Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

3.1. Herstellung der Schichten und Schichtsysteme 45
bung statt. Der berechnete Wert von pO2 kann daher vom Partialdruck in der Nähe der Kathoden,
der für den Sputterprozess relevant ist, abweichen.
Abbildung 2.6 auf Seite 22 zeigt die MF-Kathodenumgebung. Die Leistung zweier DC-
Generatoren wird durch einen Bipolar-Pulser Astral 20 der Firma Advanced Energy wechselweise
auf die Kathoden geschaltet. Aufgrund der elektrischen Verschaltung des Pulsers entspricht
die Entladungsspannung ungefähr dem Doppelten der Generatorspannung, auf die in den folgenden
Kapiteln mehrfach Bezug genommen wird. Der Sauerstoff wird zwischen den Kathoden
in der Ebene der Targetoberflächen eingelassen, während der Argon-Einlass vom Rand des Kathodensystems
erfolgt. Die Gaseinlassdüsen sind über die gesamte Targetlänge verteilt, um eine
homogene Gasverteilung in vertikaler Richtung zu gewährleisten. Die Plasmaemission wird von
kurz oberhalb der Targetoberfläche durch Lichtwellenleiter zu Detektoren außerhalb der Anlage
geführt. Dort wird die Intensität der Plasmaemission von atomarem Zink bei 307 nm ausgewertet,
um den Sauerstofffluss zur Stabilisierung des Prozesses zu steuern. Die gewählte Plasmaemission
ist ein Maß für die Menge des im Plasma vorhandenen Zinks. Die PEM-Kontrolle erfolgt
durch zwei unabhängige Steuerkanäle, die entlang der Targets eine Balancierung des Prozesses
ermöglichen. Eine detaillierte Beschreibung der Prozesssteuerung und Stabilisierung wird in
Abschn. 4.1 gegeben.
Zwischen statischer und dynamischer Depositionsrate besteht ein direkter Zusammenhang
über die Ausdehnung der Sputterquelle in Transportrichtung. Experimentell ergibt sich für die
in dieser Arbeit verwendete MF-Doppelkathode folgende Beziehung zwischen der höchsten
am Statikabdruck ermittelten Depositionsrate RDep statisch und der dynamischen Depositionsrate
RDep dynamisch (siehe Abschn. 5.1):
(3.1) RDep dynamisch ≈ 0,26 m · RDep statisch
Dies bedeutet, dass eine homogene Sputterquelle mit RDep statisch effektiv auf einer Länge von
26 cm deponieren muss, um eine dynamische Depositionsrate von RDep dynamisch zu erreichen.
3.1.2 Vorgehen beim Sputtern einer ZnO:Al-Schicht
Das Substrat wird vor einer Schichtabscheidung in der Ladekammer für mindestens eine Stunde
auf Prozesstemperatur aufgeheizt. Danach wird der Substratträger in die Prozesskammer transportiert
und so positioniert, dass eine der Kupferplatten des Substratträgers und nicht das Substrat
vor der Sputterstation steht. Der Substratheizer in der Prozesskammer ist dafür ausgelegt, das
Substrat auch in dieser Position auf Prozesstemperatur zu halten. In dieser Position wird vorgesputtert,
um die Deposition erst dann zu starten, wenn sich der Prozess bereits in einem stabilen