SPUTTER SPOTLIGHT® E-NEWSLETTER
  |  Contact Advanced Energy |  Email this to a friend |  Print this page

Um die nächste Ausgabe per E-Mail zu erhalten, besuchen Sie My Account und stellen Sie sicher, dass Sie den Erhalt von E-Mails von AE ausgewählt haben.

Sputter Spotlight masthead

Die Kunst, die richtige Stromversorgung zu wählen


Weise Entscheidungen bei der Wahl der Prozessleistung helfen Ihnen, Ihre speziellen Ziele für Sputterrate, Filmqualität sowie Setupkosten und Komplexität zu erreichen. Jede Stromversorgungsmethode bietet eine einzigartige Spanne an Vor- und Nachteilen. Aus diesem Grund gibt es keine eindeutigen Antworten. Ihre Auswahl muss sowohl auf den hier aufgezeigten Empfehlungen basieren, als auch auf Ihren individuellen Prozessprioritäten.

Überblick über die Auswahl an Stromversorgungssystemen

Tabelle 1 listet die primären Faktoren auf, die in die Auswahl der Stromversorgung einbezogen sind, mit Bewertung für jede Versorgungsmethode. Finden Sie die Faktoren, die für Ihren Prozess am wichtigsten sind in der Spalte ganz links. Dann wählen Sie für diese Parameter die am höchsten bewerteten Stromversorgungsmethoden. Des Weiteren ziehen Sie die Tabelle für Informationen zu Ihrer gewählten Methodenleistung zu Rate zusammen mit all den wichtigen Kriterien. Dann lesen Sie weiter für mehr Faktoren, die Sie berücksichtigen sollten, bevor Sie eine abschließende Entscheidung treffen.

Tabelle 1. Muster zur Auswahl der Stromversorgung

Power supply selection matrix

 

Prozess Setup Spezifikationen


Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit allgemeinen Belangen im Sputterprozess-Setup. Es werden Antworten für die Fragen gegeben, die durch die obige Referenztabelle unbeantwortet blieben und bietet Rat für das Stromversorgungssystemsetup.

HF wählen für maximale Filmqualität

Wenn Filmqualität Ihre erste und einzige Priorität ist, ist HF-Strom die klare Wahl für die Prozessstromversorgung. HF-Energie bewirkt, dass Elektronen im Plasma außerordentlich mit Energie angereichert werden. Dies verursacht einen „Hammer-Effekt“, in welchem sich die Ionen mit großer Kraft selbst in das Substrat einbringen. Dies ermöglicht ihnen, sich nah aneinander zu platzieren, um sehr flache, gleichmäßige Filme mit geringerem Nadellochvorkommen zu bilden.

Der Hauptnachteil an der HF-Stromversorgung ist ihre geringe Geschwindigkeit. Ihre Sputterrate beträgt nur 20%, wogegen alle anderen Methoden eine Ausbeute von 70% oder höher, bis zu 100%, besitzen. Allerdings ist diese geringe Geschwindigkeit tolerierbar für kritische Anwendungen, wie Antennenarrays und Solarzellenplatten für den Einsatz im Weltraum. Es hängt von Ihren Prioritäten ab.

HF aufstellen

Für Prozesse, die relativ kleine Kathoden verwenden (1 bis 1,5m; 3,3 bis 4,9'), ist passende Netzwerkplatzierung der Schlüssel zu einer korrekten HF Installation. Um den Stromtransfer zum Verbraucher zu maximieren, platzieren Sie das passende Netzwerk so nah wie möglich an die Kathode. Dies erhöht die Länge des Ausgabekabels vom passenden Netzwerk, das sich als Teil des Verbrauchers verhält. Ein kürzeres Kabel erhöht deshalb den Stromtransfer und die Prozessreproduzierbarkeit.

Das Erden ist ein weiteres kritisches Element bei der HF Installation mit kleinen Kathoden. Der Erdträger muss kurz sein und breit, um den Oberflächenbereich zu maximieren. Zudem müssen alle Verbindungen äußerst sauber sein, um Widerstand vorzubeugen.

