DE10000663A1 - Process for forming a layer on a substrate comprises coupling electromagnetic radiation energy with microwave frequency to form a plasma and electromagnetic energy of lower frequency, and removing reaction products - Google Patents

Process for forming a layer on a substrate comprises coupling electromagnetic radiation energy with microwave frequency to form a plasma and electromagnetic energy of lower frequency, and removing reaction products

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Abstract

Process for forming a layer on a substrate (3) in a reactor (1) comprises introducing a layer forming material into the reactor and coupling electromagnetic radiation energy with microwave frequency to form a plasma and electromagnetic energy of lower frequency. Both frequencies are pulsed so that reaction products are removed from the reactor during the impulse pause. An Independent claim is also included for a device for carrying out the above process comprising a microwave generator (9) for the production of the microwave frequency and an RF generator (7) for the production of the lower frequency. An electronic controller controls both generators. Preferred Features: Both frequencies are synchronously pulsed. The duration of the impulse pause is 3-300 times longer than the impulse duration.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Schicht auf einem Substrat in einem Reaktor, dem ein Schichtbildungsmaterial zugeführt wird und in den elektromagnetische Strahlungsenergie mit Mikrowellenfrequenz zur Bildung eines Plasmas und elektromagnetische Energie niedriger Frequenz eingekoppelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for forming a Layer on a substrate in a reactor, the one Layering material is supplied and in the electromagnetic radiation energy with Microwave frequency to form a plasma and low frequency electromagnetic energy is coupled. The invention further relates to a Facility to carry out the procedure.

Ein derartiges Verfahren ist im Fachbuch Hans Bach, Dieter Krause (Herausgeber), Thin Films on Glass, Springer-Verlag, 1997, beschrieben. Speziell ist ein solches Plasma-CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren auf den Seiten 64 bis 66 anhand von Fig. 3.7 erläutert. Es ist dort ein CVD-Verfahren vorgeschlagen, bei dem das zu beschichtende Substrat in einem durch Mikrowellenenergie erzeugten Beschichtungsplasma liegt. Das Substrat ist auf einer Elektrode gelagert, an der eine Vorspannung mit Radiofrequenz, beispielsweise 13,5 MHz, anliegt. Die Radiofrequenz ist ungepulst.Such a process is described in the specialist book Hans Bach, Dieter Krause (editor), Thin Films on Glass, Springer-Verlag, 1997. Such a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) process is explained on pages 64 to 66 with reference to FIG. 3.7. A CVD method is proposed there, in which the substrate to be coated lies in a coating plasma generated by microwave energy. The substrate is mounted on an electrode to which a bias with radio frequency, for example 13.5 MHz, is applied. The radio frequency is not pulsed.

Ein PICVD-Verfahren (Plasma Impulse Chemical Vapour Deposition) ergibt sich aus den Seiten 244 bis 260.A PICVD process (Plasma Impulse Chemical Vapor  Deposition) results from pages 244 to 260.

Beim PICVD-Verfahren ist die Mikrowellenenergie gepulst. Als Schichtbildungsmaterial ist SiCl4 vorgesehen, das mit Sauerstoff eine SiO2-Schicht bildet.In the PICVD process, the microwave energy is pulsed. SiCl 4 is provided as the layer-forming material and forms an SiO 2 layer with oxygen.

Versuche haben gezeigt, dass es mit den bekannten Verfahren allein kaum möglich ist, harte und dichte sowie kratzfeste Schichten, insbesondere aus Al2O3, zu erzeugen und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auch bei unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten der Schicht und des Substrats zu gewährleisten.Experiments have shown that it is hardly possible with the known methods alone to produce hard, dense and scratch-resistant layers, in particular made of Al 2 O 3 , and to ensure high thermal shock resistance even with different coefficients of thermal expansion of the layer and the substrate.

