PECVD Prozessüberwachung - Wiederholbare Nutzung technischer Plasmen
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Beschreibung
Zur Abscheidung amorpher Kohlenwasserstoffschichten hat sich unter anderem die plasmaunterstütze chemische Gasphasenabscheidung etabliert. Die Entladungsbedingungen bzw. die Wechselwirkungen der Plasmabestandteile sowie der Depositionsprozess sind äußerst komplex und deswegen noch nicht bis ins Detail geklärt. Optimierungen der Schichteigenschaften und Prozessübertragungen erfolgen infolgedessen meist mittels ressourcenintensiven und empirischen Methoden, da die Zusammenhänge zwischen intrinsischen Plasmaparametern und extrinsischen Schichteigenschaften meist unbekannt sind. Eine umfangreiche Analyse des Plasmas bietet einen Ansatz, diese Probleme zu mindern und ein verbessertes Verständnis für die ablaufenden Vorgänge zu entwickeln.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prozessüberwachungssystem für eine Beschichtungsanlage entwickelt. Diese Arbeiten beinhalten die Erweiterung der elektrischen Messtechnik im Anpassnetzwerk und die Etablierung der plasmadiagnostischen Analyseverfahren der optischen Emissionsspektroskopie und der nonlinear extended electron dynamics zur quantitativen Bestimmung von Plasmaparametern. Aus den Messwerten der Plasmaemission wurden mittels des Corona Modells und der Analyse des Emissionsbandenverlaufs eines Stickstoffmoleküls die Elektronentemperatur, die Elektronendichte, die Gastemperatur sowie die Dichten von atomarem Wasserstoff, Silizium und des CH Moleküls berechnet.
Mit Hilfe der zusätzlichen Sensorik bzw. des Überwachungssystems wurde das Steuerungsverfahren des Beschichtungsprozesses modifiziert und die Prozesswiederholbarkeit wie auch die Stabilität des Prozesses verbessert. Außerdem erfolgte eine Analyse der Homogenität innerhalb der Beschichtungskammer sowie deren Auswirkungen auf die Schicht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Wachstumsrate und die Schichteigenschaften unterschiedlich stark variieren. Die dafür jeweiligen dominanten Effekte wurden identifiziert. Aus der abschließenden Untersuchung des Einflusses der Prozessstellgrößen auf die Prozessbedingungen und die Schicht, wurde ein Vorhersagemodell für die sich einstellenden Schichteigenschaften und die dafür notwendigen Plasmaparameter abgeleitet. Außerdem wurden die Abhängigkeiten der Plasmaparameter untereinander diskutiert und evaluiert, welche Plasmaparameter grundsätzlichen Einfluss auf bestimmte Schichteigenschaften haben.
Autor*in
Tobias Grotjahn
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Fraunhofer IWM F&E Produktion Angewandte Forschung applied research F&E, Produktion