DE102008062619A1 - A microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions - Google Patents

A microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions Download PDF

Info

Publication number
DE102008062619A1
DE102008062619A1 DE102008062619A DE102008062619A DE102008062619A1 DE 102008062619 A1 DE102008062619 A1 DE 102008062619A1 DE 102008062619 A DE102008062619 A DE 102008062619A DE 102008062619 A DE102008062619 A DE 102008062619A DE 102008062619 A1 DE102008062619 A1 DE 102008062619A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plasma
magnetrons
plasma chamber
microwave
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102008062619A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102008062619B8 (en
DE102008062619B4 (en
Inventor
Julius Roch
Ines Dr. Dani
Stefan Prof. Dr. Kaskel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technikum Laubholz GmbH TLH
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102008062619A priority Critical patent/DE102008062619B8/en
Priority to PCT/DE2009/001765 priority patent/WO2010066247A2/en
Publication of DE102008062619A1 publication Critical patent/DE102008062619A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008062619B4 publication Critical patent/DE102008062619B4/en
Publication of DE102008062619B8 publication Critical patent/DE102008062619B8/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenplasmaquelle und ein Verfahren zur Bildung eines linear langgestreckten Plasma bei Atmosphärendruckbedingungen. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten für eine großflächige Modifizierung von Substratoberflächen mit einem bei Atmosphärendruckbedingungen gebildeten Plasma zu schaffen, bei denen konstante Bedingungen über die gesamte zu modifizierende Oberfläche eingehalten werden können. Bei einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle sind an einer Plasmakammer mindestens eine Plasmaaustrittsdüse und mindestens eine Zuführung für ein Plasmagas vorhanden. An einer Plasmakammer mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt sind mindestens zwei Einheiten, die mit jeweils mindestens einem Magnetron und einer Schlitzantenne gebildet sind, außerhalb der Plasmakammer an zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Die Magnetrons sollen alternierend gepulst betrieben werden.The invention relates to a microwave plasma source and a method for forming a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions. The object of the invention is to provide possibilities for a large-scale modification of substrate surfaces with a plasma formed at atmospheric pressure conditions, in which constant conditions can be maintained over the entire surface to be modified. In a microwave plasma source according to the invention, at least one plasma exit nozzle and at least one supply for a plasma gas are present on a plasma chamber. At a plasma chamber with non-rotationally symmetrical cross-section at least two units, which are each formed with at least one magnetron and a slot antenna, arranged outside the plasma chamber on two diametrically opposite sides. The magnetrons are to be operated alternately pulsed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenplasmaquelle und ein Verfahren zur Bildung eines linear langgestreckten Plasma bei Atmosphärendruckbedingungen.The The invention relates to a microwave plasma source and a method to form a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions.

So sind Plasmaquellen, die mit Mikrowellen unter Atmosphärendruckbedingungen arbeiten, bisher nur geeignet kugelförmige oder zylinderscheibenförmige Plasmen langzeitstabil zu bilden. Dabei ist jeglicher Wandkontakt des gebildeten Plasmas innerhalb einer Plasmakammer zu vermeiden, da dies zu einer Zerstörung führen wurde.So are plasma sources that use microwaves under atmospheric pressure conditions work, previously only suitable spherical or cylindrical disc-shaped To form plasmas long-term stable. There is no wall contact of the plasma formed within a plasma chamber to avoid as this would lead to destruction.

In WO 98/59359 A1 sind Mikrowellenplasmaquellen beschrieben. Dabei ist eine Plasmakammer, die in Form eines Hohlzylinders, also rotationssymmetrisch, ausgebildet ist, von einem Mikrowellen-Resonator um schlossen, über den Mikrowellen eines Mikrowellengenerators unter Einhaltung von Resonanzbedingungen, zumindest jedoch annähernd Resonanzbedingungen über verteilte Schlitzantennen in die Plasmakammer eingekoppelt werden. Die Mikrowellen werden dabei phasengleich eingekoppelt. Dadurch kann nur ein einziger Mikrowellengenerator an einer solchen Plasmaquelle eingesetzt werden. Dadurch ist die maximal nutzbare Leistung limitiert. Dies trifft auch auf das erreichbare Plasmavolumen, wegen der Selbstabschirmung, zu.In WO 98/59359 A1 Microwave plasma sources are described. In this case, a plasma chamber, which is in the form of a hollow cylinder, so rotationally symmetric, formed by a microwave resonator to be coupled via the microwave of a microwave generator while maintaining resonance conditions, but at least approximately resonance conditions via distributed slot antennas in the plasma chamber. The microwaves are coupled in phase. As a result, only a single microwave generator can be used on such a plasma source. This limits the maximum usable power. This also applies to the achievable plasma volume, because of the self-shielding.

Mit einem in die Plasmakammer zugeführtem Plasmagas kann durch die zugeführte Mikrowellenenergie ein Plasma gebildet werden, das aus einer oder bevorzugt auch mehreren Plasmaaustrittsdüsen, die in einer Stirnfläche der Plasmakammer ausgebildet sind, ausgetrieben und dann das Plasma für eine Oberflächenmodifizierung von Substraten oder zur Bildung von Nanopartikeln in der Gasphase genutzt werden kann.With a plasma gas supplied into the plasma chamber can by the supplied microwave energy is a plasma, the one or preferably also a plurality of plasma exit nozzles, which are formed in an end face of the plasma chamber, expelled and then the plasma for a surface modification used by substrates or for the formation of nanoparticles in the gas phase can be.

