DE102004024980A1

DE102004024980A1 - Vorrichtung und Verfahren zum reaktiven Beschichten von Objekten

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Publication number: DE102004024980A1
Application number: DE200410024980
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Krause; Ullrich Dr. Hartung; Carsten Peters; Ilka Krause; Torsten Dr. Kopte
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum reaktiven Beschichten von Objekten (2) mittels einer Magnetroneinrichtung, umfassend eine Arbeitskammer (1) mit mindestens einem Magnetron (3), eine erste Messeinrichtung (4) zum Erfassen eines Intensitätswertes (I1) einer optischen Plasmaemission innerhalb der Arbeitskammer (1) und einen inneren Regelkreis, in welchem der Fluss eines Reaktivgases in die Arbeitskammer (1) während eines Beschichtungsvorgangs mittels einer ersten Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit vom erfassten Intensitätswert (I1) der optischen Plasmaemission gesteuert wird, wobei der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer (1) während des Beschichtungsvorgangs beeinflusst wird, indem in einem äußeren Regelkreis mittels einer zweiten Steuereinrichtung (9) in Abhängigkeit eines mittels einer zweiten Messeinrichtung (8) erfassten Reaktivgaspartialdruckwertes (I2) ein in den inneren Regelkreis eingehender Wert verändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum reaktiven Beschichten von Objekten mittels einer Zerstäubungseinrichtung nach dem Magnetronprinzip. Besonders geeignet sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren, wenn auf mehreren Objekten Schichten mit identischer Stöchiometrie jedoch unterschiedlicher Magnetronleistung abschieden werden sollen.
Beim reaktiven Beschichten von Objekten ist es möglich eine Entladung in Abhängigkeit von verschiedenen Prozessparametern in zwei stabilen Zuständen zu betreiben. Entsprechend der dominierenden Rolle der Targetbedeckung werden diese Zustände als Metall- und Reaktivzustand bezeichnet. Beim Abscheiden von Metalloxiden ergeben sich technische Probleme dahingehend, dass im Reaktivzustand kaum ökonomisch interessante Schichtaufwachsraten erzielbar sind und es im Metallzustand unmöglich ist, stöchiometrische Schichten abzuscheiden. Sollen stöchiometrische Schichten mit homogenen Schichteigenschaften auf der gesamten Oberfläche eines Objektes oder mehrerer Objekte mit hoher Rate aufgetragen werden ist es demzufolge erforderlich, einen Arbeitspunkt im Übergangsgebiet zwischen beiden Zuständen zu stabilisieren.
Zum Stabilisieren einer reaktiven Entladung im Übergangsgebiet ist die gezielte Beeinflussung verschiedener Parameter wie beispielsweise Sputterrate, Reaktivgasfluss, Arbeitsgasdruck oder Plasmadichte geeignet. Die verbreitetste Vorgehensweise diesbezüglich ist das Regeln eines Reaktivgasstromes in eine Arbeitskammer bei Konstanthaltung eines elektrischen Parameters wie zum Beispiel der elektrischen Leistung einer Sputterquelle. Als geeignete Stellgröße wird hierbei die Plasmaintensität der charakteristischen Linie eines jeweiligen Targetmaterials oder eines Gases, beispielsweise eines Reaktivgases, verwendet. Die Intensität dieser Emissionslinie ist ein Maß für eine entsprechende Metalldampfdichte bzw. Gasdichte und somit geeignet qualitative Aussagen bezüglich der Stöchiometrie einer abzuscheidenden Schicht zu erlangen. Dazu ist es erforderlich, vor einem Beschichtungsvorgang die Intensität der hierbei verwendeten Emissionslinie zu kalibrieren. Ohne Zufuhr eines Reaktivgases oder mit einer definierten Zufuhr des Reaktivgases wird die Intensität der Emissionslinie abgeglichen, indem ein Bezugs- oder Referenzwert für die Intensität der optischen Plasmaemission eingestellt wird. Während des Beschichtens, d.h. unter Zufuhr des Reaktivgases, wird der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer derart geregelt, dass ein Intensitätssollwert der optischen Plasma emission, der eine relative Abhängigkeit vom Intensitätsbezugswert aufweist, konstantgehalten wird.
Unter der Vorraussetzung, dass die eingespeiste elektrische Leistung und andere Parameter wie beispielsweise Arbeitsgasdruck, Plasmadichte und geometrische Verhältnisse in der Arbeitskammer konstant bleiben, werden bei gleichen Intensitätswerten der optischen Plasmaemission unter Idealbedingungen Schichten mit identischer Stöchiometrie abgeschieden.
In der Praxis bewirkt jedoch beispielsweise fortschreitende Targeterosion Veränderungen in der Metalldampfdichte und damit das Verschieben oder Driften eines Arbeitspunktes, woraus veränderte Stöchiometrien einer gesputterten Schicht resultieren. Ähnliche Auswirkungen haben auch andere Effekte, wie beispielsweise Desorption von Gasen infolge zunehmender Temperatur in einer Arbeitskammer. Es ist daher bekannt, neben der Plasmaemissionsintensität einen oder mehrere weitere Parameter zu erfassen und für das Stabilisieren eines Arbeitspunktes zu verwenden und somit Schichten mit gleichbleibender Stöchiometrie abzuscheiden.