In der EP 0 700 879 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer kratzfesten Beschichtung aus Aluminiumoxid auf einem Glas-Substrat beschrieben. Die Beschichtung wird in einem an sich bekannten Sol-Gel-Verfahren aufgebracht. Dieses Verfahren weicht von einem CVD-Verfahren und einem PICVD-Verfahren grundsätzlich ab. Da bei der EP 0 700 879 B1 das Substrat eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs sein soll, ist nicht mit hohen Temperaturwechselbeanspruchungen zu rechnen, wie sie beispielsweise bei Glaskeramikartikeln, wie Küchengeschirr und Kochflächen oder Sichtflächen bei Kochherden, auftreten.EP 0 700 879 B1 describes a process for the production a scratch-resistant coating made of aluminum oxide a glass substrate. The coating is in applied a known sol-gel process. This method differs from a CVD method and one PICVD procedure basically. Since at the EP 0 700 879 B1 the substrate of a windshield Motor vehicle should not be high Expect temperature changes as they do for example in glass ceramic articles, such as Kitchenware and cooking surfaces or visible surfaces Cooking stoves occur.

In der DE 39 36 654 C1 ist ein mit Keramikfarbe dekorierter Glaskeramikartikel, insbesondere Glaskeramikscheibe, beschrieben, wobei zwischen der Keramikfarbe und dem Glaskeramikartikel eine SiO2-Schicht angeordnet ist, die in einem CVD-Verfahren oder in einem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht werden kann. Auf eine Kratzfestigkeit der SiO2-Schicht kommt es nicht an, da diese nicht die beanspruchte Oberfläche bildet.DE 39 36 654 C1 describes a glass-ceramic article decorated with ceramic paint, in particular a glass-ceramic pane, an SiO 2 layer being arranged between the ceramic paint and the glass-ceramic article and applied in a CVD process or in a sol-gel process can. The scratch resistance of the SiO 2 layer is not important, since it does not form the stressed surface.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, durch das die Schicht hart, dicht und kratzfest wird und mit dem Substrat bei Temperaturwechselbeanspruchung auch dann verbunden bleibt, wenn die Schicht und das Substrat stark differierende Wärmedehnungskoeffizienten haben.The object of the invention is a method of the beginning to suggest the kind by which the layer hard, becomes dense and scratch resistant and with the substrate  Then also changes in temperature remains when the layer and the substrate are strong have differing coefficients of thermal expansion.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass beide Frequenzen gepullt werden, wobei während der Impulspause Reaktionsprodukte, die durch die Impulse entstanden sind, aus dem Reaktor abgeführt werden.According to the invention, the above object is in a method of initially mentioned type solved that both Frequencies are being pulled, during the pulse pause Reaction products created by the impulses be discharged from the reactor.

Dadurch, dass die beiden Frequenzen gepulst werden, ergibt sich in der Impulspause ein im wesentlichen elektrisch neutraler Zustand. Dieser vermeidet, dass sich für die Beschichtung unerwünschte Reaktionsprodukte im Reaktor oder am Substrat anlagern, die beim nächsten Impuls in die Schicht eingebaut werden könnten. Während der Impulspausen werden die Reaktionsprodukte aus dem Reaktor weitestgehend abgeführt, wobei dieser Vorgang nicht durch elektrische Wirkung der beiden eingekoppelten elektrischen Energien behindert wird.By pulsing the two frequencies, essentially arises in the pulse pause electrically neutral condition. This avoids that for the coating unwanted reaction products in the Attach the reactor or the substrate to the next one Impulse could be built into the layer. While of the pulse pauses, the reaction products from the Reactor largely discharged, this process not due to the electrical effect of the two coupled electrical energy is hindered.

Durch das beschriebene Verfahren lässt sich eine dichte und kratzfeste harte Schicht auf dem Substrat aufbringen, die eine hohe optische Transparenz aufweist und am Substrat dauerhaft haftet. Als Substrat eignet sich beispielsweise Fensterscheiben, Kunststoffscheiben oder Spezialglasscheiben, wie beispielsweise Glaskeramikscheiben. Es hat sich gezeigt, dass trotz stark unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten der Schicht und des Substrats sich auch bei hoher Temperaturwechselbeanspruchung die Schicht nicht vom Substrat löst.A density can be achieved using the described method and apply scratch-resistant hard layer on the substrate, which has a high optical transparency and am Substrate adheres permanently. Suitable as a substrate for example window panes, plastic panes or Special glass panes, such as Glass ceramic panes. It has been shown that despite greatly different coefficients of thermal expansion Layer and the substrate itself even at high The layer does not change from thermal cycling Substrate dissolves.

