EP4182490A1 - Method and device for the outer-wall and/or inner-wall coating of hollow bodies - Google Patents
Method and device for the outer-wall and/or inner-wall coating of hollow bodiesInfo
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- EP4182490A1 EP4182490A1 EP21749105.9A EP21749105A EP4182490A1 EP 4182490 A1 EP4182490 A1 EP 4182490A1 EP 21749105 A EP21749105 A EP 21749105A EP 4182490 A1 EP4182490 A1 EP 4182490A1
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- H01J2237/24578—Spatial variables, e.g. position, distance
Definitions
- the invention relates to a method for coating the outer and/or inner walls of hollow bodies made of an electrically non-conductive material, in particular plastic bottles or canisters, preferably made of PE (HD-PE, LD-PE), PET, PP, PC or PLA , in which the hollow body is inserted into a process chamber which is divided by the hollow body into an inner and an outer reaction chamber, with at least one process gas being introduced into one of the two reaction chambers at a process pressure, while the other of the two reaction chambers is pressurized to a pressure which is less than or equal to is kept greater than the process pressure and wherein a plasma is generated in the reaction space kept under process pressure and fragments and/or reaction products formed in the plasma are separated from the at least one process gas to form a layer on the side of the wall of the hollow body that faces the plasma.
- PE high-PE, LD-PE
- PET polyethylene
- PP polyethylene
- PC PC or PLA
- the invention also relates to a device for coating the outer and/or inner walls of hollow bodies made of an electrically non-conductive material, in particular plastic bottles or canisters, comprising a process chamber into which the hollow body can be inserted and which from the hollow body inserted into an inner and an outer reaction chamber, at least one vacuum pump with which the reaction chambers can be evacuated, in particular optionally, at least one process gas feed line, by means of which at least one process gas can be introduced, in particular optionally, into one of the reaction chambers, in particular by means of the in connection with the at least one vacuum pump a process pressure with the at least one process gas in one of at least one energy generating unit, in particular at least one microwave generator, with which energy can be radiated, in particular selectively, into one of the two reaction chambers to generate a plasma.
- the energy for igniting the plasma is preferably radiated from a reaction space in which no plasma ignites, through the hollow body into the reaction space in which the plasma is to be ignited.
- the irradiated reaction space is kept at a pressure that is lower than the process pressure.
- Such a device can be used to alternatively provide the inner wall or the outer wall or both sequentially with a layer, in particular to use the layer to deposit a diffusion barrier or other functional layer on the respective wall from at least one process gas comprising precursors on a respective wall.
- a gas containing gaseous monomers can be used as a process gas.
- a process gas for example, it is known to deposit SiOx as a diffusion barrier on a hollow body, e.g. bottles, from a process gas mixture containing hexamethyldisiloxane (HMDSO) and oxygen as precursors.
- HMDSO hexamethyldisiloxane
- the invention preferably makes use of this application as well, but is not limited to it.
- Other process gases are e.g. hexamethyldisilazane (HMDSN), silane (S1H4), ethyne (C2H2), methane (CH4), difluoroethylene (C2H2F2) or similar.
- a process pressure that is lower than the surrounding atmospheric pressure is generated in the reaction space, which contains the process gas or into which the process gas is supplied, in order to create conditions for a plasma.
- this process pressure is in the range from 10 Pa to 30 Pa.
- a plasma is generated by irradiating energy, for example microwave radiation, which is generated by the energy generating unit.
- the plasma fragments the at least one process gas.
- the fragments and/or reaction products formed from the fragments are deposited as a layer on the wall of the hollow body that faces the plasma.
- this is evacuated, for example, to a pressure that is lower than the process pressure.
- this pressure is less than 10 Pa, preferably less than or equal to 5 Pa.
- the energy is supplied by irradiating microwaves into the reaction space containing the process gas, preferably through the other reaction space.
- the procedure of the invention is the same, but not limited to this.
- any electromagnetic radiation can be generated by at least one signal generator of the energy generating unit, which generates radiation with a frequency that is suitable for igniting the plasma with the selected process gas.
- the radiation can preferably be matched to the absorption bands of the process gas used. More preferably, the radiation can be irradiated in a pulsed manner.
- a signal generator used in particular one each for inner and outer coating, can be designed as a module in which the components for generating and irradiating the electromagnetic radiation are combined, with each module being arranged exclusively in the reaction space in which no plasma ignites.
- a respective signal generator can generate electromagnetic waves in the microwave band and/or the HF band.
- the plasma Due to the large extent of the plasma, there is still a large energy requirement in order to generate a sufficient energy density throughout the plasma. This is relevant on the one hand for large hollow bodies and on the other hand for external coatings, since here the plasma is not limited by the inner volume of the hollow body, but rather by the process chamber surrounding the hollow body, which is always larger than the hollow body.
- This object is also achieved in the above-mentioned method, inter alia, in that the plasma is influenced with regard to at least one operating parameter by means of a magnetic field penetrating the process chamber, in particular both reaction chambers.
- the object is achieved in the device in that it comprises at least one element with which a magnetic field penetrating the process chamber can be generated, in particular for influencing the plasma that can be generated with regard to at least one parameter of the plasma.
- the at least one element with which a magnetic field penetrating the process chamber can be generated is preferably at least one element that is provided in addition to the power generation unit and/or in addition to devices that interact with the power generation unit during plasma generation and with which the plasma is generated .
- it can be provided, especially when microwaves are preferably used for plasma generation, that electromagnetic radiation is generated with the microwaves, with which a time-varying, in particular with the frequency of the microwaves, time-varying radiation magnetic field is generated.
- the invention therefore provides that the magnetic field penetrating the process chamber for influencing the plasma is different, or is generated with different devices, than the possibly existing magnetic field with which the plasma is generated.
- the magnetic field, which influences the plasma in the process chamber can thus be adjusted and/or changed separately from the plasma generation, in order in this way to enable the plasma generated to be influenced.
- the magnetic field with which the plasma is influenced can preferably be static over time, preferably at least during the existence of a plasma or if it changes over time, have a lower frequency of change over time compared to the plasma-generating magnetic field.
- the invention makes use here of the fact that the ions of the fragments and/or reactive products of the one or more process gases that are present in the plasma can be deflected by a magnetic field, and in particular can therefore be influenced. There is thus the possibility of exerting an influence on the plasma with regard to one or more parameters by means of a magnetic field which penetrates the process chamber during the implementation of the method and thus also penetrates the two reaction chambers, in particular the one in which the plasma is present.
- the magnetic field causes the ions to accelerate along the magnetic field lines due to the Lorentz force.
- This leads to spatial flomogenization of the plasma in particular by which is meant that greater homogeneity is achieved under the effect of the magnetic field compared to a plasma without an active magnetic field.
- the homogeneity can be observed at a constant distance along the wall of the hollow body to be coated. This effect is particularly advantageous in the case of comparatively large hollow bodies.
- the magnetic field can be chosen such that in a given longitudinal direction of the hollow body, in which it has its greatest extent, the field lines run predominantly in this longitudinal direction. This can be achieved, for example, if the poles of the generated magnetic field are spaced apart in this longitudinal direction. Accordingly, the magnetic field generating elements can be positioned on the device to effect this.
- the invention can also provide for the energy density of the plasma to be increased by the magnetic field, in particular with a greater energy density being achieved under the effect of the magnetic field in comparison to a plasma without an active magnetic field. In this way, the energy requirement can be reduced, particularly in the case of comparatively large hollow bodies.
- the local position of the plasma can be influenced with the magnetic field. This is preferably done in such a way that the effect of the magnetic field keeps the plasma at a greater distance from the process chamber wall and/or elements in the process chamber compared to the distance that would exist without an active magnetic field. It is precisely this that leads to the plasma being restricted to an area directly around the hollow body to be coated. The plasma is therefore closer to the hollow body in comparison to the plasma without a magnetic field. Due to the effect of the magnetic field, a co-coating of the process chamber or of elements in the process chamber can be reduced or advantageously completely prevented, particularly in the case of layer deposits on the outer wall of the hollow body. As a result, the exterior wall coating can be carried out much more economically than was previously possible.
- At least one sensor preferably an optical sensor, in particular a camera
- the local position of the plasma generated is detected in particular during the influence of the magnetic field
- the at least one element generating the magnetic field is controlled, in particular in order to influence or change the magnetic field depending on this data.
- a regulation can be implemented in this way that keeps the plasma at a predetermined minimum distance or within a predetermined distance range from the wall of the hollow body to be coated and/or from the process chamber wall.
- the invention can offer a high degree of flexibility for the coating system with regard to the container sizes and geometries to be coated.
- the plasma can be flexibly adapted to the geometry of the container, both for the inner and outer coating.
- a further possible embodiment of the invention can therefore provide that the expansion and intensity of the plasma influenced by the magnetic field lines is detected by the aforementioned at least one optical sensor, preferably an imaging sensor, such as a CCD or infrared camera system, and feedback of this Data is made with the coil system.
- an imaging sensor such as a CCD or infrared camera system
- the magnetic field and thus the plasma can be flexibly adapted to any container geometry and size during the process and be calibrated.
- a coil can preferably be used as an element generating a magnetic field. This has the advantage of being able to have a direct influence on the magnetic field strength through the current strength. Plasma parameters can thus be changed by changing the current supply.
- the current supply can preferably be selected depending on the shape and/or size of the flotation body to be coated. In this way, the device and the method can be individually adapted to the flea body.
- the invention can provide that the effective magnetic field is generated by superimposing the magnetic fields of a plurality of magnetic field-generating elements, in particular a plurality of coils.
- the magnetic field lines of the effective magnetic field can thereby be controlled, in particular by controlling the magnetic field as a function of the shape of the flea body Generating elements, in particular by depending on the shape of the hollow body energization of the coils, are at least partially adapted in their course to the course of the wall of the hollow body to be coated.
- the invention can provide that it comprises a plurality of elements with which a magnetic field penetrating the process chamber can be brought about by superimposition of the magnetic fields generated by the respective elements.
- the at least one element can advantageously be designed as a coil that can be energized.
- a variation of the magnetic field e.g. to change plasma parameters, can be generated by changing the coil energization, in particular with a base magnetic field strength being able to be generated by the permanent magnets, around which the variation is possible.
- the invention can provide that at least one of the coils is arranged on an axial end of the process chamber, in particular opposite an axial end face of a hollow body, and has a smaller winding diameter than the other coils, in particular which are arranged on the outside around the process chamber , or, in the case of an arrangement in the process chamber, surround at least one hollow body which can be inserted therein on the outside.
- the coils arranged at the axial end can produce the effect of a magnetic mirror, as a result of which the plasma can be limited to the axial length of the hollow body, and in particular can be kept at a distance from the axial process chamber walls.
- At least one of a plurality of coils or the sole coil for radial confinement of the plasma is preferably external to the Process chamber wall arranged.
- the process chamber wall is non-metallic, for example made of glass, preferably borosilicate glass or quartz glass.
- Coils at the axial end, opposite the axial end face of a hollow body, can be arranged in the process chamber or outside. In particular depending on the choice of material for the axial process chamber wall.
- An embodiment of the invention can also provide that at least one energy transmission element, in particular at least one waveguide, through which energy can be radiated into the process chamber, is arranged in an axial spaced area between axially adjacent different coils or between axially adjacent winding sections of the same coil. In this way, the energy can be radiated through the coil arrangement.
- at least one energy transmission element in particular at least one waveguide, through which energy can be radiated into the process chamber
- the invention can also provide that several elements generating the influencing magnetic field are designed such that they comprise or form at least two groups of energizable coils, with which a magnetic field influencing the plasma can be generated or generated in the process becomes, in particular, independent for each group and/or also dependent on another group. Provision can be made for the at least two groups to generate the plasma-influencing magnetic field, in particular the same plasma-influencing magnetic field in each case in chronological succession, in particular for successive coating cycles of different hollow bodies or for a coating cycle of the same hollow body, in particular with a temporary overlap in the energization of two groups.
- the device can comprise a control unit, which is set up for the corresponding energization.
- Each group preferably has at least one coil that can be energized, preferably several coils that can be energized, in particular which can have one of the aforementioned arrangements, i.e. in particular can include coils which limit the magnetic field radially with respect to the longitudinal axis of the container and/or limit it axially, preferably in the manner of aforementioned magnetic mirror.
- each group of coils can have at least essentially the same magnetic field configuration or magnetic field geometry generate, in particular form a respective so-called magnetic bottle.
- the magnetic bottles of all groups are preferably identical, in particular in a respective at least temporarily static case during plasma generation.
- the same magnetic field configuration/geometry is understood to mean that the magnetic fields generated by the groups each have the same local field strength in the process chamber, in particular with at least substantially identical course of field lines.
- Coils and permanent magnets can also be combined in one group in order to generate the magnetic field, in particular as described above.
- the invention preferably includes the coating of flea bodies on the inside and/or outside with a volume of 0.2-500 liters, preferably 1-100 liters and more preferably 5-30 liters.
- the electrical power introduced into the coils can be higher than the thermal energy loss via convection and radiation, so that the coils can heat up considerably during continuous operation.
- the invention can provide for the coils to be assigned at least one cooling system.
- the invention can also provide, in particular to avoid a cooling system, to reduce the heating of coils by sequential switching and energizing of groups of the aforementioned type or by an energizing strategy, in particular which makes it possible to dispense with additional cooling of the coils .