Weiter auf diese Lösung aufbauend, wird in DE 102 39 875 A1 darauf hingewiesen, dass neben dem Plasmagas ein weiterer Gasstrom in die Plasmakammer eingeführt werden kann, mit dem eine Spülung und Kühlung innerhalb der Plasmakammer erreichbar ist. Diese Gasströmung soll bevorzugt parallel zur inneren Mantelfläche einer zylindrischen Plasmakammer, ausgehend von einer der beiden Stirnseiten der Plasmakammer geführt werden. Auch hier ist wieder eine Plasmakammer, die als Hohlzylinder ausgebildet ist, vorhanden.Further building on this solution will be in DE 102 39 875 A1 pointed out that in addition to the plasma gas another gas flow can be introduced into the plasma chamber, with the flushing and cooling within the plasma chamber can be achieved. This gas flow should preferably be performed parallel to the inner surface of a cylindrical plasma chamber, starting from one of the two end faces of the plasma chamber. Again, a plasma chamber, which is designed as a hollow cylinder, is present again.

Wegen der Gestalt und des begrenzten Volumens des gebildeten Plasma kann eine modifizierende Bearbeitung großer Oberflächenbereiche mit dem gebildeten Plasma auch bei einer Relativbewegung von Plasmaquelle und einem zu modifizierenden Substrat, nicht ohne weite res erreicht werden. Dies trifft zumindest für die Einhaltung konstanter Verhältnisse bzw. Parameter über den jeweils mit Plasma beaufschlagten Oberflächenbereich zu. So können keine gleichen Plasmaparameter über eine größere Fläche eingehalten werden, da auch das in den bekannten Plasmaquellen gebildete Plasma nicht homogen austreten kann. Für eine Modifizierung werden häufig auch Precusoren zugegeben, die mit dem zur Bildung des Plasma eingesetzten Gas und dem gebildeten Plasma beeinflusst werden. Es ist dabei häufig nicht möglich eine konstante Konsistenz des gebildeten Plasma, mit dem die jeweilige zu modifizierende Oberfläche beeinflusst wird, im gesamten Plasmavolumen einhalten zu können. So sind beispielsweise Beschichtungen über die Fläche nicht homogen. Bei einer Ätzbehandlung können ebenfalls Ungleichförmigkeiten auftreten.Because of the shape and the limited volume of the formed plasma can a modifying treatment of large surface areas with the formed plasma even with a relative movement of plasma source and a substrate to be modified, not easily reached become. This is at least consistent for compliance Ratios or parameters on each with Plasma acted upon surface area. So no same plasma parameters over a larger area be adhered to, as well as that formed in the known plasma sources Plasma can not escape homogeneously. For a modification Frequently precursors are also added, which with the Formation of the plasma used gas and the plasma formed influenced become. It is often not possible one constant consistency of the formed plasma, with which the respective surface to be modified is affected throughout the plasma volume to be able to comply. For example, coatings are over the surface is not homogeneous. In an etching treatment Also, non-uniformities can occur.

Durch geschickte Wahl von Geometrien von Plasmaaustrittsdüsen und deren Anordnung können Bearbeitungsbreiten von maximal 150 mm mit einer Plasmaquelle abgedeckt werden. Dafür ist aber ein hoher und daher kostentreibender Anteil an Argon erforderlich.By clever choice of geometries of plasma exit nozzles and their arrangement can handle machining widths of maximum 150 mm covered with a plasma source. That's it but a high and therefore costly proportion of argon required.

Auch beim gleichzeitigen Einsatz mehrerer Mikrowellenplamsmaquellen, die nebeneinander und ggf. auch mit Überdeckung betrieben werden ist die Einhaltung konstanter Bedingungen bei der Modifizierung größerer Flächen nicht ohne weiteres möglich. Außerdem sind die Kosten für eine Mehrzahl von Plasmaquellen ebenfalls nachteilig.Also simultaneous use of several microwave plasma sources, the side by side and possibly also operated with coverage will be the maintenance of constant conditions in the modification larger areas not easily possible. Besides, the costs are for a plurality of plasma sources also disadvantageous.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten für eine großflächige Modifizierung von Substratoberflächen mit einem bei Atmosphärendruckbedingungen gebildeten Plasma zu schaffen, bei denen konstante Bedin gungen über die gesamte zu modifizierende Oberfläche eingehalten werden können.It is therefore an object of the invention possibilities for a large-scale modification of substrate surfaces with a plasma formed at atmospheric pressure conditions create conditions that are constant throughout the to be modified surface can be maintained.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Mikrowellenplasmaquelle gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Dabei kann mit einem Verfahren nach Anspruch 6 gearbeitet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention solved this problem with a microwave plasma source, having the features of claim 1. It can with a procedure be worked according to claim 6. Advantageous embodiments and further developments can be with in subordinate claims designated characteristics can be achieved.

