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Die Advanced Plasma Source(APS) in Beschichtungsprozessen

XII. Erfahrungsaustausch Oberflächentechnologienmit Plasma- und Ionenstrahlprozessen,

16. März 2005P. Pecher

15. 03. 2005 2

Inhalt

• Warum Plasma-/Ionenunterstützung ?

• Die APS (Advanced Plasma Source)

Funktionsweise und Prinzip

Verbesserung APSpro

Meßergebnisse

• Anwendungen

• Zusammenfassung

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Warum Plasma/Ionen Unterstützung

Klassisches Aufdampfen

nicht dichte Schichten („locker“/voids)

Schichten „schiften“

Wasseraufnahme

instabile Performance

niedriger Brechungsindex

schlechter opt. Kontrast (Schichtanzahl)

Temperaturbeschränkung Substrate

Kunststoffe

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Warum Plasma/Ionen Unterstützung - shiften

Conventional Plasma IAD

Shift einer TiO2 Schicht:

• Messung bei versch. T

grün = 25 °C

rot = 200 °C

• oder liegenlassen an Luft

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PIAD - Die APS

Plasma Ion Assisted Deposition (gute Schichen – auch kalt)

� Tool: Advanced Plasma Source

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Die APS – Funktionsweise und Prinzip

• Plasmaquelle: gitterlos, neutraler Strahl

• Prinzip: Zylinder-Elektroden

• Magnetfeldeinschluss

• Plasma-Ausritt: Eine Deckfläche offen

• Funktionsweise: DC - Plasma

• Druckbereich: 3 E-4 - 2 E-3 mbar

• Entladestrom: 8 – 80 A

• Entladespannung: 30 – 150 V

• Kathode als Elektronenemitter: LaB6 bei ca. 1600 °C

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Die APS – Funktionsweise und Prinzip

e-

e-

e-

e-

e-

e-

Ar 1 Ar 1

Ar 2

Heater Current IH

HeaterVoltage

UH

TP 250

DischargeVoltage

UD

TA 150

BIAS

DischargeCurrent ID

Anode

LaB6Cathode

Coil Current ICoil

Ar 2

Ar 2

O2

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Verbesserungen APSpro

• Entladespannung: 200 V statt 150 V

• Verbesserte Kühlung

� höhere Plasmaleistung (15 kW)

� höhere Ionenenergie (bis ca. 240 V)

• Modifizierter Sauerstoffeinlass

� stark erhöhte Ionenstromdichte

� bessere Sauerstoffverteilung

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Verbesserungen APSpro

• Mehrere Betriebsmodi

� verbesserte Anpassung an verschiedene Anforderungen

• Verbesserte mechanische Stabilität / Prozeßstabilität / Plasmaresistenz

� verbesserte Reproduzierbarkeit /Betriebssicherheit

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APS - APSpro

Konventionelle Gasdusche „neue“ Gasdusche

15. 03. 2005 11

APSpro

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

-5 5 15 25 35 45 55

Oxygen flow (sccm)

rel.

Ion

cu

rren

t d

ensi

ty

APS

APSpro

Messung:

Faraday Cup

38.5° off axis

r=545mm

Ubias=110V

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Anwendungen - SYRUSpro 1500

Durchmesser: 1,5m

2 unabhängige APS

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Anwendungen – Shiftfreie SiO2 Schichten -SP1500

0,5 h24 h

100 h0,5 h

24 h100 h

0,25 nm/s

0,5 nm/s

1,0 nm/s

1,5 nm/s

2,0 nm/s

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Wav

elen

gth

sh

ift

%

Storage time Rate nm/s

Dual APS Single APS

� Single APS Wavelength shift @100h < 0.1% at 0.25nm/s

� Dual APS Wavelength shift @100h < 0.1% at 1nm/s

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Anwendungen – Schmalbandfilter (DWDM)

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

1548 1548.5 1549 1549.5 1550 1550.5 1551 1551.5 1552

Wavelength [nm]

Tra

nsm

itta

nce

[d

B]

Center r = 5 mm

r = 10 mm r = 15 mm

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Anwendungen – Ultra Smooth

Rrms = 0.2 nm

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Zusammenfassung

APS: FunktionsweiseAPSpro deutliche Verbesserung

Dichte Shiftfreie Schichtengroßen Flächenhohe Ratenauch kaltstabiler und reproduzierbarer Betrieb

komplexe Schichtsysteme herstellbaran verschiedene Anforderungen anpassbar

� hohe Produktivität

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Schluß

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

Bei Bedarf an einem erfahrenenPlasmaphysiker

(mit Kenntnissen in Beschichtungs-, Vakuum-, HF-Technik, Optik, Materialkunde,…) wenden Sie sich Bitte an:

Peter PecherHeckenrosenweg 24

86156 Augsburg