Vorzugsweise werden die beiden Frequenzen synchron gepulst und die Impulspause ist wesentlich länger als die Impulsdauer. Diese Maßnahmen unterstützen das Abführen von Reaktionsprodukten, die nicht in die Schicht eingebaut werden sollen. The two frequencies are preferably synchronized pulsed and the pulse pause is much longer than that Pulse duration. These measures support the removal of reaction products that are not in the layer to be installed.  

In Ausgestaltung der Erfindung wird das Substrat im Reaktor je nach Material auf 300°C bis 600°C aufgeheizt. Durch diese Temperaturerhöhung wird die Mobilität abgeschiedener Adatome erhöht, die für den Einbau in die Schicht unerwünscht sind. Im Endeffekt wird dadurch der dichte Aufbau der Schicht verbessert.In one embodiment of the invention, the substrate is Depending on the material, the reactor is heated to 300 ° C to 600 ° C. This increase in temperature makes mobility deposited adatoms increased for installation in the Layer are undesirable. In the end it will be the improved layer structure.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.Further advantageous refinements of the method result from the following description.

Wesentliche Merkmale einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen genannt.Essential features of an implementation facility of the method are mentioned in the further claims.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The figure shows a block diagram of a Embodiment of a device for implementation of the procedure.

Die Beschichtungseinrichtung weist einen Reaktor 1 auf. In diesem ist ein metallischer Substrathalter 2 zur Festlegung eines zu beschichtenden, vorzugsweise transparenten Substrats 3 vorgesehen. Das Substrat 3 kann eine Fensterscheibe, Kunststoffscheibe oder Spezialglasscheibe, beispielsweise Glaskeramik-Kochfläche, sein.The coating device has a reactor 1 . In this, a metallic substrate holder 2 is provided for fixing a preferably transparent substrate 3 to be coated. The substrate 3 can be a window pane, plastic pane or special glass pane, for example a glass ceramic cooktop.

Der Substrathalter 2 umgreift das Substrat 3 und ist als Gasverteiler ausgebildet. Hierzu ist er über eine Gaszuleitung 4 an einen Gaserzeuger 5 angeschlossen und weist in der Umgebung des Substrats 3 mehrere Austrittsöffnungen für das zugeleitete Gas auf. Zur Erhöhung der Temperatur des Substrats 3 kann der Substrathalter 2 beheizbar sein. Der Temperaturbereich liegt zwischen Raumtemperatur und 600°C, wobei die Temperatur so gewählt wird, dass das jeweilige Substrat 3 nicht geschädigt wird.The substrate holder 2 encompasses the substrate 3 and is designed as a gas distributor. For this purpose, it is connected to a gas generator 5 via a gas feed line 4 and has a plurality of outlet openings for the supplied gas in the vicinity of the substrate 3 . In order to increase the temperature of the substrate 3 , the substrate holder 2 can be heated. The temperature range is between room temperature and 600 ° C., the temperature being chosen so that the respective substrate 3 is not damaged.

In den Reaktor 1 ragt eine metallische Flächenelektrode 6, die elektrisch an einen RF(NF)-Generator 7 angeschlossen ist. An der Elektrode 6 liegt das Substrat 3 direkt oder indirekt über dem Substrathalter 2 flächig an. Die Grundfläche der Elektrode 6 ist ebenso groß oder geringfügig größer als die des Substrats 3.A metallic surface electrode 6 , which is electrically connected to an RF (NF) generator 7 , projects into the reactor 1 . The substrate 3 lies flat on the electrode 6 directly or indirectly above the substrate holder 2 . The base area of the electrode 6 is just as large or slightly larger than that of the substrate 3 .

