FLAT PANEL FOCUS® NEWSLETTER Q4 2007
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Fokus Flachbildschirm-Rundbrief 4. Quartal 2007

Das Target im Mittelpunkt

 

AE’s Flat Panel Focus Newsletter für das 4. Quartal 2007 beschreibt die Prozessprobleme, die im Zusammenhang mit einem wesentlichen Bestandteil Ihres Prozesses auftreten können: den Targets. Gleichzeitig benennt der Newsletter Lösungen für diese Probleme. Die folgenden Abschnitte behandeln spezifische targetbezogene Prozessstrategien und ihre Auswirkungen auf entscheidende Zielvorgaben wie Schichtqualität, Durchsatz und Rentabilität.

Verlängerung der Lebenszeit von Targets

Eine Möglichkeit, die Kosten in Ihrem Fertigungsbetrieb beträchtlich zu verringern und den Prozessdurchsatz zu erhöhen, besteht darin, Ihre Targets effektiver auszunutzen. Wenn Sie die Lebenszeit der Targets und ihre Ausnutzung steigern, müssen Sie weniger Targets erwerben und können außerdem die produktive Fertigungszeit zwischen den einzelnen Prozess-Stillstandszeiten, die für die Reinigung und den Austausch der Targets anfallen, verlängern.

Eine umfassende Strategie zur Targetoptimierung beinhaltet zwei Haupttaktiken: ein möglichst langes Aufrechterhalten guter Targetqualität und zweitens, ein möglichst langes Vermeiden von negativen Auswirkungen auf die Schichtqualität, sobald eine Verschlechterung der Qualität festzustellen ist.

Aufrechterhaltung der Targetqualität

In einem typischen Magnetron-Sputter-Prozess mit einem planaren Target konzentriert sich das Sputtern auf den „racetrack” also jenen Bereich auf der Targetoberfläche, in dem das tangentiale Magnetfeld am stärksten ist (Abb. 1 und 2).

Planares Target mit racetrack-Erosionsmuster

Abb 1. Ebenes Target mit racetrack-Erosionsmuster





Querschnitt durch ein racetrack-Erosionsmuster auf einem planaren Target


Abb. 2. Querschnitt durch ein racetrack-Erosionsmuster auf einem planaren Target



Außerhalb des Racetrack ist die Sputterrate viel niedriger und ermöglicht u. a., dass sich Oxide bilden (Abb. 3). Beim Sputtern von Keramiktargets, wie ITO, können Oxide leicht entstehen, da Sauerstoff im Targetmaterial vorkommt und meist auch in die Kammer gelangt. Beim Metall-Sputtern ist Sauerstoff u. U. aufgrund eines Lecks in der Kammer oder des durch das Entgasen von Substrat und Träger entstehenden Wasserdampfs vorhanden. Die sich bildenden Oxidbereiche werden meist als Knoten bezeichnet. Sie wirken isolierend und ermöglichen einen beträchtlichen Spannungsaufbau. Die Schichten sind überaus dünn, wodurch die elektrischen Felder – selbst bei "geringen" Spannungen – sehr stark ausfallen. Ist das elektrische Feld erst einmal ausreichend, entsteht auf der Targetoberfläche eine Störung (Arc). Diese Arcs geben Partikel ab, die das Substrat beschädigen. In schweren Fällen, wenn der Arc nicht beseitigt wird oder aufgrund eines ungeeigneten oder fehlenden Arc Handlings über die Stromversorgung weiter brennt, wird u. U. auch das Targetmaterial beschädigt.


In einem typischen Magnetron-Prozess mit planaren Targets geben kleine Explosionen in Bereichen geringerer Sputterrate auf der Targetoberfläche Teilchen ab, so dass Sie Ihre Targets lange vor deren vollständiger Ausnutzung ersetzen müssen.

Abb. 3. In einem typischen Magnetron-Prozess mit planaren Targets geben kleine Explosionen in Bereichen geringerer Sputterrate auf der Targetoberfläche Teilchen ab, so dass Sie Ihre Targets lange vor deren vollständiger Ausnutzung ersetzen müssen (click graphic to view animation)



DC-Pulsing macht es unwahrscheinlicher, dass sich Knoten bilden, und trägt dazu bei, dass die Targetqualität im Laufe der Zeit erhalten bleibt, so dass Sie das Target umfassender ausnutzen können. Diese Prozessstrommethode verringert dielektrische Strukturen und die Arc-Bildung, indem die Polarität periodisch umgekehrt und so die Targetoberfläche entladen wird. In dem Maße, in dem die Frequenz steigt, werden die dielektrischen Oberflächen öfter entladen, wodurch die Wahrscheinlich der Knotenbildung sinkt. Auf diese Weise verlängert sich die Lebenszeit der Targets und gleichzeitig wird auch das Substrat möglicherweise weniger beschädigt.