Unglücklicherweise gibt es keine einfacheren Richtlinien für Prozesse, die größere Kathoden verwenden, aufgrund von Wellenlängenmodi. Verglichen zu HF Prozessen mit kleinen Kathoden ist die Installation grundsätzlich komplizierter und verlangt mehr praktisches Ausprobieren.

Rotierbare Kathoden sind nicht kompatibel mit HF Strom. Grundsätzlich werden diese am besten in Prozessen verwendet, die mit Gleich- oder Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom arbeiten, wo sie die Vorgabenutzung von 80 auf 90% steigern können.

Zwischen Wechselstrom und HF wählen

Die Wahl zwischen Wechselstrom und HF wird festgelegt durch die Vorgabematerialien und/oder die gewünschte Filmqualität. Wenn die Länge der Kathode größer ist als eine Viertelwelle von 13,56 MHz, können Filmdickenunterschiede auftreten (ein Thema, das in einer späteren Ausgabe besprochen werden muss).

Zwischen Wechselstrom und gepulstem Gleichstrom wählen

Die Wahl zwischen Wechselstrom und gepulstem Gleichstrom hängt von der Anzahl der Kathoden in Ihrem System ab. Für jegliches Batchsystem könnte gepulster Gleichstrom die bessere Wahl sein. Für ein neues Inline-System mit mehr als einer Kathode ist Wechselstrom eine bessere Wahl als gepulster Gleichstrom. Es wird Ihnen einen bedeutenden Investitionsgewinn (ROI – Return on Investment) für sehr wenig Geldeinsatz bringen, weil es sauberere, dauerhafte Prozesse ermöglicht, aus denen sich bessere Filmqualität ergibt.

Für Nachrüstungen:

  • Wenn Sie ein System nachrüsten, das bereits mit Wechselstrom ausgestattet ist, bleiben Sie bei Wechselstrom.
  • Wenn Sie ein System nachrüsten, das mit Gleichstrom ausgestattet ist, und Sie haben nur eine Kathode, steigen Sie um auf gepulsten Gleichstrom.
  • Wenn Sie ein System nachrüsten, das mit Gleichstrom ausgestattet ist, und es ist auf jeden Fall möglich, eine Kathode hinzuzufügen, steigen Sie aufgrund der ROI-Vorteile des Wechselstroms, wie sie oben beschrieben sind, auf Wechselstrom um.

Zwischen Gleichstrom und gepulstem Gleichstrom wählen

Gepulster Gleichstrom ist fast immer eine bessere Wahl als schlichter Gleichstrom, denn es ermöglicht bessere Filmqualität und längere Herstellungsaktionen. Die meisten Systeme, die mit Gleichstrom ausgestattet sind, wurden schlichtweg aufgestellt, bevor die Pulstechnologie erhältlich wurde.

Der Zusatz von niederfrequentem Takt begünstigt höher angeregte Elektronen, was einen „Hammering-Down“ Effekt ermöglicht. Dies verbessert die Filmebenheit, die Zeichendichte und die Übertragung und vermindert das Nadellochvorkommen. Prozesse, die mit gepulstem Gleichstrom betrieben werden, benötigen zudem kürzere, niederfrequente Kammereinigungsschritte als direkten Gleichstrom. Dies erhöht dramatisch die Prozessproduktivität und den Ertrag.

Kosten sind kein bedeutender Entscheidungsfaktor zwischen direktem und gepulstem Gleichstrom. Gepulster Gleichstrom ermöglicht den Einsatz viel weniger teurer Vorgabematerialien als direkter Gleichstrom. Lesen Sie für Details An Vorgabekosten sparen durch die Wahl von gepulstem Gleichstrom oder Wechselstrom vor Gleichstrom.