Der RF(NF)-Generator 7 erzeugt eine Frequenz zwischen 50 Hz bis 30 MHz, beispielsweise 13,5 MHz, und hat eine Leistung von etwa 50 W bis 1000 W, insbesondere 100 W bis 200 W.The RF (NF) generator 7 generates a frequency between 50 Hz to 30 MHz, for example 13.5 MHz, and has a power of approximately 50 W to 1000 W, in particular 100 W to 200 W.

In den Reaktor 1 ist an einer Einkoppelstelle 8 über eine von einem Mikrowellen-Generator 9 gespeiste Mikrowellen- Antenne 10 eine Mikrowellen-Frequenz eingekoppelt, die vorzugsweise wenigstens um den Faktor 1000 größer ist als die Frequenz des RF(NF)-Generators 7 und zwischen 0,8 bis 3 GHz, beispielsweise bei 2,45 GHz, liegt. Der Mikrowellen-Generator 9 hat eine elektrische Leistung (Pulsleistung), die größer ist als die des RF(NF)-Generators 7 und beispielsweise bei 4 bis 12 kW liegt. Dem Mikrowellen-Generator 9 ist ein Stubtuner 9' zugeordnet, der der Impedanzabstimmung dient.A microwave frequency is coupled into the reactor 1 at a coupling point 8 via a microwave antenna 10 fed by a microwave generator 9, which microwave frequency is preferably at least 1000 times greater than the frequency of the RF (NF) generator 7 and between 0.8 to 3 GHz, for example at 2.45 GHz. The microwave generator 9 has an electrical power (pulse power) which is greater than that of the RF (NF) generator 7 and is, for example, 4 to 12 kW. A stub tuner 9 'is assigned to the microwave generator 9 and is used for impedance matching.

Die Einkoppelstelle 8 hat einen Abstand d vom Substrat 3, der beispielsweise etwa bei 10 bis 50 mm liegt.The coupling point 8 has a distance d from the substrate 3 , which is, for example, approximately 10 to 50 mm.

An den Reaktor 1 ist eine Vakuumpumpe 11 über eine Gasleitung 12 angeschlossen, in der ein Druckregler 13 liegt. Die Vakuumpumpe 11 erzeugt beispielsweise einen Unterdruck von 0,1 bis 0,5 mbar. Die Vakuumpumpe 11 mündet in einen Gasauslass 14.A vacuum pump 11 is connected to the reactor 1 via a gas line 12 , in which a pressure regulator 13 is located. The vacuum pump 11 generates, for example, a negative pressure of 0.1 to 0.5 mbar. The vacuum pump 11 opens into a gas outlet 14 .

Eine elektronische Steuereinrichtung 15 dient der Steuerung des Mikrowellen-Generators 9, des RF(NF)-Generators 7 und des Gaserzeugers 5 sowie der Vakuumpumpe 11 (an/aus) und/oder des Druckreglers 13 und/oder der Heizung des Substrathalters 2 bzw. zugehöriger Ventile, Massenflussregler und Temperaturen. An electronic control device 15 serves to control the microwave generator 9 , the RF (NF) generator 7 and the gas generator 5 as well as the vacuum pump 11 (on / off) and / or the pressure regulator 13 and / or the heating of the substrate holder 2 or associated valves, mass flow controllers and temperatures.

Sie steuert den Mikrowellen-Generator 9 und den RF(NF)-Generator 7 in der Weise, dass die beiden Frequenzen synchron gepulst werden, wobei die Impulsdauer wesentlich kürzer ist als die Impulspause. Die Impulsdauer beträgt beispielsweise 1 bis 3 ms. Die Impulspause beträgt beispielsweise 10 bis 300 ms.It controls the microwave generator 9 and the RF (NF) generator 7 in such a way that the two frequencies are pulsed synchronously, the pulse duration being significantly shorter than the pulse pause. The pulse duration is, for example, 1 to 3 ms. The pulse pause is, for example, 10 to 300 ms.