Wenn Sie also reinen DC verwenden, sollten Sie die Anschaffung eines DC-Pulse-Produkts, wie das Pulsar®. -Zubehör von AE, erwägen. Falls Sie einen neuen Prozess einrichten, wäre eine pulsierte DC-Stromversorgung, wie AEs Pinnacle Plus+, geeignet. Für Details zu den Vorteilen dieses Produktes konsultieren Sie bitte Wie stelle ich fest, ob sich gepulstes DC gut für meinen FPD-Prozess eignet? in unserem Flat Panel Focus Newsletter 2. Quartal 2007.

Neutralisierung der negativen Auswirkungen eines Targets, das sich qualitativ verschlechtert

Der andere wichtige Aspekt bei der Verlängerung der Lebensdauer des Targets ist die Neutralisierung der negativen Auswirkungen schlechter Targetbedingungen gegen Ende dessen Lebenszyklus. Durch eine hochwertige Stromversorgung mit wenig gespeicherten Energie und einem effektiven Arc Management können Sie ein älteres Target, selbst wenn es Knoten aufweist, einsetzen und dabei die negativen Auswirkungen des in Abb. 3 dargestellten Phänomens (fast) ganz vermeiden.

Effektives Arc Management und wenig gespeicherte Energie können den Schaden einer Knotenexplosion verringern, indem die Stromversorgung zum Arc begrenzt wird. Dank dieser Merkmale können Sie ein älteres Target, ggf. mit Knoten, einsetzen und gleichzeitig die Energie des Arcs auf ein Maß reduzieren, das die Schichtqualität nicht gefährdet. Ohne diese Merkmale müssen Sie, wenn die Knotenbildung zunimmt, Ihren Prozess anhalten, um Ihr Target zu entsorgen und auszutauschen, obwohl es vielleicht nur teilweise verbraucht ist. So steigen Ihre Kosten, weil Sie ein brandneues Target einsetzen müssen, obgleich das alte u. U. nur teilweise verbraucht ist. Außerdem beeinträchtigt dies den Durchsatz, weil Sie das ganze System anhalten müssen. (Weitere Informationen über Arc Management-Techniken sind weiter unten im Abschnitt über die Arc SynchTM-Technologie zu finden.)

Verwendung eines rotierbaren Targets

Falls es für Ihre Fertigungskosten besonders entscheidend ist, Targets vollständig zu nutzen und Sie das Phänomen aus Abb. 3 vermeiden wollen, sind für Sie möglicherweise rotierbare Targets von Vorteil. Sie sind zwar teurer als planare Targets, doch beträgt ihre Ausnutzung meist ca. 85 % (gegenüber 35 bis 50 % bei planaren Targets). Diese Zahlen sind von Prozessstrom-Methode oder Targetmaterial unabhängig.

Bedenken Sie jedoch, dass sich rotierbare Targets nur begrenzt anwenden lassen. Sie sind nicht leicht mit HF-Strom kompatibel. Im Allgemeinen lassen sie sich am besten in Prozessen mit AC-, DC- oder pulsiertem DC verwenden. Auch sind aufgrund von Herstellungsfaktoren nicht alle Targetmaterialien erhältlich.

Neben der besseren Ausnutzung besteht ein weiterer großer Vorteil rotierbarer Targets darin, dass sie dem Problem explodierender Knoten (Abb. 3) weniger ausgesetzt sind. Im Gegensatz zu planaren Targets, die nach einem Racetrack-Muster erodieren, erodieren rotierbare Targets gleichförmig über ihre gesamte Oberfläche hinweg. Es gibt daher in den Erosionsmustern keine “Ränder”, mit Ausnahme der äußeren Targetenden, die sich aber meist jenseits der Substrat-Enden befinden und daher die Schichtqualität nicht beeinträchtigen. Auf einem planaren Target verursachen diese Ränder Umstände, die die Bildung von Oxiden fördern, was zu Knoten, Arcs und Schäden am Substrat führt.

