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DE102006048816A1 - Vorrichtung und Verfahren zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen Download PDF

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DE102006048816A1
DE102006048816A1 DE102006048816A DE102006048816A DE102006048816A1 DE 102006048816 A1 DE102006048816 A1 DE 102006048816A1 DE 102006048816 A DE102006048816 A DE 102006048816A DE 102006048816 A DE102006048816 A DE 102006048816A DE 102006048816 A1 DE102006048816 A1 DE 102006048816A1
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Ralf Spitzl
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iplas Innovative Plasma Systems GmbH
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iplas Innovative Plasma Systems GmbH
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Priority to PCT/EP2007/008840 priority patent/WO2008046553A1/de
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Abstract

Eine Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen weist mindestens eine Mikrowelleneinspeisung auf, die von mindestens einem dielektrischen Rohr umgeben ist. Mindestens eines der dielektrischen Rohre ist dabei teilweise mit einer Metallummantelung umgeben, wobei vorzugsweise das äußere dielektrische Rohr ummantelt wird. Mittels Abschirmung von Mikrowellen wird ein lokal begrenztes Plasma mit einer oben beschriebenen Vorrichtung erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen, welche mindestens eine Mikrowelleneinspeisung aufweist, die von mindestens einem dielektrischen Rohr umgeben ist, desweiteren ein Verfahren zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen durch Verwendung dieser Vorrichtung.
  • Vorrichtungen zur Erzeugung von Mikrowellenplasmen werden bei der Plasmabehandlung von Werkstücken und Gasen eingesetzt. Die Plasmabehandlung dient z. B. der Beschichtung, Reinigung, Modifizierung und Ätzung von Werkstücken, zur Behandlung von medizinischen Implantaten, zur Textilbehandlung, zur Sterilisation, zur Lichterzeugung, bevorzugt im Spektralbereich Infrarot bis Ultraviolett, zur Umsetzung von Gasen oder zur Gassynthese sowie in der Technik zur Abgasreinigung. Dabei wird das zu behandelnde Werkstück oder Gas in Kontakt mit dem Plasma oder der Mikrowellenstrahlung gebracht.
  • Die Geometrie der zu behandelnden Werkstücke reicht von flachen Substraten, Fasern und Bahnen bis zu Formteilen von beliebiger Gestalt.
  • Die wichtigsten Prozessgase sind Edelgase, fluor- und chlorhaltige Gase, Kohlenwasserstoffe, Furane, Dioxine, Schwefelwasserstoffe, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Tetrafluormethan, Schwefelhexafluorid, Luft, Wasser und deren Mischungen. Bei der Abgasreinigung durch mikrowelleninduziertes Plasma besteht das Prozessgas aus Abgasen aller Art, insbesondere Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Aldehyde und Schwefeloxide. Diese Gase können jedoch ohne weiteres auch als Prozessgase für andere Anwendungen verwendet werden.
  • Vorrichtungen, die Mikrowellenplasmen erzeugen, sind in den Dokumenten WO 98/59359 A1 , DE 198 480 22 A1 und DE 195 032 05 C1 beschrieben worden.
  • Den oben angeführten Dokumenten ist gemein, dass sie eine Mikrowellenantenne im Inneren eines dielektrischen Rohres beschreiben. Werden im Inneren eines solchen Rohres Mikrowellen erzeugt, bilden sich entlang dessen Außenseite Oberflächenwellen aus. Durch diese Oberflächenwellen wird in einem Prozessgas, welches unter niedrigem Druck steht, ein linear gestrecktes Plasma erzeugt. Typische niedere Drücke sind dabei 0,1 mbar–10 mbar. Das im Inneren des dielektrischen Rohres liegende Volumen ist typischerweise auf Umgebungsdruck (im Allgemeinen Normaldruck; ca. 1013 mbar). Bei einigen Ausführungsformen wird zur Kühlung des dielektrischen Rohres ein Kühlgasstrom benutzt, der das Rohr durchströmt.
