Vakuumbeschichtung: Anlagenautomatisierung -- Meß- Und Analysentechnik

ISBN-13: 9783642635113 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 368 str.

Gerhard Kienel

Opis

Behandelt werden Messungen an dunnen Schichten wahrend und nach der Beschichtung, Schichtdickenmessverfahren, Verfahren der Dunnschichtanalyse sowie die Automatisierung von Vakuumbeschichtungsanlagen."

Spis treści

1 Automatisierung von Vakuumbeschichtungsanlagen.- 1.1 Vorbemerkungen.- 1.2 Steuerungssysteme.- 1.3 Materialfluß.- 1.3.1 Batch-Anlagen.- 1.3.2 Durchlauf-Anlagen (in-line-Anlagen).- 1.3.3 Cluster-Anlagen.- 1.3.4 Bandanlagen.- 1.4 Automatisierung von Teilsystemen.- 1.4.1 Pumpsatz-Steuerungen.- 1.4.2 Druckregelungen.- 1.4.2.1 Druckregelung durch Saugvermögen.- 1.4.2.2 Druckregelung durch Gasfluß.- 1.4.3 Substrattransport.- 1.4.4 Substrattemperatur.- 1.4.4.1 Heizeinrichtungen.- 1.4.4.2 Messen und Regeln der Substrattemperatur.- 1.4.5 Automatisierung von Verdampfern.- 1.4.5.1 Widerstands-Verdampfer.- 1.4.5.2 Induktive Verdampfer.- 1.4.5.3 Elektronenstrahl-Verdampfer.- 1.4.6 Automatisierung von Sputterprozessen.- 1.4.6.1 Gleichstrom-Sputtern.- 1.4.6.2 Hochfrequenz-Sputtern.- 1.4.6.3 Magnetfeld-Verstellung.- 1.4.6.4 Plasma-Erkennung.- 1.4.7 Schichtdicke und Rate.- 1.4.7.1 Schichtdickenregelung.- 1.4.7.2 Abschalt-Kriterien.- 1.4.7.3 Ratenregelung.- 1.4.8 Reaktivprozesse.- 1.5 Beispiele für die Automatisierung von Beschichtungsprozessen.- 1.5.1 Prozeßsteuerung für Aufdampfanlagen.- 1.5.2 Prozeßsteuerung für Sputter-Durchlauf-Anlagen.- 1.5.3 Automatisierung von CVD-Anlagen.- 2 Messungen an Dünnen Schichten während des Beschichtungsprozesses.- 2.1 Bestimmung der Schichtdicke durch Widerstandsmessung.- 2.2 Ratenmessung durch Teilchen-Ionisierung und -Anregung.- 2.2.1 Überblick.- 2.2.2 Ionensonde.- 2.2.3 Massenspektrometer.- 2.2.4 EIES.- 2.3 Schichtdicken und Aufdampfratemessung mit Schwingquarz.- 2.3.1 Einleitung und Rückblick.- 2.3.1.1 Frequenz-Meßmethode.- 2.3.1.2 Periodenzeit-Meßmethode.- 2.3.1.3 Z-Match®-Verfahren.- 2.3.1.4 Zweifrequenz-oder Auto-Z-Match®-Verfahren.- 2.3.2 Sensor-Kennlinie (Massenempfindlichkeit).- 2.3.3 Grenzen der Genauigkeit und des Verwendungsbereichs.- 2.3.3.1 Einfluß des angewandten Verfahrens.- 2.3.3.2 Einfluß der Materialdichte.- 2.3.3.3 Schicht-Relaxation.- 2.3.3.4 Auswirkung intrinsischer Schichtspannungen.- 2.3.3.5 Temperatureinfluß.- 2.3.3.5.1 Frequenz-Temperaturkennlinie des Quarzes.- 2.3.3.5.2 Frequenz-Temperaturkennlinie des vollständigen Meßkopfes.- 2.3.3.6 Auftreten und Ursachen von Frequenzsprüngen.- 2.3.3.6.1 Grenzschicht Quarz-Elektrode.- 2.3.3.6.2 Kopplung mit Nebenmoden.- 2.3.3.7 Anzeige der Meßquarz-Restverwendungsdauer.- 2.3.3.7.1 Warnung bei Erreichen einer bestimmten Frequenzänderung.- 2.3.3.7.2 Dämpfungs-bzw. materialabhängige Anzeige der Restverwendungsdauer.- 2.3.4 Schlußfolgerung und Zusammenfassung.- 2.4 Optische Meßverfahren.- 2.4.1 Eilipsometer.- 2.4.2 Optische Prozeßtechnik.- 2.4.2.1 Vorbemerkungen.- 2.4.2.2 Systematik der optischen Schichtdickenmessung.- 2.4.2.3 Monochromatische optische Schichtdickenmessung.- 2.4.2.3.1 Triggerpunktabschaltung/Extremwertabschaltung.- 2.4.2.3.2 Fehlerkompensation der direkten Meßmethode bei Extremwertabschaltungen von ?/4-Schichtsystemen.- 2.4.2.3.3 Triggerpunktabschaltung mit On-Line-Korrektur.- 2.4.2.3.4 Probleme bei der Umsetzung der monochromatischen Schichtdickenmessung in die Praxis.