Im Gaserzeuger 5 wird aus Aluminiumchlorid (AlCl3) als schichtbildendes Material unter Beimischung von O2 und/oder CO2 und/oder H2 und/oder H2O ein Gas mit einer Temperatur von etwa 130°C erzeugt, das der Schichtbildung auf dem Substrat 3 dient. Der Anteil von AlCl3 im Gasfluss liegt etwa bei 10% bis 57%. Entsprechend liegt der Anteil der Summe aus O2 + CO2 + H2 + H2O im Gasfluss bei ca. 43% bis 90%. Dabei kann die Zusammensetzung dieser Anteile unterschiedlich sein. Einer der Bestandteile kann auch Null sein.In the gas generator 5 , a gas is generated from aluminum chloride (AlCl 3 ) as a layer-forming material with the addition of O 2 and / or CO 2 and / or H 2 and / or H 2 O at a temperature of approximately 130 ° C., which causes the layer to form serves the substrate 3 . The proportion of AlCl 3 in the gas flow is approximately 10% to 57%. Accordingly, the proportion of the sum of O 2 + CO 2 + H 2 + H 2 O in the gas flow is approximately 43% to 90%. The composition of these parts can vary. One of the components can also be zero.

Das mit der beschriebenen Vorrichtung durchführbare Verfahren ist etwa folgendes:The feasible with the device described The procedure is something like this:

Unter der Wirkung der Vakuumpumpe 11 tritt das im Gaserzeuger 5 erzeugte Gas durch den Substrathalter 2 in den Reaktor 1 verteilt ein. Im Abstandsraum d bildet sich infolge des eingestrahlten Mikrowellen-Impulses ein Plasma P, das unter der Wirkung des am Substrat 3 anliegenden Impulses des RF(NF)-Generators 7 zu einem Niederschlag von Aluminiumoxid (Al2O3) auf dem - gegebenenfalls beheizten - Substrat 3 führt. Der Impuls des RF(NF)-Generators 7 unterstützt die Verdichtung des Schichtgefüges, so dass schon bei relativ niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur bis 600°C) sich die Korund-Phase des Al2O3 ausbildet. Bei jedem Impuls wiederholt sich dieser Vorgang.Under the action of the vacuum pump 11 , the gas generated in the gas generator 5 enters the reactor 1 distributed through the substrate holder 2 . As a result of the incident microwave pulse, a plasma P forms in the space d, which, under the action of the pulse of the RF (NF) generator 7 applied to the substrate 3 , forms a precipitate of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the - optionally heated - Substrate 3 leads. The pulse of the RF (NF) generator 7 supports the compression of the layer structure, so that the corundum phase of the Al 2 O 3 forms even at relatively low temperatures (room temperature to 600 ° C.). This process is repeated with each pulse.

Infolge des Mikrowellen-Impulses entstehen außer dem gewünschten Niederschlag auch Reaktionsprodukte und gegebenenfalls am Substrat 3 abgeschiedene Adatome, die zur Verbesserung der Schicht nicht in diese eingebaut werden sollten. Die Mikrowellen-Impulse und die Impulse des RF(NF)-Generators 7 treten synchron, d. h. gleichzeitig auf. Gleiches gilt für die Impulspausen.As a result of the microwave pulse, reaction products and possibly adatoms deposited on the substrate 3 are formed in addition to the desired precipitation, which should not be incorporated into the layer in order to improve it. The microwave pulses and the pulses of the RF (NF) generator 7 occur synchronously, ie at the same time. The same applies to the pulse pauses.

In der auf jeden Impuls folgenden Impulspause werden die Reaktionsprodukte und gegebenenfalls die Adatome, deren Mobilität durch die Beheizung des Substrats 3 erhöht ist, mittels der Vakuumpumpe 11 aus dem Reaktor 1 aufgesaugt. Da in der Impulspause keine Spannung an der Elektrode 6 anliegt, kann diese nicht Reaktionsprodukte oder Adatome zurückhalten. Mit dem Absaugen der Reaktionsprodukte und gegebenenfalls der Adatome tritt in der Impulspause frisches Gas aus dem Gaserzeuger 5 in den Reaktor 1 ein.In the pulse pause following each pulse, the reaction products and, if appropriate, the adatoms, the mobility of which is increased by heating the substrate 3 , are sucked out of the reactor 1 by means of the vacuum pump 11 . Since there is no voltage at the electrode 6 during the pulse pause, the electrode 6 cannot hold back reaction products or adatoms. When the reaction products and, if appropriate, the adatoms are suctioned off, fresh gas from the gas generator 5 enters the reactor 1 during the pulse pause.