- One aim of the invention is preferably to keep an average temperature of the coils in the fatigue strength range of the coil material by assigning sufficiently long cooling times to these coils or groups. This can be done by allowing at least one other group to cool down when current is supplied to one group to generate the influencing magnetic field. In order to be able to ensure the fatigue strength of the coils, they should preferably not get hotter than 90° C. or the current through them should not exceed a value of approx. 2.5 A/mm 2 , in particular not on average over time.
- the device according to the invention shown in FIG. 1 makes it possible to apply a sequential and respectively exclusive inner and/or outer coating to a flotation device 4 made of plastic, e.g. to large-volume containers 4 made of plastic.
- a process gas is introduced into the respective reaction space 4a or 4b via one of the respective flea antennas 3 and excited to form a plasma, as a result of which plasma polymerisation is produced.
- the reaction space 4a is given here by the interior of the float body 4 .
- the reaction space 4b through the space between the outer wall of the float body 4 and the process chamber 12.
- the coating process takes place overall under low pressure, i.e. a pressure lower than the surrounding atmospheric pressure.
- the necessary pressure can be generated for each of the two reaction chambers 4a/4b by means of a vacuum pump 15.
- the plasma is ignited with pulsed microwave excitation, which is generated by the signal generators 1 and emitted by flea antennas 3 and/or waveguides 5 .
- the plasma is influenced here by a magnetic field that is generated by energized coils 13, 16 and 17.
- the flea body 4 is fixed gas-tight in the process chamber 12 .
- process gases are first introduced into the outer reaction space 4b through a gas lance 3 in the reactor cover 2, which is also a microwave antenna for the inner coating, for example for the outer coating, and a process pressure of 10 to 30 Pa, for example, is regulated.
- the inner reaction space 4a of the container 4 preferably remains under atmospheric pressure or close to atmospheric pressure.
- Microwave radiation is transmitted via an antenna 3, which is adapted in particular to the container geometry, in particular, which in turn is also a gas lance for the internal coating, is introduced into the process chamber 12 .
- the radiation traverses the inner reaction space 4a of the hollow body 4 with almost no loss.
- the significantly higher pressure in the inner reaction space 4a prevents the ignition of a plasma here.
- the microwave radiation reaches the outer reaction space 4b of the hollow body 4 and meets suitable conditions there for a plasma state, as a result of which the deposition process on the outer wall of the hollow body 4 is initiated.
- a magnetic field is generated via a coil arrangement of coils 16 and 17, which homogenizes the plasma along the field lines by the generated acceleration of the charged particles and at the same time keeps it away from the chamber walls of the process chamber 12 by magnetic confinement.
- a coil 17 is provided at the axial end and opposite the upper axial end wall of the hollow body 4 and has a smaller diameter than the coil 16, which constricts the field lines at the axial end and thus has the effect of a magnetic Mirror generated for the plasma.
- a coil 17 is only arranged at one axial end, here the upper end of the hollow body 4 .
- the invention can also provide for such a coil 17 to be provided at the other end, here the lower end of the hollow body, in particular as shown in FIG.
- Figure 2 visualizes the course of the field lines for a schematically illustrated embodiment with coils 17 arranged at both axial ends.
- the course of the field lines of the effectively acting magnetic field is shown and illustrates the magnetic pole spacing in the axial direction A.
- the constriction of the field lines can be clearly seen at the axial end, the is effected by the coils 17 with a smaller winding diameter than the coils 16, which are arranged radially with respect to the axis A around the hollow body 4.
- the field lines of the magnetic field are forced into a bottleneck-shaped course, in particular so that the field lines are largely bent back into themselves inside the confinement volume.
- the plasma can be limited to the immediate vicinity of the surface of the hollow body to be coated and kept away from the process chamber walls.
- the plasma homogenized and preferably compressed, which increases the energy density and thus the layer deposition rate.
- the magnetic influence on the plasma is based on the Lorentz force, which keeps the charged plasma particles, electrons and ions, in the magnetic field on helical paths, in particular thereby limiting the possible local areas, homogenizing the plasma and preferably also increasing the local energy density.
- This magnetic confinement can preferably be achieved here in this example, but also with general validity for the invention, with cylindrical coils, since the magnetic field of such a coil is directed parallel to the coil axis, which prevents the loss of the particles in the radial direction.
- the gas supply to the outer reaction chamber 4b can be terminated after the outer coating process for the following inner coating and this can be evacuated to a pressure level below the process pressure, preferably to about 5 Pa.
- Process gas is introduced into the inner reaction space 4a of the hollow body 4 via the gas lance 3 and regulated to a process pressure, e.g. a pressure of approximately 10 to 30 Pa.
- a process pressure e.g. a pressure of approximately 10 to 30 Pa.
- Microwave radiation which is now introduced into the process chamber 12 through the antenna 3 lying opposite and the laterally slotted waveguide 5, traverses the exterior space without losses due to the significantly lower pressure, which corresponds to an increased free path length.
- the radiation now meets suitable conditions for a plasma state in the interior 4a of the hollow body 4, as a result of which the layer deposition process on the inner wall of the hollow body 4 is initiated.
- the magnetic field is switched on again, this time preferably solely for the purpose of homogenizing the plasma, which is particularly advantageous for the internal coating of large hollow bodies.
- the total cycle time for the inner and outer coating is, for example, 10 to 120 seconds, in particular 1-30 seconds are required for the coating in each case. The remaining seconds are needed for evacuation and changing samples.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention.
- the cylindrical coils 13 and 22 can be designed with a smaller diameter than the coils 16 to 21 and preferably with a core made of a ferromagnetic material, so that high magnetic flux densities are possible with low current intensities. These coils 13 and 22 are therefore less critical with regard to the temperature load.
- the antenna/gas lance 3 can preferably be made of a ferromagnetic material in order to achieve an increase in the magnetic flux density of the outer coils 16 to 21.
- This embodiment is particularly interesting for the magnetic confinement of the plasma igniting around the outside of the container wall, ie in the reaction space 4b, since the field lines will then run through and to the antenna 3.
- the kinetic energy of the ions Ekin in a microwave plasma can typically reach values of up to 30 eV or 4.8E-18 J and depends on the coating process and the type of system.
- a magnetic flux density of up to 0.01 T to 1 T is required, depending on Ekin.
- the inside diameter of the process chamber 12 must be approximately 350 mm for a 10 L container, for example.
- a magnetic flux density of approximately 0.05 T can be achieved, for example, with a cylinder coil with this inner diameter, preferably without a core, with, for example, 5000 turns and an energization of 3 A.
- the strength of this magnetic field can be further increased by the coils 13 and 22 depending on the power required.
- the coil reaches a critical fatigue strength temperature of e.g. B. 90 C°. After the coil has been switched off, it may take a few minutes for it to reset itself has cooled sufficiently.
- a critical fatigue strength temperature e.g. B. 90 C°.
- Loading and unloading processes, vacuum generation and gas introduction are preferably included in the overall cycle time, so that this is determined depending on the container size and can be 10 s to 120 s, for example.
- the coils of a specific group of coils are switched on in order to generate the plasma-influencing magnetic field, so that the coils of at least one other group of coils, in particular the coils used previously, can cool down.
- the coils 16, 18 and 20 of a first group could be used in the first coating process and then the coils 17, 19 and 21 of another group could be used in the subsequent process. In this way, a uniform magnetic field can be generated in each case, in particular an at least essentially identical magnetic field in each case, and the coils of the groups experience sufficient cooling for renewed use in the following process.
- the groups of coils are alternately switched on and off within a coating cycle
- the charging and discharging processes of the coils must be observed.
- a current that is accentuated by induction always counteracts the cause of its creation (change in the magnetic field).
- the flow of current is inhibited by the self-induced voltage of the coil.
- the discharging and charging processes of the coils can last from a few milliseconds to a few tens of seconds. Taking these charging and discharging processes into account, groups of coils are alternately energized during the coating process, in particular so that a sufficiently high mean magnetic flux density is achieved at a sufficiently low maximum operating temperature.
- the inductances can be taken into account by means of a current increase in one group that is adapted to one another over time, while the current in another group is reduced until the Generation of the magnetic field which one group has replaced the other group.
- it is preferably ensured that the superimposed magnetic fields of both groups at the times when two groups are energized at the same time correspond to the magnetic field that each group also generates alone after the other group has been switched off.
- the same magnetic field is generated both during the sole operation of a group and during the time interval of the operational changeover from one group to another.
- FIG. 3 additionally shows reference number 23 for an optical sensor for detecting the plasma during operation in order to regulate it using the sensor measured values, in particular with regard to the plasma position or the distance between plasma and process chamber wall or plasma and hollow body wall.
- Gas lance / antenna (optionally made of ferromagnetic material)
- Guide rod e.g. made of PEEK or similar materials that have a high permeability to microwaves and magnetic fields
- Process chamber e.g. with radial walls made of borosilicate glass or similar materials that are highly permeable to microwaves and magnetic fields
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Abstract
The invention relates to a device and a method for the outer-wall and/or inner-wall coating of hollow bodies (4) made of an electrically nonconductive material, in particular plastic bottles or canisters, in which the hollow body (4) is placed into a process chamber (12), which is divided by the hollow body (4) into an inner and an outer reaction space (4a, 4b), wherein at least one process gas is introduced into one of the two reaction spaces (4a, 4b) under a process pressure, in particular while the other of the two reaction spaces (4b, 4a) is kept at a pressure less than or greater than the process pressure, wherein a plasma is generated in the reaction space (4a, 4b) that is kept under process pressure, and reaction products and/or fragments formed in the plasma are precipitated out of the at least one process gas to form a layer on that side of the wall of the hollow body (4) which is facing the plasma, characterized in that the plasma is influenced with respect to at least one operating parameter by means of a magnetic field permeating the two reaction spaces (4a, 4b).
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Außenwand- und/oder Innenwandbeschichtung von Hohlkörpern Process and device for coating the outer and/or inner walls of hollow bodies
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Außenwand- und/oder Innenwandbeschichtung von Hohlkörpern aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere von Kunststoff-Flaschen oder -Kanistern, vorzugsweise aus PE (HD-PE, LD-PE), PET, PP, PC oder PLA, bei dem der Hohlkörper in eine Prozesskammer eingesetzt wird, die vom Hohlkörper in einen inneren und einen äußeren Reaktionsraum unterteilt wird, wobei in einen der beiden Reaktionsräume unter einem Prozessdruck wenigstens ein Prozessgas eingeleitet wird, während der andere der beiden Reaktionsräume auf einen Druck kleiner oder größer als der Prozessdruck gehalten wird und wobei in dem unter Prozessdruck gehaltenen Reaktionsraum ein Plasma erzeugt wird und aus dem wenigstens einen Prozessgas im Plasma gebildete Fragmente und/oder Reaktionsprodukte unter Bildung einer Schicht auf der zum Plasma weisenden Seite der Wandung des Hohlkörpers abgeschieden werden. The invention relates to a method for coating the outer and/or inner walls of hollow bodies made of an electrically non-conductive material, in particular plastic bottles or canisters, preferably made of PE (HD-PE, LD-PE), PET, PP, PC or PLA , in which the hollow body is inserted into a process chamber which is divided by the hollow body into an inner and an outer reaction chamber, with at least one process gas being introduced into one of the two reaction chambers at a process pressure, while the other of the two reaction chambers is pressurized to a pressure which is less than or equal to is kept greater than the process pressure and wherein a plasma is generated in the reaction space kept under process pressure and fragments and/or reaction products formed in the plasma are separated from the at least one process gas to form a layer on the side of the wall of the hollow body that faces the plasma.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Außenwand- und/oder Innenwandbeschichtung von Hohlkörpern aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere von Kunststoff-Flaschen oder -Kanistern, umfassend eine Prozesskammer, in die der Hohlkörper einsetzbar ist und die vom eingesetzten Hohlkörper in einen inneren und einen äußeren Reaktionsraum unterteilbar ist, wenigstens eine Vakuumpumpe, mit welcher die Reaktionsräume, insbesondere wahlweise evakuierbar sind, wenigstens eine Prozessgaszuführung, mittels der wenigstens ein Prozessgas, insbesondere wahlweise, in einen der Reaktionsräume einleitbar ist, insbesondere mittels der in Verbindung mit der wenigstens einen Vakuumpumpe ein Prozessdruck mit dem wenigstens einen Prozessgas in einem der
beiden Reaktionsräume einstellbar ist, wenigstens eine Energieerzeugungseinheit, insbesondere wenigstens ein Mikrowellenerzeuger, mit der Energie, insbesondere wahlweise, in einem der beiden Reaktionsräume zur Erzeugung eines Plasmas einstrahlbar ist. Vorzugsweise wird die Energie zur Zündung des Plasmas von einem Reaktionsraum, in dem kein Plasma zündet, durch den Hohlkörper hindurch in den Reaktionsraum, in dem das Plasma gezündet werden soll, eingestrahlt. Dafür wird der durchstrahlte Reaktionsraum auf einem Druck gehalten, der geringer ist als der Prozessdruck. The invention also relates to a device for coating the outer and/or inner walls of hollow bodies made of an electrically non-conductive material, in particular plastic bottles or canisters, comprising a process chamber into which the hollow body can be inserted and which from the hollow body inserted into an inner and an outer reaction chamber, at least one vacuum pump with which the reaction chambers can be evacuated, in particular optionally, at least one process gas feed line, by means of which at least one process gas can be introduced, in particular optionally, into one of the reaction chambers, in particular by means of the in connection with the at least one vacuum pump a process pressure with the at least one process gas in one of at least one energy generating unit, in particular at least one microwave generator, with which energy can be radiated, in particular selectively, into one of the two reaction chambers to generate a plasma. The energy for igniting the plasma is preferably radiated from a reaction space in which no plasma ignites, through the hollow body into the reaction space in which the plasma is to be ignited. For this purpose, the irradiated reaction space is kept at a pressure that is lower than the process pressure.
