Technische Hinweise - Geräte für Vakuum-Dünnschichtdepositionsprozesse

CVD und PVD

Zwei wichtige In-Vakuum-Prozesse sind CVD und PVD (beschrieben in Abschnitt 15, Vakuumsysteme). Die Liste der Produkte, die mit einen CVD/PVD-Schritt zur Herstellung einer Dünnschicht produziert werden, ist außergewöhnlich lang und vielfältig und umfasst alle von der Halbleiterindustrie hergestellten IC-Produkte, Computerfestplattenlaufwerke und ihre Leseköpfe, Antireflexbeschichtungen auf Kameralinsen und reflektierende Beschichtungen auf Architekturglas, Aluminium-beschichtete Kunststofffolien für Lebensmittelverpackungen und Wärmeisolierung in supraleitenden Magneten, „verspiegelte“ Sonnenbrillen, harte Beschichtungen auf Maschinenwerkzeugen, Körperflüssigkeiten-verträgliche Materialien auf prothetischen Gelenken, OLED-Displays, Flugzeugkabinendächer und Auto-Rückspiegel sowie Scheinwerferreflektoren.

Häufig wird eine Kammer auf einen niedrigen Druck evakuiert, um „saubere“ Anfangsbedingungen für einige Produktherstellungsprozesse zu gewährleisten. Prozessinstrumentierung wird hier verwendet, um Zusatzausrüstung abzudecken, die den Fortschritt des Prozesses überwacht oder steuert, oder die Bereitstellung eines wesentlichen „Nutzens“.

Steuern von Gasflüssen

Alle CVD- und viele PVD-Prozesse erfordern ein Gas oder einen Dampf, der mit relativ niedrigem Druck und kontrollierter Geschwindigkeit durch die Kammer strömt. Einige Beispiele sind (a) die Sputterdeposition, die einen konstanten Strom von reinem Ar bei einem festen niedrigen Druck erfordert; (b) reaktives thermisches Verdampfen, das ein reaktives Gas benötigt (O₂ oder N₂) um das Endprodukt zu bilden; (c) Trockenätzen, bei dem ein einziges Gas (Ar, O₂, CF₄) oder eine Mischung verwendet werden kann; und (d) CVD - Depositionen unter Verwendung von Dämpfen und getrennt zugeführten Gasen (Tetraethoxysilan + O₂ , um SiO₂ Schichten herzustellen).

Dünnschichtwachstum

Unter den vielen Faktoren, die Dünnschichten betreffen, die durch PVD-Verfahren hergestellt werden, sind die Depositionsrate des Materials und die Enddicke der Schicht oft kritisch. Die Depositionsrate kann die Morphologie beeinflussen, und die Dicke der Schicht bestimmt ihre elektrische, optische und mechanische Funktionsweise. Quarzkristall-Dickenmonitore werden häufig gewählt, um die Schichtwachstumsrate und die augenblickliche Dicke in PVD-Prozessen zu bestimmen.

Netzgeräte

Die meisten Vakuumprozesse erfordern elektrische Energie als Hilfsmittel innerhalb der Vakuumkammer. Beispiele aus Dünnschichtprozessen könnten Folgendes sein: (a) Verdampfen eines Materials; (b) Erhöhen der Substrattemperatur, sodass eine bestimmte CVD-Reaktion funktioniert; (c) Erwärmen eines Substrats, um die Morphologie einer Schicht während eines PVD-Prozesses zu manipulieren; und (d) Sputtern. Die verschiedenen Arten der Netzgeräte, die für diese Prozesse benötigt werden, werden später diskutiert.

Massendurchflussregler und -messer

Der Name beschreibt die Funktion – Massendurchflussregler (MFCs) steuern (oder messen im Falle von „Metern“) die Durchflussrate des Gases, das durch sie hindurchfließt. Genauer gesagt steuern sie den Massenstrom in Einheiten von Druck x Volumen/Zeiteinheit. Sie steuern den Volumenstrom nicht in Einheiten von Volumen/Zeiteinheit. Die Unterscheidung ist wichtig. Die Massendurchflussrate ist tatsächlich die Anzahl der Moleküle, die pro Sekunde durch die Vorrichtung fließen. Für eine angegebene volumetrische Flussrate könnte die Anzahl von Molekülen, die durch das Gerät fließen, 105 oder 1025 pro Sekunde sein... alles hängt vom Druck ab. Bei der Betrachtung chemischer oder physikalischer Prozesse ist der kritische Parameter eher die Anzahl der pro Zeiteinheit verfügbaren Moleküle als das Volumen, das sie ausfüllen.