Vermeidung von Target-Crosstalk

Wenn es um Targets geht, ist die optimale Ausnutzung nur ein wichtiger Aspekt. Target-Crosstalk ist ein Phänomen, das die Leistung schwächen kann, was Arcs auf dem Substrat, Schäden an Substrat und Target sowie möglicherweise schließlich zu Schäden am Stromversorgungssystem führen kann. Crosstalk kann u. U. auch verhindern, dass das gewünschte Leistungslevel erreicht wird, was letztlich den Durchsatz senkt.

Was verstehen wir nun unter Target-Crosstalk? Größere Substrate, wie sie oft bei der FPD-Herstellung zum Einsatz kommen, können pro Kammer ein Dutzend Targets oder mehr erforderlich machen. Um in eine einzige Kammer zu passen, muss der Abstand zwischen den Targets kleiner werden. Wenn eng beieinander liegende Targets unterschiedliche Potenziale aufweisen, können sie sich gegenseitig stören und die oben beschriebenen ernsten Probleme verursachen.

CEX oder Phasensynchronisation

CEX, ein Bestandteil der meisten AE-Stromversorgungssysteme, vermindert Crosstalk und sorgt dafür, dass damit verbundene Probleme gar nicht erst auftreten. CEX, das im Allgemeinen als Phasensynchronisation bezeichnet wird, steht für common exciter . Diese Produkteigenschaft koordiniert alle Stromversorgungsgeräte in Ihrem System und gleicht deren Wellenformen ab, so dass sich alle Kathoden stets in derselben Phase befinden. Abb. 4 zeigt die hohe Potenzial-Differenz zwischen Kathoden, die auftreten kann, wenn CEX nicht verwendet wird.

Scope trace showing poor synchronization and high potential difference between cathodes

Abb. 4. Feldspur (“scope trace”) mit schlechter Synchronisation und einer hohen Potenzialdifferenz zwischen den Kathoden



Die Vorteile von CEX sind beachtlich. Zunächst stellt CEX einen Schutz Ihrer Anlageninvestition dar. Des weiteren trägt CEX dazu bei, die Schichtqualität aufrechtzuerhalten und potenzielle Prozess-Ausfallzeiten zu verringern, indem es das Risiko von Schäden an Stromversorgung, Substrat und Target senkt. Außerdem wächst die Prozessstabilität, und u. U. ermöglicht CEX die für größere Substrate erhöhten Power Levels. Viele AE-Produkte sind mit CEX ausgestattet und bringen so die daraus erwachsenden Vorteile mit sich.

Die Arc Synch™-Technologie

Die Arc Synch-Technologie kann sehr gut mit CEX kombiniert werden, um ein strategisches und umfassendes Arc Management der infolge von Target-Crosstalk und anderen Umständen verursachten Arcs zu ermöglichen. Arc-Synch koordiniert genau wie der CEX alle Stromversorgungsgeräte in einem System, so dass alle Einheiten auf einen Arc reagieren, selbst wenn ihn nur eine Einheit festgestellt hat. Ohne Arc Synch reagiert nur diejenige Einheit auf einen Arc, die ihn entdeckt hat, während alle anderen Stromversorgungsgeräte normal weiterarbeiten. In der Folge können die Kathoden sich gegenseitig beeinträchtigen, was zu Arcs auf dem Substrat, Schäden an Substrat und Target und schließlich auch zu Schäden am Stromversorgungssystem führen kann. Mit Arc Synch wird jedoch bei einem entdeckten Arc eine simultane Reaktion in allen Stromversorgungsgeräten des Systems ausgelöst, um den Arc zu löschen. So wird verhindert, dass die Kathoden einander stören als Folge davon, dass Kathoden sich erneut entzünden und der Arc unterdrückt wird.

Für weitere Informationen zu Arc Synch und Arc Management konsultieren Sie bitte das AE-White Paper Die Reduzierung von Arcs beim Magnetron-Sputtern metallischer Materialien. Wenn Sie erfahren möchten, wie Arc Management, CEX, Arc Synch oder andere Strommanagementtechnologien Ihren Prozessablauf verbessern können, senden Sie uns bitte eine E-Mail an FPDapplications@aei.com.




Fragen Sie die FPD-Experten!


Haben Sie Schwierigkeiten, Ihren FPD-Prozess rentabler zu gestalten?