- 2.4.2.3.5 Prozeßfotometer für die monochromatische optische Schichtdickenmessung.- 2.4.2.4 Breitbandige optische Schichtdickenmessung/ On-line-Nachoptimierung.- 2.4.3 Beispiele für die Berechnung und Realisierung von Systemen aus dünnen Schichten.- 2.4.3.1 Matrixmethode zur Berechnung optischer Schichtsysteme.- 2.4.3.2 Eigenschaften einer Einfachschicht.- 2.4.3.3 Symmetrische Schichtsysteme.- 2.4.3.4 Schichtsysteme aus ?/4-und ?/2-Schichten.- 2.4.3.5 Rechnerunterstützter Entwurf von Schichtsystemen.- 2.5 Schichtdickenbestimmung durch Wägung im Vakuum.- 2.6 Bestimmung der Schichtdicke und der Schichtzusammensetzung durch Röntgenemission und Röntgenfluoreszenz.- 2.7 Atomemissionsspektroskopie.- 3 Messungen an dünnen Schichten nach beendetem Beschichtungsprozeß.- 3.1 Messung der thermischen Leitfähigkeit.- 3.1.1 Allgemeines.- 3.1.2 Experimentelle Bestimmung.- 3.2 Elektrische Leitfähigkeit.- 3.2.1 Definition.- 3.2.2 Bestimmungsmethoden.- 3.3 Magnetische Eigenschaften.- 3.3.1 Kenngrößen magnetischer Schichten.- 3.3.2 Magnetische Anisotropie.- 3.3.3 Ummagnetisierungsverhalten.- 3.3.4 Magnetische Meßmethoden (Übersicht).- 3.3.5 Induktive Methoden.- 3.3.6 Mechanische Meßmethoden.- 3.3.7 Optische Meßmethoden.- 3.4 Messung von Farbeigenschaften.- 3.4.1 Einleitung.- 3.4.2 Farbmessung.- 3.4.3 Farbmeßgeräte.- 3.5 Optische Eigenschaften.- 3.5.1 Allgemeines.- 3.5.2 Spektrometrie.- 3.5.2.1 Dispersive Spektrometer konventioneller Bauart.- 3.5.2.2 Dispersive Spektrometer mit rotierendem Gitter.- 3.5.2.3 Diodenzeilen-Spektrometer.- 3.5.2.4 Fourier-Transformations-Spektrometer.- 3.5.3 Messung der Reflexion.- 3.5.4 Messung des gestreuten Lichtes.- 3.5.5 Messung der Absorption.- 3.5.6 Messung von Brechzahl und Dicke mit Hilfe der Lichtwellenleitung in Schichten.- 3.5.7 Bestimmung der optischen Konstanten aus spektrometrischen Messungen.- 3.5.7.1 Einleitung.- 3.5.7.2 Brechzahl und Schichtdicke von dielektrischen Schichten.- 3.5.7.3 Spezielle Bestimmungsmethoden.- 3.6 Permeation.- 3.6.1 Allgemeines.- 3.6.2 Meßprinzipien.- 3.6.3 Gerätebeschreibungen.- 3.7 Mechanische Spannungen in dünnen Schichten.- 3.7.1 Allgemeines.- 3.7.2 Meßmethoden.- 3.8 Härtemessung.- 3.8.1 Allgemeines.- 3.8.2 Einflüsse von Meßbedingungen auf die Härtewerte.- 3.8.3 Prüfgeräte und ihre Anwendung.- 3.9 Haftfestigkeit.- 3.9.1 Allgemeines.- 3.9.2 Meßmethoden und Meßgeräte.- 3.10 Rauheit von Festkörperoberflächen.- 3.10.1 Allgemeines.- 3.10.2 Begriffe und Definitionen.- 3.10.3 Meßgeräte und Meßmethoden.- 3.10.3.1 Mechanische Messung (Stylus-Methode).- 3.10.3.2 Lichtschnittverfahren.- 3.10.3.3 Glanzmeßmethode.- 3.10.3.4 Interferentielle Meßmethode.- 3.10.3.5 Bestimmung von Rauheitskennwerten durch Speckle-Kontrast-Verfahren.- 3.10.3.6 Oberflächenprüfung durch Streulicht.- 3.10.3.7 Messung der Rauheit durch Elektronenstrahlinterferenzen.- 3.10.3.8 Rastertunnelmikroskop.- 3.10.3.9 Ellipsometrische Rauheitsmessung.- 3.10.3.10 Rauheitsmessung durch Mikroskop-Interferometer.- 3.11 Mikrogeometrische Eigenschaften.- 3.11.1 Mikroskopische Methoden.- 3.11.1.1 Eigenschaften und Kenngrößen des Mikroskops.- 3.11.1.2 Linienbreitenmessung.- 3.11.1.3 Rechnerunterstützte Auswertung von Mikroskopbildern.- 3.11.1.4 Laserscanmikroskopie.- 3.11.2 Interferometrisches Messen von Schichtdicken und Oberflächenprofilen.- 3.11.2.1 Schichtdickenmessung.- 3.11.2.2 Oberflächenprofile.- 3.12 Schichtdickenmessung.