Kathodenzerstäubung bei Atmosphärendruck

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1 Kathodenzerstäubung bei Atmosphärendruck Roland Gesche 1, Horia-Eugen Porteanu 1, Frank Niehardt 1, Reinhold Kovacs 2, Joachim Scherer 2 1 Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin 2 Aurion Anlagentechnik GmbH, Seligenstadt

2 Inhalt 1. Motivation 2. IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source 3. Erste Experimente 4. Aktuelle Sputterkonfigurationen 5. Ausblick 01/07/2012 2

3 Inhalt 1. Motivation 2. IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source 3. Erste Experimente 4. Aktuelle Sputterkonfigurationen 5. Ausblick 01/07/2012 3

4 Motivation Sputtern bei Atmosphärendruck Niederdruck Elektronik, Halbleitertechnik, Optik, Displaytechnik, Medizintechnik, Photovoltaik, Automobilindustrie, Maschinenbau, etc. 12/11/2012 4

5 Motivation Sputtern bei Atmosphärendruck Niederdruck Atmosphärendruck Keine Vakuumkammern Keine großen Pumpstände Jede Substratgröße möglich IMAPlaS: Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source Elektronik, Halbleitertechnik, Optik, Displaytechnik, Medizintechnik, Photovoltaik, Automobilindustrie, Maschinenbau, etc. 12/11/2012 5

6 Motivation Sputtern bei Atmosphärendruck Kathodenzerstäubung (Sputtern) Im Niederdruck weit verbreitet Auch an Atmosphäre möglich und wirtschaftlich nutzbar? Kostenvorteil Neue Anwendungen 01/07/2012 6

7 Inhalt 1. Motivation 2. IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source 3. Erste Experimente 4. Aktuelle Sputterkonfigurationen 5. Ausblick 01/07/2012 7

8 IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source IMAPlaS: First commercially available version 13/05/2013 8

9 IMAPlaS Komponenten IMAPlaS: Assembly 13/05/2013 9

10 IMAPlaS Elektronik Frequency 2.45 GHz Power typically 10 W Gases Air, N 2, O 2, Ar, He Resonator Oscillator Voltage supply Gas 30 mm 120 mm 24 V DC 01/07/

11 IMAPlaS Plasmadiagnostik After glow: < 100 C Core plasma: Gas temperature 1000 K 1400 K Electron density /m 3 Electron temp K (5 ev) N. Bibinov Ruhr-Universität Bochum 13/05/

12 IMAPlaS Plasmadiagnostik Optical emission Ar / Ar + Cl plasma H.-E. Porteanu FBH Berlin 13/05/

13 IMAPlaS Mikrowellenmessungen Transient impedance measurement during ignition with practically unlimited bandwidth using a real-time oscilloscope S. Kühn FBH Berlin 13/05/

14 Contact angle [ ] IMAPlaS Anwendung: Aktivierung von Polymeroberflächen after activation before activation Activation results of several polymers axial distance 2 mm process gas: air process time: 15 s 20 0 PA-6 POM PE LD PC PS PP PTFE Substrate polymer R. Kovacs Aurion GmbH Seligenstadt 13/05/

15 Contact angle [ ] IMAPlaS Standzeit von aktivierten Oberflächen no activation after activation Durability of activation material PBT axial distance 5 mm process time 5 s process gas O 2 Time after activation (h) R. Kovacs Aurion GmbH Seligenstadt 13/05/

16 IMAPlaS Hautbehandlung 13/05/

17 IMAPlaS Hautbehandlung NO-Erzeugung für die Wundbehandlung N. Bibinov Ruhr-Universität Bochum 13/05/

18 IMAPlaS Lötvorbehandlung Improved lead-free soldering plasma treated untreated 13/05/

19 Inhalt 1. Motivation 2. IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source 3. Erste Experimente 4. Aktuelle Sputterkonfigurationen 5. Ausblick 01/07/

20 Erste Experimente IMAPlaS mit Hilfselektrode For plasma diagnostics, V/I curves were measured at an Auxiliary electrode in front of IMAPlaS source meter auxiliary electrode IMAPlaS distance 01/07/

21 Erste Experimente Strom-Spannungscharakteristik an der Hilfselektrode (Ar) sccm 833 sccm 1667 sccm I/ A V/V 01/07/

22 Erste Experimente Modifizierte Plasmaquelle 01/07/

23 Erste Experimente Netztarget Gold mesh placed close to plasma source (1 mm) And close to substrate (1 mm) 01/07/

24 Erste Experimente Strom-Spannungscharakteristik am Netztarget 0-5 I/mA sccm 400 sccm 800 sccm 1600 sccm V/V 01/07/

25 Erste Experimente Au - Beschichtung mit dem Netztarget Substrate: Si wafer 200 sccm Ar 20 W microwave power (external amplifier) I DC = -20 ma (mesh) coated area: approx. 5 mm 2 coating time: 30 min. 01/07/

26 Erste Experimente EDX Analyse der Au - Beschichtung mit dem Netztarget 1.4 cps/ev C Au Si Au kev U. Zeimer FBH 01/07/

27 Erste Experimente Au Schicht mit dem Netztarget U. Zeimer FBH 01/07/

28 Erste Experimente EDX Analyse der Mo - Beschichtung mit dem Netztarget cps/ev Mo C O Si Mo kev U. Zeimer FBH 01/07/

29 Erste Experimente Mo(O) - Schicht mit dem Netztarget U. Zeimer FBH 01/07/

30 Inhalt 1. Motivation 2. IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source 3. Erste Experimente 4. Aktuelle Sputterkonfigurationen 5. Ausblick 01/07/

31 Aktuelle Sputterkonfigurationen Koaxialsysteme mit Ringtarget oder Drahttarget /07/

32 Aktuelle Sputterkonfigurationen Plasma im Koaxialsystem 01/07/

33 Aktuelle Sputterkonfigurationen Laboraufbau mit Koaxialsystem 01/07/

34 Aktuelle Sputterkonfigurationen Strom-Spannungskennlinien 01/07/

35 Aktuelle Sputterkonfigurationen Au Beschichtungen auf Glas und Si-Wafer (Helium) 01/07/

36 Aktuelle Sputterkonfigurationen Au Beschichtungsraten 01/07/

37 Inhalt 1. Motivation 2. IMAPlaS Integrated Microwave Atmospheric Plasma Source 3. Erste Experimente 4. Aktuelle Sputterkonfigurationen 5. Ausblick 01/07/

38 Ausblick Sputtern an Atmosphärendruck funktioniert! Erste Nischenanwendungen in absehbarer Zeit möglich Für eine umfangreichere Nutzung zu bearbeiten Rate muss gesteigert werden Temperaturbelastung für das Substrat muss reduziert werden Weitere Untersuchung der verschiedenen Konfigurationsmöglichkeiten Optimierung der Geometrie Optimierung der Prozessparameter Applikationen 01/07/

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 01/07/