Um die Gerätekosten zu senken, werden manchmal Leckventile gewählt, um den Gasfluss zu steuern. Aber wie im Abschnitt Ventile erklärt, ist dies nicht wirklich die Durchflusskontrolle. Die Durchflussrate durch ein Leckventil hängt von dem spezifischen Gas, dem Aufwärtsdruck, dem Abwärtsdruck und der Umgebungstemperatur ab. Innerhalb eines sehr breiten Bereichs von Betriebsbedingungen sind MFCs von diesen Faktoren nicht betroffen.

Permanentgase

Jedes Gas, das nicht durch Erhöhung des Drucks bei Raumtemperatur (20 ° C) in eine Flüssigkeit umgewandelt werden kann, wird Permanentgas genannt. Beispiele sind N2, O2, Ar, He, H2, NH3, CO, F2, CH4, etc. Um den Massenstrom eines permanenten Gases zu messen, wird ein bekannter Anteil des gesamten Gasflusses automatisch in ein Laminar-Fluss-Sensorrohr innerhalb des MFC umgeleitet. Diese Röhre kann mit zwei oder drei Sensoren (Eingang, Ausgang und Mittelpunkt) sowie einer gesamten Heizung umwickelt sein. Da die thermischen Eigenschaften des spezifischen Gases und die Temperaturen an zwei oder drei Sensorstellen bekannt sind, wird ein (gasspezifischer) Algorithmus verwendet, um den Massenstrom im Sensorrohr und daraus den Gesamtstrom zu berechnen. Der Ausgangsstrom des Rohrs wird wieder mit dem Hauptstrom gemischt und fließt (in der Version mit Controller) durch ein Magnetventil, das auf Rückmeldungen vom Durchflussmesskreis reagiert. Die Genauigkeit der Flusskontrolle beträgt ± 1 % des vollen Messbereichs (bei Berücksichtigung aller Fehlerquellen) mit einer Wiederholbarkeit von ± 0,2 % des vollen Messbereichs.

Dämpfe

Wie hier vergewendet, ist der Dampf die Gasphase einer Chemikalie, die auch bei oder nahe bei normalen Temperaturen und Drücken als flüssig oder fest vorliegt. Als ein Beispiel aus der täglichen Erfahrung enthält die Atmosphäre immer Wasserdampf. Die Reduzierung der Lufttemperatur bewirkt, dass Wasserdampf in flüssiges Wasser übergeht - wie man es von der Wolkenbildung oder Beschlagen von Badezimmerspiegeln kennt. Ein Beispiel für Dampf-Feststoff-Übergänge sind Iodkristalle. Bei Raumtemperatur ist der Ioddampfdruck (VP) ~0,4 torr. Kühlt man ein aufgefangenes I2 Druckvolumen auf 0° C und der Dampfdruck (VP) fällt auf 0,05 torr— dann kondensiert der Dampf als festes Jod.

In praktischen Vakuumprozessen, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden, werden Dämpfe wie: Tetraethoxysilan (TEOS), VP ~2 Torr bei 25° C; Titantetrachlorid (TiCl₄), VP ~10 Torr bei 20° C; und Hexamethyldisiloxan (HMDSO), VP 55 Torr bei 30° C häufig verwendet. Um den Massenstrom dieser Dämpfe zu messen, müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden: (a) Der MFC muss mit dem Dampf in Berührung kommen, ohne eine Reaktion oder Zersetzung zu verursachen; und (b) die Temperatur der Rohre/ Ventile, die den Dampf enthalten, muss über der Temperatur liegen, bei der eine Kondensation auftritt (siehe Seitenleiste Dampf und Temperatur).

Im Gegensatz zu Gasen können Dampfströmungen nicht mit MFCs gemessen oder kontrolliert werden, die nach den in „Permanentgase“ beschriebenen Prinzipien arbeiten Die Druckdifferenz, die in Gas MFCs verwendet wird, ist bei den meisten Dampfquellen nicht verfügbar und Gas MFCs können Elastomer/Polymer-Dichtungen aufweisen, die mit den Dämpfen nicht kompatibel sein können. Das Design eines Dampf MFCs konzentriert sich (a) auf ausschließlich Metalloberflächen, die mit dem Dampf in Kontakt kommen, (b) auf eine konstante Körpertemperatur, die deutlich über 25° C liegt, und (c) ein Durchflussmessverfahren verwendet, das bei niedrigen Eingangsdrücken und daher niedrigen Druckdifferenzen arbeitet.

