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選擇合適電源的藝術
選擇電源過程中的英明決策將幫助您達到對濺射速率、鍍膜品質、以及安裝成本和操作複雜性的特定目標。每種供電方式都有其自身特有的利弊。因此，並沒有一種絕對正確的方案。您需要根據文中所述的建議並結合您個人的製程優先順序進行選擇。
電源選擇概述
表 1 列出了電源選擇過程中包含的主要因素，並為每種供電方式提供了評級。找出最左側列出的對於您製程最為重要的因素，然後選擇對這些參數評價最高的電源方式。您還可以進一步查閱該表獲取所選方式的效能及所有重要指標資訊。最後，在作出最終決定前了解更多的因素並仔細考慮。
表 1. 電源選擇矩陣
安裝流程詳細說明
本部分解決濺射安裝流程中的常見問題。主要分析以上參考表格中尚未解答的問題並提供電源安裝建議。
選擇 RF 使鍍膜品質最大化
如果鍍膜品質是您唯一需要優先考慮的，那RF 電源將是工作電源的最佳選擇。RF 能量將使電子的能量在等離子體中充分加強。這將產生「錘擊效應」，離子將其自身以極大的能量帶入鍍膜底層。這使得它們能夠緊密沈疊形成非常平滑、一致的薄膜，針孔發生頻率極低。
RF 電源的主要缺點在於其速度極慢。它的濺射速率僅 20%，而其他方式的速率可達 70% 或更高，最高可達 100%。然而，在諸如外太空中使用的天線陣列和太陽能板之類的關鍵應用當中，可以承受此類較低的速率。這取決於您優先關注的指標。
安裝 RF
對於使用相對小型陰極（1 至 1.5 米，3.3 至 4.9 英呎）的製程而言，與其相匹配的網路的安插，是正確安裝 RF 的關鍵。為使傳輸到負載的能量最大化，需要盡可能將匹配網路放置在靠近陰極的地方。這樣可以減少到達匹配網路的輸出電纜長度，該電纜長度也是負載的一部分。因此縮短電纜能夠增加電源傳輸和製程的可重複性。
接地是小型陰極 RF 安裝中另一個關鍵要素。接地母線必須短而寬才能使表面積最大化，並且所有的接頭必須極其清潔才能防止產生較大的電阻。
不幸的是，由於波長模式的原因，使用較大陰極的製程沒有簡單的指導原則可循。與使用小型陰極的 RF 製程相比，安裝過程必然更加複雜且包含更多試驗和錯誤。
可旋轉陰極與 RF 電源不相容。通常，可旋轉陰極在使用 AC、DC 或脈衝 DC 作為電源的製程中表現最佳，能夠提高靶材利用率達 80% 到 90%。
在交流AC和RF 間進行選擇
選擇 AC 還是 RF 需要根據靶材材料及期望的鍍膜品質決定。如果陰極長度超過 13.56 MHz 四分之一的波長，您將遇到鍍膜厚度變化的問題（稍後的討論主題）。
在 AC 和脈衝 DC 間進行選擇
選擇 AC 還是脈衝 DC 取決於系統中陰極的數量。對於任何內嵌系統，脈衝 DC 可能是更好的選擇。對於帶有不止一個陰極的新內嵌系統，AC 將是比脈衝 DC 更好的選擇。通過啟用提供更佳鍍膜品質的清潔器、持續時間更長的製程，AC 能夠以較少的資金投入獲得较大的投資報酬率。
對於改進設備：
- 如果正在改進的系統已經裝備了 AC，則繼續沿用 AC。
- 如果正在改進的系統已裝備 DC 並且僅有一個陰極，則換用脈衝 DC。
- 如果正在改進的系統裝備 DC 並且很可能增加陰極，則換用 AC，因為如上所述 AC 的 ROI 優勢更大。
在DC 和脈衝 DC 間進行選擇
脈衝 DC 在大多數情況下都是優於直通式 DC 的選擇，因為它能夠提供更好的鍍膜品質和更長的製造週期。大多數僅裝備簡單 DC 的系統都是在脈衝技術尚未投入應用前建立的
