Realisierung einer temperaturstabilen Multipol -Resonanz -Sonde in LTCC -Technologie für die Plasmadiagnostik

Dennis Pohle, Christian Schulz, Moritz Oberberg, Peter Uhlig, Alexandra Serva, Peter Awakowicz, Ilona Rolfes

Klein­heu­ba­cher Ta­gung 2017, U.R.S.I. Lan­des­aus­schuss in der Bun­des­re­pu­blik Deutsch­land e.V., Mil­ten­berg, Ger­ma­ny, Sep 25-27, 2017


Abstract

Der Einsatz von Plasmen in industriellen Prozessen hat in den letzten Dekaden stark an Bedeutung gewonnen. Die vielfältigen Anwendungsgebiete liegen in der Elektronik, Medizintechnik und Optik und reichen bis zu Applikationen für die Luft - und Raumfahrt sowie die Automotive-Industrie. Besonders hervorzuheben sind dabei Plasmaabscheidungsprozesse (bspw. Plasma Ion Assisted Deposition -

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PIAD), welche für die Produktion von modernen ultradünnen Multifunktionsschichten eine bedeutende Rolle spielen. Die Qualität sowie die Eigenschaften dieser Oberflächen werden dabei direkt von den Parametern des Plasmas beeinflusst. Zur Sicherstellung eines optimalen Prozessablaufs ist folglich eine Überwachung der vorherrschenden Plasmaparameter zwingend erforderlich. Die hierfür benötigte Sensorik sollte dabei präzise, schnell und zuverlässig arbeiten. Außerdem sollte sie durch den Abscheidungsprozess nahezu nicht beeinflusst werden sowie umgekehrt den Prozess selbst nicht stören.

Eine mögliche Realisierung eines solchen Sensors stellt die sogenannte Multipol-Resonanz-Sonde dar, welche auf dem Prinzip der aktiven Plasma-Resonanz -Spektroskopie (APRS) basiert. Hierbei wird ein hochfrequentes Signal zwischen 100 MHz und 6 GHz in das Plasma eingebracht und die resultierende Frequenzantwort gemessen. Aus dieser wiederum lassen sich die für eine effektive Überwachung des Prozesses erforderliche Elektronendichte, Elektronentemperatur und Stoßfrequenz auf Basis eines analytischen Modells ermitteln. Die Sonde besteht hierbei aus zwei symmetrisch gespeisten metallischen Hemisphären, welche durch ein Substrat voneinander getrennt sind. Die symmetrische Speisung wird über einen Balun realisiert. In zahlreichen Tests wurde die Funktionsweise des Sensorkonzepts bestätigt.

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