Die Dicke der Schicht lässt sich durch die Verfahrensdauer und den Gesamtgasfluss steuern.The thickness of the layer can be determined by the Control process duration and total gas flow.

Versuche haben gezeigt, dass sich durch das beschriebene Verfahren infolge der erreichbaren Korund-Phase eine sehr dichte und harte, gegen Kratzer unempfindliche Al2O3-Schicht ergibt, die eine sehr hohe Abriebbeständigkeit im Vergleich zu mit anderen Verfahren hergestellten Al2O3-Schichten hat. Die Al2O3-Schicht zeigt eine hohe optische Transparenz mit einer Brechzahl im Bereich von 1,69 bis 1,76.Experiments have shown that the process described results in a very dense and hard Al 2 O 3 layer, which is insensitive to scratches, due to the corundum phase that can be achieved, which has a very high abrasion resistance compared to Al 2 O 3 produced with other processes. Has layers. The Al 2 O 3 layer shows high optical transparency with a refractive index in the range from 1.69 to 1.76.

Trotz stark unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats 3 und der Al2O3-Schicht (Glaskeramik: 0,15.10-6/K, Al2O3 : 8,4 × 10-6/K) bleibt bei Temperaturwechselbeanspruchungen die Haftung der Schicht am Substrat 3 dauerhaft erhalten.Despite strongly different coefficients of thermal expansion of the substrate 3 and the Al 2 O 3 layer (glass ceramic: 0.15.10 -6 / K, Al 2 O 3 : 8.4 × 10 -6 / K), the layer remains adherent to the substrate in the event of thermal cycling 3 received permanently.

Insbesondere bei Kunststoffscheiben und anderen thermolabilen Substraten ist günstig, dass eine die genannten Eigenschaften aufweisende Al2O3-Schicht aufgebracht werden kann, ohne dass das thermolabile Substrat bei der Beschichtung auf Temperaturen gebracht werden muss, die über ihrer Temperaturbelastbarkeit liegen.In the case of plastic panes and other thermolabile substrates in particular, it is favorable that an Al 2 O 3 layer having the properties mentioned can be applied without the thermolabile substrate having to be brought to temperatures in the coating which are above its temperature resistance.

Claims (18)

