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See the light.
Die Advanced Plasma Source(APS) in Beschichtungsprozessen
XII. Erfahrungsaustausch Oberflächentechnologienmit Plasma- und Ionenstrahlprozessen,
16. März 2005P. Pecher
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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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15. 03. 2005 3
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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15. 03. 2005 4
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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15. 03. 2005 5
PIAD - Die APS
Plasma Ion Assisted Deposition (gute Schichen – auch kalt)
� Tool: Advanced Plasma Source
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15. 03. 2005 6
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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15. 03. 2005 7
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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15. 03. 2005 8
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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15. 03. 2005 9
Verbesserungen APSpro
• Mehrere Betriebsmodi
� verbesserte Anpassung an verschiedene Anforderungen
• Verbesserte mechanische Stabilität / Prozeßstabilität / Plasmaresistenz
� verbesserte Reproduzierbarkeit /Betriebssicherheit
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15. 03. 2005 10
APS - APSpro
Konventionelle Gasdusche „neue“ Gasdusche
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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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15. 03. 2005 12
Anwendungen - SYRUSpro 1500
Durchmesser: 1,5m
2 unabhängige APS
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15. 03. 2005 13
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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15. 03. 2005 14
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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15. 03. 2005 15
Anwendungen – Ultra Smooth
Rrms = 0.2 nm
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15. 03. 2005 16
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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15. 03. 2005 17
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