Sensornetzwerk zur ortsaufgelösten Diagnostik in dielektrisch beschichtenden Plasmaprozessen

Jan Niclas Runkel, Christian Schulz, Ilona Rolfes

Klein­heu­ba­cher Ta­gung 2015, U.R.S.I. Lan­des­aus­schuss in der Bun­des­re­pu­blik Deutsch­land e.V., Mil­ten­berg, Ger­ma­ny, Sep 28-30, 2015


Abstract

In den letzten Jahren hat sich die Plasmatechnik als ein unverzichtbares Werkzeug bei der Erforschung und Entwicklung neuer Technologien und Produkte etabliert. Technische Plasmaprozesse bieten vielfältige Möglichkeiten zur hochpräzisen Beschichtung, Veredelung und Ätzung verschiedenster Oberflächen und ermöglichen damit Fortschritte in vielen Technologiebereichen, wie beispielsweise optischen Technologien und der Mikroelektronik. Die zielgerichtete Regelung dieser Prozesse erfordert eine exakte Diagnostik zur Überwachung der Plasmaparameter, was dazu geführt hat, dass mit den Einsatzmöglichkeiten der Plasmatechnik auch die Anforderungen an Diagnostiksysteme stetig gewachsen sind. Dabei stellen dielektrisch beschichtende Prozesse –die vor allem für optische Technologien von großer Bedeutung sind –besondere Herausforderungen an die verwendeten Diagnostiken. So sind beispielsweise etablierte Methoden wie die auf einer Gleichstrommessung basierende Langmuir-Sonde oder die optische Emissionsspektroskopie nur bedingt einsetzbar, da deren Messgenauigkeit durch eine dielektrische Beschichtung stark beeinträchtigt wird. Die sogenannte planare Multipolresonanzsonde (pMRP – planar Multipole Resonance Probe) ist eine innovative Sonde, die auf dem Prinzip der aktiven Plasmaresonanzspektroskopie basiert. Sie ist aufgrund ihrer Bauform unempfindlich gegenüber dielektrischer Beschichtung und eignet sich dank ihrer hohen Messgenauigkeit für das präzise Monitoring der oben genannten Prozesse. In diesem Beitrag wird ein passives Sensornetzwerk vorgestellt, in dem mehrere pMRPs für eine parallele Messung verbunden werden. Dabei entsteht unter Einsatz einer einzigen Messelektronik ein einfach aufzubauendes und kosteneffizientes Monitoring-System, mit dem ein Plasmaprozess an mehreren Punkten überwacht und somit –insbesondere für große Plasmareaktoren – eine hochgenaue Regelung ermöglicht wird. Als besondere Herausforderung ergibt sich dabei die Auswertung der Messergebnisse, da aufgrund der parallelen Messung die gesuchten Reflexionsfaktoren der Sonden aus dem gemeinsamen Messergebnis extrahiert werden müssen.Im Kern dieses Beitrags steht die Betrachtung dieser Extraktion, für deren Durchführung zwei Ansätze vergleichend dargestellt und anhand von Simulationen erläutert werden. Dabei ergeben sich je nach Ansatz unterschiedliche Bedingungen, die den Aufbau des Sensornetzwerkes und die Wahl der Sondengeometrien entscheidend beeinflussen.Abschließend erfolgt eine Verifikation der praktischen Eignung des Sensornetzwerkes und der Ergebnisextraktion anhand von Messungen in einem Argon-Plasma.

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