Aus DE 37 09 177 A1 und DD 260 949 A1 ist es bekannt, die Intensität einer Spektrallinie im Plasma zwischen einem Target und einem Substrat zu erfassen und mit einem Intensitätssollwert zu vergleichen. In Abhängigkeit davon wird in einem Regelkreis der Fluss eines Reaktivgases in eine Arbeitskammer gesteuert. Dabei wird der Intensitätssollwert in Abhängigkeit von mindestens einer Eigenschaft der fertigen Schicht gleitend verändert.

Eine Lösung für lange Magnetrons, bei denen die Zufuhr eines Reaktivgases in mehreren Abschnitten erfolgt, ist in DD 239 811 A1 offenbart. Nach einem derartigen Verfahren wird in jedem Abschnitt mittels separater optischer Sensoren die Plasmaemissionsintensität erfasst und die Zufuhr des Reaktivgases in einem zugehörigen Abschnitt dementsprechend geregelt.

Eine weitere Lösung für lange Magnetrons ist aus DE 197 15 647 A1 bekannt. Ein Magnetron wird hierbei in Längsrichtung in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt. Während der Reaktivgasstrom im ersten Abschnitt in Abhängigkeit von der Entladungsspannung im ersten Abschnitt geregelt wird, ist im zweiten Abschnitt die Plasmaemissionsintensität die Regelgröße für den Reaktivgasstrom. Bezugsgröße für die Plasmaemissionsintensitätsregelstrecke im zweiten Abschnitt ist jedoch die Plasmaemissionsintensität im ersten Abschnitt. Auch mit einer derartigen Vorgehensweise ist es möglich, eine Schicht mit gleicher Stöchiometrie über die gesamte Länge des Magnetrons abzuscheiden.

Allen oben aufgeführten bekannten Verfahrensweisen ist es eigen, dass das Stabilisieren eines Arbeitspunktes und somit das Abscheiden von Schichten mit gleicher Stöchiometrie von einer konstanten Magnetronleistung abhängig ist. Eine veränderte Beschichtungsrate/Magnetronleistung unter Beibehaltung einer Schichtstöchiometrie ist mit derartigen Verfahren und Einrichtungen nur dann realisierbar, wenn eine entsprechende Magnetroneinrichtung nach veränderter Leistung bezüglich der Plasmaemissionsintensität erneut kalibriert und ein entsprechender Arbeitspunkt experimentell ermittelt wird.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mittels derer Objekte nach dem Magnetronprinzip reaktiv beschichtet werden können. Dabei sollen während der Nutzungsdauer eines Targets und nach einem Targetwechsel Schichten mit weitgehend konstanter Stöchiometrie auf einem Objekt oder mehreren Objekten aufgestäubt werden können. Ferner soll es mit dem Verfahren und der Vorrichtung möglich sein, die eingespeiste Magnetronleistung bzw. die Beschichtungsrate zu verändern, d.h. beispielsweise bei einer dynamischen Beschichtung Schichten bzw. Schichtabschnitte mit unterschiedlicher Schichtdicke jedoch identischer Stöchiometrie abzuscheiden ohne das oben dargestellte manuelle Kalibrieren der Magnetroneinrichtung und experimentelle Ermitteln eines Arbeitspunktes zu erfordern.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß umfasst eine Magnetroneinrichtung eine Arbeitskammer, eine erste Messeinrichtung zum Erfassen der Intensität einer optischen Plasmaemission innerhalb der Arbeitskammer und neben einem inneren Regelkreis, in welchem der Fluss eines Reaktivgases in die Arbeitskammer während eines Beschichtungsvorgangs mittels einer ersten Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Intensität der optischen Plasmaemission gesteuert wird, einen äußeren Regelkreis, mittels welchem der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer während des Beschichtungsvorgangs beeinflusst wird indem in Abhängig keit eines mittels einer zweiten Messeinrichtung erfassten Reaktivgaspartialdruckwertes ein in den inneren Regelkreis eingehender Wert verändert wird.

