Use Case Rübig - Mit Monitoring-Tools schneller zur neuen PVD-Anlage

Wie der Einsatz moderner Vakuum-Monitoring- und Kontrollgeräte die Entwicklung einer neuen PVD-Anlagengeneration beschleunigt und vereinfacht.

AUSGANGSSITUATION

Die Rübig Anlagentechnik aus Wels (AT) führt eine neue PVD-Anlagenserie auf dem Markt ein, die mit planaren Sputter-Magnetrons ausgestattet ist. Die Anlagen sind von Haus aus für metallische wie reaktive Prozesse sowie HiPims-ready ausgelegt.

 

HERAUSFORDERUNG

Worin sah RÜBIG die größten Herausforderungen bei der Entwicklung der Anlage und der neuen Prozesse?

Das Entwicklerteam sah die größte Herausforderung bei der Steuerung von Reaktivgasprozessen. „Wir erachten die Sensorik und Reaktivgassteuerung als wesentlich, um ein stabiles Prozessfenster zu ermöglichen und nicht in einen vergifteten Zustand abzurutschen. Die entscheidenden Fragen sind:

-          „Fahre ich ineffizient?“

-          Muss ich freisputtern?“

Welche Konsequenzen hätte es gehabt, keine adäquate Lösung zu finden?

„Ein instabiles Prozessfenster kann zu fehlerhaften resp. nicht zufriedenstellenden Beschichtungsergebnissen führen.“

LÖSUNG

Als Lösung wurden zwei Systeme des Anbieters GENCOA aus Liverpool definiert:

1. Reaktivgassteuerung „Speedflo“ mit je 8 Input-Kanälen (Sensorik) sowie Output-Kanälen zur Ansteuerung der Mass-Flow-Controller mit den Reaktivgasen. Als Unser-Interface kam während der Entwicklung die geräteeigene Software zum Einsatz.

2. Gas-Monitoring-Gerät „Optix. Das auf dem Remote-Plasma-Emission-Monitoring basierende Gerät wird über einen einfachen Flansch an der Kammerwand befestigt und erfasst laufend alle Gase im Druckbereich von 0.5 mbar bis 10^-7 mbar.

„Bereits die erste Anlagengeneration von Rübig arbeitete mit Magnetrons von Gencoa. Uns war es wichtig, bei Planung der 2. Anlage mit Magnetronsputtern, Prozessregelung und Monitoring ein funktionierendes Gesamtkonzept aus einer Hand zu bilden.“

ERGEBNIS

"Optix ist ein Tool, das ich jedem Anwender für seine Anlagen empfehlen würde."

Wurde das erwünschte Ziel erreicht?

1. Reaktivgassteuerung

„Durch die eingesetzte Reaktivgassteuerung lassen sich Entwicklungsprozesse deutlich verkürzen. Durch SPF können schneller Prozessparameter gefunden werden, und das über einen breiten Druck- und Temperaturbereich.

Beispiel: Einführung einer neuen Schicht.

• MIT Speedflo: 17 sccm Reaktivgas führen zu gutem Ergebnis >> keine weiteren Tests nötig

• Ohne Gerät: 15 sccm >  silber >> neuer Versuch mit  20 sccm > bronze >> Immer weitere Iterationen mit +/- 1 sccm.“

2. Plasma-Monitoring

„Das Plasmamonitoring/Optix-System lieferte in der Inbetriebnahmephase, sowie bei Anlagenumbauten wertvolle Informationen zu möglichen Leckagen oder Ausgasen von Bauteilen.

• Optix ist ein echt nützliches Tool, dass ich jedem Anwender für seine Anlagen empfehlen würde.

• Optix kann den Grad des restlichen Wassers in der Anlage feststellen, damit hat man (bei Einbindung und Automatisierung) eine perfekte Startbedingung für den Beschichtungsprozess.

• Optix ist sehr hilfreich, um Leckagen schnell zu erkennen. Die örtliche Lokalisierung erfolgt dann mit Spezialgeräten.

• Mit Optix ist es möglich, Reste von Kohlenwasserstoffen zu detektieren. Dies ist insbesondere bei einem Mischbetrieb von verschiedenen Schichten hilfreich, da sich diese in ihrer Kombination negativ auf die Haftung und sonstige funktionelle Eigenschaften auswirken kann. Auch hier kann Optix (wenn wir dieses einbinden und automatisieren) einen wertvollen Beitrag zur Prozessstabilität liefern.

• Möglicherweise könnte ein Massenspektrometer zur Analyse eingesetzt werden und zu ähnlichen Erkenntnissen führen, ist aber deutlich komplexer (u.a. Notwendigkeit zum zusätzlichen Einbau differentieller Pumpen; außerdem würde es nicht dauerhaft an der Anlage angeschlossen werden).“

Ausblick

Sind noch Erweiterungen und Verbesserungen geplant?

„Ein noch ausstehender finaler Schritt ist die Einbindung der Regelungssoftware in die Anlagensteuerung von Rübig.“

Die eingesetzten Geräte

Optix Gas-Monitoring

Speedflo Reaktivgaskontrolle für reaktives Sputtern

Die beteiligten Unternehmen

RÜBIG Anlagentechnik

RÜBIG entwickelte sich von der 1946 gegründeten Schmiedetechnik zur international erfolgreichen Unternehmensgruppe. Die Divisionen Anlagentechnik, Härtetechnik, Schmiedetechnik und Technologie sind Experten in der Wärmebehandlung von Stahl- und Aluminiumwerkstoffen. Heute ist die RÜBIG Gruppe ein High-Tech-Zulieferer u.a. im Bereich der Luftfahrt-, Automobil-Industrie und Medizintechnik.

Bisher bot RÜBIG Plasmanitriertechnologie, PACVD- und CVD-Beschichtungen und Anlagen an, doch nun hat das Unternehmen seine Technologien um PVD erweitert. Die sogenannte "MICROPULS® Lotus"-Anlage wurde nach der Lotusblüte benannt, da beide Systeme besondere Oberflächeneigenschaften aufweisen und erzeugen, die sie vor äußeren Einflüssen schützen. Dank der Magnetron-Sputter-Technologie kann das Unternehmen perfekt glatte und homogene Beschichtungen erzeugen.

GENCOA

Gencoa bietet Komponenten und Lösungen für Anwendungen im Bereich der Vakuum-Beschichtung. Das Unternehmen deckt alle wesentlichen Stufen des Plasmaabscheidungsprozesses ab, mit Produkten wie Plasmavorbehandlung und Ionenquellen, Magnetron-Sputterkathoden sowie Instrumenten für die Prozesskontrolle und Gasanalyse. Ein umfassendes Dienstleistungsangebot umfasst das Design von Magnetfeldern sowie die Unterstützung von Prozessen remote oder vor Ort.

AVALUXE

Avaluxe ist ein Spezialist für PVD-Beschichtungstechnologie mit über 30 Jahren Erfahrung in der Optimierung von Beschichtungsmaterialaien und -prozessen. Neben dem Design und der Lieferung von PVD-Materialien gehören Beratung und Entwicklung kundenindividueller Lösungen zu den Kernkompetenzen. Avaluxe ist Service- und Vertriebspartner von GENCOA mit Schwerpunkt Deutschland und Österreich.