薄膜质量、生产量、产量、蚀刻均匀性和侧壁控制都取决于点燃、维持和控制稳定等离子体的能力。精确、灵活的动力输送至关重要。严格的多步骤制造工艺要求极其严格的精度,这些工艺沉积或蚀刻材料以在易碎的玻璃基板上生产近乎完美的纳米结构薄膜,或将硅片转化为数千个微电路和数十亿个晶体管——潜在价值数十万美元。
蚀刻和沉积工艺的特定应用要求广泛的产品和功能能够以卓越的可靠性和稳定性运行,解决制造纳米和微米级电子器件的特定挑战。等离子体特性是动态的;电源必须持续响应瞬间变化,以支持稳定的等离子体,同时满足特定工艺配方的性能要求。这些方法可能包括数百个步骤,每个步骤需要快速连续的不同等离子体条件;因此,快速精确地形成等离子体特性的能力变得越来越重要。电源固有的拓扑结构、算法、控制和传感器功能决定了它在这些极其严格的参数范围内的性能。
等离子点火和维护
点燃等离子体所需的初始电压取决于许多因素,包括室几何形状、气体化学、压力、温度和其他条件。例如,图1所示的Paschen曲线说明了DC击穿的点火电压与压力和电极间距离的关系。
为了可靠且可重复地实现等离子体点火,电源应该能够在这些参数范围内提供精确的电压“尖峰”。这加速了等离子室内的电子,提供了足够的动能来碰撞和电离工艺气体原子或分子。初始数量的自由电子与额外的原子碰撞以释放更多的电子,从而产生雪崩效应。
一旦达到正确的条件,点火将在几微秒到几毫秒内发生,导致过程环境(包括阻抗)的剧烈变化。因为维持等离子体所需的电压低于点燃等离子体所需的电压,所以电源必须几乎立即做出反应,将电压降至处理水平。没有高度的速度和响应能力,等离子体可能会熄灭或变得不稳定。等离子体阻抗是高度动态的,并且会发生显著变化。例如,当压力变化(气体分解)发生时,它可能在点火过程中发生变化 当随着时间的推移电极受热而发生系统漂移时,以及在其他条件下,系统稳定。
当今先进的电源能够快速、持续地对工艺环境中的条件做出反应,以支持等离子体的稳定性。图2中的图形说明了射频供电过程中等离子体特性与功率传输精度和响应度之间的闭环关系,这适用于点火前和点火后阶段;dP代表影响等离子体特性(如阻抗dZ)的输出功率的增量变化。反过来,等离子体环境的变化需要改变功率输送。