An Vorgabekosten sparen durch die Wahl von gepulstem Gleichstrom oder Wechselstrom vor Gleichstrom

Generell produzieren Wechselstrom und gepulster Gleichstrom bessere Filmqualität als direkte Gleichstrommethoden. Dies ermöglicht bei Prozessen, die Wechsel- oder gepulsten Gleichstrom verwenden, bedeutend Kosten zu sparen, indem sie einfachere Vorgabematerialien verwenden. Jeglicher Gleichstrom Sputterprozess wird „Finger“ erstellen, die in und durch angrenzende Schichten ragen können. Gleichstrom gespeiste Prozesse müssen somit teure, hochwertige Aluminiumvorgaben verwenden, wogegen Wechsel- oder gepulste Gleichstromprozesse wesentlich erschwinglichere Vorgabematerialien ohne negative Effekte auf die Filmqualität verwenden können.

Gepulstes Gleichstromzubehör hinzufügen für bessere Filmqualität, Aktionslänge und Kostenersparnis

Gleichstrompulszubehör, wie AEs Pulsar® Zubehör, erhöhen die Filmqualität und Aktionslänge ohne bedeutende Kosten. Pulszubehör kann einfach an alle Arten von Gleichstrom-Sputterstromversorgungssystemen installiert werden, um gepulsten Gleichstrom zu erzeugen. Dies bedingt ebenere Filme aufgrund höherer Elektronenenergie. Es erhöht zudem wesentlich Ihre Investitionsgewinne durch die Reduzierung der Kammereinigungsnotwendigkeit. Dies verbessert wesentlich die Herstellungsaktionslänge. Wie oben beschrieben ermöglicht das Takten auch die Verwendung weniger kostenintensiver Vorgabematerialien, für bemerkenswerte Einsparungen.

Zwischen Gleichstrom mit HF und gepulstem Gleichstrom mit HF wählen

Generell ist gepulster Gleichstrom mit HF eine bessere Wahl als schlichter Gleichstrom mit HF. Hier greifen dieselbe Filmqualität, Produktivität und Kostenüberlegungen wie bei Zwischen Gleichstrom und gepulstem Gleichstrom wählen beschrieben.

Prozess Setup für Gleichstrom mit HF oder gepulstem Gleichstrom mit HF

Indem man HF mit Gleichstrom oder mit gepulstem Gleichstrom kombiniert, fügt man dem Prozess Setup einen gewissen Anteil an Komplexität und Kosten hinzu. Besonders Bogenentladungen bedeutet eine Herausforderung, wenn zwei verschiedene Stromtypen gleichzeitig arbeiten.

In diesen Konfigurationen kann das Gleichstrom- oder gepulste Gleichstromversorgungssystem weitaus genauer Bogenentladungen identifizieren und darauf reagieren als das HF-Stromversorgungssystem. Deshalb muss Ihre Gleichstromversorgung in der Lage sein, Ihre HF-Einheit zu kontrollieren, um sowohl den Gleich- als auch den HF-Strom abschalten zu können, wenn eine Bogenentladung auftritt. Es muss ebenso möglich sein, die Stromversorgung schnell wieder einzuschalten, sobald die Bogenentladung abgelöscht ist. Gleichstromversorgungen auf dem heutigen Markt variieren in dieser Hinsicht. Während einige keine eingebauten Gleichstrom-/HF-Stromkontrollmethoden anbieten, bieten andere starke Kontrolle. Zum Beispiel ermöglicht Arc-Sync™ Technologie, dass die Pinnacle® Plus+ Gleichstromversorgungen einfach und effektiv eine verbundene CESAR® HF-Einheit kontrollieren können, um Bogenentladungen handhaben zu können.

Zwischen Dioden- und Magnetron-Sputter wählen

Ihre Prioritäten für Sputtergeschwindigkeit, Filmqualität und Vorgabenutzung legen die beste Wahl zwischen Dioden- und Magnetron-Sputter fest. Dioden-Sputter Anwendungen produzieren bessere Filmgleichmäßigkeit, sowie 100% Vorgabenutzung. Allerdings ist die Sputterrate wesentlich langsamer als Magnetronmethoden. Magnetron-Sputter Anwendungen haben eine hohe Rate, verwenden aber ein Maximum von nur 50% der Vorgabe. Verfolgt man die Form des Magnetrons ist das Vorgabematerial in einer ovalen Form (genannt Rennstrecke) verbraucht, das übrig gebliebene Material bleibt unberührt.