Die erfindungsgemäße Mikrowellenplasmaquelle kann bei Atmosphärendruckbedingungen betrieben werden. Es ist also weder eine Erhöhung des Druckes und insbesondere keine Absenkung des Umgebungsdruckes erforderlich, wie dies bei den unter zumindest nahezu Vakuumbedingungen betriebenen Plasmaquellen der Fall ist.The Microwave plasma source according to the invention can operated at atmospheric pressure conditions. It is So neither an increase in pressure and especially no Lowering the ambient pressure required, as with the under at least nearly vacuum conditions operated plasma sources of Case is.

An der Mikrowellenplasmaquelle ist mindestens eine Zuführung für Plasmagas und mindestens eine Plasmaaustritssdüse vorhanden, die bevorzugt gemeinsam an einer Wand einer Plasmakammer angeordnet sind.At the microwave plasma source is at least one feeder for plasma gas and at least one Plasmaaustritssdüse present, which preferably together on a wall of a plasma chamber are arranged.

Abweichend vom Stand der Technik weist die Plasmakammer keinen rotataionsymmetrischen Querschnitt auf. Es sind bevorzugt parallele Wände als Begrenzung der Plasmakammer vorhanden. Zwei gegenüberliegend angeordnete Wände können auch konvex gekrümmt sein, so dass ein langgestreckter elliptischer Querschnitt vorhanden ist. An diesen Wänden können dann Einheiten mit Magnetrons und den Schlitzantennen angeordnet sein. Die beiden anderen Stirnwände können dabei aber als parallele Platten ausgebildet sein.deviant In the prior art, the plasma chamber does not have a rotationally symmetrical cross section on. They are preferably parallel walls as a boundary of the Plasma chamber available. Two opposite arranged Walls can also be convex curved, so that an elongated elliptical cross section is present. On these walls can then be units with magnetrons and the slot antennas. The other two end walls can be configured as parallel plates.

An der Plasmakammer sind mindestens zwei Einheiten vorhanden, die an zwei gegenüberliegenden Seiten der Plasmakammer, also sich diametral gegenüberliegend, angeordnet sind. Sie werden jeweils mit mindestens einem Magnetron und einer Schlitzantenne gebildet. Die Magentrons werden dabei gepulst betrieben, wobei dies alternierend erfolgt. Es ist bei zwei vorhandenen Magnetrons eines ausgeschaltet, wenn zur gleichen Zeit, das andere eingeschaltet ist. Dadurch kann das durch Phasenverschiebung auftretende Problem einer Auslöschung von elektromagnetischen Wellen, das zu Energieverlusten führt, vermieden werden.At There are at least two units of the plasma chamber on two opposite sides of the plasma chamber, that is diametrically opposite, are arranged. you will be each with at least one magnetron and a slot antenna educated. The Magentrons are operated pulsed, and this done alternately. It is one of two existing magnetrons turned off when at the same time, the other turned on is. This can cause the problem of phase shifting an extinction of electromagnetic waves, that too Energy losses leads to be avoided.

Der Betrieb kann dabei auch so durchgeführt werden, dass beim gepulsten Betrieb Pausen auftreten. So kann z. B. ein Magnetron für eine Zeit von 3 ms eingeschaltet und das andere Magnetron nach einer Pause von 2 ms, in der beide Magentrone ausgeschaltet sind, für eine Zeit von wieder 3 ms eingeschaltet werden usw.Of the Operation can also be carried out so that at pulsed operation breaks occur. So z. B. a magnetron switched on for a time of 3 ms and the other magnetron after a pause of 2 ms, in which both Magentrone switched off are switched on for a time of 3 ms again etc.

Wie bereits zum Ausdruck gebracht können aber auch mehr als zwei solcher Einheiten (Magnetron mit Schlitzantenne) an einer Mikrowellenplasmaquelle eingesetzt werden. Dann sind mehrere solcher Einheiten an der Plasmakammer in Reihenanordnung sich gegenüberliegend angeordnet. Bei vier Einheiten sind also jeweils zwei gemeinsam an einer Seite der Plasmakammer angeordent.As already expressed but also more than two such units (magnetron with slot antenna) on a microwave plasma source be used. Then there are several such units at the plasma chamber arranged in a row opposite each other. at four units are thus two together on one side of the Plasma chamber angeordent.

Die Plasmakammer weist bevorzugt einen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt auf. Sie ist dabei so dimensioniert, dass ein linear lang gestrecktes Plasma in der Plasmakammer ausgebildet werden kann, dessen Längsachse zwischen den sich gegenüberliegend angeordneten Einheiten bzw. den Magnetrons oder Schlitzantennen verläuft. Diese Querschnittsangaben beziehen sich zumindest auf die Breite und Länge einer Plasmakammer.The Plasma chamber preferably has a rectangular or square Cross-section on. It is dimensioned so that a linear elongated plasma can be formed in the plasma chamber, its longitudinal axis between the opposite arranged units or the magnetrons or slot antennas runs. These cross-sectional details relate at least on the width and length of a plasma chamber.