Bruce Fries, strategischer Marketingspezialist für FPD bei AE, und Ken Nauman, strategischer Marketingingenieur für FPD bei AE, können Ihre kniffligsten Fragen beantworten. Senden Sie dazu bitte Ihre Fragen oder Anmerkungen an FPDapplications@aei.com. Um Ken Nauman direkt zu kontaktieren, wählen Sie bitte +1.970.214.6280 an, oder senden Sie eine E-Mail an Ken.Nauman@aei.com.

  1. Die Vorteile gepulsten DCs klingen sehr überzeugend, aber mir macht meine Sputterrate Sorgen. Nimmt gepulster Gleichstrom beim Umkehrpuls Sputterenergie weg?
  2. Ich kontrolliere und überwache meine Stromversorgung mit VFP (Virtual Front Panel) von AE. Kann VFP auch bei der Prozessentwicklung helfen?
  3. Kennen Sie aus Ihrem Erfahrungsschatz einfache und günstige Tricks, mit denen sich beträchtliche Prozessverbesserungen realisieren lassen?
  4. Ich will für meinen PVD-Prozess kontinuierlich die bestmögliche Produktivität erreichen. Wer kann mir dabei helfen?
  5. Welche Branchenführer müssten sich Ihrer Meinung nach ändern, damit die FPD-Herstellung rentabler wird?

  1. Die Vorteile gepulsten DCs klingen sehr überzeugend, aber mir macht meine Sputterrate Sorgen. Nimmt gepulster Gleichstrom beim Umkehrpuls Sputterenergie weg?
    Antwort: Das hängt von der Qualität Ihrer Stromversorgung ab. Stromversorgungsgeräte von niedrigerer Qualität verringern die Sputterrate tatsächlich, da sie beim Umkehrpuls Sputterenergie verbrauchen. Die Geräte von AE hingegen speichern die Sputterenergie beim Umkehrpuls. Diese Energie wird dann beim Puls genutzt, wodurch Ihre Sputterrate und Ihr Durchsatz erhalten bleiben.

  2. Ich kontrolliere und überwache meine Stromversorgung mit VFP (Virtual Front Panel) von AE. Kann VFP auch bei der Prozessentwicklung helfen?
    Antwort: Ja! Mit VFP können Sie Ihren Prozess handhaben und die Ergebnisse über Ihren PC verfolgen. Sie müssen noch nicht einmal in der Nähe des Produktionswerkzeugs sein, um neue Rezepte zu testen. Die Kontrolle oder Überwachung erfolgt aus der Ferne über Ethernet in Ihrem Netzwerk. Während des Systemstarts oder im F&E-Modus können Sie neue Rezepte schreiben, während Sie an einem bestimmten Werkzeug spezifische Prozessbedingungen nachbilden. Dies ist überaus bequem und flexibel und verringert außerdem kostspieligen Werkzeugeinsatz. Einige AE-Stromversorgungsgeräte sind mit VFP ausgestattet. Bitte wenden Sie sich an uns für weitere Informationen.

  3. Kennen Sie aus Ihrem Erfahrungsschatz einfache und günstige Tricks, mit denen sich beträchtliche Prozessverbesserungen realisieren lassen?
    Antwort: Da gibt es einige Möglichkeiten, doch konzentrieren wir uns auf die bekanntesten Faktoren: die Länge und Qualität des Kabels. Eine Gelegenheit, Arcs und durch Arcs verursachte Schäden zu reduzieren, besteht darin, Ihr Stromversorgungs-Kathodenkabel zu prüfen. Die Energie wird im Kabel induktiv gespeichert; ein Kabel weist pro Meter eine bestimmte Menge Induktivität auf. Wenn Sie die Kabellänge verringern und ein Kabel mit geringer Induktivität benutzen, senken Sie die gespeicherte Energiemenge im Kabel-Kathoden-System der Stromversorgung. Somit reduzieren Sie die Strommenge, die ggf. an auftretende Arcs übertragen wird. Verwenden Sie daher zwischen Stromversorgungsgerät und Kathode das kürzeste Kabel mit der geringstmöglichen Induktivität.