Die erste Messmethode verwendet Durchflussbegrenzung. Wenn ein Dampf oder Gas, das durch eine Öffnung (oder ein kurzes Rohr) strömt, in einer viskosen Strömung ist und einen stromaufwärtigen Druck hat, der ungefähr das Doppelte seines stromabwärtigen Drucks beträgt, geht die Öffnung in eine Durchflussbegrenzung über. Der Massenstrom durch die Öffnung hängt nur von dem stromaufwärtigen Druck ab. Unter einem umgekehrten Gesichtspunkt, wenn der stromabwärtige Druck zwischen Hochvakuum und ~12-fachen des stromaufwärtigen Drucks liegt, hat er keine Auswirkung auf den Massendurchsatz durch die Öffnung. Durch Messen des Einlassdruckes der Öffnung mit einem Kapazitätsmanometer, durch Steuern dieses Einlassdrucks mit einem stromaufwärtigen Magnetventil und durch Verwenden geeigneter Werte für das Dampfmolekulargewicht usw. können in dem Algorithmus die Dampfmassendurchflussraten mit einer Gesamtgenauigkeit von ± 5 % der vollen Skala gesteuert werden.

Die zweite Methode hängt von der laminaren Strömung (im viskosen Bereich) durch ein Rohr ab. Wenn der Druck stromaufwärts und stromabwärts unter Verwendung von Kapazitätsmanometern genau gemessen wird, dann (Pu2 – Pd2) ist er direkt proportional zum Massenstrom durch das Rohr. Mit einem magnetbetriebenen Steuerventil, das vor dem vorgeschalteten Kapazitätsmanometer positioniert wird, können Dampfmassenströmungsraten mit einer Gesamtgenauigkeit von ± 5 % der vollen Skala gesteuert werden.

Dünnschichtmonitore/Controller

Die Dicke einer depositionierten Schicht ist oft kritisch für ihre ordnungsgemäße Funktion. Die Messung nach der Deposition ist eindeutig zu spät. Sie muss während der Deposition in situ gemessen werden und kann dann zu einem geeigneten Zeitpunkt beendet werden. Von den derzeit verfügbaren Zwei-Dicken-Messverfahren, Ellipsometrie und Quarzkristall-Überwachung, wird letztere viel häufiger verwendet und ist daher Gegenstand dieser Aufzeichnungen.

Quarzkristallmonitore und Controller

Wenn eine Spannung an eine Quarzplatte angelegt wird, bewirkt der piezoelektrische Effekt, dass sich die Platte biegt. Wenn die Spannung weggenommen wird, vibriert die Elastizität des Quarzes mechanisch mit seiner Eigenfrequenz und gibt während des Biegens piezoelektrische Mikrovolt-Signale ab. Wenn ein dünner Quarzkristall in einer speziellen „freilaufenden“ Oszillatorschaltung kombiniert wird, kann die HF-Spannungsausgabe des Kristalls verstärkt werden und kann dazu verwendet werden, seine Frequenz zu bestimmen.

Ein Schlüsselparameter, der die Eigenfrequenz des Kristalls bestimmt, ist seine Masse. Für die Schichtdickenmessung wird die Masse des Quarzkristalls so gewählt, dass die Eigenfrequenz ~6 MHz erreicht. Der Kristallmonitor ist in der Depositionskammer so aufgestellt, dass er einen Teil der Dampf-„Wolke“ abfängt Wenn das Material auf dem Monitor kondensiert, ändert sich die Masse des Kristalls, wodurch sich seine Eigenfrequenz ändert.

Vergleicht man die Frequenz des Kristalls einen Augenblick zuvor und seine aktuelle Frequenz, und verwendet einen geeigneten Algorithmus, ergibt das ein Maß für die depositionierte Masse, und abhängig vom Zeitintervall, ein Maß für Depositionsrate und -dicke. Das ist die primäre Information, die von einem Quarzkristallmonitor (auch bekannt als Quarzkristallmikrowaage) bereitgestellt wird, der mit einer Rückkopplungsschleife zum Netzgerät der Depositionsquelle zu einer Quarzkristallsteuerung wird. (Die unten verwendeten Initialen QCM beziehen sich sowohl auf Monitore als auch auf Controller).