Dem Erfindungsgedanken liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der Reaktivgaspartialdruck, ähnlich wie die Intensität einer Plasmaemission, ein Parameter ist, welcher unter bestimmten Voraussetzungen qualitative Aussagen über die Stöchiometrie einer abgeschiedenen Schicht ermöglicht. So weist ein konstanter Reaktivgaspartialdruck genauso wie eine konstante Plasmaemissionsintensität bei Einhaltung eines Arbeitspunktes auf eine gleichbleibende Schichtstöchiometrie hin. Voraussetzung hiefür ist jedoch das Konstanthalten anderer stöchiometriebeeinflussender Parameter wie beispielsweise Trägergasdruck, Temperatur der Komponenten oder geometrische Verhältnisse in einer Arbeitskammer. Bezüglich einer Stöchiometrieaussage weist der Reaktivgaspartialdruck allerdings gegenüber der Plasmaemissionsintensität einen zusätzlichen Freiheitsgrad auf. Bei gleichbleibendem Reaktivgaspartialdruck wird auch dann eine Schicht mit gleichbleibender Stöchiometrie abgeschieden, wenn eine eingespeiste Magnetronleistung variiert. Eine Aussage in Abhängigkeit von einer Plasmaemissionsintensität ist jedoch immer an eine konstant eingespeiste Leistung gebunden.

Erfindungsgemäß werden beim Abscheiden von Schichten beide Parameter, Plasmaemissionsintensität und Reaktivgasdruck, mittels separater Messeinrichtungen erfasst und in zwei Regelkreisen durch den Fluss eines Reaktivgases in eine Arbeitskammer ausgeregelt. Wird Sauerstoff als Reaktivgas verwendet, ist beispielsweise eine Lambdasonde geeignet, den Reaktivgaspartialdruck zu erfassen. Zum Erfassen eines Reaktivgaspartialdrucks sind jedoch auch Massenspektrometer oder Gaschromatographen geeignet.

Prinzipiell ist es auch möglich eine Schichtstöchiometrie einzuhalten indem nur der Reaktivgaspartialdruck bezüglich eines Sollwertes ausgeregelt wird. Jedoch weist ein Reaktivgaspartialdruckregelkreis im Allgemeinen eine viel höhere Zeitkonstante auf als ein Plasmaemissionsintensitätsregelkreis. Eine aus der größeren Zeitkonstante resultierende größere Schwankungsbreite in der Schichtstöchiometrie ist bei vielen Anwendungsfällen nicht akzeptabel.

Daher vereint ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung die Vorteile beider Regelkreise. Ein innerer Plasmaemissionsregelkreis gewährleistet eine geringe Zeitkonstante, die im Wesentlichen durch die Signallaufzeiten und die Trägheit eines zugehörigen Regelmechanismus bestimmt werden. Ein äußerer Reaktivgaspartialdruckregelkreis stellt hingegen sicher, dass bei veränderter eingespeister Energie oder bei einem driftenden Arbeitspunkt Schichten mit gleichbleibender Stöchiometrie abgeschieden werden können.

Bei einer Ausführungsform, bei welcher Metalloxidschichten mit gleichbleibender Stöchiometrie innerhalb einer Arbeitskammer reaktiv auf einem oder mehreren Objekten aufgesputtert werden sollen, wird vor dem eigentlichen Beschichtungsvorgang die dafür verwendete Vorrichtung kalibriert. Ohne Zufuhr eines Reaktivgases oder mit einer definierten Zufuhr des Reaktivgases wird bei einer vorgegebenen Magnetronleistung ein Bezugswert für die Intensität der Plasmaemission eines zu zerstäubenden Metalltargets gewonnen. Der Bezugswert für die Intensität der Plasmaemission kann beispielsweise einer Intensität von 100 % entsprechen. Der Bezugswert kann jedoch auch eine andere Größe annehmen. Im Anschluss daran wird experimentell ein Sollwert für die Intensität der Plasmaemission ermittelt, bei welchem die aufzustäubende Schicht eine gewünschte Stöchiometrie aufweist.