Es kann eine Plasmaaustrittsdüse als Schlitzdüse vorhanden sein. Werden mehrere Plasmaaustrittsdüsen vorgesehen, sollten sie in einer Reihe angeordnet sein, die bevorzugt in der Ebene der Längsachse des in der Plasmakammer gebildeten Plasma oder dazu parallelen Ebenen liegen. Die Abstände von nebeneinander angeordneten Plasmaaustrittsdüsen sollten ebenso gleich sein, wie ihre freien Querschnitte aus denen das gebildete Plasma in Richtung zu modifizierender Substratoberfläche austreten kann. Sie sollten auch an der Wand der Plasmakammer angeordnet sein, von der aus das Gas zur Bildung des Plasma in die Plasmakammer eingeführt wird. Dieses Gas sollte dabei an der Wandung der Plasmakammer entlang einströmen und an der gegenüberliegenden Wand umgelenkt werden. Nach der Umlenkung gelangt es dann in den Einflussbereich der Strahlung und das Plasma kann dadurch gebildet werden. Mit einer solchen Strömung können die Wandung der Plasmakammer geschützt, günstige Verhältnisse für die Plasmabildung und dessen Austreiben aus der Plasmakammer eingehalten werden.It can a plasma exit nozzle as a slot nozzle to be available. If several plasma discharge nozzles are provided, they should be arranged in a row, which is preferred in the Plane of the longitudinal axis of the plasma chamber formed in the Plasma or parallel planes lie. The distances of juxtaposed plasma exit nozzles should be as equal as their free cross-sections from which the educated Plasma escape in the direction of the substrate surface to be modified can. They should also be placed on the wall of the plasma chamber, from which the gas is introduced to form the plasma in the plasma chamber becomes. This gas should be along the wall of the plasma chamber infuse and on the opposite wall be redirected. After the deflection, it then enters the sphere of influence the radiation and the plasma can be formed thereby. With a such flow can be the wall of the plasma chamber protected, favorable conditions for the plasma formation and its expulsion from the plasma chamber are maintained.

Bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle sollte zumindest an den Wänden der Plasmakammer, an denen die Einheiten mit Magentron und Schlitzantennen angeordnet sind, nach außen weisend hohle Resonanzräume vorhanden sind.at the microwave plasma source according to the invention should be at least on the walls of the plasma chamber at which the units are arranged with magentron and slot antennas, facing outward hollow resonance chambers available are.

Die bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle eingesetzten Magnetrons sollten eine Leistung von mindestens 0,5 kW, bevorzugt mindestens 2 kW aufweisen. Durch den gepulsten Betrieb können sie aktiv mit einer höheren Leistung betrieben werden, die mindestens doppelt so groß ist. So kann ein Magnetron mit einer konzipierten Dauerleistung bzw. Nennleistung von 2 kW auch bei einem aktiven Puls beispielsweise mit einer Leistung von 5 kW betrieben werden.The in the microwave plasma source according to the invention used magnetrons should have a power of at least 0.5 kW, preferably at least 2 kW. Due to the pulsed operation can they are actively operated at a higher power, which is at least twice as big. So a magnetron with a designed continuous power or nominal power of 2 kW even with an active pulse, for example with a power of 5 kW are operated.

Die Pulsung der Magnetrons sollte mit einer Frequenz von mindestens 5 Hz gewählt sein.The Pulsation of the magnetron should be at a frequency of at least 5 Hz can be selected.

Sind an einer Mikrowellenplasmaquelle auch mehr als zwei, bevorzugt mehr als vier Magnetrons vorhanden und diese in einem ausreichend großen Abstand zueinander angeordnet, können gleichzeitig auch mehrere Magnetrons eingeschaltet sein und aktiv betrieben werden. Diese können sich auch zeitlich überlappend betrieben werden, also während des gepulsten Betriebes mindestens zwei Magnetrons gleichzeitig so eingeschaltet sind, dass bei der Pulsung eine Phasenverschiebung auftritt und dabei Magnetron eingeschaltet wird, wenn ein anderes bereits eingeschaltet ist, das aber vor dem zweiten Magnetron wieder ausgeschaltet wird. Der Abstand sollte so groß sein, dass durch eine Phasenverschiebung eine zur Auslöschung führende Beeinflussung vermieden, zumindest jedoch klein gehalten werden kann. Dies kann insbesondere bei großvolumigen lang gestreckten Plasmen vorteilhaft sein.are at a microwave plasma source also more than two, preferably more as four magnetrons available and this in a sufficiently large distance arranged to each other, several can simultaneously Magnetrons be turned on and be actively operated. These can also operate overlapping in time be, so during pulsed operation at least two magnetrons are switched on at the same time so that at the Pulsing a phase shift occurs while magnetron turned on if another is already on, but before second magnetron is turned off again. The distance should be be so large that a phase shift to the Extinguishing leading influence avoided, at least, however, can be kept small. This can be special advantageous for large-volume, elongated plasmas be.

Mit der Erfindung können Inhomogenitäten des Plasmas vermieden und gleichzeitig größere Flächen mit dem austretenden Plasma modifiziert werden. Dabei kann mit höherer Leistung von Magentrons gearbeitet werden.With the invention, inhomogeneities of the plasma can be avoided and at the same time larger areas can be modified with the exiting plasma. It can with higher power of stomach trons are working.