額外的低頻脈衝能夠提供能量更高的電子，並產生「錘擊」效應。該效應能夠改善鍍膜平滑度、填料密度和透射性，並降低針孔的發生率。使用脈衝 DC 作為電源的製程還需要比直通式 DC 更短、頻率更低的反應室清除措施。這大幅增加了製程生產率和產量。
成本不是直通式和脈衝 DC 間的主要決定因素。脈衝 DC 相對於直通式 DC 能夠使用更為低廉的靶材材料。參見選用脈衝 DC 或 AC 取代直通式 DC 節省目標成本獲得詳細資訊。
選用脈衝 DC 或 AC 取代直通式 DC 節省目標成本
通常，AC 和脈衝 DC 電源能夠生產比採用直通式 DC 方式更好的鍍膜品質。這使得採用 AC 或脈衝 DC 的製程能夠透過使用較低等級的靶材材料大幅節省成本。任何 DC 濺射的製程都將產生能夠伸入並穿過鄰接層的「指粒」。因此採用 DC 作為電源的製程必須使用昂貴、高級別的鋁質靶材材料，而使用 AC 和脈衝 DC 作為電源的製程則可以使用較為低廉的靶材材料而對鍍膜品質不產生任何負面影響。
添加脈衝 DC 附件獲得更好的鍍膜品質、工作週期以及節省成本
DC 脈衝附件，如AE 的 Pulsar® 附件，能夠提高鍍膜品質和工作週期而無需大幅增加成本。脈衝附件能夠簡便地安裝在各類 DC 濺射電源中產生脈衝 DC 電源。更高的電子能量能夠產生更平滑的薄膜。它還能夠減低反應室清除的需求，進而大幅增加您的投資報酬率。這大大地提高了製造週期長度。如上所述，脈衝還可使用成本更低的靶材材料，大幅降低成本。
在帶 RF 的 DC 和帶 RF 的脈衝 DC 間選擇
通常，帶 RF 的脈衝 DC 是比帶 RF 的直通式 DC 更好的選擇。它不僅能夠提供相同的鍍膜品質、生產率，而且在 DC 和脈衝 DC 間選擇中提到的成本因素也同樣適用。
帶 RF 的 DC 或帶 RF 的脈衝 DC 的製程安裝
將 RF 與 DC 組合或將 RF 與脈衝 DC 組合增加了一定的複雜性和製程安裝成本。當兩種不同類型的電源同時工作時，電弧處理將成為挑戰。
在這些配置中，DC 或脈衝 DC 電源能夠比 RF 電源更加精確的辨別並回應電弧。因此，您的 DC 電源必須能夠在發生電弧時控制 RF 設備關閉 DC 和 RF 電源。當電弧消失後，它必須能夠迅速恢復供電。目前市場上的 DC 電源在這方面各不相同。一些產品不提供任何內置的 DC/RF 控制，而其他產品則提供強大的控制功能。例如，Arc-Sync™ 技術使Pinnacle® Plus+ DC 電源能夠簡單有效地控制已連接的CESAR® RF 設備以處理電弧。
在二極體和磁電管濺射間進行選擇
您對濺射速度、鍍膜品質和靶材材料使用率的關注優先順序決定選用二極體和磁電管濺射中何種為最佳選擇。二極體濺射應用能夠得到更好的薄膜一致性和 100% 的靶材材料使用率。然而，其濺射速率遠低於磁電管方式。磁電管濺射應用的速率高，但靶材材料的最大使用率只能達到 50%。根據磁電管的形狀，靶材材料只使用橢圓形區域部分（稱為跑道），剩餘部分的靶材材料並未使用。
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您的濺射流程是否讓您費盡心神？
Doug Pelleymounter，具備超過 32 年各類具有挑戰性的濺射應用實踐經驗的 AE 高級領域應用工程師。在本專欄中，Doug 將幫助您解答一些困難的應用問題。請將您的問題或評論提交至 sputtering@aei.com.