Während des Beschichtungsvorgangs erfasst eine erste Messeinrichtung in einem inneren Regelkreis die Intensität der Plasmaemission innerhalb der Arbeitskammer. Eine erste Steuereinrichtung vergleicht den erfassten Plasmaemissionsintensitätswert mit dem Plasmaemissionsintensitätssollwert. Mittels eines Stellgliedes wird eine dabei festgestellte Abweichung ausgeregelt, wobei das Stellglied den Fluss des Reaktivgases in die Arbeitskammer verändert. Bei einem unveränderten Arbeitspunkt, d.h. die eingespeiste Magnetronleistung und weitere Parameter wie beispielsweise Trägergasdruck, Plasmadichte und geometrische Verhältnisse in der Arbeitskammer bleiben konstant, gewährleistet der innere Regelkreis das Abscheiden einer Schicht mit gleichbleibender Stöchiometrie.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird unter den Bedingungen, bei denen eine Schicht mit erwünschter Stöchiometrie abgeschieden wird, mittels einer zweiten Messeinrichtung ein Reaktivgaspartialdruckwert erfasst und als Reaktivgaspartialdrucksollwert festgelegt. Mittels des Reaktivgaspartialdrucksollwertes ist es möglich, eine gewünschte Schichtstöchiometrie auch bei veränderter Magnetronleistung beizubehalten. Dazu erfasst die zweite Messeinrichtung als Bestandteil eines äußeren Regelkreises einen aktuellen Reaktivgaspartialdruckwert, welcher mittels einer zweiten Steuereinrichtung mit dem Reaktivgaspartialdrucksollwert verglichen wird. Tritt dabei eine Abweichung auf, wird daraufhin der Bezugswert oder der Sollwert für die Intensität der Plasmaemission derart verändert, dass über den inneren Regelkreis der Reaktivgasstrom in die Arbeitskammer entsprechend dem Reaktivgaspartialdrucksollwert ausgeregelt wird.

Beträgt der Plasmaemissionsintensitätssollwert beispielsweise 20 % vom Bezugswert der Plasmaemissionsintensität, so bleibt der Plasmaemissionsintensitätssollwert nach einer Veränderung des Bezugswertes der Plasmaemissionsintensität infolge einer festgestellten Abweichung eines erfassten Reaktivgaspartialdruckistwertes vom Reaktivgaspartialdrucksollwert relativ konstant, nämlich 20 %, jedoch verändert sich der Absolutwert des Plasmaemissionsintensitätssollwertes.

Das Verändern des Bezugswertes der Plasmaemissionsintensität kann in der Praxis realisiert werden, indem beispielsweise die Verstärkung des Messverstärkers für die Intensitätsmessung verändert wird. Wie bereits erwähnt, kann auch der Plasmaemissionsintensitätssollwert direkt verändert werden. Beide Varianten führen zu einem veränderten Absolutsollwert für die Plasmaemissionsintensität, wodurch der innere Regelkreis beeinflusst wird.