Es können auch kostengünstige Magnetrons eingesetzt werden. Es ist eine Aufskalierung durch Aneinanderreihung mehrerer Einheiten von Magnetron mit Schlitzantenne in Reihenanordnungen möglich, so dass die Länge von in einer Plasmakammer gebildetem Plasma vergrößert und dadurch natürlich auch bei gleichzeitiger Relativbewegung von Mikrowellenplasmaquelle und zu modifizierendem Substrat die jeweilige Größe der Oberfläche vergrößert werden.It also inexpensive magnetrons can be used become. It is an upscale by stringing together several Magnetron units with slot antenna in row arrangements possible, so that the length of formed in a plasma chamber Plasma increases and, of course, too with simultaneous relative movement of microwave plasma source and to be modified substrate the respective size the surface to be enlarged.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Die Relativbewegung kann dabei insbesondere senkrecht zur Längsachse des in der Plasmakammer in lang gestreckter Form gebildeten Plasmas erfolgen.following the invention is explained in more detail by way of example become. The relative movement can in particular perpendicular to Longitudinal axis of the plasma chamber in elongated Shape formed plasma done.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle und 1 a schematic plan view of an example of a microwave plasma source according to the invention and

2 einen Längsschnitt durch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle. 2 a longitudinal section through an example of a microwave plasma source according to the invention.

In 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle stark schematisiert dargestellt. Dabei ist eine Plasmakammer 7 mit rechteckigem Querschnitt vorhanden, deren Abmessungen mit (L·B·H) 600 mm·120 mm·100 mm gewählt worden sind. An zwei sich gegenüberliegenden Seiten einer Kavität 4, in der eine Plasmakammer 7 angeordnet ist (s. 2), sind jeweils drei Einheiten vorhanden, von denen jeweils lediglich die Magnetrons 5.1 bis 5.6 gezeigt sind. Diese werden mit einer Frequenz von 2,45 GHz betrieben. Die Dauerleistung der Magnetrons 5.1 bis 5.6 ist auf 2 kW ausgelegt. Sie können mit einer Frequenz von 10 Hz betrieben werden. Der gepulste Betrieb der Magnetrons 5.1 bis 5.6 erfolgt dabei so, dass ein Magnetron für eine Zeit von 3 ms eingeschaltet wird. Alle anderen sind während dieser Zeit inak tiv und ausgeschaltet. Nach einer inaktiven Pause von 2 ms in der alle Magnetrons 5.1 bis 5.6 ausgeschaltet sind, wird ein anderes Magnetron für die gleiche Zeit eingeschaltet und nach einer weiteren Pause von 2 ms wiederum ein anderes Magnetron eingeschaltet usw.In 1 an example of a microwave plasma source according to the invention is shown very schematically. There is a plasma chamber 7 having a rectangular cross section whose dimensions have been selected to be (L x W x H) 600 mm x 120 mm x 100 mm. On two opposite sides of a cavity 4 in which a plasma chamber 7 is arranged (s. 2 ), there are three units each, of which only the magnetrons 5.1 to 5.6 are shown. These are operated at a frequency of 2.45 GHz. The continuous power of the magnetrons 5.1 to 5.6 is designed for 2 kW. They can be operated with a frequency of 10 Hz. The pulsed operation of magnetrons 5.1 to 5.6 takes place in such a way that a magnetron is switched on for a time of 3 ms. All others are inactive during this time and off. After an inactive break of 2 ms in the all magnetrons 5.1 to 5.6 are turned off, another magnetron is turned on for the same time and after another pause of 2 ms turn another magnetron turned on, etc.

Die Magnetrons 5.1 bis 5.6 können, da sie gepulst und dabei kurzzeitig aktiv geschaltet werden auch mit einer Leistung von 10 kW, also deutlich über der Nennleistung betrieben werden.The magnetrons 5.1 to 5.6 As they are pulsed and activated for a short time, they can also be operated with a power of 10 kW, ie well above the rated power.

So kann z. B. zuerst das Magentron 5.2, dann das Magnetron 5.4, dann Magnetron 5.3, danach Magnetron 5.5, dann Magnetron 5.1 und in diesem Zyklus am Schluss Magnetron 5.6 eingeschaltet werden.So z. First, the magentron 5.2 , then the magnetron 5.4 , then magnetron 5.3 , then magnetron 5.5 , then magnetron 5.1 and in this cycle, at the end, magnetron 5.6 be turned on.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen mehrere Magnetrons synchron zu betreiben, so dass gleichzeitig auch zwei Magnetrons, beispielsweise 5.1 mit 5.6 und 5.4 mit 5.3 eingeschaltet sind.But it is also possible, as already mentioned in the general part of the description to operate several magnetrons synchronously, so that at the same time two magnetrons, for example 5.1 With 5.6 and 5.4 With 5.3 are turned on.

Mit der in 2 gezeigten Schnittdarstellung kann der Aufbau erfindungsgemäßer Mikrowellenplasmaquellen weiter verdeutlicht werden.With the in 2 The sectional view shown, the structure of inventive microwave plasma sources can be further illustrated.

Auch hier sind wieder an zwei gegenüberliegenden Seiten einer Plasmakammer 7, die in einer Kavität 4 angeordnet ist, Magentrons 5 angeordnet, die wie beim Beispiel nach 1 betrieben werden können. Die Plasmakammer 7 hat ebenfalls eine Querschnittsgeometrie analog zu 1. An den äußeren Seiten der Plasmakammer 7 sind jeweils hohle Räume angeordnet, zwischen der Wand der Kavität 4 und Quarzglaswänden 3 ausgebildet, durch die ein Kühlmittel, das die Strahlung nur geringfügig absorbiert, geführt werden kann.Again, there are again on two opposite sides of a plasma chamber 7 in a cavity 4 is arranged, Magentrons 5 arranged according to the example 1 can be operated. The plasma chamber 7 also has a cross-sectional geometry analogous to 1 , On the outer sides of the plasma chamber 7 each hollow spaces are arranged between the wall of the cavity 4 and quartz glass walls 3 formed, through which a coolant that absorbs the radiation only slightly, can be performed.