1. Verfahren zum Bilden einer Schicht auf einem Substrat in einem Reaktor, dem ein Schichtbildungsmaterial zugeführt wird und in den elektromagnetische Strahlungsenergie mit Mikrowellenfrequenz zur Bildung eines Plasmas und elektromagnetische Energie niedrigerer Frequenz eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beide Frequenzen gepulst werden, wobei während der Impulspause Reaktionsprodukte, die durch die Impulse entstanden sind, aus dem Reaktor abgeführt werden.1. A method for forming a layer on a substrate in a reactor, to which a layer-forming material is fed and into which electromagnetic radiation energy having a microwave frequency is coupled to form a plasma and electromagnetic energy of lower frequency, characterized in that both frequencies are pulsed, during which Impulse pause Reaction products, which are created by the impulses, are removed from the reactor. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenfrequenz in einem Abstand von der einen Seite des Substrats in den Reaktor eingestrahlt wird und die niedrigere Frequenz an die andere Seite des Substrats angelegt wird.2. The method according to claim 1, characterized, that the microwave frequency is at a distance from the one side of the substrate is irradiated into the reactor and the lower frequency to the other side of the Substrate is created. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Frequenzen synchron gepulst werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the two frequencies are pulsed synchronously. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulspause länger ist als die Impulsdauer.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the pulse pause is longer than the pulse duration. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Dauer der Impulspause um den Faktor 3 bis 300 länger ist als die Impulsdauer.5. The method according to claim 4, characterized, that the duration of the pulse pause is a factor of 3 to 300 longer  is as the pulse duration. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulspause zwischen etwa 10 bis 300 ms und die Impulsdauer zwischen etwa 1 bis 3 ms liegen.6. The method according to claim 4 or 5, characterized, that the pulse pause between about 10 to 300 ms and the Pulse duration between about 1 to 3 ms. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenfrequenz um wenigstens den Faktor 1000 größer ist als die niedrigere Frequenz.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the microwave frequency by at least the factor 1000 is greater than the lower frequency. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenfrequenz zwischen etwa 0,8 bis 3 GHz und die niedrigere Frequenz zwischen etwa 50 Hz und 30 MHz liegen.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the microwave frequency is between about 0.8 to 3 GHz and the lower frequency between about 50 Hz and 30 MHz are. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Mikrowellenleistung größer ist als die elektrische Leistung der kleineren Frequenz.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the microwave electrical power is greater than the electrical power of the lower frequency. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenleistung zwischen etwa 4 bis 12 kW und die Leistung der kleineren Frequenz etwa zwischen 50 W bis 1000 W liegen.10. The method according to claim 9, characterized, that the microwave power is between about 4 to 12 kW and the power of the smaller frequency is roughly between 50 W to 1000 W. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat im Reaktor je nach Temperaturbelastbarkeit auf eine Temperatur von höchstens etwa 300 bis 600°C aufgeheizt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that depending on the substrate in the reactor Temperature resilience to a temperature of at most about 300 to 600 ° C is heated. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Aluminiumoxidschicht Aluminiumchlorid mit O2 und/oder CO2 und/oder H2 und/oder H2O in einem Gaserzeuger in einen gasförmigen Zustand gebracht wird und das Gas dem Reaktor zugeführt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that to form an aluminum oxide layer aluminum chloride with O 2 and / or CO 2 and / or H 2 and / or H 2 O in a gas generator is brought into a gaseous state and the gas Reactor is fed. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat eine transparente Fensterscheibe, Kunststoffscheibe oder Spezialglasscheibe verwendet wird, die transparent ist und mit einer transparenten Schicht zu versehen wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that as a substrate a transparent window pane, Plastic pane or special glass pane is used, which is transparent and with a transparent layer to be provided. 14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrowellen-Generator (9) für die Erzeugung der Mikrowellenfrequenz und ein RF(NF)-Generator (7) für die Erzeugung der niedrigeren Frequenz vorgesehen ist und dass eine elektronische Steuereinrichtung (15) die beiden Generatoren (9, 7) steuert.14. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized in that a microwave generator ( 9 ) for generating the microwave frequency and an RF (NF) generator ( 7 ) is provided for generating the lower frequency and that an electronic control device ( 15 ) controls the two generators ( 9 , 7 ). 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellen-Generator (9) über eine Mikrowellen- Antenne (10) an den Reaktor (1) an einer Einkoppelstelle (8) gegenüber der einen Seite des Substrats (3) angekoppelt ist und dass mit dem RF(NF)-Generator (7) eine Elektrode (6) verbunden ist, an der die andere Seite des Substrats (3) direkt oder indirekt über einen Substrathalter (2) anliegt.15. Device according to claim 14, characterized in that the microwave generator ( 9 ) is coupled via a microwave antenna ( 10 ) to the reactor ( 1 ) at a coupling point ( 8 ) opposite one side of the substrate ( 3 ) and that an electrode ( 6 ) is connected to the RF (NF) generator ( 7 ), on which the other side of the substrate ( 3 ) bears directly or indirectly via a substrate holder ( 2 ). 16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) ein Substrathalter (2) für Substrat (3) vorgesehen ist, der ein Schichtbildungsgas aus einem Gaserzeuger (5) in der Umgebung des Substrats (3) im Reaktor (1) verteilt.16. The device according to claim 14 or 15, characterized in that in the reactor ( 1 ) a substrate holder ( 2 ) for substrate ( 3 ) is provided, which is a layer formation gas from a gas generator ( 5 ) in the vicinity of the substrate ( 3 ) in the reactor ( 1 ) distributed. 17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (2) beheizbar ist.17. The device according to claim 15 or 16, characterized in that the substrate holder ( 2 ) is heatable. 18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an den Reaktor (1) eine Pumpe (11) angeschlossen ist, die Gas aus einem Gaserzeuger (5) mittels Unterdruck durch den Reaktor (1) fördert.18. Device according to one of the preceding claims 14 to 17, characterized in that the reactor (1) a pump (11) is connected, conveys the gas from a gas generator (5) by means of negative pressure through the reactor (1).
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10133478C1 (en) * 2001-07-10 2003-08-21 Schott Glas Glass-ceramic body provided with a scratch protection, process for its production and its uses
EP1394128A2 (en) 2002-08-29 2004-03-03 Fujikura Ltd. Optical apparatus
DE10314070A1 (en) * 2003-03-28 2004-10-21 Schott Glas Flat body used in the production of a hob has a scratch-resistant component consisting of a compatible sol-gel layer containing fine special glass fibers embedded in the layer to form a structured surface
DE10342397A1 (en) * 2003-09-13 2005-04-14 Schott Ag Transparent protective layer for a body
DE10342398B4 (en) * 2003-09-13 2008-05-29 Schott Ag Protective layer for a body, and methods of making and using protective layers
GB2496879A (en) * 2011-11-24 2013-05-29 Creo Medical Ltd Gas plasma disinfection and sterilisation
WO2017007601A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Rubicon Technology, Inc. Hard aluminum oxide coating for various applications

