工業(yè)裝置中的動態(tài)反向脈沖：SiO2沉積案例分析

實踐才是真正的檢驗標準——這就是AE位于德國美因河畔卡爾斯泰因客戶解決方案實驗室的做法。在生產裝置上第一手測試驗證AE創(chuàng)新的設想，能夠幫助我們更好地滿足客戶的需求。憑借新型供電技術，Advanced Energy緊跟當今磁控濺射需求的步伐，其中包括：快速增加的旋轉圓柱形靶的使用和日益增長的敏感基片對熱負荷控制的需求。

可以理解，任何可能替代現(xiàn)有有效工藝的創(chuàng)新總是面臨各種質疑。幾年前，AE引入動態(tài)反向脈沖（DRP）模式，作為雙磁控管工藝傳統(tǒng)雙極（BP）模式的替代方案，用于絕緣材料（例如：SiO2）的反應濺射。我們使用我們最先進的客戶解決方案實驗室，通過對比傳統(tǒng)BP模式來研究DRP的性能。

使用在線鍍膜機，以低功率密度進行初始測試，結果顯示：在各靶上施加減半功率輸入P/2（最終加和與BP模式的總功率相同）時，與BP模式相比，襯底負荷較低，但沉積速率類似，這意味著每個端塊承受的功率負荷較低。

我們繼續(xù)對SiO2進行沉積研究，研究中增加了單極（UP）濺射模式（圖1）。

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圖1：本試驗使用不同供電模式（BP、DRP和UP）顯示等效的總供電功率等效配置，使用20kW/m的功率密度以及40kHz和80kHz脈沖頻率進行測試。DRP和UP模式使用80%的占空比，使用兩種不同的反向電壓（Vrev=0 V和200 V）測試UP模式。

為了復現(xiàn)工業(yè)條件，我們在帶有旋轉靶的工業(yè)鼓狀鍍膜機中以更高功率負載測試沉積（圖2）。該鍍膜機是特別定制的，可實現(xiàn)以最小的腔室調整完成不同功率模式的測試。因此，本質上而言，可以實現(xiàn)各種工藝之間的可靠對比。

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圖2：工業(yè)鼓式鍍膜機（左）和工藝門（右），配備用于測試的雙旋轉靶筒和陽極

使用12kW、40kHz和80kHz脈沖頻率的三種功率模式，對SiO2薄膜進行沉積處理（詳見圖1）。我在2022年SVC Techcon上介紹了這些研究。可點此查閱相關詳細介紹記錄，要點概括如下（參見圖3）。

1

DRP和雙UP模式在工藝參數(shù)以及薄膜特性方面表現(xiàn)出許多相似之處。

2

與BP模式相比，使用DRP和雙UP模式，觀察到功率歸一化沉積速率提高大約10%，玻璃襯底溫度負荷減少大約12%。

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對比現(xiàn)有（1Hz）數(shù)據(jù)與PowerInsight高分辨率（高達10Hz）穩(wěn)定數(shù)據(jù)，以發(fā)現(xiàn)偏差、問題和趨勢。

4

脈沖頻率從40kHz增加到80kHz，導致電弧速率出現(xiàn)大幅降低（符合預期）。在較高頻率下操作DRP，降低了薄膜表面粗糙度，這可能是電弧速率下降導致的。

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圖3 ：不同測試模式下功率歸一化動態(tài)沉積速率、基片溫升、折射率和電弧速率的結果匯總

此外，我們還發(fā)現(xiàn)BP模式和DRP/UP模式（由于具有若干相似性，DRP和雙UP歸為一類）之間存在有差異的一些非顯著特征：

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與BP模式相比，DRP/UP模式可在較低放電電壓下工作，并且需要較低的O/Ar氣流比，即可在類似的過渡區(qū)工作點下工作。

02

與BP DMS電流相比，在DRP/UP模式下，磁控管陽極對每一側的放電電流幾乎減半。在DRP/UP模式下，總放電電流（兩側之和）高出約10%。

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光學發(fā)射光譜（OES）顯示：DRP/UP模式之間的不同氣體種類（歸一化為Ar系）比率相似，但它們不同于BP模式。就BP模式而言，在等離子體中觀察到較高的O/Si比。當DRP和BP模式產生相似的沉積速率時（即：在BP和DRP模式下，在不同工作點沉積），O/Ar和Si/Ar比率仍然不同。這表明不同模式之間存在等離子體特性固有差異。

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與DRP/UP模式相比，BP模式下的OES記錄顯示：接近基片的等離子體強度更高。在BP模式下，等離子體向基片的進一步擴展受到基片移動的影響，并導致線信號出現(xiàn)波動。之后，這些擾動也反映在BP模式下的輸出功率中，并可能根據(jù)波動程度對工藝穩(wěn)定性產生影響。

全力以赴，不負所托

AE在薄膜沉積工藝上的研發(fā)從不懈怠，我們的客戶解決方案實驗室更是集結了一支強大的AE“技術夢之隊”，匯聚了AE眾多頂尖的研發(fā)人員、工程師和科學家們，配備了一流的實驗設備，AE旗下的頂流電源產品一應俱全。助力客戶突破技術難點，與客戶共同解決所面臨的的各種電源設計挑戰(zhàn)。