Eine solche Vorrichtung ist nutzbar um alternativ die Innenwandung oder die Außenwandung oder beide sequentiell nacheinander mit einer Schicht zu versehen, insbesondere um mit der Schicht eine Diffusionsbarriere oder auch andere funktionale Schicht auf der jeweiligen Wandung aus wenigstens einem Precursoren umfassenden Prozessgas auf einer jeweiligen Wandung abzuscheiden. Such a device can be used to alternatively provide the inner wall or the outer wall or both sequentially with a layer, in particular to use the layer to deposit a diffusion barrier or other functional layer on the respective wall from at least one process gas comprising precursors on a respective wall.
Beispielsweise kann als ein Prozessgas ein gasförmige Monomere enthaltendes Gas genutzt werden. Z.B. ist es bekannt aus einer Hexamethyldisiloxan (HMDSO) und Sauerstoff als Precursoren aufweisende Prozessgasmischung SiOx als Diffusionsbarriere auf einem Hohlkörper, z.B. Flaschen, abzuscheiden. Die Erfindung macht vorzugsweise ebenso von dieser Anwendung Gebrauch, ist aber nicht hierauf beschränkt. Andere Prozessgase sind z.B. Hexamethyldisilazan (HMDSN), Silan (S1H4), Ethin (C2H2), Methan (CH4), Difluorethylen (C2H2F2) oder ähnliche. For example, a gas containing gaseous monomers can be used as a process gas. For example, it is known to deposit SiOx as a diffusion barrier on a hollow body, e.g. bottles, from a process gas mixture containing hexamethyldisiloxane (HMDSO) and oxygen as precursors. The invention preferably makes use of this application as well, but is not limited to it. Other process gases are e.g. hexamethyldisilazane (HMDSN), silane (S1H4), ethyne (C2H2), methane (CH4), difluoroethylene (C2H2F2) or similar.
Hierfür wird in dem Reaktionsraum, welcher das Prozessgas enthält, bzw. in den das Prozessgas zugeführt wird, ein Prozessdruck erzeugt, der geringer ist als der umgebende Atmosphärendruck, um Bedingungen für ein Plasma zu schaffen. Insbesondere liegt dieser Prozessdruck im Bereich von 10 Pa bis 30 Pa. In dem das Prozessgas unter dem Prozessdruck aufweisenden Reaktionsraum wird ein Plasma erzeugt durch Energieeinstrahlung, z.B. Mikrowellenstrahlung, die von der Energieerzeugungseinheit erzeugt ist. Das Plasma fragmentiert das wenigstens eine Prozessgas. Die Fragmente und/oder aus den Fragmenten gebildete Reaktionsprodukte lagern sich als Schicht auf der Wandung des Hohlkörpers ab, die zum Plasma weist. Um eine Plasmazündung in dem anderen Reaktionsraum zu vermeiden, wird dieser z.B. auf einen Druck evakuiert, der geringer ist als der Prozessdruck. Z. B. ist dieser Druck kleiner als 10 Pa, vorzugsweise kleiner gleich 5 Pa. Alternativ wird der Reaktionsraum in dem kein Plasma zünden soll, auf einem
Druck gehalten, der größer ist als der Prozessdruck, z.B. auf dem umgebenden Atmosphärendruck. For this purpose, a process pressure that is lower than the surrounding atmospheric pressure is generated in the reaction space, which contains the process gas or into which the process gas is supplied, in order to create conditions for a plasma. In particular, this process pressure is in the range from 10 Pa to 30 Pa. In the reaction chamber containing the process gas under the process pressure, a plasma is generated by irradiating energy, for example microwave radiation, which is generated by the energy generating unit. The plasma fragments the at least one process gas. The fragments and/or reaction products formed from the fragments are deposited as a layer on the wall of the hollow body that faces the plasma. In order to avoid plasma ignition in the other reaction space, this is evacuated, for example, to a pressure that is lower than the process pressure. For example, this pressure is less than 10 Pa, preferably less than or equal to 5 Pa. Alternatively, the reaction space in which no plasma should ignite, on a Maintained pressure that is greater than the process pressure, eg at the ambient atmospheric pressure.
Die Energiezuführung erfolgt durch Einstrahlung von Mikrowellen in den das Prozessgas umfassenden Reaktionsraum, vorzugsweise durch den anderen Reaktionsraum hindurch. Vorzugsweise ist das Vorgehen bei der Erfindung genauso, aber nicht hierauf beschränkt. Allgemein kann jegliche elektromagnetische Strahlung durch mindestens einen Signalgenerator der Energieerzeugungseinheit erzeugt werden, der Strahlung mit einer Frequenz erzeugt, die zur Zündung des Plasmas mit dem gewählten Prozessgas geeignet ist. Die Strahlung kann vorzugsweise auf Absorptionsbanden des eingesetzten Prozessgases abgestimmt sein. Weiter bevorzugt kann die Strahlung gepulst eingestrahlt werden. Ein verwendeter Signalgenerator, insbesondere jeweils einer für Innen- bzw. Außenbeschichtung kann als Modul ausgeführt sein, in dem die Komponenten zur Generierung und Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung zusammengefasst sind, wobei jedes Modul ausschließlich in dem Reaktionsraum angeordnet wird, in dem kein Plasma zündet. Ein jeweiliger Signalgenerator kann elektromagnetische Wellen im Mikrowellenband und/oder HF-Band erzeugen. The energy is supplied by irradiating microwaves into the reaction space containing the process gas, preferably through the other reaction space. Preferably, the procedure of the invention is the same, but not limited to this. In general, any electromagnetic radiation can be generated by at least one signal generator of the energy generating unit, which generates radiation with a frequency that is suitable for igniting the plasma with the selected process gas. The radiation can preferably be matched to the absorption bands of the process gas used. More preferably, the radiation can be irradiated in a pulsed manner. A signal generator used, in particular one each for inner and outer coating, can be designed as a module in which the components for generating and irradiating the electromagnetic radiation are combined, with each module being arranged exclusively in the reaction space in which no plasma ignites. A respective signal generator can generate electromagnetic waves in the microwave band and/or the HF band.
In Verbindung mit dem genannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung können sich mehrere Probleme ergeben. Bei vergleichsweise großen Flohlkörpern, z.B. mit einem Volumen größer als 5 Liter, wird eine große Plasmaerstreckung benötigt. Gerade bei einer bevorzugt eingesetzten Mikrowellenanregung des Plasmas kann es zu Minima und Maxima der Mikrowellenintensität im Reaktionsraum sowie einer lokalen Absorption der Mikrowellenenergie kommen, was zu einem inhomogenen Plasma führen kann, woraus sodann ungleichmäßige Schichten entstehen. Several problems can arise in connection with the mentioned method and the known device. With comparatively large flea bodies, e.g. with a volume greater than 5 liters, a large plasma extension is required. Especially when microwave excitation of the plasma is used, minima and maxima of the microwave intensity in the reaction space and local absorption of the microwave energy can occur, which can lead to an inhomogeneous plasma, from which non-uniform layers then arise.
Durch die großen Plasmaerstreckungen ergibt sich weiterhin ein großer Energiebedarf, um überall im Plasma eine genügende Energiedichte zu erzeugen. Dies ist einerseits bei großen Hohlkörpern und andererseits bei Außenbeschichtungen relevant, da hier das Plasma nicht durch das Innenvolumen des Hohlkörpers beschränkt ist, sondern durch die den Hohlkörper umgebende Prozesskammer, die notwendigerweise immer größer ist als der Hohlkörper. Due to the large extent of the plasma, there is still a large energy requirement in order to generate a sufficient energy density throughout the plasma. This is relevant on the one hand for large hollow bodies and on the other hand for external coatings, since here the plasma is not limited by the inner volume of the hollow body, but rather by the process chamber surrounding the hollow body, which is always larger than the hollow body.
Weiterhin ist es bei Außenbeschichtungen problematisch, dass neben der Außenwand des zu beschichtenden Hohlkörpers immer auch das Innere der
Prozesskammer mitbeschichtet wird. Eine kontinuierliche Durchführung eines solchen Beschichtungsverfahren ist somit bislang nicht ohne Reinigungsunterbrechungen möglich. Darüber hinaus führt die Mitbeschichtung der Prozesskammerelemente zu einer Änderung von Prozessparametern, z.B. hinsichtlich der Durchlässigkeit für Mikrowellenstrahlung, so dass diese im Laufe der Verfahrensdurchführung angepasst werden müssen, um eine gleichbleibende Qualität der Schichten zu gewährleisten. Furthermore, it is problematic with external coatings that in addition to the outer wall of the hollow body to be coated, the interior of the Process chamber is also coated. A continuous implementation of such a coating process has thus far not been possible without cleaning interruptions. In addition, the co-coating of the process chamber elements leads to a change in process parameters, eg with regard to the permeability for microwave radiation, so that these have to be adjusted during the course of the process in order to ensure consistent quality of the layers.
Zwar haben sich im europäischen Bereich hauptsächlich Innenbeschichtungen von Hohlkörpern, wie z.B. PET-Flaschen etabliert, für bestimmte Anwendungen, beispielsweise in der chemischen Industrie, sind die erreichbaren Barrieren allerdings teilweise zu gering. In plasmapolymeren Barriereschichten bilden sich während des Schichtwachstumsprozesses mit steigender Schichtdicke Eigenspannungen aus, die ab einer bestimmten Schichtdicke zu Rissen in der Schicht führen. Eine Steigerung der Barriereleistung durch eine Steigerung der Schichtdicke ist somit nicht möglich. Weiterhin kommt es in Abhängigkeit der Abscheidebedingungen zur Ausbildung von offenen Poren in den Schichten, die die Barriere negativ beeinflussen können. In Europe, it is mainly the interior coatings of hollow bodies, such as PET bottles, that have established themselves, but for certain applications, such as in the chemical industry, the achievable barriers are sometimes too low. In plasma polymer barrier layers, internal stresses develop during the layer growth process with increasing layer thickness, which lead to cracks in the layer above a certain layer thickness. It is therefore not possible to increase the barrier performance by increasing the layer thickness. Furthermore, depending on the deposition conditions, open pores are formed in the layers, which can have a negative effect on the barrier.
Eine Verbesserung der Barriere wird bereits möglich durch eine richtige Prozessauslegung seitens der Plasmahomogenität und durch die Abscheidung eines Mehrlagensystems aus z.B. alternierenden siliziumorganischen (SiOCH)- und Siliziumoxid (SiOx)-Beschichtungen. Da SiOCH-Schichten intrinsische Zugspannungen und SiOx-Schichten Druckspannungen ausbilden, kann die Schichtspannung des Gesamtsystems reduziert und somit die Schichtdicke und die Permeationsbarriere gesteigert werden. Es kommt es zu einer Verlängerung der Permeationspfade, da Poren in den Einzelschichten eines Mehrschichtsystems nur unwahrscheinlich direkt übereinander liegen. Es ist aber auch hinlänglich bekannt, dass die Steigerung der Anzahl der Lagen keine ebenfalls lineare Steigerung der Barriere zur Folge hat. Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, dass die Schichtspannungsentwicklung in dem Schichtsystem nur teilweise eingeschränkt werden kann. Zum anderen pflanzen sich Defekte und Poren in den Schichten trotz Zwischenschicht in die nächste Schicht fort. Letzteres kann nur überwinden werden, indem die Beschichtung von beiden Seiten aufgebracht werden. So ist es durch eine beidseitige Beschichtung möglich, die Transmission von Gasen durch das System fast auf null zu reduzieren. Dies ist vor allem für Unternehmen der chemischen
Industrie attraktiv. So werden zum Beispiel im Bereich der Agrarchemie häufig Verpackungen eingesetzt, die aus mehreren verschiedenen Kunststoffen bestehen, die jeweils eine Funktion (beispielsweise Barriere gegen Wasser, Barriere gegen Gase, etc.) haben. Solche Verbünde lassen sich nicht mehr wirtschaftlich voneinander trennen, sodass die anfallenden post-consumer Abfälle oft nur noch verbrannt werden können. Plasmapolymere Hochbarrierebeschichtungen können dieses Problem lösen und recyclingfähige Behälter mit hohen Barriereeigenschaften ermöglichen. An improvement in the barrier is already possible through a correct process design in terms of plasma homogeneity and through the deposition of a multi-layer system consisting of, for example, alternating silicon-organic (SiOCH) and silicon oxide (SiOx) coatings. Since SiOCH layers form intrinsic tensile stresses and SiOx layers compressive stresses, the layer stress of the entire system can be reduced and the layer thickness and the permeation barrier can be increased. The permeation paths are lengthened, since pores in the individual layers of a multi-layer system are unlikely to lie directly on top of each other. However, it is also well known that increasing the number of layers does not result in a linear increase in the barrier. On the one hand, this is due to the fact that the layer stress development in the layer system can only be partially restricted. On the other hand, defects and pores in the layers propagate into the next layer despite the intermediate layer. The latter can only be overcome by applying the coating from both sides. With a coating on both sides, for example, it is possible to reduce the transmission of gases through the system to almost zero. This is mainly for chemical companies industry attractive. For example, in the field of agrochemicals, packaging is often used that consists of several different plastics, each of which has a function (e.g. barrier against water, barrier against gases, etc.). Such groups can no longer be economically separated from one another, so that the post-consumer waste produced can often only be incinerated. Plasma polymer high barrier coatings can solve this problem and enable recyclable containers with high barrier properties.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit denen homogene Innenbeschichtungen sowie Außenbeschichtungen unter Vermeidung oder zumindest unter Reduktion der Mitbeschichtung der Prozesskammer erzielbar sind und vorzugsweise mit denen unabhängig von der Beschichtungsseite auch vergleichsweise große Hohlkörper, insbesondere mit Volumina größer 5 Liter, vorzugsweise größer 50 Liter, weiter bevorzugt größer 100 Liter, noch weiter bevorzugt zumindest bis 200 Liter qualitativ hochwertig beschichtbar sind. It is therefore an object of the invention to provide a method and a device of the type mentioned at the outset, with which homogeneous inner coatings and outer coatings can be achieved while avoiding or at least reducing the co-coating of the process chamber and preferably with which comparatively large ones can be achieved regardless of the coating side Hollow bodies, in particular with volumes greater than 5 liters, preferably greater than 50 liters, more preferably greater than 100 liters, even more preferably at least up to 200 liters, can be coated with high quality.