- 我的靶材材料很特殊。我該如何決定使用何種製程電源：RF 電源或是 AC 或 DC 電源？
- 好的，我應該如何在 AC 和 DC 電源之間進行選擇？
- 我該如何決定直通式 DC 或脈衝 DC 哪種更適合我的製程？
- 我能達到多高的濺射速率？
- 我應該在濺射設備功能表系統中控制何種電弧設定點？
- 我的濺射速率已經十分穩定了。為什麼現在突然要改變它？
- 我的靶材材料很特殊。我該如何決定使用何種製程電源：RF 電源或是 AC 或 DC 電源？
答：是否需要使用 RF 可以透過以下測量得到直觀肯定的判斷；您需要一個簡單的歐姆表。將歐姆表的兩隻探棒置於靶材材料表面的任意位置。如果歐姆表讀數為無窮大（例如，純鋁靶材材料的讀數將為無窮大），那麼您的製程需要 RF 電源。另一方面，如果歐姆表讀數不為無窮大時，則使用 AC 或 DC 電源。
- 好的，我應該如何在 AC 和 DC 電源之間進行選擇？
答：進行這種選擇需要一定技巧。如果您的製程是批量流程，可能選用 DC 或脈衝 DC。此時我們所關注的是流程中的陽極損耗。如果使用 DC 反應式濺射 SiO2，則陽極（浮動或反應室）將最終由絕緣體 SiO2 構建。該絕緣層阻止電子回流至電源（+ return）。製程電壓將升高，而且製程將變得不正常並最終由於主要電弧和電源降低而停止。關鍵在於了解您的製程持續時間以及您希望放下多少材料。您必須確實密切了解並理解您的反應室幾何結構和濺射流程。有一些很有趣的小訣竅能夠保持陽極清潔更長時間。脈衝 DC 就是其中一種。（其他方法另行討論。
要求絕緣材料能夠濺射數天和幾週的內嵌製程非常簡單。AC 是達到這一要求非常不錯的方法。不利之處在於需要購買、安裝並維護第二陰極。AC 將提供改善的鍍膜品質，包括平滑度、減少針孔及更高的捆紮密度。
- 我該如何決定直通式 DC 或脈衝 DC 哪種更適合我的製程？
答：使用脈衝 DC 幾乎總能得到更好的鍍膜品質，但直通式 DC 相對更加便宜。這即是說，使用脈衝 DC 能夠讓您避免購買另一個昂貴的陰極。使用脈衝 DC，您將改善鍍膜的平滑度、填料密度、透射度並減少針孔。
- 我能達到多高的濺射速率？
答：這個問題很難簡單地回答。答案取決於每個單獨地配置—而這些配置還可能會動態變化。濺射速率取決於：
- 反應室幾何結構和陰極/陽極設計
- 工作電壓
- 氣體混合
- 靶材厚度
- 磁性強度
- 工作電源
- 靶材到感光底層的距離
即是說您可能達到每秒 2 至 10 Å 的速率。這表明使您的濺射系統最佳化是一项藝術和科學兼備的工作—成本、濺射速率和鍍膜品質間的平衡。最關鍵的地方在於密切了解並理解您的反應室和濺射流程。您應該使初始速率執行的時間比實際製程執行的時間長，以便學習反應室和製程的特性。以較低的電源執行初始速率，然後每次慢慢提高電源，這樣您將了解在真實製程中預期的速率。
- 我應該在濺射設備功能表系統中控制何種電弧設定點？
答：又是一個難於回答的問題。它同樣取決於多項變化的因素：
- 靶材材料和厚度
- 陰極尺寸
- 工作電壓，該電壓受氣體混合、磁性強度和反應室壓力的影響
典型地，我建議將電弧中斷點設定為工作電壓的 10%。然而，較大的目標需要更長的間隔時間，因為需要更長的時間才能完全消除這些大傢伙上的電弧能量。目標表面越大，電弧處理間隔時間就越長。
- 我的濺射速率已經十分穩定了。為什麼現在突然要改變它？
答：OK，我的第一反應是：您對系統所做的最後一件事是什麼？大約 90% 的情況中該問題能夠給您答案。如果您還沒有得到答案，那下面是其他一些需要調查的情況：
- 您是否看見更多的電弧？
- 等離子體的顏色是否發生變化？
- 電源的電壓和電流是否發生變化？
- 您是否能夠達到相同的基礎電壓？
- 是否需要相同的氣體流才能得到相同的製程壓力？
- 速率提升測試的時間是否相同？
上述所有問題都可能指出反應室的某處存在洩漏問題。它還表明反應室的清潔程度。這兩方面的內容將在更深入的討論中繼續。