QCMs werden zum Messen und Steuern von Depositionsraten von Metall, Legierungen, Halbleitern und Isolatoren verwendet. Die anspruchsvolleren Modelle können bis zu sechs separate Quarzsensoren überwachen und die Depositionsrate von sechs verschiedenen Quellen einzeln steuern. Für die Ko-Deposition können bis zu zwei Quellen gleichzeitig gesteuert werden. Jüngste Entwicklungen bei organischen und polymeren lichtemittierenden Bauelementen (OLEDs und PLEDs), die eine mehrfache gleichzeitige Deposition erfordern, haben jedoch zu QCMs geführt, die bis zu sechs Kristalle und Quellen gleichzeitig steuern können.

Genaue und präzise Dickenmessungen sind mit vielen Feinheiten verbunden, von denen einige das Design des QCM-Herstellers berücksichtigen, während andere die Aufmerksamkeit des Bedieners erfordern. Die einschränkenden Eigenschaften sind nachstehend zusammen mit den Techniken eines Herstellers aufgeführt, um die Beschränkungen zu überwinden.

Offensichtlich kann der QCM während der Deposition nicht die gleiche geometrische Position wie das Substrat einnehmen. Wenn der QCM jedoch auf einer Seite der Dampfwolke angeordnet wird, bedeutet dies, dass der Kristall eine andere Depositionsrate sieht. Der Werkzeugfaktor korrigiert diesen geometrischen Faktor und wird durch Kalibrierung bestimmt: (1) Messen der Rate einer (stabilen und reproduzierbaren) thermischen Verdampfung mit dem QCM in der Substratposition und (2) Messen der Rate für die gleiche thermische Verdampfung mit dem QCM in seiner Seitenposition. Da der Werkzeugfaktor von der spezifischen Geometrie der Kammer, der Position des QCM und der Quelle abhängt, kann dieser Faktor nur vom Bediener behoben werden.

Die akustische Impedanz eines Materials, oft als 'Z' bezeichnet, errechnet sich aus Dichte x longitudinale Schallgeschwindigkeit (mit einem numerischen Faktor). Wenn der Z-Wert mit dem von Quarz (dem piezoelektrischen Material, das als Grundlage für die Überwachung der Depositionsrate verwendet wird) verglichen wird, wird es als 'Z-Verhältnis' angegeben. Das Z-Verhältnis des Materials wird verwendet, um das Signal zu korrigieren, wenn der Quarzkristallsensor zum Erfassen der Depositionsrate oder -dicke verwendet wird. Tabellen mit Z-Verhältniswerten für gängige Materialien finden Sie im Internet oder im Handbuch des Herstellers. Bei nicht aufgeführten Materialien sollte der Bediener die tatsächliche Dicke gegen die gemessene Dicke kalibrieren.

Inficon^™ Auto Z-Schaltung

Unglücklicherweise enden akustische Impedanzprobleme nicht mit dem Anwenden des richtigen Wertes. Das Z-Verhältnis ändert sich mit der Schichtdicke und der Anzahl der verschiedenen Materialschichten, die auf einem einzelnen Kristall depositioniert sind. Die INFICON™ Auto Z-Schaltung überwacht und speichert den Verlauf des Kristalls und wendet Korrekturen für die Gesamtdicke und den Schichtwechsel an. Ergebnisse für In/MgF2 geben an, dass sich die Gesamtdicke 20 Mikrometern nähert, der unkorrigierte Fehler pro Schicht überschreitet 20 %, während der Fehler bei Auto Z ~0 % ist.

Kristalle nehmen nur eine bestimmte Masse abgelagerten Materials auf, bevor sie nicht mehr richtig oszillieren. Wenn sie ihre Grenze erreichen, können sie den Betrieb einstellen, zu einer harmonischen Frequenz springen oder eine Oszillation in einem anderen (nicht fundamentalen) Modus beginnen, daher der Begriff Modussprung. Ein Springen tritt nur auf, wenn eine Deposition auftritt und eine Frequenzänderung bewirkt. Die Dickenüberwachungsschaltung, die dazu ausgelegt ist, schrittweise Frequenzänderungen zu erkennen, kann die Information nicht auflösen und schlägt fehl, wodurch zerstörte Produkte entstehen und Zeit verloren geht. Obwohl „gewisse Masse“ eine bekannte Masse impliziert, ist dies nicht der Fall. Die Massenlast eines einzelnen Kristalls vor dem Beginn des Modusspringens ist nicht vorhersagbar.

