薄膜沉積電源的薄膜成分均勻性控制新方法

在薄膜沉積技術（如磁控濺射、化學氣相沉積CVD）中，高壓電源為沉積過程提供能量（如濺射電源提供高壓電場加速離子，CVD電源提供高溫反應能量），其輸出能量的穩定性直接決定沉積粒子的動能分布與反應速率，進而影響薄膜的成分均勻性（如厚度偏差、元素比例波動）。傳統薄膜沉積電源多采用固定參數控制，無法應對沉積過程中負載變化（如靶材損耗、反應腔壓力波動）導致的均勻性下降?；诖?，開發薄膜沉積電源的薄膜成分均勻性控制新方法，需從“實時監測-動態調控-精準補償”三個環節構建控制體系。 ### （一）基于光學監測的沉積狀態反饋 薄膜成分均勻性的控制需以沉積過程的實時狀態為依據，可引入**激光干涉薄膜厚度監測技術**：在沉積腔體內安裝激光發射器（波長632.8nm）與光電探測器，激光垂直照射薄膜表面，反射光與入射光產生干涉，通過探測器采集干涉條紋信號；利用傅里葉變換算法對干涉信號進行分析，實時計算薄膜的厚度變化（測量精度≤1nm）與厚度分布均勻性（采樣點間隔1mm）；將厚度數據與預設的均勻性閾值（如厚度偏差≤5%）對比，生成電源參數調整的反饋信號，為動態調控提供數據支撐。同時，通過等離子體發射光譜（OES）監測沉積腔體內的等離子體狀態（如元素發射強度、等離子體密度），間接反映沉積粒子的生成速率與分布，進一步完善反饋信息。 ### （二）脈沖寬度調制（PWM）的自適應占空比調控 針對磁控濺射沉積場景，傳統直流濺射電源易因靶材中毒（如氧化物靶材表面氧化層形成）導致輸出電流波動，影響粒子沉積速率。新方法采用**自適應占空比PWM控制**：一是將濺射電源的輸出模式設定為脈沖模式（頻率10-50kHz），通過調整脈沖占空比（10%-90%可調）控制離子轟擊靶材的時間；二是根據光學監測反饋的薄膜厚度偏差，建立占空比-厚度偏差的映射關系（如厚度偏差每增加1%，占空比調整0.5%-1%）；三是采用模糊PID算法實現占空比的動態優化，當靶材損耗導致負載阻抗增加時，算法自動提升占空比，確保離子轟擊能量穩定，維持沉積速率均勻。實驗表明，該方法可將濺射沉積的薄膜厚度偏差從12%降至3%以下，元素比例波動從8%降至2%以內。 ### （三）多通道協同控制與預失真補償 針對大面積薄膜沉積（如顯示面板、半導體晶圓），單通道電源易因沉積腔體內的能量分布不均導致邊緣與中心區域的薄膜均勻性差異。新方法采用**多通道協同控制**：將沉積區域劃分為多個子區域（如4×4陣列），每個子區域對應獨立的電源通道，通過光學監測獲取各子區域的薄膜厚度數據，主控制器根據數據差異調整各通道的輸出電壓（調整精度±0.05kV）與電流（調整精度±1mA），實現分區能量補償，消除邊緣效應。同時，針對電源輸出的非線性特性（如負載變化導致的電壓增益偏差），引入**預失真補償技術**：通過實驗測量電源的輸出特性曲線，建立非線性誤差模型，在電源控制信號中加入預失真補償量，提前抵消非線性誤差，確保實際輸出與設定值的偏差≤0.1%，進一步提升能量供給的精準性。 該新方法的應用，使薄膜沉積電源的能量控制精度提升至0.05%，薄膜成分均勻性誤差控制在3%以內，完全滿足半導體芯片、光學薄膜等高精度領域的需求。不僅如此，該方法還縮短了薄膜沉積的工藝調試時間（從24小時縮短至8小時），降低了靶材與能源的消耗，為薄膜產業的高質量發展提供了關鍵電源技術支撐。