Diese Aufgabe wird im eingangs genannten Verfahren unter anderem auch dadurch gelöst, dass mittels eines die Prozesskammer, insbesondere beide Reaktionsräume durchsetzenden Magnetfeldes das Plasma hinsichtlich wenigstens eines Betriebsparameters beeinflusst wird. This object is also achieved in the above-mentioned method, inter alia, in that the plasma is influenced with regard to at least one operating parameter by means of a magnetic field penetrating the process chamber, in particular both reaction chambers.
In der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass sie wenigstens ein Element umfasst, mit dem ein die Prozesskammer durchsetzendes Magnetfeld erzeugbar ist, insbesondere zur Beeinflussung des erzeugbaren Plasmas hinsichtlich wenigstens eines Parameters des Plasmas. The object is achieved in the device in that it comprises at least one element with which a magnetic field penetrating the process chamber can be generated, in particular for influencing the plasma that can be generated with regard to at least one parameter of the plasma.
Das wenigstens eine Element, mit dem ein die Prozesskammer durchsetzendes Magnetfeld erzeugbar ist, ist vorzugsweise wenigstens ein Element, das zusätzlich zur Energieerzeugungseinheit und/oder zusätzlich zu bei der Plasmaerzeugung mit der Energieerzeugungseinheit zusammenwirkenden Vorrichtungen vorgesehen ist, mit dem bzw. denen das Plasma erzeugt wird. So kann es gerade bei vorzugsweiser Verwendung von Mikrowellen für die Plasmaerzeugung vorgesehen sein, dass mit den Mikrowellen eine elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, mit der ein zeitlich wechselndes, insbesondere mit der Frequenz der Mikrowellen zeitlich wechselndes
Magnetfeld erzeugt wird. Die Erfindung sieht in einem solchen Fall demnach vor, dass das die Prozesskammer durchsetzende Magnetfeld zur Beeinflussung des Plasmas ein anderes ist, bzw. mit anderen Vorrichtungen erzeugt wird, als das ggfs vorhandene Magnetfeld mit dem das Plasma erzeugt wird. Das Magnetfeld, welches das Plasma in der Prozesskammer beeinflusst, kann somit separat von der Plasmaerzeugung eingestellt und/oder geändert werden, um so die Beeinflussung des erzeugten Plasmas zu ermöglichen. The at least one element with which a magnetic field penetrating the process chamber can be generated is preferably at least one element that is provided in addition to the power generation unit and/or in addition to devices that interact with the power generation unit during plasma generation and with which the plasma is generated . Thus, it can be provided, especially when microwaves are preferably used for plasma generation, that electromagnetic radiation is generated with the microwaves, with which a time-varying, in particular with the frequency of the microwaves, time-varying radiation magnetic field is generated. In such a case, the invention therefore provides that the magnetic field penetrating the process chamber for influencing the plasma is different, or is generated with different devices, than the possibly existing magnetic field with which the plasma is generated. The magnetic field, which influences the plasma in the process chamber, can thus be adjusted and/or changed separately from the plasma generation, in order in this way to enable the plasma generated to be influenced.
Das Magnetfeld, mit dem das Plasma beeinflusst wird, kann vorzugsweise zeitlich statisch sein, vorzugsweise zumindest während des Bestehens eines Plasmas oder sofern es sich zeitlich ändert, eine geringere Frequenz der zeitlichen Änderung haben im Vergleich zu dem plasmaerzeugenden Magnetfeld. The magnetic field with which the plasma is influenced can preferably be static over time, preferably at least during the existence of a plasma or if it changes over time, have a lower frequency of change over time compared to the plasma-generating magnetic field.
Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass die im Plasma vorliegenden Ionen der Fragmente und/oder Reaktivprodukte des einen oder der mehreren Prozessgase durch ein Magnetfeld ablenkbar, insbesondere somit also beeinflussbar sind. Es besteht so die Möglichkeit durch ein Magnetfeld, welches die Prozesskammer während der Verfahrensdurchführung durchsetzt und somit ebenso die beiden Reaktionsräume durchsetzt, insbesondere denjenigen, in welchem das Plasma vorliegt, einen Einfluss auf das Plasma auszuüben hinsichtlich eines oder auch mehrerer Parameter. The invention makes use here of the fact that the ions of the fragments and/or reactive products of the one or more process gases that are present in the plasma can be deflected by a magnetic field, and in particular can therefore be influenced. There is thus the possibility of exerting an influence on the plasma with regard to one or more parameters by means of a magnetic field which penetrates the process chamber during the implementation of the method and thus also penetrates the two reaction chambers, in particular the one in which the plasma is present.
So bewirkt das Magnetfeld durch die Lorentz-Kraft eine Beschleunigung der Ionen entlang der Magnetfeldlinien. Dies führt zu einer räumlichen Flomogenisierung des Plasmas, insbesondere worunter verstanden wird, dass unter Wirkung des Magnetfeldes eine größere Homogenität erzielt wird im Vergleich zu einem Plasma ohne wirkendes Magnetfeld. Z.B. kann die Homogenität betrachtet werden in einem gleichbleibenden Abstand entlang der zu beschichtenden Wandung des Hohlkörpers. Besonders bei vergleichsweise großen Hohlkörpern ist diese Wirkung vorteilhaft.The magnetic field causes the ions to accelerate along the magnetic field lines due to the Lorentz force. This leads to spatial flomogenization of the plasma, in particular by which is meant that greater homogeneity is achieved under the effect of the magnetic field compared to a plasma without an active magnetic field. For example, the homogeneity can be observed at a constant distance along the wall of the hollow body to be coated. This effect is particularly advantageous in the case of comparatively large hollow bodies.
Vorzugsweise kann das Magnetfeld so gewählt werden, dass bei einer gegebenen Längsrichtung des Hohlkörpers, in welcher dieser also seine größte Erstreckung aufweist, die Feldlinien überwiegend in dieser Längsrichtung verlaufen. Das kann z.B. erreicht werden, wenn die Pole des erzeugten Magnetfeldes in dieser Längsrichtung beabstandet sind. Die das Magnetfeld erzeugenden Elemente können dementsprechend an der Vorrichtung positioniert werden, um dies zu bewirken.
Die Erfindung kann weiterhin vorsehen, durch das Magnetfeld die Energiedichte des Plasmas zu erhöhen, insbesondere wobei unter Wirkung des Magnetfeldes eine größere Energiedichte erzielt wird im Vergleich zu einem Plasma ohne wirkendes Magnetfeld. So kann besonders bei vergleichsweise großen Hohlkörpern der Energiebedarf reduziert werden. Preferably, the magnetic field can be chosen such that in a given longitudinal direction of the hollow body, in which it has its greatest extent, the field lines run predominantly in this longitudinal direction. This can be achieved, for example, if the poles of the generated magnetic field are spaced apart in this longitudinal direction. Accordingly, the magnetic field generating elements can be positioned on the device to effect this. The invention can also provide for the energy density of the plasma to be increased by the magnetic field, in particular with a greater energy density being achieved under the effect of the magnetic field in comparison to a plasma without an active magnetic field. In this way, the energy requirement can be reduced, particularly in the case of comparatively large hollow bodies.
Als weiterer Parameter kann mit dem Magnetfeld die örtliche Position des Plasmas beeinflusst werden. Vorzugsweise erfolgt dies so, dass das Plasma durch die Wirkung des Magnetfeldes in einem größeren Abstand zur Prozesskammerwandung und/oder Elementen in der Prozesskammer gehalten wird in Vergleich zu dem Abstand, der ohne wirkendes Magnetfeld vorliegen würde. So führt gerade dies dazu, dass das Plasma auf einen Bereich direkt um den zu beschichtenden Hohlkörper beschränkt wird. Das Plasma liegt somit näher am Hohlkörper in Vergleich zu dem Plasma ohne Magnetfeld. Durch die Wirkung des Magnetfeldes kann somit besonders bei Schichtabscheidungen auf der Außenwand des Hohlkörpers eine Mitbeschichtung der Prozesskammer oder von Elementen in der Prozesskammer reduziert oder vorteilhafter Weise ganz verhindert werden. Die Außenwandbeschichtung kann hierdurch deutlich wirtschaftlicher durchgeführt werden als es bislang möglich ist. As a further parameter, the local position of the plasma can be influenced with the magnetic field. This is preferably done in such a way that the effect of the magnetic field keeps the plasma at a greater distance from the process chamber wall and/or elements in the process chamber compared to the distance that would exist without an active magnetic field. It is precisely this that leads to the plasma being restricted to an area directly around the hollow body to be coated. The plasma is therefore closer to the hollow body in comparison to the plasma without a magnetic field. Due to the effect of the magnetic field, a co-coating of the process chamber or of elements in the process chamber can be reduced or advantageously completely prevented, particularly in the case of layer deposits on the outer wall of the hollow body. As a result, the exterior wall coating can be carried out much more economically than was previously possible.
Insbesondere in Verbindung mit der Beeinflussung der örtlichen Position des Plasmas durch das Magnetfeld kann es vorgesehen sein, dass wenigstens ein Sensor, vorzugsweise optischer Sensor, insbesondere eine Kamera an der Vorrichtung bzw. im Verfahren eingesetzt wird, mit dem die örtliche Position des erzeugten Plasmas, insbesondere während der Beeinflussung durch das Magnetfeld erfasst wird, vorzugsweise berührungslos erfasst wird und in Abhängigkeit der erfassten Daten des wenigstens einen Sensors das wenigstens eine das Magnetfeld erzeugende Element angesteuert wird, insbesondere um das Magnetfeld in Abhängigkeit dieser Daten zu beeinflussen bzw. zu ändern. Z.B. kann so eine Regelung realisiert werden, welche das Plasma in einem vorbestimmten Mindestabstand oder in einem vorbestimmten Abstandsbereich zu der Wandung des zu beschichtenden Hohlkörpers und/oder zur Prozesskammerwandung hält. In particular in connection with the influencing of the local position of the plasma by the magnetic field, it can be provided that at least one sensor, preferably an optical sensor, in particular a camera, is used on the device or in the method, with which the local position of the plasma generated is detected in particular during the influence of the magnetic field, is preferably detected contactlessly and depending on the detected data of the at least one sensor, the at least one element generating the magnetic field is controlled, in particular in order to influence or change the magnetic field depending on this data. For example, a regulation can be implemented in this way that keeps the plasma at a predetermined minimum distance or within a predetermined distance range from the wall of the hollow body to be coated and/or from the process chamber wall.
In der Kunststoffverpackungsindustrie werden eine Vielzahl von Behältern mit unterschiedlichen Volumina und teilweise komplexen Geometrien eingesetzt. Der Plasmaprozess zur Beschichtung der Behälter mit einer Funktionsschicht wird
vorzugsweise gemäß der Erfindung an den jeweiligen Behälter entsprechend angepasst, insbesondere um eine homogene Beschichtung mit gewünschter Funktionalität gewährleisten zu können. Gleichzeitig kann die Erfindung eine hohe Flexibilität der Beschichtungsanlage hinsichtlich der zu beschichtenden Behältergrößen und -geometrien bieten. A large number of containers with different volumes and sometimes complex geometries are used in the plastic packaging industry. The plasma process for coating the containers with a functional layer preferably adapted according to the invention to the respective container, in particular to be able to ensure a homogeneous coating with the desired functionality. At the same time, the invention can offer a high degree of flexibility for the coating system with regard to the container sizes and geometries to be coated.
Durch den Einsatz entsprechend den Behältern ausgelegter Magnetfelder kann das Plasma flexibel an die Geometrie des Behälters angepasst werden, sowohl bei der inneren als auch der äußeren Beschichtung. By using magnetic fields designed according to the containers, the plasma can be flexibly adapted to the geometry of the container, both for the inner and outer coating.
Eine weitere mögliche Ausführung der Erfindung kann daher vorsehen, dass die Ausdehnung und Intensität des durch die Magnetfeldlinien beeinflussten Plasmas durch den vorgenannten wenigstens einen optischen Sensor, vorzugsweise einen bildgebenden Sensor, wie zum Beispiel einem CCD- oder Infrarot-Kamerasystem, erfasst und eine Rückkopplung dieser Daten mit dem Spulensystem vorgenommen wird. A further possible embodiment of the invention can therefore provide that the expansion and intensity of the plasma influenced by the magnetic field lines is detected by the aforementioned at least one optical sensor, preferably an imaging sensor, such as a CCD or infrared camera system, and feedback of this Data is made with the coil system.
