实践出真知，实验领创新

工业装置中的动态反向脉冲：SiO2沉积案例分析

实践才是真正的检验标准——这就是AE位于德国美因河畔卡尔斯泰因客户解决方案实验室的做法。在生产装置上第一手测试验证AE创新的设想，能够帮助我们更好地满足客户的需求。凭借新型供电技术，Advanced Energy紧跟当今磁控溅射需求的步伐，其中包括：快速增加的旋转圆柱形靶的使用和日益增长的敏感基片对热负荷控制的需求。

可以理解，任何可能替代现有有效工艺的创新总是面临各种质疑。几年前，AE引入动态反向脉冲（DRP）模式，作为双磁控管工艺传统双极（BP）模式的替代方案，用于绝缘材料（例如：SiO2）的反应溅射。我们使用我们最先进的客户解决方案实验室，通过对比传统BP模式来研究DRP的性能。

使用在线镀膜机，以低功率密度进行初始测试，结果显示：在各靶上施加减半功率输入P/2（最终加和与BP模式的总功率相同）时，与BP模式相比，衬底负荷较低，但沉积速率类似，这意味着每个端块承受的功率负荷较低。

我们继续对SiO2进行沉积研究，研究中增加了单极（UP）溅射模式（图1）。

 

 

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图1：本试验使用不同供电模式（BP、DRP和UP）显示等效的总供电功率等效配置，使用20kW/m的功率密度以及40kHz和80kHz脉冲频率进行测试。DRP和UP模式使用80%的占空比，使用两种不同的反向电压（Vrev=0 V和200 V）测试UP模式。

为了复现工业条件，我们在带有旋转靶的工业鼓状镀膜机中以更高功率负载测试沉积（图2）。该镀膜机是特别定制的，可实现以最小的腔室调整完成不同功率模式的测试。因此，本质上而言，可以实现各种工艺之间的可靠对比。

 

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图2：工业鼓式镀膜机（左）和工艺门（右），配备用于测试的双旋转靶筒和阳极

使用12kW、40kHz和80kHz脉冲频率的三种功率模式，对SiO2薄膜进行沉积处理（详见图1）。我在2022年SVC Techcon上介绍了这些研究。可点此查阅相关详细介绍记录，要点概括如下（参见图3）。

1

DRP和双UP模式在工艺参数以及薄膜特性方面表现出许多相似之处。

2

与BP模式相比，使用DRP和双UP模式，观察到功率归一化沉积速率提高大约10%，玻璃衬底温度负荷减少大约12%。

3

对比现有（1Hz）数据与PowerInsight高分辨率（高达10Hz）稳定数据，以发现偏差、问题和趋势。

4

脉冲频率从40kHz增加到80kHz，导致电弧速率出现大幅降低（符合预期）。在较高频率下操作DRP，降低了薄膜表面粗糙度，这可能是电弧速率下降导致的。

 

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图3 ：不同测试模式下功率归一化动态沉积速率、基片温升、折射率和电弧速率的结果汇总

此外，我们还发现BP模式和DRP/UP模式（由于具有若干相似性，DRP和双UP归为一类）之间存在有差异的一些非显著特征：

01

与BP模式相比，DRP/UP模式可在较低放电电压下工作，并且需要较低的O/Ar气流比，即可在类似的过渡区工作点下工作。

02

与BP DMS电流相比，在DRP/UP模式下，磁控管阳极对每一侧的放电电流几乎减半。在DRP/UP模式下，总放电电流（两侧之和）高出约10%。

03

光学发射光谱（OES）显示：DRP/UP模式之间的不同气体种类（归一化为Ar系）比率相似，但它们不同于BP模式。就BP模式而言，在等离子体中观察到较高的O/Si比。当DRP和BP模式产生相似的沉积速率时（即：在BP和DRP模式下，在不同工作点沉积），O/Ar和Si/Ar比率仍然不同。这表明不同模式之间存在等离子体特性固有差异。

04

与DRP/UP模式相比，BP模式下的OES记录显示：接近基片的等离子体强度更高。在BP模式下，等离子体向基片的进一步扩展受到基片移动的影响，并导致线信号出现波动。之后，这些扰动也反映在BP模式下的输出功率中，并可能根据波动程度对工艺稳定性产生影响。

全力以赴，不负所托

AE在薄膜沉积工艺上的研发从不懈怠，我们的客户解决方案实验室更是集结了一支强大的AE“技术梦之队”，汇聚了AE众多顶尖的研发人员、工程师和科学家们，配备了一流的实验设备，AE旗下的顶流电源产品一应俱全。助力客户突破技术难点，与客户共同解决所面临的的各种电源设计挑战。