Im Zusammenwirken beider Regelkreise ist es möglich, bei veränderter Magnetronleistung oder auch bei Drift eines Arbeitspunktes Schichten mit gleichbleibender Stöchiometrie abzuscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind deshalb beispielsweise geeignet für dynamische Beschichtungsaufgaben, bei denen eine Gruppe von Objekten mit einer identischen Stöchiometrie aber einer unterschiedlichen Schichtdicke beschichtet werden soll. Es können jedoch auch Beschichtungsaufgaben gelöst werden, bei denen auf einem Objekt Schichtabschnitte mit identischer Stöchiometrie jedoch unterschiedlicher Schichtdicke aufgetragen werden sollen. Dabei können die Schichtabschnitte nebeneinander, direkt übereinander oder getrennt durch mindestens eine Zwischenschicht auf dem Objekt angeordnet sein. Erfindungsgemäß können jedoch auch dynamische Beschichtungsaufgaben gelöst werden, bei denen Schichten mit unterschiedlicher Abscheiderate infolge einer veränderten Magnetronleistung abgeschieden werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch zwei Regelkreise für den Fluss des Reaktivgases Sauerstoff in eine Arbeitskammer 1 einer Magnetroneinrichtung.
In der Arbeitskammer 1 sollen mehrere Objekte 2 mittels eines Doppelmagnetrons 3, basierend auf einem bipolaren Mittelfrequenzsputterverfahren, nacheinander durch einen stationären, reaktiven Beschichtungsvorgang mit einer Metalloxidschicht versehen werden. Dazu werden von Targets 3a und 3b abgestäubte Teilchen in Verbindung mit dem in die Arbeitskammer 1 eingeleiteten Reaktivgas Sauerstoff auf einem jeweiligen Objekt 2 abgeschieden. Die Objekte 2 sind in zwei Teilgruppen unterteilt. Die Objekte 2 beider Teilgruppen sollen mit einer Metalloxidschicht versehen werden, welche eine identische Stöchiometrie aufweisen, jedoch sollen die Metalloxidschichten der Objekte 2 der ersten Teilgruppe eine andere Schichtdicke aufweisen, als die Metalloxidschichten der Objekte 2 der zweiten Teilgruppe.
Vor dem Beschichten und ohne Zufuhr von Sauerstoff wird die Emissionsmessung dahingehend kalibriert, dass ein Bezugswert B für die Intensität der optischen Plasmaemission gewonnen wird, der einer Intensität von 100 % entspricht. Die dabei konstant in die Magnetroneinrichtung eingespeiste Leistung entspricht der Leistung, mit welcher die erste Teilgruppe von Objekten 2 beschichtet werden soll. Darauffolgend wird experimentell ein Sollwert S1 für die Intensität der optischen Plasmaemission ermittelt, bei welchem die abzuscheidende Metalloxidschicht die gewünschte Stöchiometrie aufweist. Im Ausführungsbeispiel entspricht der ermittelte Sollwert S1 20 % vom Bezugswert B.
Die Voraussetzungen für das Beschichten der ersten Teilgruppe von Objekten 2 sind nunmehr erfüllt. Beim Beschichten der Objekte 2 der ersten Teilgruppe wird in einem inneren Regelkreis mittels einer Messeinrichtung 4 ein Istwert I1 für die optische Plasmaemission in der Arbeitskammer 1 erfasst und an eine erste Steuereinrichtung 5 übermittelt. Steuereinrichtung 5 vergleicht den erfassten Istwert I1 mit dem Sollwert S1. Eine dabei auftretende Abweichung wird mittels eines Reglers 6, der auf ein Stellglied 7 wirkt, ausgeregelt, wobei mit dem Stellglied 7 der Fluss des Reaktivgases Sauerstoff in die Arbeitskammer 1 beeinflusst wird. Im inneren Regelkreis wird somit der Sauerstoffstrom in die Arbeitskammer 1 derart geregelt, dass die Intensität der optischen Plasmaemission in der Arbeitskammer 1 konstant bleibt, wodurch bei konstanter Energieeinspeisung Schichten mit identischer Stöchiometrie auf den Objekten 2 der ersten Teilgruppe abgeschieden werden können. Unter diesen Bedingungen, d.h. es wird eine Schicht mit erwünschter Stöchiometrie abgeschieden, erfasst eine Messeinrichtung 8, welche eine Lambdasonde umfasst, einen Wert für den Sauerstoffpartialdruck in der Arbeitskammer 1. Dieser Wert wird als Sollwert S2 für den Sauerstoffpartialdruck festgelegt.
In einem äußeren Regelkreis kann nunmehr der Zufluss des Reaktivgases Sauerstoff in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck indirekt geregelt werden. Dazu erfasst Messeinrichtung 8 einen Istwert I2 für den Sauerstoffpartialdruck und übermittelt diesen einer zweiten Steuereinrichtung 9. Diese vergleicht den Istwert I2 mit dem Sollwert S2. Eine dabei festgestellte Regelabweichung hat das Verändern des Bezugswertes B zur Folge. Ein veränderter Bezugswert B wirkt sich wiederum auf den inneren Regelkreis aus. Über den inneren Regelkreis nimmt der veränderte Bezugswert B Einfluss auf den Sauerstoffzustrom in die Arbeitskammer 1.
Der äußere Regelkreis erweist sich besonders vorteilhaft für das Beschichten der zweiten Teilgruppe von Objekten 2. Für die zweite Teilgruppe, bei der eine andere Schichtdicke ausgebildet werden soll, ist es erforderlich, die elektrische Leistung der Magnetroneinrichtung zu verändern. Ohne den äußeren Regelkreis wäre nach veränderter Magnetronleistung ein erneutes Kalibrieren der Magnetroneinrichtung und experimentelles Bestimmen eines neuen Arbeitspunktes erforderlich. Mit dem äußeren Regelkreis ist es jedoch möglich nach veränderter Magnetronleistung den Sauerstoffpartialdruck in der Arbeitskammer 1 dem Sauerstoffpartialdrucksollwert S2 anzupassen und somit die Bedingungen in der Arbeitskammer 1 herzustellen, bei denen eine Schicht mit der erwünschten Stöchiometrie auf den Objekten 2 der zweiten Teilmenge abgeschieden wird.
Das Regeln über den Sauerstoffpartialdruck wirkt sich jedoch nicht erst nach veränderter Magnetronleistung vorteilhaft aus, sondern wirkt sich auch schon dann positiv aus, wenn fortschreitende Targeterosion oder andere sich ändernde Parameter zu einer Drift des Arbeitspunktes führen. Auch hierbei werden über den Sauerstoffpartialdruck wieder die Bedingungen realisiert, mit denen eine erwünschte Schichtstöchiometrie erzielt wird.