Durch eine unterschiedliche Bestromung der Spulen zur Erzeugung des Magnetfeldes in Abhängigkeit der Auswertung der räumlichen Ausdehnung des Plasmas in und/oder außerhalb eines Behälters durch den wenigstens einen Sensor kann das Magnetfeld und somit das Plasma während dem Prozess flexibel an jede Behältergeometrie und -große angepasst und kalibriert werden. By energizing the coils for generating the magnetic field differently depending on the evaluation of the spatial extent of the plasma in and/or outside of a container by the at least one sensor, the magnetic field and thus the plasma can be flexibly adapted to any container geometry and size during the process and be calibrated.
Als ein magnetfelderzeugendes Element kann vorzugsweise eine Spule eingesetzt werden. Diese hat den Vorteil durch die Stromstärke direkten Einfluss auf die Magnetfeldstärke nehmen zu können. Plasmaparameter können so durch Änderung der Bestromung geändert werden. Vorzugsweise kann die Bestromung in Abhängigkeit der Form und/oder Größe des zu beschichtenden Flohlkörpers gewählt werden. So kann die Vorrichtung bzw. das Verfahren individuell an den Flohlkörper angepasst werden. A coil can preferably be used as an element generating a magnetic field. This has the advantage of being able to have a direct influence on the magnetic field strength through the current strength. Plasma parameters can thus be changed by changing the current supply. The current supply can preferably be selected depending on the shape and/or size of the flotation body to be coated. In this way, the device and the method can be individually adapted to the flea body.
Die Erfindung kann in bevorzugter Ausführung vorsehen, dass das wirkende Magnetfeld erzeugt wird durch Überlagerung der Magnetfelder mehrerer Magnetfeld erzeugender Elemente, insbesondere mehrerer Spulen. In a preferred embodiment, the invention can provide that the effective magnetic field is generated by superimposing the magnetic fields of a plurality of magnetic field-generating elements, in particular a plurality of coils.
Beispielsweise können hierdurch die Magnetfeldlinien des wirkenden Magnetfeldes, insbesondere durch von der Flohlkörperform abhängige Ansteuerung der Magnetfeld
erzeugenden Elemente, insbesondere durch von der Hohlkörperform abhängige Bestromung der Spulen, in ihrem Verlauf zumindest bereichsweise an den Verlauf der zu beschichtenden Wandung des Hohlkörpers angepasst werden. For example, the magnetic field lines of the effective magnetic field can thereby be controlled, in particular by controlling the magnetic field as a function of the shape of the flea body Generating elements, in particular by depending on the shape of the hollow body energization of the coils, are at least partially adapted in their course to the course of the wall of the hollow body to be coated.
Allgemein kann die Erfindung vorsehen, dass sie mehrere Elemente umfasst, mit denen ein die Prozesskammer durchsetzendes Magnetfeld durch Überlagerung der von den jeweiligen Elementen erzeugten Magnetfelder bewirkbar ist. Das wenigstens eine Element kann vorteilhafter weise als eine bestrombare Spule ausgebildet sein.In general, the invention can provide that it comprises a plurality of elements with which a magnetic field penetrating the process chamber can be brought about by superimposition of the magnetic fields generated by the respective elements. The at least one element can advantageously be designed as a coil that can be energized.
Es kann auch vorgesehen sein, mehrere Elemente auszubilden durch eine erste Anzahl von Permanentmagneten und eine zweite Anzahl von Spulen, deren Magnetfelder sich überlagern. Eine Variation des Magnetfeldes, z.B. zur Änderung von Plasmaparametern kann so durch Veränderung der Spulenbestromung erzeugt werden, insbesondere wobei durch die Permanentmagnete eine Basismagnetfeldstärke erzeugbar ist, um die herum die Variation möglich ist. It can also be provided that several elements are formed by a first number of permanent magnets and a second number of coils whose magnetic fields are superimposed. A variation of the magnetic field, e.g. to change plasma parameters, can be generated by changing the coil energization, in particular with a base magnetic field strength being able to be generated by the permanent magnets, around which the variation is possible.
In einer möglichen Ausführung kann es vorgesehen sein, dass mehrere Spulen zur Erzeugung eines überlagerten Magnetfeldes in einer axialen Erstreckungsrichtung der Prozesskammer, insbesondere die mit der Längsrichtung eines zu beschichtenden Hohlkörpers übereinstimmt, hintereinanderliegend angeordnet sind. Wie eingangs erwähnt, kann so die Abstandsrichtung der Pole in die Längserstreckungsrichtung gelegt werden. In one possible embodiment, it can be provided that several coils for generating a superimposed magnetic field are arranged one behind the other in an axial extension direction of the process chamber, in particular which corresponds to the longitudinal direction of a hollow body to be coated. As mentioned at the outset, the direction of spacing of the poles can thus be placed in the direction of longitudinal extent.
Hierbei kann die Erfindung in einer Weiterbildung vorsehen, dass zumindest eine der Spulen an einem axialen Ende der Prozesskammer, insbesondere gegenüberliegend zu einer axialen Stirnfläche eines Hohlkörpers, angeordnet ist und einen geringeren Wicklungsdurchmesser aufweist als die anderen Spulen, insbesondere welche außen um die Prozesskammer angeordnet sind, oder bei einer Anordnung in der Prozesskammer zumindest einen darin einsetzbaren Hohlkörper außen umgeben. Durch die am axialen Ende angeordneten Spulen kann die Wirkung eines magnetischen Spiegels erzeugt werden, wodurch das Plasma auf die axiale Länge des Hohlkörpers beschränkt werden kann, insbesondere hierbei auf Abstand zu den axialen Prozesskammerwänden gehalten werden kann. In a further development, the invention can provide that at least one of the coils is arranged on an axial end of the process chamber, in particular opposite an axial end face of a hollow body, and has a smaller winding diameter than the other coils, in particular which are arranged on the outside around the process chamber , or, in the case of an arrangement in the process chamber, surround at least one hollow body which can be inserted therein on the outside. The coils arranged at the axial end can produce the effect of a magnetic mirror, as a result of which the plasma can be limited to the axial length of the hollow body, and in particular can be kept at a distance from the axial process chamber walls.
Zumindest eine von mehreren Spulen oder die einzige Spule zur radialen Beschränkung des Plasmas ist vorzugsweise außen um die
Prozesskammerwandung angeordnet. Insbesondere ist dies möglich und bevorzugt bei nicht metallischer Ausbildung der Prozesskammerwand, z.B. aus Glas, vorzugsweise Borosilikat- oder Quarzglas. Spulen am axialen Ende, gegenüberliegend der axialen Stirnseite eines Hohlkörpers können in der Prozesskammer angeordnet sein oder außerhalb. Insbesondere in Abhängigkeit der Materialwahl der axialen Prozesskammerwand. At least one of a plurality of coils or the sole coil for radial confinement of the plasma is preferably external to the Process chamber wall arranged. In particular, this is possible and preferred when the process chamber wall is non-metallic, for example made of glass, preferably borosilicate glass or quartz glass. Coils at the axial end, opposite the axial end face of a hollow body, can be arranged in the process chamber or outside. In particular depending on the choice of material for the axial process chamber wall.
Eine Ausführung der Erfindung kann weiterhin vorsehen, dass in einem axialen Abstandsbereich zwischen axial benachbarten verschiedenen Spulen oder zwischen axial benachbarten Wicklungsabschnitten derselben Spule, wenigstens ein Energieübertragungselement, insbesondere wenigstens ein Hohlleiter angeordnet ist, durch den Energie in die Prozesskammer einstrahlbar ist. So kann auf diese Weise die Energie durch die Spulenanordnung hindurchgestrahlt werden. An embodiment of the invention can also provide that at least one energy transmission element, in particular at least one waveguide, through which energy can be radiated into the process chamber, is arranged in an axial spaced area between axially adjacent different coils or between axially adjacent winding sections of the same coil. In this way, the energy can be radiated through the coil arrangement.
Die Erfindung kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch vorsehen, dass mehrere das beeinflussende Magnetfeld erzeugende Elemente so ausgebildet sind, dass diese wenigstens zwei Gruppen von bestrombaren Spulen umfassen bzw. bilden, mit denen jeweils ein das Plasma beeinflussendes Magnetfeld erzeugbar ist, bzw. im Verfahren erzeugt wird, insbesondere für jede Gruppe unabhängig und/oder auch abhängig von einer anderen Gruppe. Es kann vorgesehen sein, mit den wenigstens zwei Gruppen zeitlich nacheinander, insbesondere für aufeinanderfolgenden Beschichtungszyklen verschiedener Hohlkörper oder für einen Beschichtungszyklus desselben Hohlkörpers das plasmabeeinflussende, insbesondere jeweils dasselbe plasmabeeinflussende Magnetfeld zu erzeugen, insbesondere mit einem zeitweisen Überlapp der Bestromung zweier Gruppen. Für eine solche sequenzielle Bestromung der Gruppen kann die Vorrichtung eine Steuereinheit umfassen, welche zur entsprechenden Bestromung eingerichtet ist.In a preferred embodiment, the invention can also provide that several elements generating the influencing magnetic field are designed such that they comprise or form at least two groups of energizable coils, with which a magnetic field influencing the plasma can be generated or generated in the process becomes, in particular, independent for each group and/or also dependent on another group. Provision can be made for the at least two groups to generate the plasma-influencing magnetic field, in particular the same plasma-influencing magnetic field in each case in chronological succession, in particular for successive coating cycles of different hollow bodies or for a coating cycle of the same hollow body, in particular with a temporary overlap in the energization of two groups. For such a sequential energization of the groups, the device can comprise a control unit, which is set up for the corresponding energization.
Vorzugsweise weist jede Gruppe wenigstens eine bestrombare Spule, vorzugsweise mehrere bestrombare Spulen auf, insbesondere die eine der vorgenannten Anordnungen aufweisen können, insbesondere also Spulen umfassen können, die das Magnetfeld radial bzgl. der Behälterlängsachse beschränken und/oder axial beschränken, vorzugsweise in der Art des vorgenannten magnetischen Spiegels.Each group preferably has at least one coil that can be energized, preferably several coils that can be energized, in particular which can have one of the aforementioned arrangements, i.e. in particular can include coils which limit the magnetic field radially with respect to the longitudinal axis of the container and/or limit it axially, preferably in the manner of aforementioned magnetic mirror.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, mit jeder Gruppe von Spulen zumindest im Wesentlichen dieselbe Magnetfeldkonfiguration oder Magnetfeldgeometrie zu
erzeugen, insbesondere eine jeweilige sogenannte magnetische Flasche auszubilden. Vorzugsweise sind die magnetischen Flaschen aller Gruppen identisch, insbesondere in einem jeweiligen zumindest zeitweise statischen Fall während einer Plasmaerzeugung. In particular, provision can be made for each group of coils to have at least essentially the same magnetic field configuration or magnetic field geometry generate, in particular form a respective so-called magnetic bottle. The magnetic bottles of all groups are preferably identical, in particular in a respective at least temporarily static case during plasma generation.
Insbesondere wird unter derselben Magnetfeldkonfiguration /-geometrie verstanden, dass die Magnetfelder, die von den Gruppen erzeugt werden, in der Prozesskammer jeweils lokal dieselbe Feldstärke haben, insbesondere bei zumindest im Wesentlichen identischen Feldlinienverlauf. In particular, the same magnetic field configuration/geometry is understood to mean that the magnetic fields generated by the groups each have the same local field strength in the process chamber, in particular with at least substantially identical course of field lines.
In einer Gruppe können auch Spulen und Permanentmagnete kombiniert sein, um das Magnetfeld zu erzeugen, insbesondere wie es zuvor beschrieben wurde. Vorzugsweise erschließt die Erfindung die Beschichtung von Flohlkörpern innen und /oder außen mit einem Volumen von 0,2-500 I, vorzugsweise von 1-100 1 und weiter bevorzugt von 5-30 Liter. Coils and permanent magnets can also be combined in one group in order to generate the magnetic field, in particular as described above. The invention preferably includes the coating of flea bodies on the inside and/or outside with a volume of 0.2-500 liters, preferably 1-100 liters and more preferably 5-30 liters.
Zum Aufbau der benötigten magnetischen Flussdichte zur Beeinflussung des Plasmas werden bei großvolumigen Hohlkörpern, insbesondere der vorbenannten Volumina, entsprechend große Spulen benötigt, durch die in Abhängigkeit der Windungszahl einige Ampere Strom fließen müssen. In order to build up the required magnetic flux density for influencing the plasma, large-volume hollow bodies, in particular the aforementioned volumes, require correspondingly large coils through which a few amperes of current must flow, depending on the number of turns.
Die eingebrachte elektrische Leistung kann in den Spulen höher sein als der Wärmeenergieverlust über Konvektion und Strahlung, so dass es zu einer starken Erwärmung der Spulen im Dauerbetrieb kommen kann. Die Erfindung kann für diesen Fall vorsehen, den Spulen wenigstens ein Kühlsystem zuzuordnen. The electrical power introduced into the coils can be higher than the thermal energy loss via convection and radiation, so that the coils can heat up considerably during continuous operation. In this case, the invention can provide for the coils to be assigned at least one cooling system.