Die Plasmakammer 7 ist mit den Quarzglaswänden 3 von der Kavität 4 getrennt. Die Kavität 4 ist bei diesem Beispiel als Aluminiumgehäuse ausgebildet.The plasma chamber 7 is with the quartz glass walls 3 from the cavity 4 separated. The cavity 4 is formed in this example as aluminum housing.

An der hier oberen Stirnwand der Plasmakammer 7 sind in der Nähe der radial außen angeordneten Quarzglaswand 3 Zuführungen 2 für ein Plasmagas vorhanden, das wie mit den Pfeilen angedeutet, in das Innere der Plasmakammer 7 eingespeist werden kann. Es strömt dabei von der oberen Stirnwand an den Quarzglaswänden 3 entlang bis zum Boden 8 der Plasmakammer 7. Dort ändert sich die Strömungsrichtung und das Plasmagas gelangt in den Einflussbereich der von den Magnetrons 5 mit Hilfe der Schlitzantennen in die Plasmakammer 7 emittierte Strahlung und Plasma kann gebildet werden.At the upper end wall of the plasma chamber 7 are in the vicinity of the radially outer quartz glass wall 3 additions 2 for a plasma gas, as indicated by the arrows, into the interior of the plasma chamber 7 can be fed. It flows from the upper end wall on the quartz glass walls 3 along to the bottom 8th the plasma chamber 7 , There, the flow direction changes and the plasma gas enters the sphere of influence of the magnetrons 5 using the slot antennas in the plasma chamber 7 emitted radiation and plasma can be formed.

Dieses Plasma kann über die hier wieder an der oberen Stirnwand angeordneten Plasmaaustrittsdüsen 1 ausgetrieben und für eine Oberflächenmodifizierung an Substraten unter Atmosphärendruckbedingungen genutzt werden.This plasma can via the arranged here on the upper end wall plasma discharge nozzles 1 expelled and used for surface modification on substrates under atmospheric pressure conditions.

Die Plasmaustrittsdüsen 1 können als Schlitzdüsen oder in einer Reihenanordnung ausgebildet bzw. so angeordnet sein. Die Ausrichtung von Schlitzdüsen bzw. einer Reihenanordnung sollte dabei so sein, dass sie einer senkrecht in die Zeichnungsebene gerichteten Richtung entspricht. Gemäß der Darstellung in 1 wäre dies dort eine horizontale Ausrichtung zwischen den in zwei Reihen angeordneten Magnetrons 5.1 bis 5.6.The plasma exit nozzles 1 can be designed as slot nozzles or in a row arrangement or so arranged. The orientation of slot nozzles or a row arrangement should be such that it corresponds to a direction perpendicular to the plane of the drawing. As shown in 1 this would be a horizontal alignment between the magnetrons arranged in two rows 5.1 to 5.6 ,

Dadurch kann ein linear und gleichzeitig lang gestrecktes Plasma ausgebildet werden, das nahezu über die gesamte Länge der Plasmakammer 7 geführt sein kann. Seine Länge kann also gemäß Beispiel nach 1 fast 600 mm erreichen. Mit einer bereits angesprochenen Aufskalierung und einer größeren Anzahl an Magnetrons können auch größere Plasmalängen in einer entsprechend langen Plasmakammer 7 erreicht werden.This can be a linear and long at the same time Stretched plasma can be formed, which is almost the entire length of the plasma chamber 7 can be guided. Its length can therefore according to example 1 reach almost 600 mm. With an already mentioned scaling up and a larger number of magnetrons, even larger plasma lengths can be achieved in a correspondingly long plasma chamber 7 be achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 98/59359 A1 [0003] WO 98/59359 A1 [0003]
  • - DE 10239875 A1 [0005] - DE 10239875 A1 [0005]

Claims (10)