Inficons patentierte ModeLock^™ Technologie

Wie zuvor erläutert, bestimmt in einem herkömmlichen QCM der Kristall die Frequenz der HF-Stromversorgung, die freilaufende Resonanzfrequenz des Kristalls. Modussprünge begrenzen die Lebensdauer des Kristalls und Fehler treten während der Deposition unvermeidlich auf.

INFICON's patentierte ModeLock™ Technologie überwindet diesen Fehlermodus. Die Technologie zwingt den Kristall, in seiner Grundfrequenz während seiner verwendbaren Lebensdauer zu bleiben, verlängert diese Lebensdauer auf einen bekannten Abschaltpunkt, eliminiert praktisch Modussprünge und liefert Kristallfrequenzdaten mit höherer Genauigkeit als herkömmliche QCM-Systeme.

ModeLock verwendet einen separaten, internen Oszillator für den HF und treibt den Kristall durch die Abgabe eines Pakets von Sinuswellen mit fester Frequenz an. Dann werden über eine Rückkopplungsverbindung die Phasen- und Spannungseigenschaften des Rücksignals des Kristalls untersucht. Wenn sich die Phase zwischen dem ausgehenden Paket und den eingehenden Signalen ändert, korrigiert die ModeLock-Schaltung die Frequenz des nächsten Pakets, um sie der neuen Resonanzfrequenz des Kristalls anzupassen. Mit einer Aktualisierungsrate von 0,15 MHz (ungefähr alle 7 Mikrosekunden), ist ModeLock Reaktionszeit viel schneller als signifikante Schichtdickenänderungen.

Kristallsensoren

Während das „traditionelle“ wassergekühlte Gehäuse mit einem Einzelkristall immer noch der Standard für die Überwachung von Ablagerungen in F&E-Verdampfungen ist, wurde eine Vielzahl von Kristallsensoren für Prozessanwendungen entwickelt. Sensoren, die mehrere Kristalle tragen, bieten Unterstützung, falls ein Kristall versagt, oder sie werden separat während sequenzieller Mehrkomponentendeposition verwendet. Der "nächste" Kristall wird entweder von einer abgedeckten Position in die aktive Position gedreht oder durch Drehen einer Blende aufgedeckt.

Sputter Sensoren

Ein Sputterdepositionsprozess ist eine elektrische, laute Umgebung. Der für einige Sputteranwendungen empfohlene Quarzsensor ist in vergoldetem Berylliumkupfer (Berylliumkupfer ist zur Maximierung der Wärmeableitung und zur Unterstützung der Korrosionsbeständigkeit mit Gold beschichtet) untergebracht. Dieser Sensor verfügt auch über einen Permanentmagneten hinter dem Kristall, um die aus dem Plasma austretenden Elektronen abzulenken, die auf den Sensor auftreffen könnten. Dies wiederum erhöht die Temperatur und verursacht unregelmäßige Dickenmessungen.

Netzgeräte

Der Oberbegriff „Netzgeräte“ umfasst eine ganze Reihe von Produkten. Hier beschränkt sich der Umfang auf Materialien, die bei der Dünnschichtdeposition verwendet werden, insbesondere bei den Verfahren des thermischen Verdampfens und des Sputterns. Die Informationen, die benötigt werden, bevor ein Netzteil zum thermischen Verdampfen ausgewählt und installiert wird, sind nicht umfangreich. Im Gegensatz dazu erfordert die Auswahl und Installation einer HF-Netzgeräts für die Sputterdeposition ein angemessenes Verständnis von: HF-Übertragung, HF-Erdung, Maximierung der HF-Leistungsübertragung auf Plasmen unter Verwendung von automatischen Impedanzanpassungs-Tunern, HF-Plasma-Potentiale, DC-Eigenvorspannung und Potentialabfälle zwischen dem Plasma und den geerdeten/kapazitiv gekoppelten Elektroden. Diese Punkte sind zwar relevant, aber für diese Aufzeichnungen zu komplex.