 

Fragen Sie Doug!

Doug Pelleymounter photo

Treibt Sie Ihr Sputterprozess zur Weißglut?

Doug Pelleymounter, AEs Senior Field Application Ingenieur, hat mehr als 32 Jahre oder 224 Hundejahre an praktischer Erfahrung mit allen Arten an anspruchsvollen Sputteranwendungen. In diesem Abschnitt hilft Ihnen Doug, einige schwierige Anwendungsfragen zu beantworten. Senden Sie Ihre Frage oder Ihren Kommentar an sputtering@aei.com.

  1. Ich habe spezielles Vorgabematerial. Wie lege ich fest, welcher Typ von Prozessstromversorgungssystem zu verwenden ist: HF-Stromversorgung oder ein Wechsel- oder Gleichstromversorgungssystem?
  2. Ok, wie wähle ich dann zwischen Wechsel- und Gleichstrom?
  3. Wie lege ich fest, ob direkter Gleichstrom oder gepulste Gleichstromversorgung für meinen Prozess besser passt?
  4. Welche Sputterraten kann ich erzielen?
  5. Welche Bogenentladungspunkte soll ich in meinem Sputtermenüsystem wählen?
  6. Meine Sputterrate war stetig konstant. Warum änderte sich dies heute plötzlich?

  1. Ich habe spezielles Vorgabematerial. Wie lege ich fest, welcher Typ an Prozessstromversorgung zu verwenden ist: HF-Stromversorgung oder Wechselstrom- oder Gleichstromversorgungssysteme?
    Antwort: Es ist mit Sicherheit unkompliziert festzulegen, wenn Sie HF verwenden; Sie benötigen ein einfaches Ohmmeter. Platzieren Sie beide Ohmmeteranschlüsse irgendwo auf der Vorgabeoberfläche. Wenn Ihr Meter unendlich anzeigt (zum Beispiel wird eine reine Aluminiumvorgabe unendlich anzeigen), benötigt Ihr Prozess HF-Strom. Andererseits, wenn Ihr Ohmmeter etwas anderes als unendlich anzeigt, verwenden Sie Wechselstrom- oder Gleichstromversorgungssysteme.

  2. OK, wie wähle ich dann zwischen Wechsel- und Gleichstrom?
    Antwort: Dies ist eine knifflige Frage. Wenn Ihr Prozess ein Batchprozess ist, können Sie wahrscheinlich mit Gleichstrom arbeiten oder mit gepulstem Gleichstrom. Wir haben hier die Sorge, die Anode während des Prozesses zu verlieren. Wenn Sie reaktiv SiO2 sputtern, indem Sie Gleichstrom nutzen, wird sich die Anode (schwimmend oder Kammer) letztendlich mit dem Isolator SiO2 aufbauen. Diese isolierende Schicht verhindert, dass die Elektronen zurück zur Stromversorgung (die + zurück) fließen. Die Prozessspannung wird ansteigen und der Prozess wird abgeschwächt und sich letztendlich abschalten mit starken Bogenentladung und reduzierter Stromversorgung. Der Schlüssel ist, zu wissen, wie lang Ihr Prozess ist und wie viel Material Sie ablegen möchten. Sie müssen Ihre Kammergeometrie und Ihren Sputterprozess ganz genau kennen und verstehen. Es gibt interessante, kleine Tricks, wie Sie Ihre Anode länger sauber halten können. Gepulster Gleichstrom ist einer davon. (Andere sind eine andere Diskussion.)

    Ein Inlineprozess, der erfordert, dass das isolierende Material tagelang und wochenlang sputtert, ist ziemlich unkompliziert. Wechselstrom ist eine gute Methode um dahin zu gelangen. Der Nachteil ist, dass eine zweite Kathode angeschafft, installiert und gewartet werden muss. Wechselstrom wird verbesserte Filmqualität, einschließlich Ebenheit, verminderten Nadelloch- und besserer Zeichendichte bereitstellen.