Die Erfindung kann in einer bevorzugten Ausführung aber auch vorsehen, insbesondere zur Vermeidung eines Kühlsystems, durch sequenzielles Schalten und Bestromen von Gruppen der vorgenannten Art oder durch eine Bestrom ungsstrategie die Erwärmung von Spulen zu reduzieren, insbesondere was einen Verzicht auf eine zusätzliche Kühlung der Spulen ermöglicht. Ein Ziel der Erfindung ist vorzugsweise, eine mittlere Temperatur der Spulen im Dauerfestigkeitsbereich des Spulenmaterials zu halten, indem diesen Spulen, bzw. den Gruppen jeweils ausreichend hohe Abkühlzeiten zugesprochen werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass bei Bestromung einer Gruppe zur Erzeugung des beeinflussenden Magnetfeldes wenigstens eine andere Gruppe abkühlen kann.
Um die Dauerfestigkeit der Spulen gewährleisten zu können, sollten diese vorzugsweise nicht heißer werden als 90 C° oder der Strom durch diese einen Wert von ca. 2,5 A/mm2 nicht überschreiten, insbesondere nicht im zeitlichen Mittel. In a preferred embodiment, the invention can also provide, in particular to avoid a cooling system, to reduce the heating of coils by sequential switching and energizing of groups of the aforementioned type or by an energizing strategy, in particular which makes it possible to dispense with additional cooling of the coils . One aim of the invention is preferably to keep an average temperature of the coils in the fatigue strength range of the coil material by assigning sufficiently long cooling times to these coils or groups. This can be done by allowing at least one other group to cool down when current is supplied to one group to generate the influencing magnetic field. In order to be able to ensure the fatigue strength of the coils, they should preferably not get hotter than 90° C. or the current through them should not exceed a value of approx. 2.5 A/mm 2 , in particular not on average over time.
Möglichkeiten zur Umsetzung eines sequenziellen Schaltens von Gruppen und/oder eine Bestromungsstrategie werden nachfolgend im Ausführungsbeispiel diskutiert.Possibilities for implementing a sequential switching of groups and/or an energization strategy are discussed below in the exemplary embodiment.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand nachfolgender Figuren erläutert.An embodiment of the invention is explained with reference to the following figures.
Die in der Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, eine sequenzielle, sowie jeweils ausschließliche Innen- und/oder Außenbeschichtung auf einen Flohlkörper 4 aus Kunststoff, z.B. auf großvolumige Behälter 4 aus Kunststoff aufzubringen. Zur Erzeugung einer Schicht wird wenigstens ein Prozessgas in den jeweiligen Reaktionsraum 4a oder 4b über eine der jeweiligen Flohlantennen 3 eingeleitet und zum Plasma angeregt, wodurch eine Plasmapolymerisation erzeugt wird. Der Reaktionsraum 4a ist hierbei durch den Innenraum des Flohlkörpers 4 gegeben. Der Reaktionsraum 4b durch den Raum zwischen der Außenwand des Flohlkörpers 4 und der Prozesskammer 12. The device according to the invention shown in FIG. 1 makes it possible to apply a sequential and respectively exclusive inner and/or outer coating to a flotation device 4 made of plastic, e.g. to large-volume containers 4 made of plastic. To produce a layer, at least one process gas is introduced into the respective reaction space 4a or 4b via one of the respective flea antennas 3 and excited to form a plasma, as a result of which plasma polymerisation is produced. The reaction space 4a is given here by the interior of the float body 4 . The reaction space 4b through the space between the outer wall of the float body 4 and the process chamber 12.
Das Beschichtungsverfahren erfolgt insgesamt unter Niederdruck, also einem Druck kleiner als der umgebende Atmosphärendruck. Der nötige Druck kann für jeden der beiden Reaktionsräume 4a / 4b mittels einer Vakuumpumpe 15 erzeugt werden. Die Zündung des Plasmas wird mit gepulster Mikrowellenanregung erzeugt, die die Signalgeneratoren 1 erzeugt und durch Flohlantennen 3 und/oder FHohlleiter 5 abgegeben wird. Das Plasma wird hier erfindungsgemäß durch ein Magnetfeld beeinflusst, das von bestromten Spulen 13, 16 und 17 erzeugt wird. The coating process takes place overall under low pressure, i.e. a pressure lower than the surrounding atmospheric pressure. The necessary pressure can be generated for each of the two reaction chambers 4a/4b by means of a vacuum pump 15. The plasma is ignited with pulsed microwave excitation, which is generated by the signal generators 1 and emitted by flea antennas 3 and/or waveguides 5 . According to the invention, the plasma is influenced here by a magnetic field that is generated by energized coils 13, 16 and 17.
Im Verfahren wird der Flohlkörper 4 in der Prozesskammer 12 gasdicht fixiert. Nachdem die Prozesskammer 12 verschlossen ist, werden beispielhaft für die äußere Beschichtung zunächst Prozessgase durch eine Gaslanze 3 im Reaktordeckel 2, die gleichzeitig eine Mikrowellenantenne für die Innenbeschichtung ist, in den äußeren Reaktionsraum 4b eingeleitet und ein Prozessdruck von beispielsweise 10 bis 30 Pa eingeregelt. In the process, the flea body 4 is fixed gas-tight in the process chamber 12 . After the process chamber 12 is closed, process gases are first introduced into the outer reaction space 4b through a gas lance 3 in the reactor cover 2, which is also a microwave antenna for the inner coating, for example for the outer coating, and a process pressure of 10 to 30 Pa, for example, is regulated.
Der innere Reaktionsraum 4a des Behälters 4 verbleibt hierbei vorzugsweise unter Atmosphärendruck oder nahe am Atmosphärendruck. Mikrowellenstrahlung wird über eine, insbesondere an die Behältergeometrie angepasste Antenne 3,
insbesondere die wiederum auch eine Gaslanze für die Innenbeschichtung ist, in die Prozesskammer 12 eingeleitet. Die Strahlung durchquert den inneren Reaktionsraum 4a des Hohlkörpers 4 nahezu verlustfrei. Der bedeutend höhere Druck im inneren Reaktionsraum 4a unterbindet hier die Zündung eines Plasmas. Die Mikrowellenstrahlung erreicht den äußeren Reaktionsraum 4b des Hohlkörpers 4 und trifft dort auf geeignete Bedingungen für einen Plasmazustand, wodurch der Abscheidungsprozess auf der äußeren Wandung des Hohlkörpers 4 initiiert wird.The inner reaction space 4a of the container 4 preferably remains under atmospheric pressure or close to atmospheric pressure. Microwave radiation is transmitted via an antenna 3, which is adapted in particular to the container geometry, in particular, which in turn is also a gas lance for the internal coating, is introduced into the process chamber 12 . The radiation traverses the inner reaction space 4a of the hollow body 4 with almost no loss. The significantly higher pressure in the inner reaction space 4a prevents the ignition of a plasma here. The microwave radiation reaches the outer reaction space 4b of the hollow body 4 and meets suitable conditions there for a plasma state, as a result of which the deposition process on the outer wall of the hollow body 4 is initiated.
Gleichzeitig wird ein Magnetfeld über eine Spulenanordnung aus Spulen 16 und 17 erzeugt, welches das Plasma entlang der Feldlinien durch die erzeugte Beschleunigung der geladenen Teilchen homogenisiert und dieses gleichzeitig durch einen magnetischen Einschluss von den Kammerwänden der Prozesskammer 12 fernhält. In der Figur 1 ist bezogen auf die Längsachse A des Hohlkörpers 4 eine axial endseitig und der oberen axialen Stirnwand des Hohlkörpers 4 gegenüberliegende Spule 17 mit kleinerem Durchmesser als die Spule 16 vorgesehen, die eine Einschnürung der Feldlinien am axialen Ende und hierdurch die Wirkung eines magnetischen Spiegels für das Plasma erzeugt. Hier ist eine solche Spule 17 nur an einem axialen Ende, hier dem oberen Ende des Hohlkörpers 4 angeordnet. Die Erfindung kann auch vorsehen, eine solche Spule 17 auch am anderen, hier dem unteren Ende des Hohlkörpers vorzusehen, insbesondere wie es Figur 2 zeigt. At the same time, a magnetic field is generated via a coil arrangement of coils 16 and 17, which homogenizes the plasma along the field lines by the generated acceleration of the charged particles and at the same time keeps it away from the chamber walls of the process chamber 12 by magnetic confinement. In Figure 1, in relation to the longitudinal axis A of the hollow body 4, a coil 17 is provided at the axial end and opposite the upper axial end wall of the hollow body 4 and has a smaller diameter than the coil 16, which constricts the field lines at the axial end and thus has the effect of a magnetic Mirror generated for the plasma. Here such a coil 17 is only arranged at one axial end, here the upper end of the hollow body 4 . The invention can also provide for such a coil 17 to be provided at the other end, here the lower end of the hollow body, in particular as shown in FIG.
Die Figur 2 visualisiert den Feldlinienverlauf für eine schematisch dargestellte Ausführung mit zu beiden axialen Enden angeordneten Spulen 17. Der Feldlinienverlauf des effektiv wirkenden Magnetfeldes ist dargestellt und verdeutlicht die Magnetpolbeabstandung in der axialen Richtung A. Deutlich ist die Einschnürung der Feldlinien axial endseitig zu erkennen, die durch die Spulen 17 bewirkt wird mit geringerem Wicklungsdurchmesser als die Spulen 16, die radial bezogen auf die Achse A um den Hohlkörper 4 angeordnet sind. Hierbei werden die Feldlinien des Magnetfeldes zu einem flaschenhalsförmigen Verlauf gezwungen, insbesondere sodass die Feldlinien größtenteils im Inneren des Einschlussvolumens in sich zurückgebogen werden. Mit dieser Vorrichtung kann das Plasma auf die direkte Umgebung der zu beschichtenden Fläche des Hohlkörpers begrenzt und von den Prozesskammerwänden ferngehalten werden. Weiterhin wird das Plasma
homogenisiert und vorzugsweise komprimiert, was die Energiedichte und somit die Schichtabscheiderate erhöht. Figure 2 visualizes the course of the field lines for a schematically illustrated embodiment with coils 17 arranged at both axial ends. The course of the field lines of the effectively acting magnetic field is shown and illustrates the magnetic pole spacing in the axial direction A. The constriction of the field lines can be clearly seen at the axial end, the is effected by the coils 17 with a smaller winding diameter than the coils 16, which are arranged radially with respect to the axis A around the hollow body 4. Here, the field lines of the magnetic field are forced into a bottleneck-shaped course, in particular so that the field lines are largely bent back into themselves inside the confinement volume. With this device, the plasma can be limited to the immediate vicinity of the surface of the hollow body to be coated and kept away from the process chamber walls. Furthermore, the plasma homogenized and preferably compressed, which increases the energy density and thus the layer deposition rate.
Der magnetische Einfluss auf das Plasma beruht hier auf der Lorentzkraft, die die geladenen Plasmateilchen, Elektronen und Ionen, im Magnetfeld auf schraubenförmigen Bahnen hält, insbesondere hierdurch die möglichen örtlichen Aufenthaltsbereiche beschränkt, das Plasma homogenisiert und vorzugsweise auch die lokale Energiedichte erhöht. The magnetic influence on the plasma is based on the Lorentz force, which keeps the charged plasma particles, electrons and ions, in the magnetic field on helical paths, in particular thereby limiting the possible local areas, homogenizing the plasma and preferably also increasing the local energy density.
Vorzugsweise lässt sich dieser magnetische Einschluss hier in diesem Beispiel, aber auch mit allgemeiner Gültigkeit für die Erfindung mit Zylinderspulen erreichen, da das Magnetfeld einer solchen Spule parallel zur Spulenachse gerichtet ist, was den Verlust der Teilchen in radialer Richtung verhindert. This magnetic confinement can preferably be achieved here in this example, but also with general validity for the invention, with cylindrical coils, since the magnetic field of such a coil is directed parallel to the coil axis, which prevents the loss of the particles in the radial direction.
Sofern eine sequenziell der Außenbeschichtung folgende Innenbeschichtung gewünscht ist, kann nach dem Prozess der Außenbeschichtung für die folgende Innenbeschichtung die Gaszufuhr in den äußeren Reaktionsraum 4b beendet und dieser bis zu einem Druckniveau unter dem Prozessdruck, vorzugsweise auf ca. 5 Pa evakuiert werden. If an inner coating sequentially following the outer coating is desired, the gas supply to the outer reaction chamber 4b can be terminated after the outer coating process for the following inner coating and this can be evacuated to a pressure level below the process pressure, preferably to about 5 Pa.
In den inneren Reaktionsraum 4a des Hohlkörpers 4 wird Prozessgas über die Gaslanze 3 eingeleitet und auf einen Prozessdruck geregelt, z.B. ein Druck von ca. 10 bis 30 Pa. Mikrowellenstrahlung, die nun durch die gegenüber liegende Antenne 3 sowie die seitlichen geschlitzten Hohlleiter 5 in die Prozesskammer 12 eingeleitet wird, durchquert den Außenraum durch den bedeutend geringeren Druck, der einer vergrößerten freien Weglänge entspricht, verlustfrei. Process gas is introduced into the inner reaction space 4a of the hollow body 4 via the gas lance 3 and regulated to a process pressure, e.g. a pressure of approximately 10 to 30 Pa. Microwave radiation, which is now introduced into the process chamber 12 through the antenna 3 lying opposite and the laterally slotted waveguide 5, traverses the exterior space without losses due to the significantly lower pressure, which corresponds to an increased free path length.