HF Netzgeräte

Im Zusammenhang mit der Dünnschichttechnologie wird HF-Strom verwendet, um (a) schlecht leitende oder isolierende Targets zu sputtern; (b) Plasma-Reinigung von Substrat- oder Kammeroberflächen durchzuführen; (c) eine Gleichstromvorspannung an ein Substrat anzulegen; und (d) Metalle und andere Leiter zu sputtern. (Wie in der Einleitung erwähnt, werden hier nur kurze Erläuterungen gegeben.)

Der Versuch, ein isolierendes Target mit Gleichstrom zu sputtern, indem ein negatives Gleichspannungspotential auf eine (leitende) Grundplatte hinter dem Target gelegt wird, bewirkt, dass die positiven Ionen des Plasmas die Oberfläche des Target bombardieren. Da sein Widerstand den Elektronenfluss von der Basisplatte verhindert, wird die Ionenladung nicht neutralisiert und die Oberfläche des Targets erreicht schnell eine hohe positive Spannung, was einen weiteren Ionenbeschuss stoppt.

Wenn die Basisplatte HF-gespeist wird, bombardieren Ionen während des negativen Halbzyklus das Target und Sputtern tritt auf. Während der positiven Halbwelle bombardieren Elektronen das Target und neutralisieren die Ionenladung. Es ist klar, dass das Sputtern die Hälfte der Zeit auftritt, in der die Energie angewendet wird, was zu relativ niedrigen Sputterraten führt.

Die Schichtadhäsion an Substratoberflächen wird teilweise durch die Sauberkeit der Oberfläche bestimmt. Adsorbierte Dämpfe und Verunreinigungen müssen unmittelbar vor Beginn der Schichtdeposition entfernt werden. Eine Methode besteht darin, eine (bewegliche Untervakuum-) Elektrode so anzuordnen, dass sie dem Substrat zugewandt ist und eine HF-Spannung angelegt wird. In den besten Anordnungen ist die Elektrode hohl und an eine Gasversorgung angeschlossen. Winzige Löcher in der zum Substrat zugewandten Seite liefern den Gasstrom, in dem das Plasma aufleuchtet und mit dem desorbierte Produkte zu den Pumpen gelangen. Das Entfernen von Dämpfen von den inneren Oberflächen der Kammer erfordert ein „globaleres" Plasma, das durch eine HF-Spannung an einer zentralen Elektrode in einem Niederdruckgasstrom hergestellt wird.

Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, kann das Substrat auf einem negativen Potential in Bezug auf das Plasma gehalten werden. Dies verhindert einen Elektronenbeschuss, erlaubt jedoch einen Ionenbeschuss aus dem Plasma.

Angesichts der niedrigeren Sputterraten von Metallen mit HF ist die Frage: Warum wird das gemacht? Die Antwort ist im vorhergehenden Absatz enthalten. Es führt zu einer Ionen-unterstützten Deposition (siehe technische Anmerkungen in Abschnitt 15) ohne eine zusätzliche Ionenquelle. Metallschichten, die mit HF-Strom abgeschieden werden, haben im Vergleich zu ähnlichen Schichten, die unter Verwendung von Gleichstrom hergestellt werden, eine bessere Haftung und eine kompaktere Morphologie.

Gleichstromnetzgeräte

Leitende (und einige halbleitende) Targets werden mit Gleichstromnetzgeräten oft mit hohen Raten gesputtert. Die Verkabelung von Quelle und Stromversorgung sind einfache Verbindungen, da keine Plasmaimpedanzanpassungsprobleme auftreten. Es ist jedoch nicht möglich, „irgendeine“ Gleichstromversorgung zum Sputtern zu verwenden. Das Netzgerät sollte Folgendes wenigstes vorweisen: (a) eine hohe Maximalspannung (1 kV oder höher), um das Plasma zu starten, (b) 100 % seiner Nennleistung bei jeder Spannung über seinen gesamten Bereich liefern, nicht nur bei einer optimalen Entwurfsspannung, (c) Erkennung von Lichtbögen und deren schneller Unterdrückung, (d) ihr Ausgang muss auf konstante Leistung, konstante Spannung oder konstanten Strom umschaltbar zu machen sein, und (e) die ausgewählte Leistungsabgabe muss durch eine analoge Signalrückmeldung von einem Dickenmonitor steuerbar sein.