  3. Wie lege ich fest, ob direkter Gleichstrom oder gepulste Gleichstromversorgung für meinen Prozess besser passt?
    Antwort: Sie werden immer bessere Filmqualität mit gepulstem Gleichstrom feststellen, aber direkter Gleichstrom ist nicht ganz so teuer. Das heißt, das Benutzen von gepulstem Gleichstrom vermeidet den Kauf einer weiteren, teuren Kathode. Mit gepulstem Gleichstrom werden Sie verbesserte Filmebenheit, Zeichendichte, Übertragung und eine Reduktion von Nadellöchern feststellen.


  4. Welche Sputterraten kann ich erzielen?
    Antwort: Wenn ich dies so einfach beantworten könnte, wäre ich reich und berühmt! Die Antwort hängt von der jeweilig eingestellten, individuellen Konfiguration ab—welche dynamisch sein kann. Die Sputterrate hängt ab von:
    • Kammergeometrie und Kathoden/Anoden-Aufbau
    • Betriebsdruck
    • Gasmischung
    • Vorgabendicke
    • Magnetstärke
    • Betriebsstromstärke
    • Vorgaben-Substrat Abstand

    Nichtsdestotrotz werden Sie wahrscheinlich Raten zwischen 2 und 10 Å pro Sekunde erleben. Die wahre Botschaft ist die, dass die Optimierung Ihres Sputtersystems eine Kunst und eine Wissenschaft zugleich ist—eine Balance zwischen Kosten, Sputterrate und Filmqualität. Der wahre Schlüssel ist, Ihre Kammergeometrie und Ihren Sputterprozess ganz genau zu kennen und zu verstehen. Sie sollten anfängliche Ratendurchläufe längeranhaltend als Ihre eigentlichen Prozessdurchläufe durchführen, damit Sie den Charakter Ihrer Kammer und Ihres Prozesses kennen lernen. Führen Sie anfänglich Ratendurchläufe mit niedrigem Strom durch und erhöhen Sie diesen jedes Mal langsam, damit Sie wissen, was bei einem richtigen Prozess zu erwarten ist.

  5. Welche Bogenentladungspunkte soll ich in meinem Sputtermenüsystem wählen?
    Antwort: Eine weitere Antwort, die mich reich und berühmt machen könnte. Auch hier hängt es von einigen Variablen ab:
    • Vorgabenmaterial und -dicke
    • Kathodengröße
    • Arbeitsspannung, die beeinflusst wird von Gasmischung, Magnetstärke und Kammerdruck

    Typischerweise empfehle ich, den Bogenentladungspunkt auf 10% der Arbeitsspannung zu setzen. Allerdings benötigen größere Vorgaben längere Auszeiten, da es länger dauert, die Bogenentladungsenergie bei diesen großen Jungs vollständig umzuwandeln. Je größer die Vorgabenoberfläche, desto länger die Auszeit der Bogenentladung.


  6. Meine Sputterrate war stetig konstant. Warum änderte sich dies heute plötzlich?
    Antwort: OK, meine erste Reaktion ist: Was ist das letzte, das Sie mit Ihrem System gemacht haben? In etwa 90% der Fälle gibt Ihnen dies die Antwort. Wenn dies nicht die Lösung ist, ergeben sich hier andere Wege zur Überprüfung:
    • Treten mehr Bogenentladungen auf?
    • Hat sich die Plasmafarbe verändert?
    • Hat sich die Spannung und die Stromstärke des Stromversorgungssystems verändert?
    • Können Sie zum selben Basisdruck gehen?
    • Ist derselbe Gasfluss nötig, um denselben Prozessdruck zu erzielen?
    • Haben Sie dieselbe Zeit für den Ratenerhöhungstest?

    Alle oben genannten Aspekte deuten auf ein Leck irgendwo in der Kammer hin. Es kann auch mit der Kammersauberkeit zusammenhängen. Beide dieser Ansätze können in tieferen Diskussionen besprochen werden.