Die Strahlung trifft nun im Innenraum 4a des Hohlkörpers 4 auf geeignete Bedingungen für einen Plasmazustand, wodurch der Schichtabscheidungsprozess auf der inneren Wandung des Hohlkörpers 4 initiiert wird. Wieder wird das Magnetfeld hinzugeschaltet, diesmal vorzugsweise alleinig zur Homogenisierung des Plasmas, insbesondere was bei der Innenbeschichtung von großen Hohlkörpern vorteilhaft ist. The radiation now meets suitable conditions for a plasma state in the interior 4a of the hollow body 4, as a result of which the layer deposition process on the inner wall of the hollow body 4 is initiated. The magnetic field is switched on again, this time preferably solely for the purpose of homogenizing the plasma, which is particularly advantageous for the internal coating of large hollow bodies.
Die gesamte Zykluszeit für die Innen- und Außenbeschichtung beträgt in Abhängigkeit des Hohlkörpervolumens beispielsweise 10 bis 120 Sekunden, insbesondere wobei jeweils 1-30 Sekunden für die Beschichtung benötigt werden.
Die restlichen Sekunden werden für das Evakuieren und den Probenwechsel benötigt. Depending on the volume of the hollow body, the total cycle time for the inner and outer coating is, for example, 10 to 120 seconds, in particular 1-30 seconds are required for the coating in each case. The remaining seconds are needed for evacuation and changing samples.
Die Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zylinderspulen 13 und 22 können in diesem Beispiel im Vergleich zu den Spulen 16 bis 21 mit einem kleineren Durchmesser, sowie vorzugsweise mit einem Kern aus einem ferromagnetischen Stoff ausgeführt werden, sodass hohe magnetische Flussdichten bei geringen Stromstärken möglich sind. Diese Spulen 13 und 22 sind daher weniger kritisch in Bezug auf die Temperaturbelastung. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention. In this example, the cylindrical coils 13 and 22 can be designed with a smaller diameter than the coils 16 to 21 and preferably with a core made of a ferromagnetic material, so that high magnetic flux densities are possible with low current intensities. These coils 13 and 22 are therefore less critical with regard to the temperature load.
Die Zylinderspulen 16 bis 21 verfügen hingegen prozess- und anlagenbedingt über einen größeren Innenradius (insbesondere entsprechend oder größer als der Außenradius der Prozesskammer 12) und vorzugsweise in dieser Ausführung über keinen Kern. The cylindrical coils 16 to 21, on the other hand, have a larger inner radius (in particular corresponding to or larger than the outer radius of the process chamber 12) due to the process and system and preferably in this embodiment no core.
In einer alternativen Ausführung kann die Antenne / Gaslanze 3 vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material ausgeführt werden, um eine Steigerung der magnetischen Flussdichte der äußeren Spulen 16 bis 21 zu erreichen. Diese Ausführung ist besonders für den magnetischen Einschluss des außen um die Behälterwand herum, also im Reaktionsraum 4b zündenden Plasmas interessant, da die Feldlinien hierbei durch und zu der Antenne 3 verlaufen werden. In an alternative embodiment, the antenna/gas lance 3 can preferably be made of a ferromagnetic material in order to achieve an increase in the magnetic flux density of the outer coils 16 to 21. This embodiment is particularly interesting for the magnetic confinement of the plasma igniting around the outside of the container wall, ie in the reaction space 4b, since the field lines will then run through and to the antenna 3.
Die kinetische Energie der Ionen Ekin in einem Mikrowellen-Plasma kann typischerweise Werte von bis zu 30 eV oder4,8E-18 J annehmen und ist abhängig von Beschichtungsprozess und Anlagentyp. Um diese geladenen Teilchen mit einem Magnetfeld abzulenken, wird in Abhängigkeit von Ekin eine magnetische Flussdichte von bis zu 0,01 T bis 1 T benötigt. Der Innendurchmesser der Prozesskammer 12 muss für einen 10 L-Behälter beispielhaft ca. 350 mm betragen. Mit einer Zylinderspule mit diesem Innendurchmesser, vorzugsweise ohne Kern, mit z.B. 5000 Windungen sowie einer Bestromung mit 3 A kann beispielhaft eine magnetische Flussdichte von ca. 0,05 T erreicht werden. Die Stärke dieses Magnetfeldes kann weiterhin durch die Spulen 13 und 22 in Abhängigkeit der benötigten Leistung noch gesteigert werden. In diesem Beispiel erreicht die Spule unter Einbezug eines Energieverlusts durch Konvektion (laminar umströmt mit v=2 m/s) nach ca. 30 Sekunden eine für die Dauerfestigkeit kritische Temperatur von z. B. 90 C°. Nach Ausschalten der Spule können einige Minuten benötigt werden, bis sich diese wieder
hinreichend abgekühlt hat. Es ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, um die Abkühlzeiten der Spulen im Prozess zu berücksichtigen. Mögliche Anwendungsbeispiele sind: The kinetic energy of the ions Ekin in a microwave plasma can typically reach values of up to 30 eV or 4.8E-18 J and depends on the coating process and the type of system. In order to deflect these charged particles with a magnetic field, a magnetic flux density of up to 0.01 T to 1 T is required, depending on Ekin. The inside diameter of the process chamber 12 must be approximately 350 mm for a 10 L container, for example. A magnetic flux density of approximately 0.05 T can be achieved, for example, with a cylinder coil with this inner diameter, preferably without a core, with, for example, 5000 turns and an energization of 3 A. The strength of this magnetic field can be further increased by the coils 13 and 22 depending on the power required. In this example, the coil reaches a critical fatigue strength temperature of e.g. B. 90 C°. After the coil has been switched off, it may take a few minutes for it to reset itself has cooled sufficiently. There are various possibilities to consider the cooling times of the coils in the process. Possible application examples are:
1. In jedem Beschichtungszyklus kommen unterschiedliche Gruppen von Spulen zum Einsatz 1. Different groups of coils are used in each coating cycle
Beladungs- und Entnahmevorgänge, Vakuumerzeugung und Gaseinleitung fließen vorzugsweise in die Gesamtzykluszeit ein, sodass diese in Abhängigkeit von der Behältergröße festgelegt ist und z.B. 10 s bis 120 s betragen kann. Bei jedem Beschichtungsvorgang werden nur die Spulen einer bestimmten Gruppe von Spulen eingeschaltet, um das plasmabeeinflussende Magnetfeld zu erzeugen, sodass die Spulen wenigstens einer anderen Gruppe von Spulen, insbesondere die vorher eingesetzten Spulen abkühlen können. Zum Beispiel könnten im ersten Beschichtungsprozess zunächst die Spulen 16, 18 und 20 einer ersten Gruppe und im darauffolgenden Prozess dann die Spulen 17, 19 und 21 einer anderen Gruppe eingesetzt werden. Auf diese Weise kann jeweils ein gleichförmiges Magnetfeld, insbesondere jeweils ein zumindest im Wesentlichen identisches Magnetfeld erzeugt werden und die Spulen der Gruppen erfahren eine hinreichend große Abkühlung für den erneuten Einsatz im folgenden Prozess. Loading and unloading processes, vacuum generation and gas introduction are preferably included in the overall cycle time, so that this is determined depending on the container size and can be 10 s to 120 s, for example. During each coating process, only the coils of a specific group of coils are switched on in order to generate the plasma-influencing magnetic field, so that the coils of at least one other group of coils, in particular the coils used previously, can cool down. For example, the coils 16, 18 and 20 of a first group could be used in the first coating process and then the coils 17, 19 and 21 of another group could be used in the subsequent process. In this way, a uniform magnetic field can be generated in each case, in particular an at least essentially identical magnetic field in each case, and the coils of the groups experience sufficient cooling for renewed use in the following process.
2. Die Gruppen von Spulen werden innerhalb eines Beschichtungszyklus alternierend ein- und ausqeschaltet 2. The groups of coils are alternately switched on and off within a coating cycle
Vor allem hierbei sind Auflade- und Entladeprozesse der Spulen zu beachten. Ein durch Induktion hervorgehobener Strom wirkt der Ursache seiner Entstehung (Magnetfeldänderung) immer entgegen. Während dem Aufladevorgang wird der Stromfluss durch die selbstinduzierte Spannung der Spule gehemmt. Die Entlade- und Aufladeprozesse der Spulen können in Abhängigkeit ihrer Konfiguration und Größe einige Millisekunden, aber auch einige 10 Sekunden andauern. Unter Beachtung dieser Auflade- und Entladeprozesse werden abwechselnd Gruppen von Spulen während dem Beschichtungsprozess bestromt, insbesondere sodass eine hinreichend hohe mittlere magnetische Flussdichte bei hinreichend geringer maximaler Betriebstemperatur realisiert wird. Die Berücksichtigung der Induktivitäten kann erfolgen durch eine zeitlich aneinander angepasste Stromerhöhung bei einer Gruppe, während bei einer anderen Gruppe der Strom reduziert wird, bis dass zur
Erzeugung des Magnetfeldes die eine Gruppe die andere Gruppe abgelöst hat. Dabei wird vorzugsweise sichergestellt, dass die überlagerten Magnetfelder beider Gruppen zu den Zeiten, in denen zwei Gruppen gleichzeitig bestromt sind, dem Magnetfeld entspricht, dass jede Gruppe nach Abschaltung der anderen auch allein erzeugt. Above all, the charging and discharging processes of the coils must be observed. A current that is accentuated by induction always counteracts the cause of its creation (change in the magnetic field). During the charging process, the flow of current is inhibited by the self-induced voltage of the coil. Depending on their configuration and size, the discharging and charging processes of the coils can last from a few milliseconds to a few tens of seconds. Taking these charging and discharging processes into account, groups of coils are alternately energized during the coating process, in particular so that a sufficiently high mean magnetic flux density is achieved at a sufficiently low maximum operating temperature. The inductances can be taken into account by means of a current increase in one group that is adapted to one another over time, while the current in another group is reduced until the Generation of the magnetic field which one group has replaced the other group. In this case, it is preferably ensured that the superimposed magnetic fields of both groups at the times when two groups are energized at the same time correspond to the magnetic field that each group also generates alone after the other group has been switched off.
Somit wird sowohl beim alleinigen Betrieb einer Gruppe als auch während des Zeitintervalls der Betriebsumschaltung von einer Gruppe auf eine andere dasselbe Magnetfeld erzeugt. Thus, the same magnetic field is generated both during the sole operation of a group and during the time interval of the operational changeover from one group to another.
Die Figur 3 zeigt ergänzend mit Bezugszeichen 23 einen optischen Sensor zur Erfassung des Plasmas während des Betriebs, um dieses anhand der Sensormeßwerte zu regeln, insbesondere hinsichtlich der Plasmaposition bzw. des Abstandes zwischen Plasma und Prozesskammerwand oder Plasma und Hohlkörperwand.