Gepulste Gleichstromnetzgeräte

Verwendung von Gleichstromversorgungen für reaktives Sputtern (leitfähiges Metall Target und aktives Gas wie O2 um Oxidschichten zu erzeugen) führt oft dazu, dass die Zieloberfläche mit einer Oxidschicht 'vergiftet' wird, die den Sputterprozess stoppt. Die Verwendung von HF-Netzgeräten ist eine Option, aber die reduzierte Sputterrate beim HF-Sputtern ist manchmal inakzeptabel.

Eine bessere Lösung in Bezug auf die Sputterrate und die Steuerung der Deposition wird erhalten, indem eine gepulste Gleichstromversorgung verwendet wird. Solche Netzgeräte liefern dem Target eine negative Spannung, die mit einer variablen Frequenz und einer variablen Dauer (zu einer positiven Spannung) umgekehrt wird. Das Target wird während des negativen Spannungszyklus gesputtert, aber jedes Oxid mit hohem spezifischem Widerstand, das auf der Oberfläche gebildet wird, wird während der Spannungsumkehrung neutralisiert.

Gepulste Gleichstromnetzgeräte haben eine vom Benutzer eingestellte negative Ausgangsspannung und positive Spannungsumkehrungen (die etwa 10 % der eingestellten Spannung in positiver Richtung erreichen). Die Spannungsumkehr kann für Frequenz und Dauer (Tastverhältnis) über einen geeigneten Bereich variiert werden. Die Umkehrumschaltzeit ist sehr kurz, um einen Plasmazusammenbruch zu verhindern. Durch Variation von Spannung, Frequenz und Tastverhältnis können optimale Sputterbedingungen für ein bestimmtes Targetmaterial gefunden werden.

Wechselstromnetzgeräte

Eine Vielzahl von AC-Netzteilen wird für Anwendungen benötigt wie: Widerstandsheizung verschiedener Quellen für Verdampfungsmaterialien, Substrattemperatursteuerung und Innenkammer-Ausheizer.

Thermische Verdampfungsquellen, die in Verdampfungsquellen gezeigt werden, sind widerstandsbeheizte feuerfeste Metallschiffchen, Kästen, Membranen usw., die von einer variablen Starkstrom-, Niederspannungsversorgung gespeist werden. Um die Quelle auf die geeignete Verdampfungstemperatur für das Material des Interesses zu bringen, werden Netzgeräte gebaut, um,2 kW,4 kW oder 6 kWzu liefern. Der maximal verfügbare Strom hängt von der maximalen Ausgangsleistung und dem gewählten Spannungsabgriff auf der Sekundärseite des Transformators ab. Zum Beispiel hat das 2 kW Netzgerät,5V,10V,20 V und 40 V Abgriffe, die maximale Stromstärken von,400A,200A,100 A und 50 A liefern.

Eine Effusionszelle ist ein Schmelztiegel, der aus einer Heizspule besteht, die aus Wolframfaden besteht. Sie benötigt relativ niedrige Spannungen und mäßige Ströme, um (maximale) Betriebstemperaturen zu erreichen (~1.500° C). Ein steuerbares Netzgerät, das 40 A bei 24 V liefern kann, ist ausreichend für viele Effusionszellen-Designs. Solche Zellen und Netzgeräte werden in Anwendungen verwendet, in denen Metalle und Verbindungen mit hohem Schmelzpunkt verdampft werden.

Diese sind wie die Hochtemperatur-Effusionszellen aufgebaut, aber der Temperaturbereich, der hier von Interesse ist, befindet sich bei 100° C bis 500° C zum Verdampfen von organischen Materialien oder Materialien mit hohem Dampfdruck. Der zulässige Temperaturfehler in absoluten Gradangaben ist sehr streng, und eine präzise Steuerung erfordert spezielle Schaltungen, um Temperaturüber- und -unterschreitungen zu minimieren. Typische Netzteile für diese Anwendung haben Ausgänge von 15 A bei 12 V.

Die am häufigsten verwendeten Heizungsarten für diese Anwendungen sind Quarzhalogenlampen oder Widerstandsheizungen, die aus nacktem Kanthal^®, Nichrom oder einem anderen Widerstandsdraht hergestellt wurden. Solche Heizvorrichtungen werden normalerweise so hergestellt, dass sie bei Standard-Netzspannung arbeiten (115 und 240VAC sind üblich) und benötigen Netzgeräte mit gesteuerten Ausgängen bei dieser Netzspannung.