Mikrowellenplasmaquelle, bei der an einer Plasmakammer mindestens eine Plasmaaustrittsdüse und mindestens eine Zuführung für ein Plasmagas vorhanden sind und das Plasma bei Atmosphärendruckbedingungen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Plasmakammer (7) mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt mindestens zwei Einheiten, die mit jeweils mindestens einem Magnetron (5.1 bis 5.6) und einer Schlitzantenne gebildet sind, außerhalb der Plasmakammer (7) an zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet und die Magentrons (5.1 bis 5.6) alternierend gepulst betreibbar sind.A microwave plasma source in which at least one plasma exit nozzle and at least one supply for a plasma gas are present on a plasma chamber and the plasma is formed at atmospheric pressure conditions , characterized in that a plasma chamber ( 7 ) with non-rotationally symmetrical cross section at least two units, each with at least one magnetron ( 5.1 to 5.6 ) and a slot antenna are formed, outside the plasma chamber ( 7 ) are arranged on two diametrically opposite sides and the magentrons ( 5.1 to 5.6 ) are pulsed alternately operable. Mikrowellenplasmaquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Plasmakammer (7) jeweils mindestens zwei Magnetrons (5.1 bis 5.4) mit Schlitzantenne in einer Reihenanordnung vorhanden sind.Microwave plasma source according to claim 1, characterized in that on the two opposite sides of the plasma chamber ( 7 ) at least two magnetrons ( 5.1 to 5.4 ) are provided with slot antenna in a series arrangement. Mikrowellenplasmaquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmakammer (7) einen rechteckigen, quadratischen oder langgestreckt elliptischen Querschnitt aufweist.Microwave plasma source according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma chamber ( 7 ) has a rectangular, square or elongated elliptical cross-section. Mikrowellenplasmaquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Plasmaaustrittsdüse(n) (1) und die Zuführung für Plasmagas (2) an derselben Wand der Plasmakammer (7) angeordnet sind.Microwave plasma source according to one of the preceding claims, characterized in that one or more plasma exit nozzle (s) ( 1 ) and the supply for plasma gas ( 2 ) on the same wall of the plasma chamber ( 7 ) are arranged. Mikrowellenplasmaquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) eine Leistung von mindestens 0,5 kW aufweisen.Microwave plasma source according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetrons ( 5.1 to 5.6 ) have a power of at least 0.5 kW. Verfahren zur Bildung eines linear lang gestreckten Plasmas bei Atmosphärendruckbedingungen in einer Plasmakammer (7) mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt, bei dem ein Plasmagas über mindestens eine Zuführung (2) in die Plasmakammer (7) eingeführt und gebildetes Plasma über mindestens eine Plasmaaustrittsdüse (1) extrahiert wird; und das Plasma mit mindestens zwei Einheiten, die mit jeweils einem Magnetron (5.1 bis 5.6) und einer Schlitzantenne gebildet und sich diametral gegenüberliegend an der Plasmakammer (7) angeordnet sind, gebildet wird und dabei die Magnetrons (5.1 bis 5.6) alternierend gepulst betrieben werden.Process for forming a linearly elongated plasma under atmospheric pressure conditions in a plasma chamber ( 7 ) with non-rotationally symmetrical cross-section, in which a plasma gas via at least one feed ( 2 ) into the plasma chamber ( 7 ) and formed plasma via at least one plasma exit nozzle ( 1 ) is extracted; and the plasma with at least two units, each with a magnetron ( 5.1 to 5.6 ) and a slot antenna formed and diametrically opposite to the plasma chamber ( 7 ) is formed, while the magnetron ( 5.1 to 5.6 ) are operated pulsed alternately. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) mit einer Frequenz von mindestens 5 Hz gepulst betrieben werden.Method according to claim 6, characterized in that the magnetrons ( 5.1 to 5.6 ) are pulsed at a frequency of at least 5 Hz. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) so gepulst werden, dass alle Magnetrons (5.1 bis 5.6) zeitweise zwischen aktiven Pulsen ausgeschaltet werden.Method according to claim 6 or 7, characterized in that the magnetrons ( 5.1 to 5.6 ) are pulsed so that all magnetrons ( 5.1 to 5.6 ) are temporarily switched off between active pulses. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens vier vorhandenen Magnetrons (5.1 bis 5.6) mindestens zwei nicht unmittelbar nebeneinander oder gegenüberliegend angeordnete Magnetrons synchron oder überlappend gepulst betrieben werden.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that at least four existing magnetrons ( 5.1 to 5.6 ) at least two magnetrons not arranged directly next to one another or opposite one another are operated synchronously or overlappingly pulsed. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) während eines aktiven Pulses mit einer Leistung betrieben werden, die mindestens doppelt so groß, wie ihre normale Betriebsleistung ist.Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the magnetrons ( 5.1 to 5.6 ) are operated during an active pulse with a power that is at least twice as large as their normal operating performance.
DE102008062619A 2008-12-10 2008-12-10 Microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma under atmospheric pressure conditions Active DE102008062619B8 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008062619A DE102008062619B8 (en) 2008-12-10 2008-12-10 Microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma under atmospheric pressure conditions
PCT/DE2009/001765 WO2010066247A2 (en) 2008-12-10 2009-12-08 Microwave plasma source and method for forming a linearly extended plasma under atmospheric pressure conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008062619A DE102008062619B8 (en) 2008-12-10 2008-12-10 Microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma under atmospheric pressure conditions

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE102008062619A1 true DE102008062619A1 (en) 2010-07-01
DE102008062619B4 DE102008062619B4 (en) 2012-01-19
DE102008062619B8 DE102008062619B8 (en) 2012-03-29

Family

ID=42136177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008062619A Active DE102008062619B8 (en) 2008-12-10 2008-12-10 Microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma under atmospheric pressure conditions

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008062619B8 (en)
WO (1) WO2010066247A2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012013418A1 (en) 2012-07-02 2014-01-02 Sitec Automation Gmbh Generating device i.e. plasma-jet source, for generating scalable linear plasma in e.g. vacuum atmospheric pressures, has plasma reactor comprising contour with side surfaces, and slot antennas arranged along longitudinal axis of reactor
DE102015205809A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus for the production of carbon fibers with plasma assistance