Claims

Vorrichtung zum reaktiven Beschichten von Objekten (2) nach dem Magnetronprinzip, umfassend eine Arbeitskammer (1) mit mindestens einem Magnetron (3), eine erste Messeinrichtung (4) zum Erfassen eines Intensitätswertes (I1) einer optischen Plasmaemission innerhalb der Arbeitskammer (1) und einen inneren Regelkreis, in welchem der Fluss eines Reaktivgases in die Arbeitskammer (1) während eines Beschichtungsvorgangs mittels einer ersten Steuereinrichtung (5) in Abhängigkeit vom erfassten Intensitätswert (I1) der optischen Plasmaemission steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer (1) während des Beschichtungsvorgangs beeinflussbar ist, indem in einem äußeren Regelkreis mittels einer zweiten Steuereinrichtung (9) in Abhängigkeit eines mittels einer zweiten Messeinrichtung (8) erfassten Reaktivgaspartialdruckwertes (I2) ein in den inneren Regelkreis eingehender Wert veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichtungsvorgang ohne Zufuhr des Reaktivgases oder mit einer definierten Zufuhr des Reaktivgases die erste Messeinrichtung (4) und/oder die erste Steuereinrichtung (5) derart kalibrierbar sind/ist, dass bei einer konstant eingespeisten Leistung ein Bezugswert (B) für die Intensität der optischen Plasmaemission gewinnbar ist; wobei während des Beschichtungsvorgangs unter Zufuhr des Reaktivgases ein relativ vom Bezugswert (B) abhängiger Intensitätssollwert (S1) der optischen Plasmaemission ermittelbar ist, bei welchem die abzuscheidende Schicht eine erwünschte Stöchiometrie aufweist; wobei während des Beschichtungsvorgangs der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer (1) mittels des inneren Regelkreises derart steuerbar ist, dass ein mittels der ersten Messeinrichtung (4) erfasster Wert (I1) für die Intensität der optischen Plasmaemission dem Intensitätssollwert (S1) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter den Bedingungen, bei denen eine Schicht mit erwünschter Stöchiometrie abscheidbar ist, mittels der zweiten Messeinrichtung (8) ein Reaktivgaspartialdruckwert erfassbar und als Reaktivgaspartialdrucksollwert (S2) festlegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschichtungsvorgangs im äußeren Regelkreis mittels der zweiten Steuereinrichtung (9) der Bezugswert (B) für die Intensität der optischen Plasmaemission derart veränderbar ist, dass ein mittels der zweiten Messeinrichtung (8) erfasster Reaktivgaspartialdruckwert (I2) dem Reaktivgaspartialdrucksollwert (S2) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschichtungsvorgangs im äußeren Regelkreis mittels der zweiten Steuereinrichtung (9) der Sollwert (S1) für die Intensität der optischen Plasmaemission derart veränderbar ist, dass ein mittels der zweiten Messeinrichtung (8) erfasster Reaktivgaspartialdruckwert (I2) dem Reaktivgaspartialdrucksollwert (S2) entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Regelkreis eine kleinere Zeitkonstante als der äußere Regelkreis aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinrichtung (4) und die zweite Steuereinrichtung (9) als eine Einheit ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messeinrichtung (4) eine Lambdasonde umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messeinrichtung (4) ein Massenspektrometer umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schichten mit identischer Stöchiometrie, jedoch unterschiedlicher Abscheiderate abscheidbar sind.