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0395415B1 (en) * 1989-04-27 1995-03-15 Fujitsu Limited Apparatus for and method of processing a semiconductor device using microwave-generated plasma
EP0472465B1 (en) * 1990-08-20 1996-07-10 Fujitsu Limited yethod of depositing insulating layer on underlying layer using plasma-assisted CVD process using pulse-modulated plasma
DE19740792A1 (en) * 1997-09-17 1999-04-01 Bosch Gmbh Robert Process for generating a plasma by exposure to microwaves

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0395415B1 (en) * 1989-04-27 1995-03-15 Fujitsu Limited Apparatus for and method of processing a semiconductor device using microwave-generated plasma
EP0472465B1 (en) * 1990-08-20 1996-07-10 Fujitsu Limited yethod of depositing insulating layer on underlying layer using plasma-assisted CVD process using pulse-modulated plasma
DE19740792A1 (en) * 1997-09-17 1999-04-01 Bosch Gmbh Robert Process for generating a plasma by exposure to microwaves

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 03-130370 A (Pat. Abstr. of Jp., C-862) *
JP 05-156451 A (Pat. Abstr. of Jp., C-1118) *
JP 05-156452 A (Pat. Abstr. of Jp., C-1118) *
JP 05-156453 A (Pat. Abstr. of Jp., C-1118) *
JP 05-39578 A (Pat. Abstr. of Jp., C-1075) *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10133478C1 (en) * 2001-07-10 2003-08-21 Schott Glas Glass-ceramic body provided with a scratch protection, process for its production and its uses
EP1394128A2 (en) 2002-08-29 2004-03-03 Fujikura Ltd. Optical apparatus
DE10314070A1 (en) * 2003-03-28 2004-10-21 Schott Glas Flat body used in the production of a hob has a scratch-resistant component consisting of a compatible sol-gel layer containing fine special glass fibers embedded in the layer to form a structured surface
DE10314070B4 (en) * 2003-03-28 2005-03-17 Schott Ag Scratch-resistant flat glass or glass ceramic body
DE10342397A1 (en) * 2003-09-13 2005-04-14 Schott Ag Transparent protective layer for a body
US7018727B2 (en) 2003-09-13 2006-03-28 Schott Ag Transparent protective layer for a body
DE10342397B4 (en) * 2003-09-13 2008-04-03 Schott Ag Transparent protective layer for a body and its use
DE10342398B4 (en) * 2003-09-13 2008-05-29 Schott Ag Protective layer for a body, and methods of making and using protective layers
US7541102B2 (en) 2003-09-13 2009-06-02 Schott Ag Protective layer for a body, and process and arrangement for producing protective layers
GB2496879A (en) * 2011-11-24 2013-05-29 Creo Medical Ltd Gas plasma disinfection and sterilisation
WO2017007601A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Rubicon Technology, Inc. Hard aluminum oxide coating for various applications

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