  • Für die Zuleitung der Mikrowellen werden unter anderem Hohlleiter und Koaxialleiter, als Koppelstellen in der Wand der Plasmakammer werden unter anderem Antennen und Schlitze verwendet. Solche Zuleitungen für Mikrowellen und Koppelstellen werden zum Beispiel in DE 423 59 14 und WO 98/59359 A1 beschrieben.
  • Die zur Erzeugung des Plasmas verwendeten Mikrowellenfrequenzen liegen vorzugsweise im Bereich von 800 MHz bis 2,5 GHz, besonders bevorzugt in den Bereichen 800 MHz bis 950 MHz und 2,0–2,5 GHz, jedoch kann die Mikrowellenfrequenz im gesamten Bereich von 10 MHz bis einigen 100 GHz liegen.
  • DE 198 480 22 A1 und DE 195 032 05 C1 beschreiben Vorrichtungen zur Erzeugung von Plasma in einer Vakuumkammer mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, mit einem Leiter, der innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff in die Vakuumkammer hineinragt, wobei das Isolierrohr an beiden Enden durch Wände der Vakuumkammer gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist. Die Enden des Leiters sind an einen Generator zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselfelder angeschlossen.
  • Mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von homogenen Mikrowellenplasmen gemäß WO 98/59359 A1 lassen sich aufgrund der gleichmäßigen Einkopplung der Mikrowellen besonders homogene Plasmen auch bei höheren Prozessdrücken über große Längen erzeugen.
  • Die Einsatzmöglichkeiten der oben genannten Plasmaquellen werden durch eine hohe Energieabgabe des Plasmas auf das dielektrische Rohr eingeschränkt. Durch diese Energieabgabe kann es zu einer übermäßigen Erwärmung des Rohres und letztendlich zu einer Zerstörung desselben kommen. Daher werden diese Quellen typischerweise mit Mikrowellenleistungen von ca. 1–2 kW bei entsprechend niedrigem Druck (ca. 0,1–0,5 mbar) betrieben. Die Prozessdrücke können zwar auch 1 mbar–100 mbar betragen, jedoch nur unter bestimmten Bedingungen und entsprechend niedrigerer Leistung, um das Rohr nicht zu zerstören.
  • Mit den oben genannten Vorrichtungen lassen sich typische Plasmalängen von 0,5–1,5 m erreichen. Mit Plasmen aus nahezu 100% Argon lassen sich zwar auch größere Längen erzielen, jedoch sind solche Plasmen technisch wenig relevant.
  • Ein weiteres Problem bei solchen Plasmaquellen liegt in der radialsymmetrischen Abstrahlung von Mikrowellen und der damit verbundenen radialsymmetrisch abgestrahlten Leistung bei Anwendungen, die nur einen begrenzten Winkelbereich der Plasmaquelle benötigen. Jede Leistung, die in einen anderen Winkelbereich als den der Anwendung abgestrahlt wird, geht der Anwendung verloren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden und so den Anteil der Verlustleistung zu minimieren.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen nach Anspruch 1 erreicht. Diese Vorrichtung weist mindestens eine Mikrowelleneinspeisung auf, die von mindestens einem dielektrischen Rohr umgeben ist. Mindestens eines der dielektrischen Rohre ist dabei teilweise mit einer Metallummantelung umgeben, wobei dabei vorzugsweise das äußere dielektrische Rohr ummantelt wird.
  • Durch die abschirmende Wirkung der Metallummantelung auf Mikrowellen ermöglicht die Vorrichtung in vorteilhafter Weise die Erzeugung eines Plasmas in einem dafür vorgesehenen Bereich und verhindert so eine Plasmaerzeugung und damit eine Leistungsabstrahlung außerhalb dieses Bereichs.