Verfahren zum reaktiven Beschichten von Objekten (2) mittels einer Magnetroneinrichtung, umfassend eine Arbeitskammer (1) mit mindestens einem Magnetron (3), eine erste Messeinrichtung (4) zum Erfassen eines Intensitätswertes (I1) einer optischen Plasmaemission innerhalb der Arbeitskammer (1) und einen inneren Regelkreis, in welchem der Fluss eines Reaktivgases in die Arbeitskammer (1) während eines Beschichtungsvorgangs mittels einer ersten Steuerreinrichtung (5) in Abhängigkeit vom erfassten Intensitätswert (I1) der optischen Plasmaemission gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer (1) während des Beschichtungsvorgangs beeinflusst wird, indem in einem äußeren Regelkreis mittels einer zweiten Steuereinrichtung (9) in Abhängigkeit eines mittels einer zweiten Messeinrichtung (8) erfassten Reaktivgaspartialdruckwertes (I2) ein in den inneren Regelkreis eingehender Wert verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichtungsvorgang ohne Zufuhr des Reaktivgases oder mit einer definierten Zufuhr des Reaktivgases die erste Messeinrichtung (4) und/oder die erste Steuereinrichtung (5) derart kalibriert wird, dass bei einer konstant eingespeisten Leistung ein Bezugswert (B) für die Intensität der optischen Plasmaemission gewonnen wird; wobei während des Beschichtungsvorgangs unter Zufuhr des Reaktivgases ein relativ vom Bezugswert (B) abhängiger Intensitätssollwert (S1) der optischen Plasmaemission ermittelt wird, bei welchem die abzuscheidende Schicht eine erwünschte Stöchiometrie aufweist; wobei während des Beschichtungsvorgangs der Reaktivgasfluss in die Arbeitskammer mittels des inneren Regelkreises derart gesteuert wird, dass der mittels der ersten Messeinrichtung erfasste Intensitätswert (I1) der optischen Plasmaemission dem Intensitätssollwert (S1) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass unter den Bedingungen, bei denen eine Schicht mit erwünschter Stöchiometrie abgeschieden wird, mittels der zweiten Messeinrichtung (8) ein Reaktivgaspartialdruckwert erfasst und als Reaktivgaspartialdrucksollwert (S2) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschichtungsvorgangs im äußeren Regelkreis mittels der zweiten Steuereinrichtung (9) der Bezugswert (B) für die Intensität der optischen Plasmaemission derart verändert wird, dass ein mittels der zweiten Messeinrichtung erfasster Reaktivgaspartialdruckwert (I2) dem Reaktivgaspartialdrucksollwert (S2) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschichtungsvorgangs im äußeren Regelkreis mittels der zweiten Steuereinrichtung (9) der Sollwert (S1) für die Intensität der optischen Plasmaemission derart verändert wird, dass ein mittels der zweiten Messeinrichtung erfasster Reaktivgaspartialdruckwert (I2) dem Reaktivgaspartialdrucksollwert (S2) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern des Reaktivgasflusses in die Arbeitskammer (1) über die optische Plasmaemission im inneren Regelkreis schneller, d.h. mit einer kleineren Zeitkonstante erfolgt, als das Verändern des Sollwertes (S1) oder des Bezugswertes (B) der Plasmaemissionsintensität im äußeren Regelkreis.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schichten mit identischer Stöchiometrie, jedoch unterschiedlicher Abscheiderate abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Regelkreis als Reaktion auf ein Verändern der in die Magnetroneinrichtung eingespeisten Leistung aktiv wird.