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4957061A (en) * 1985-12-04 1990-09-18 Canon Kabushiki Kaisha Plurality of beam producing means disposed in different longitudinal and lateral directions from each other with respect to a substrate
DE4113142A1 (en) * 1991-03-14 1992-09-17 Leybold Ag DEVICE FOR GENERATING GLIMMENT CHARGES
WO1998059359A1 (en) 1997-06-23 1998-12-30 Sung Spitzl Hildegard Device for the production of homogenous microwave plasma
US6177148B1 (en) * 1996-08-29 2001-01-23 Carl-Zeiss-Stiftung Plasma CVD system with an array of microwave plasma electrodes and plasma CVD process
DE10239875A1 (en) 2002-08-29 2004-03-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for large-area coating of substrates under atmospheric pressure conditions

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5270616A (en) * 1989-09-25 1993-12-14 Ryohei Itatani Microwave plasma generating apparatus
JP2966029B2 (en) * 1990-03-30 1999-10-25 新日本無線株式会社 Microwave plasma CVD equipment
JPH04144992A (en) * 1990-10-01 1992-05-19 Idemitsu Petrochem Co Ltd Microwave plasma-generating device and method for producing diamond film with the same
DE4327958C1 (en) * 1993-08-19 1994-11-17 Ppv Verwaltungs Ag Process and apparatus for recycling waste containing plastic and/or organic material
DE4437050A1 (en) * 1994-10-17 1996-04-18 Leybold Ag Device for treating surfaces of hollow bodies, in particular inner surfaces of fuel tanks
DE102004060068B4 (en) * 2004-12-06 2009-04-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Microwave plasma source

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4957061A (en) * 1985-12-04 1990-09-18 Canon Kabushiki Kaisha Plurality of beam producing means disposed in different longitudinal and lateral directions from each other with respect to a substrate
DE4113142A1 (en) * 1991-03-14 1992-09-17 Leybold Ag DEVICE FOR GENERATING GLIMMENT CHARGES
US6177148B1 (en) * 1996-08-29 2001-01-23 Carl-Zeiss-Stiftung Plasma CVD system with an array of microwave plasma electrodes and plasma CVD process
WO1998059359A1 (en) 1997-06-23 1998-12-30 Sung Spitzl Hildegard Device for the production of homogenous microwave plasma
DE10239875A1 (en) 2002-08-29 2004-03-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for large-area coating of substrates under atmospheric pressure conditions

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012013418A1 (en) 2012-07-02 2014-01-02 Sitec Automation Gmbh Generating device i.e. plasma-jet source, for generating scalable linear plasma in e.g. vacuum atmospheric pressures, has plasma reactor comprising contour with side surfaces, and slot antennas arranged along longitudinal axis of reactor
DE102015205809A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus for the production of carbon fibers with plasma assistance
DE102015205809B4 (en) * 2015-03-31 2018-01-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus for the production of carbon fibers with plasma assistance

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010066247A2 (en) 2010-06-17
WO2010066247A3 (en) 2010-11-11
DE102008062619B8 (en) 2012-03-29
DE102008062619B4 (en) 2012-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10060002B4 (en) Device for surface treatment
DE112006002151T5 (en) A plasma processing apparatus
EP1415321B1 (en) Device for the coating of objects
DE19603685C1 (en) Microwave oven
DE19643865A1 (en) Remote plasma CVD method for coating or treating large-area substrates and device for carrying out the same
DE112004000057T5 (en) Plasma treatment apparatus, method for producing a reaction vessel for plasma generation and plasma treatment method
EP0511492A1 (en) Method and apparatus for treatment or coating of substrates
DE102007026633A1 (en) Apparatus and method for the electrolytic treatment of plate-shaped goods
DE2626420B2 (en) Process for the simultaneous etching of several through holes
DE19722624A1 (en) Device for producing a large number of low-temperature plasma jets
DE102014219016A1 (en) Method of controlling a standing wave accelerator and systems therefor
DE3835153A1 (en) Apparatus for etching substrates by a glow discharge
EP0849769B1 (en) Process and device for externally coating lamps
DE102008062619B4 (en) A microwave plasma source and method of forming a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions
EP2751826B1 (en) Apparatus for generating thermodynamically cold microwave plasma
WO2006108395A1 (en) Plasma coating device and method
DE19943953A1 (en) Device and method for generating a local plasma by microstructure electrode discharges with microwaves
DE102015205809B4 (en) Apparatus for the production of carbon fibers with plasma assistance
DE3912569A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR GENERATING AN ELECTRICAL HIGH FREQUENCY FIELD IN A UTILITY ROOM
EP1253621B1 (en) Low temperature plasma generating device
EP1819208B1 (en) Device and method for creating activated and/or ionised particles in a plasma
DD294609A5 (en) METHOD FOR PRODUCING HIGH-ENERGY ELECTRONIC WALLS WITH HIGH PERFORMANCE
DE19605226C2 (en) Device for generating multiple microplasmas at ambient temperature and using such a device
DE102007019981B4 (en) Anode for the formation of a plasma by forming electrical arcs
WO1999001886A1 (en) Plasma reactor with impingement flow for treating surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative

Representative=s name: ,

R020 Patent grant now final

Effective date: 20120420

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: TECHNIKUM LAUBHOLZ GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V., 80686 MUENCHEN, DE