  • Geeignete Mikrowelleneinspeisungen sind dem Fachmann bekannt. Im Allgemeinen besteht eine Mikrowelleneinspeisung aus einer Struktur, die Mikrowellen in den Raum abstrahlen kann. Strukturen, die Mikrowellen abstrahlen, sind dem Fachmann bekannt und können durch alle bekannten Mikrowellenantennen und Resonatoren mit Koppelstellen zum Einkoppeln der Mikrowellenstrahlung in einen Raum realisiert werden. Bevorzugt für die beschriebene Vorrichtung sind Hohlraumresonatoren, Stabantennen, Schlitzantennen, Helixantennen und omnidirektionale Antennen. Besonders bevorzugt sind Koaxialresonatoren.
  • Die Mikrowelleneinspeisung ist im Betrieb über Mikrowellenzuleitungen (Hohlleiter oder Koaxialleiter) mit einem Mikrowellengenerator (z.B. Klystron oder Magnetron) verbunden. Zur Steuerung der Eigenschaften der Mikrowellen und zum Schutz der Elemente können noch Zirkulatoren, Isolatoren, Tuningelemente (z.B. Dreistifttuner oder E/H Tuner) sowie Modenkonverter (z.B. Rechteck- auf Koaxialleiter) in die Mikrowellenzuführung eingebracht werden.
  • Die dielektrischen Rohre sind vorzugsweise langgestreckt. Dies bedeutet hier, dass das Verhältnis Rohrdurchmesser : Rohrlänge zwischen 1:1 und 1:1000 liegt und vorzugsweise 1:10 bis 1:100 beträgt. Ferner sind die Rohre vorzugsweise gerade, können jedoch auch eine gebogene Form oder Ecken entlang ihrer Längsachse haben.
  • Die Querschnittsfläche der Rohre ist vorzugsweise kreisrund, jedoch sind generell beliebige Flächenformen möglich. Beispiele für andere Flächenformen sind Ellipsen und Polygone.
  • Die langgestreckte Form der Rohre bedingt ein langgestrecktes Plasma. Langgestreckte Plasmen haben den Vorteil, dass durch Bewegung der Plasmavorrichtung relativ zu einem flächigen Werkstück große Flächen in kurzer Zeit behandelt werden können.
  • Die dielektrischen Rohre sollten bei der gegebenen Mikrowellenfrequenz einen geringen dielektrischen Verlustfaktor tan δ für die benutzte Mikrowellenlänge aufweisen. Geringe dielektrische Verlustfaktoren tan δ liegen in dem Bereich 10-2 bis 10-7.
  • Geeignete dielektrische Materialien für die dielektrischen Rohre sind Metalloxide, Halbmetalloxide, Keramiken, Kunststoffe und Verbundmaterialien aus diesen Stoffen. Besonders bevorzugt sind dielektrische Rohre aus Quarzglas oder Aluminiumoxyd mit dielektrischen Verlustfaktoren tan δ im Be reich 10-3 bis 10-4. Dabei können die dielektrischen Rohre aus demselben Material oder unterschiedlichen Materialien bestehen.
  • Die Metallummantelung umgibt mindestens ein dielektrisches Rohr und deckt dieses partiell ab. Diese wirkt dabei als Mikrowellenabschirmung und verhindert die Abstrahlung von Mikrowellen in den Winkelbereich, den die Metallummantelung abdeckt.
  • Die Metallummantelung besteht vorzugsweise aus einem elektrisch gut leitenden Metall mit einem spezifischen Widerstand kleiner als 50 Ω·mm2/m, bevorzugt kleiner als 0,5 Ω·mm2/m. Besonders bevorzugt ist ein Metall, welches zusätzlich zu guten elektrischen Leitungseigenschaften gute Wärmeleiteigenschaften mit einem Wärmeleitkoeffizient größer als 10 W/(m·K), besonders bevorzugt größer als 100 W/(m·K), besitzt. Die äußerste Grenze für die oben genannten Werte kann aus wirtschaftlichen Gründen bei 0 Ω·mm2/m für den spezifischen Widerstand (Supraleiter) und 10000 W/(m·K) für den Wärmeleitkoeffizienten liegen. Ein solches Metall kann ein reines Metall oder eine Legierung sein und z.B. Silber, Kupfer, Eisen, Aluminium, Chrom oder Vanadium enthalten.
