoduls, b) Selektieren eines der bereitgestellten Prozessprofile mittels einer Eingabeeinheit des Steuermoduls, wobei das selektierte Prozessprofil dem Steuermodul als Betriebskonfiguration zugeordnet wird, c) Steuern der Bewegungsmittel, wobei die Plasmaquelle oder das Substrat mittels der gesteuerten Bewegungsmittel basierend auf dem als Betriebskonfiguration zugeordnet abgespeicherten Prozessprofil entlang einer Kontur der Oberfläche relativ zur Oberfläche des Substrats bewegt wird, d) Erfassen von Messparameter an wenigstens einem Messpunkt der Kontur auf der Oberfläche des Substrates mittels eines Messsensors der Anlage , e) Quantifizieren der mittels des Sensor ermittelten Materialcharakteristik-Parametern durch das Steuermodul basierend auf vordefinierte Oberflächenklassifikationen, wobei vordefinierte Materialcharakteristik-Parameterbereichen jeweils einer Oberflächenklassifikation zugeordnet sind und wobei die entsprechende Quantifizierung der entsprechenden Oberflächenklassifikation durch das Triggern von Materialcharakteristik-Parameterbereichen basierend auf den
Materialcharakteristik-Parametern erfolgt, f) Generieren eines Plasmaquellensteuersignals durch ein Rechenmodul des
Steuermoduls basierend auf der Oberflächenklassifikation und einem
Plasmaquellenparameterprofil des Prozessprofils, welches die Korrelation zwischen der Oberflächenklassifikation und dem Plasmaquellensteuersignals charakterisiert, g) Steuern der Plasmaquelle mittels des Plasmaquellensteuersignal entsprechend der Oberflächenklassifikation und Plasmaquellenparameterprofil des Prozessprofils zum Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche des Substrats in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden Trajektorie mittels der Plasmaeinrichtung.
18. Vorrichtung zur Herstellung von Substraten (10, 100) mit einer plasma-beschichteten Oberfläche aus einem dielektrischen Beschichtungsmaterial in einer Vakuumkammer, welche eine mit einer mit Wechselstrom betriebenen Plasmaeinrichtung (31 ,32, 150, 180) aufweist, mit einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Substrats (10, 100) relativ zu der Plasmaeinrichtung (31 , 32, 150, 180) entlang einer Kurve, wobei mittels der Plasmaeinrichtung (31 , 32, 150, 180) ein Ablagern von Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche (1 1 , 101 ) des Substrats (10, 100) in einem Beschichtungsbereich entlang einer auf der Oberfläche des Substrats liegenden (12, 105) Trajektorie erfolgt, gekennzeichnet durch ein Steuermodul (140), das ausgelegt und eingerichtet ist zum a1 ) Ermitteln von Ist-Werten einer Schichtdicke von abgelagertem
Beschichtungsmaterial auf zumindest Teilen der Trajektorie in Bewegungsrichtung des Substrats mittels einer Schichtdickenmeßeinrichtung (1 10), b1 ) Vergleichen der Ist-Werte mit von einer Vorgabeeinrichtung (120) zur Verfügung gestellten Soll-Werten der Schichtdicke auf den zumindest Teilen der Trajektorie mittels einer Vergleichseinrichtung (130), c1 ) Ermitteln von Parametern der Plasmaeinrichtung (31 , 32, 150, 180) mittels eines Rechenmoduls (141 ) des Steuermoduls (140) zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial in Abhängigkeit von der Position des Substrats (10, 100) derart, dass die Ist-Werte der Schichtdicke von
abgelagertem Beschichtungsmaterial weniger als eine vorgegebene Differenz von den Soll-Werten abweichen und d1 ) Einstellen von Parametern der Plasmaeinrichtung (31 , 32, 150, 180) mittels eines Einstellungsmoduls (142) des Steuermoduls zum Ändern der pro Zeiteinheit abgelagerten Menge von Beschichtungsmaterial gemäß Punkt c1 ) e1 ) Ablagern von Beschichtungsmaterial mittels der Plasmaeinrichtung (31 , 32, 150, 180) mit den in Punkt d1 ) eingestellten Parametern.
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