- 3.12.1 Schichtdickenmessung mit Eilipsometer.- 3.12.1.1 Grundlagen.- 3.12.1.2 Meßgeräte und Meßtechnik.- 3.12.2 Bestimmung der Schichtdicke durch Interferenzmikroskopie.- 3.12.3 Schichtdickenmessung durch Reflexion oder Transmission.- 3.12.4 Schichtdickenmessung durch Absorption.- 3.12.5 Schichtdickenbestimmung durch Teilchenemission.- 3.12.5.1 Allgemeines.- 3.12.5.2 Beta-Rückstreu-Verfahren.- 3.12.5.3 Röntgenfluoreszenzverfahren.- 3.12.5.4 Schichtdickenmessung nach der EDX-Methode.- 3.12.6 Schichtdickenbestimmung durch Wägung.- 3.12.7 Messen der Schichtdicke durch mechanisches Abtasten (Stylus-Methode).- 3.12.8 Atomabsorptionsspektroskopie.- 3.12.9 Sonstige Verfahren zur Schichtdickenmessung.- 3.12.9.1 Bestimmung der Schichtdicke mit Ultraschall-Oberflächenwellen.- 3.12.9.2 Schichtdickenbestimmung mit dem Calo-Test®.- 3.13 Bestimmung von Pinholedichten.- 4 Moderne Verfahren der Oberflächen-und Dünnschichtanalyse.- 4.1 Physikalische Grundlagen oberflächenanalytischer Verfahren.- 4.1.1 Elektronenspektroskopische Verfahren.- 4.1.1.1 Augerelektronen-Spektroskopie (AES).- 4.1.1.2 Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie (XPS).- 4.1.2 Massenspektrometrische Verfahren.- 4.1.2.1 Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie (SNMS).- 4.1.2.2 Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS).- 4.2 Ortsaufgelöste Analysen mit AES, XPS, SIMS und SNMS.- 4.2.1 AES-Mikroanalysen.- 4.2.2 SIMS-Mikroanalysen.- 4.2.3 XPS-Mikroanalysen.- 4.2.4 Ortsaufgelöste SNMS-Analysen.- 4.3 Sputter-Tiefenprofilanalysen.- 4.3.1 AES-Sputtertiefenprofil-Analysen.- 4.3.2 XPS-Sputter-Tiefenprofilanalysen.- 4.3.3 SIMS-Sputter-Tiefenprofilanalysen.- 4.3.4 SNMS-Sputter-Tiefenprofilanalysen.- 4.3.5 Sonstige Verfahren zur Oberflächenanalyse.- 4.3.5.1 Ionenrückstreuspektrometrie (ISS, RBS).- 4.3.5.2 Glimmlampenemissions-Spektralanalyse (GDOS) und Glimmentladungs-Massenspektrometrie (GDMS).- 4.3.5.3 Ionenbeschußinduzierte spektrometrische Analyse (SCANIIR).- 4.3.5.4 Röntgenspektrometrie (SXAPS, DAPS, BIS).- 4.3.5.5 Elektronen-Energieverlustspektroskopie (EELS).- 4.3.5.6 Spektroskopie der Austrittsarbeitsänderung (??).- 4.3.5.7 Beugung langsamer und schneller Elektronen (LEED und RHEED).- 4.4 Rastertunnelmikroskopie.- 4.4.1 Grundlagen der Rastertunnelmikroskopie.- 4.4.1.1 Einleitung.- 4.4.1.2 Experimentelle Verwirklichung des RTM.- 4.4.1.3 Rastertunnelmikroskopie an dünnen Schichten.- 4.4.1.4 Kraft-Mikroskopie.- 4.4.1.5 Zusammenfassung.- 4.4.2 Neuere Entwicklungen der Rastertunnelmikroskopie.- 4.4.2.1 Einleitung.- 4.4.2.2 Übersicht.- 4.4.2.3 RTM-Rauheitsanalysen an technischen Oberflächen.- 4.4.2.4 Elektrochemie.- 4.4.2.5 BEEM.- 4.4.2.6 Organische Schichten und biologische Präparate.- 4.4.2.7 Datenspeicherung.- 4.5 Mikrosonde (Elektronenstrahlmikrosonde).- 4.5.1 Allgemeines.- 4.5.2 Beispiele aus der Dünnschichttechnik.- 4.6 Anwendungsbeispiele zur Oberflächen-und Dünnschichtanalytik.- 4.6.1 Grundsätzliches.- 4.6.2 SNMS-Tiefenprofilmessung in der Hartstoffanalytik.- 4.6.3 XPS-Untersuchungen an beschichtetem Architekturglas.- 4.6.4 XPS-Untersuchungen zum Alterungsverhalten von C-F-Schichten.- 4.6.5 SIMS-Tiefenprofilanalytik an Halbleiterschichten.- 4.6.6 SNMS-Tiefenprofil eines optischen Vielschichtsystems.- 4.6.7 AES-Linescans als Alternative zur Tiefenprofilanalytik.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.- Autorenverzeichiiis.