  4. Ich will für meinen PVD-Prozess kontinuierlich die bestmögliche Produktivität erreichen. Wer kann mir dabei helfen?
    Antwort: In der heutigen FPD-Branche kommt es vor allem auf Durchsatz und Ertrag an. Daher ist es absolut entscheidend, Ihre PVD-Prozesse zu optimieren. Während sich Anwendungen und Prozesse weiterentwickeln, kann sich AE mit Originalherstellern kurzschließen, um so eine Optimierung Ihrer fortschrittlichen Technologien zu erreichen. Indem Sie sich für Anlagenanbieter entscheiden, die einen umfassenden und schnellen Support bieten, können Ihre Systeme mitwachsen, sobald neue Technologien verfügbar werden.

    Der Support Ihres Anlagenanbieters muss folgende Elemente beinhalten:
    • Anwendungs-Support[1]—Bei AE arbeiten Experten der jeweiligen von uns bedienten Branchen, um Ihnen bei prozessrelevanten Möglichkeiten zur Seite zu stehen. Der Kunde profitiert von dieser Aktivität – sofort und auch in Zukunft, denn die gewonnenen Erfahrungen gehen an die AE-Entwicklerteams zur weiteren Produktentwicklung zurück.
    • Produkte zur Prozessverbesserung[1]—Nutzen Ihre Prozesse in puncto Durchsatz, Ertrag und Kosteneffizienz ihr ganzes zur Verfügung stehendes Potenzial? Der umfassende Zugriff auf AEs vielschichtiges Produktportfolio gestattet angepasste Optimierungsmöglichkeiten und gewährleistet so, dass Sie für Ihren Prozess die idealen Produkte erhalten.
    • Produktreparaturdienste[1]—AE bietet in allen großen Fertigungsregionen weltweit Kundendienstzentren, die umfassenden und passenden Service bieten. Unsere sachkundigen Mitarbeiter stellen sicher, dass Ihnen zügig und professionell geholfen wird.
    • Produkt-Upgrade-Dienste[1]—Fortwährende Produktverbesserungen sind ein Schlüssel zum Erfolg von AE und unseren Kunden. Wir bieten  fortwährend solche Verbesserungen, um die Lebenszeit sowie die Leistung Ihrer Produkte kontinuierlich zu verbessern.

    [1] Bitte fragen Sie Ihren Anlagenzulieferer nach den Ihnen zur Verfügung stehenden AE-Support-Optionen.

  5. Welche Branchenführer müssten sich Ihrer Meinung nach ändern, damit die FPD-Herstellung rentabler wird?
    Antwort: Die gegenwärtigen Marktbedingungen sind wirklich frustrierend: Man fühlt sich ein wenig wie in einer Warteschleife – mit Gewinnen, die erst dann zufrieden stellen könnten, wenn die Kunden mehr FPDs kaufen bzw. wenn die Herstellungskosten merklich sinken würden. Dennoch gibt es guten Grund, optimistisch zu sein. Zunächst besteht ein starkes Verbraucherinteresse an der FPD-Technologie und somit ein enormes Wachstumspotenzial groß. Trotzdem muss einiges geschehen, bevor aus diesem Potenzial echte Gewinne erwachsen.

    Der Anfang der Halbleiterindustrie ähnelte sehr dem heutigen FPD-Markt. Das Verbraucherinteresse war groß, aber der Absatz blieb hinter den Erwartungen zurück. Wie gelang es der Halbleiterindustrie, dieses Dilemma zu überwinden und die gestiegenen Umsatzzahlen zu erreichen, die der Branche schließlich nachhaltige Rentabilität bescherte? Mehrere Faktoren haben dabei eine Rolle gespielt, darunter Verbesserungen in der Fertigungsproduktivität und in der Erschwinglichkeit des Materials. Dies führte zu verringerten Endproduktkosten, die letztlich eine bessere Marktdurchdringung und eine gestiegene Verbrauchernachfrage ermöglichten.

    Es gibt bereits Anzeichen dafür, dass die FPD-Branche in die Fußstapfen der Halbleiterindustrie treten wird. Da Unterhaltungsliebhaber CRT-Technologie als nicht mehr angemessen ansehen, kaufen sie konsequenterweise FPDs als Ersatz. Alle großen Computerhersteller betrachten FPDs nicht mehr als Luxusartikel. Bei den meisten ist FPD daher standardmäßig für neue Systeme eingebaut. Zusätzliche Kostensenkungen durch Allianzen in der Branche schaffen verbesserte Nutzungs- und Vertriebskanäle. All dies deutet darauf hin, dass sich positive Veränderungen abzeichnen und auch weiterhin abzeichnen wird.