FIG. 3 additionally shows reference number 23 for an optical sensor for detecting the plasma during operation in order to regulate it using the sensor measured values, in particular with regard to the plasma position or the distance between plasma and process chamber wall or plasma and hollow body wall.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1.) Signalgenerator 1.) Signal generator
2.) Deckel der Prozesskammer, insbesondere verfahrbarer mit2.) Cover of the process chamber, in particular movable with
Führungsstange (z.B. pneumatisch betrieben) Guide rod (e.g. pneumatically operated)
3.) Gaslanze / Antenne (wahlweise aus ferromagnetischem Material)3.) Gas lance / antenna (optionally made of ferromagnetic material)
4.) Hohlkörper 4.) hollow body
5.) Hohlleiter-Bogen 5.) Waveguide arc
6.) Energieverteilung 6.) Power distribution
7.) Hohlleiter 7.) Waveguide
8.) Führungsstange z.B. aus PEEK oder ähnlichen Materialen, die eine hohe Durchlässigkeit für Mikrowellen und Magnetfelder haben 8.) Guide rod e.g. made of PEEK or similar materials that have a high permeability to microwaves and magnetic fields
9.) Ventil 9.) valve
10.) Gasflussregler 10.) Gas flow regulator
11.) Gasreservoir 11.) Gas reservoir
12.) Prozesskammer, z.B. mit radialer Wandung aus Borosilikatglas oder ähnlichen Materialen, die eine hohe Durchlässigkeit für Mikrowellen und Magnetfelder haben 12.) Process chamber, e.g. with radial walls made of borosilicate glass or similar materials that are highly permeable to microwaves and magnetic fields
13.) Sockel der Prozesskammer mit Dichtfläche zur Aufnahme des13.) Base of the process chamber with sealing surface to accommodate the
Hohlkörpers, sowie ggfs. Spule mit Kern aus ferromagnetischem Material für Magnetspiegelwirkung am axialen Ende Hollow body and, if necessary, coil with core made of ferromagnetic material for magnetic mirror effect at the axial end
14.) Druckmessung 14.) Pressure measurement
15.) Pumpstand mit wenigstens einer Vakuumpumpe
Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes, insbesondere mit Kern aus ferromagnetischem Material, zur Magnetspiegelwirkung am axialen Ende des Hohlkörpers Sensor zur Erfassung der räumlichen Ausbreitung des Plasmas
15.) Pumping station with at least one vacuum pump Coil for generating a magnetic field Coil for generating a magnetic field Coil for generating a magnetic field Coil for generating a magnetic field Coil for generating a magnetic field Coil for generating a magnetic field Coil for generating a magnetic field, in particular with a core made of ferromagnetic material, for magnetic mirror effect at the axial end of the hollow body Sensor for detecting the spatial propagation of the plasma
Claims
1. Verfahren zur Außenwand- und/oder Innenwandbeschichtung von Hohlkörpern (4) aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere von Kunststoff-Flaschen oder -Kanistern, bei dem der Hohlkörper (4) in eine Prozesskammer (12) eingesetzt wird, die vom Hohlkörper (4) in einen inneren und einen äußeren Reaktionsraum (4a, 4b) unterteilt wird, wobei in einen der beiden Reaktionsräume (4a, 4b) unter einem Prozessdruck wenigstens ein Prozessgas eingeleitet wird, insbesondere während der andere der beiden Reaktionsräume (4b, 4a) auf einen Druck kleiner oder größer als der Prozessdruck gehalten wird, wobei in dem unter Prozessdruck gehaltenen Reaktionsraum (4a, 4b) ein Plasma erzeugt wird und aus dem wenigstens einen Prozessgas im Plasma gebildete Fragmente und/oder Reaktionsprodukte unter Bildung einer Schicht auf der zum Plasma weisenden Seite der Wandung des Hohlkörpers (4) abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines beide Reaktionsräume (4a, 4b) durchsetzenden Magnetfeldes das Plasma hinsichtlich wenigstens eines Betriebsparameters beeinflusst wird. 1. A method for coating the outer wall and/or inner wall of hollow bodies (4) made of an electrically non-conductive material, in particular plastic bottles or canisters, in which the hollow body (4) is inserted into a process chamber (12) which is separated from the hollow body (4) is divided into an inner and an outer reaction chamber (4a, 4b), at least one process gas being introduced into one of the two reaction chambers (4a, 4b) at a process pressure, in particular while the other of the two reaction chambers (4b, 4a) is kept at a pressure less than or greater than the process pressure, a plasma being generated in the reaction chamber (4a, 4b) kept under process pressure and fragments and/or reaction products formed from the at least one process gas in the plasma to form a layer on the surface to the plasma facing side of the wall of the hollow body (4) are deposited, characterized in that by means of both reaction spaces (4a, 4b) passing through Magnetic field, the plasma is influenced in terms of at least one operating parameter.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Magnetfeld beeinflusster Parameter wenigstens einer der folgenden ist: a. die Homogenität des Plasmas, insbesondere betrachtet in einem gleichbleibenden Abstand entlang der zu beschichtenden Wandung des Hohlkörpers (4), vorzugsweise wobei unter Wirkung des Magnetfeldes eine größere Homogenität erzielt wird im Vergleich zu einem Plasma ohne wirkendes Magnetfeld, b. die Energiedichte des Plasmas, insbesondere wobei unter Wirkung des Magnetfeldes eine größere Energiedichte erzielt wird im Vergleich zu einem Plasma ohne wirkendes Magnetfeld,
c. die örtliche Position des Plasmas, insbesondere wobei das Plasma durch die Wirkung des Magnetfeldes in einem größeren Abstand zur Wandung der Prozesskammer (12) und/oder Elementen in der Prozesskammer (12) gehalten wird in Vergleich zu dem Abstand ohne wirkendes Magnetfeld. 2. The method according to claim 1, characterized in that a parameter influenced by the magnetic field is at least one of the following: a. the homogeneity of the plasma, in particular viewed at a constant distance along the wall of the hollow body (4) to be coated, preferably with greater homogeneity being achieved under the effect of the magnetic field compared to a plasma without an active magnetic field, b. the energy density of the plasma, in particular with a greater energy density being achieved under the effect of the magnetic field compared to a plasma without an effective magnetic field, c. the local position of the plasma, in particular the effect of the magnetic field keeping the plasma at a greater distance from the wall of the process chamber (12) and/or elements in the process chamber (12) compared to the distance without an active magnetic field.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wirkende Magnetfeld erzeugt wird durch Überlagerung der Magnetfelder mehrerer Magnetfeld erzeugender Elemente (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22), insbesondere mehrerer Spulen (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) oder Permanentmagnete. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the acting magnetic field is generated by superimposing the magnetic fields of a plurality of magnetic field-generating elements (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), in particular a plurality of coils (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) or permanent magnets.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldlinien des wirkenden Magnetfeldes, insbesondere durch von der Hohlkörperform abhängige Ansteuerung der Magnetfeld erzeugenden Elemente (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) , insbesondere durch von der Hohlkörperform abhängige Bestromung der Spulen (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22), in ihrem Verlauf zumindest bereichsweise an den Verlauf der zu beschichtenden Wandung des Hohlkörpers (4) angepasst werden. 4. The method according to claim 3, characterized in that the magnetic field lines of the acting magnetic field, in particular by activation of the magnetic field-generating elements (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) dependent on the hollow body shape, in particular by the Current supply to the coils (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) dependent on the shape of the hollow body can be adapted at least in some areas to the course of the wall of the hollow body (4) to be coated.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens zwei Gruppen von Spulen (16, 18, 20 / 17, 19, 21) zeitlich nacheinander das plasmabeeinflussende, insbesondere jeweils dasselbe plasmabeeinflussende Magnetfeld erzeugt wird, insbesondere mit einem zeitweisen Überlapp der Bestromung zweier Gruppen. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the plasma-influencing magnetic field, in particular the same plasma-influencing magnetic field, is generated with at least two groups of coils (16, 18, 20/17, 19, 21) in chronological succession, in particular with a temporary overlap energizing two groups.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens einem Sensor (23) die örtliche Position des erzeugten Plasmas, insbesondere während der Beeinflussung durch das Magnetfeld erfasst wird, vorzugsweise berührungslos erfasst wird und in Abhängigkeit der erfassten Daten des wenigstens einen Sensors (23) das wenigstens eine das Magnetfeld erzeugende Element (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) angesteuert wird, insbesondere um das Magnetfeld in Abhängigkeit dieser Daten zu beeinflussen.
6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that with at least one sensor (23) the local position of the generated plasma, in particular during the influence of the magnetic field is detected, preferably contactless and depending on the detected data of the at least one Sensor (23), the at least one element (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) generating the magnetic field is controlled, in particular in order to influence the magnetic field as a function of this data.
7. Vorrichtung zur Außenwand- und/oder Innenwandbeschichtung von Hohlkörpern (4) aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere von Kunststoff-Flaschen oder -Kanistern, umfassend a. eine Prozesskammer (12), in die der Hohlkörper (4) einsetzbar ist und die vom eingesetzten Hohlkörper (4) in einen inneren und einen äußeren Reaktionsraum (4a, 4b) unterteilt ist, b. wenigstens eine Vakuumpumpe (15), mit welcher die Reaktionsräume (4a, 4b), insbesondere wahlweise evakuierbar sind, c. wenigstens eine Prozessgaszuführung (3), mittels der wenigstens ein Prozessgas, insbesondere wahlweise, in einen der Reaktionsräume (4a, 4b) einleitbar ist, insbesondere mittels der in Verbindung mit der wenigstens einen Vakuumpumpe (12) ein Prozessdruck mit dem wenigstens einen Prozessgas in einem der beiden Reaktionsräume (4a, 4b) einstellbar ist, d. wenigstens eine Energieerzeugungseinheit (1), insbesondere wenigstens ein Mikrowellenerzeuger (1), mit der Energie, insbesondere wahlweise, in einen der beiden Reaktionsräume (4a, 4b) zur Erzeugung eines Plasmas einstrahlbar ist, vorzugsweise durch den anderen Reaktionsraum (4b, 4a) hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Element (16, 17) umfasst, mit dem ein die Prozesskammer (12) durchsetzendes Magnetfeld erzeugbar ist, insbesondere zur Beeinflussung des erzeugbaren Plasmas hinsichtlich wenigstens eines Parameters des Plasmas. 7. Device for coating the outer wall and/or inner wall of hollow bodies (4) made of an electrically non-conductive material, in particular plastic bottles or canisters, comprising a. a process chamber (12) into which the hollow body (4) can be inserted and which is divided by the inserted hollow body (4) into an inner and an outer reaction chamber (4a, 4b), b. at least one vacuum pump (15) with which the reaction chambers (4a, 4b) can be evacuated, in particular optionally, c. at least one process gas feed line (3), by means of which at least one process gas can be introduced, in particular optionally, into one of the reaction chambers (4a, 4b), in particular by means of which, in connection with the at least one vacuum pump (12), a process pressure with the at least one process gas in one of the two reaction spaces (4a, 4b) can be adjusted, d. at least one energy generating unit (1), in particular at least one microwave generator (1), with which energy can be radiated, in particular optionally, into one of the two reaction chambers (4a, 4b) to generate a plasma, preferably through the other reaction chamber (4b, 4a). , characterized in that it comprises at least one element (16, 17) with which a magnetic field penetrating the process chamber (12) can be generated, in particular for influencing the plasma that can be generated with regard to at least one parameter of the plasma.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Elemente (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) umfasst, mit denen ein die Prozesskammer (12) durchsetzendes Magnetfeld durch Überlagerung der von den jeweiligen Elementen (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) erzeugten Magnetfelder bewirkbar ist.
8. The device according to claim 7, characterized in that it comprises a plurality of elements (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) with which a process chamber (12) penetrating magnetic field by superimposing the of the respective elements (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) generated magnetic fields can be effected.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) als eine bestrombare Spule (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22) oder als Permanentmagnet ausgebildet ist. 9. Device according to one of the preceding claims 7 or 8, characterized in that the at least one element (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) as an energizable coil (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) or as a permanent magnet.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elemente (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), insbesondere Spulen (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), in einer axialen Erstreckungsrichtung (A) der Prozesskammer (12), insbesondere die mit der Längsrichtung eines zu beschichtenden Hohlkörpers (4) übereinstimmt, hintereinanderliegend angeordnet sind. 10. Device according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that several elements (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), in particular coils (13, 16, 17, 18, 19, 20 , 21, 22) are arranged one behind the other in an axial extension direction (A) of the process chamber (12), in particular which corresponds to the longitudinal direction of a hollow body (4) to be coated.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Elemente, insbesondere zumindest eine der Spulen (13, 17, 22) an einem Ende, insbesondere einem axialen Ende der Prozesskammer (12), insbesondere gegenüberliegend zu einer axialen Stirnfläche eines Hohlkörpers (4), angeordnet ist, insbesondere wobei eine solche Spule einen geringeren Wicklungsdurchmesser aufweist als die anderen Spulen (16-21), insbesondere welche außen um die Prozesskammer (12) angeordnet sind, oder bei einer Anordnung in der Prozesskammer (12) zumindest einen darin einsetzbaren Hohlkörper (4) außen umgeben. 11. The device according to claim 10, characterized in that at least one of the elements, in particular at least one of the coils (13, 17, 22) at one end, in particular an axial end of the process chamber (12), in particular opposite an axial end face of a hollow body (4), is arranged, in particular such a coil having a smaller winding diameter than the other coils (16-21), in particular which are arranged outside around the process chamber (12), or in the case of an arrangement in the process chamber (12) at least one therein insertable hollow body (4) surrounded on the outside.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem axialen Abstandbereich zwischen axial benachbarten Magnetfeld erzeugenden Elementen (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), insbesondere verschiedenen Spulen (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) oder zwischen axial benachbarten Wicklungsabschnitten derselben Spule (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) wenigstens ein Energieübertragungselement (7), insbesondere wenigstens ein Hohlleiter (7) angeordnet ist, durch den Energie in die Prozesskammer (12) einstrahlbar ist. 12. Device according to one of the preceding claims 7 to 11, characterized in that in an axial distance range between axially adjacent magnetic field generating elements (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22), in particular different coils (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) or between axially adjacent winding sections of the same coil (13, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) at least one energy transmission element (7), in particular at least one waveguide ( 7) is arranged, through which energy can be radiated into the process chamber (12).
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Sensor (23) umfasst, mit dem die örtliche Position des erzeugten Plasmas, insbesondere während der Beeinflussung durch das Magnetfeld erfassbar ist, vorzugsweise
berührungslos erfassbar ist und in Abhängigkeit von dessen Messwerten das wenigstens eine das Magnetfeld erzeugende Element ansteuerbar ist. 13. Device according to one of the preceding claims 7 to 12, characterized in that it comprises at least one sensor (23) with which the local position of the generated plasma can be detected, in particular during the influence of the magnetic field, preferably can be detected without contact and depending on its measured values, the at least one element generating the magnetic field can be controlled.
14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere das beeinflussende Magnetfeld erzeugende Elemente so ausgebildet sind, dass diese wenigstens zwei Gruppen von bestrombaren Spulen (17, 19, 21 / 16, 16, 20) bilden, mit denen jeweils ein das Plasma beeinflussendes Magnetfeld erzeugbar ist, insbesondere jeweils zumindest im Wesentlichen dasselbe Magnetfeld erzeugbar ist. 14. Device according to one of the preceding claims 7 to 13, characterized in that several elements generating the influencing magnetic field are designed in such a way that they form at least two groups of energizable coils (17, 19, 21/16, 16, 20), with each of which a magnetic field influencing the plasma can be generated, in particular in each case at least essentially the same magnetic field can be generated.
15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit umfasst, die eingerichtet ist, die Gruppen von Spulen (17, 19, 21 / 16, 16, 20) gruppenweise nacheinanderzu bestromen, insbesondere mit einem zeitweisen Überlapp der Bestromung von zwei Gruppen, insbesondere mit einer in dem zeitweisen Überlapp zeitgleichen Teilbestromung von zwei Gruppen.
15. Device according to one of the preceding claims 7 to 14, characterized in that it comprises a control unit which is set up to energize the groups of coils (17, 19, 21/16, 16, 20) in groups one after the other, in particular with a temporary Overlapping of the energization of two groups, in particular with a simultaneous partial energization of two groups in the temporary overlap.
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