  • Die Form der metallischen Ummantelung ist vorzugsweise der äußeren Kontur des dielektrischen Rohres angepasst und kann z.B. aus einem Metallrohr, einem gebogenen Metallblech, einer Metallfolie oder auch aus einer metallischen Schicht bestehen und aufgesteckt, aufgalvanisiert oder auf eine andere Weise aufgebracht sein.
  • Der nicht abgeschirmte Bereich der Mantelfläche des dielektrischen Rohres, im Folgenden auch „freier Bereich" genannt, kann eine beliebige Form besitzen. Vorzugsweise reicht der freie Bereich über die gesamte Länge des Rohres und ist an seinen Rändern in einer besonders bevorzugten Ausführungsform geradlinig begrenzt. Die Erfindung umfasst weitere Ausführungen mit allen möglichen Öffnungsformen, z.B. Löcher, Schlitze, regelmäßige, unregelmäßige und gebogene Randbegrenzungen.
  • Solche metallischen Mikrowellenabschirmungen können den Winkelbereich, in dem die Erzeugung des Plasmas stattfindet, beliebig begrenzen und so den Leistungsbedarf entsprechend reduzieren. Der Öffnungswinkel, unter dem die Mikrowellen die Abschirmung verlassen, kann jeden Wert kleiner als 360° annehmen. Bevorzugt sind Öffnungswinkel von kleiner als 180°, besonders bevorzugt kleiner als 90°.
  • Durch die Metallummantelung ist es möglich, breite Werkstoffbahnen mit nur geringer Verlustleistung mit einem Plasma zu behandeln. Durch die Metallummantelung wird der Raumbereich der Vorrichtung, der dem Werkstück nicht zugewandt ist, abgeschirmt und nur ein schmaler Plasmastreifen zwischen Werkstück und Vorrichtung vorwiegend über die gesamte Breite des Werkstückes erzeugt.
  • Die Plasmabehandlung eines Werkstückes kann zusätzlich zu einer statischen Plasmabehandlung auch dadurch erfolgen, dass die Vorrichtung relativ zu einem Werkstück oder einer Oberfläche bewegt wird, wobei die Bewegung parallel zur Längsrichtung verlaufen kann, vorzugsweise aber auch nicht parallel zur Längsrichtung des dielektrischen Rohres, besonders bevorzugt orthogonal zu dieser Längsrichtung, verläuft.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die dielektrischen Rohre an den Stirnseiten mit Wänden verschlossen. Eine gas- oder vakuumdichte Verbindung zwischen den Rohren und den Wänden ist dabei vorteilhaft. Verbindungen zwischen zwei Werkstücken sind dem Fachmann bekannt und können zum Beispiel Klebe-, Schweiß-, Klemm- oder Schraubverbindungen sein. Die Dichtigkeit der Verbindung kann von gasdicht bis vakuumdicht reichen, wobei vakuumdicht, je nach Arbeitsumgebung, Dichtigkeit im Grobvakuum (300–1 hPa), Feinvakuum (1–10-3 hPa), Hochvakuum (10-3–10-7 hPa) oder Ultrahochvakuum (10-7–10-12 hPa) bedeutet. Im Allgemeinen bedeutet vakuumdicht hier eine Dichtigkeit im Grob- oder Feinvakuum.
  • Die Wände können Durchlässe aufweisen, durch die ein dielektrisches Fluid zur Kühlung des dielektrischen Rohres geleitet werden kann. Als dielektrisches Fluid kann sowohl ein Gas als auch eine dielektrische Flüssigkeit verwendet werden.
  • Um eine Aufheizung des Fluids durch die Mikrowellen möglichst gering zu halten, muss das Fluid bei der Wellenlänge der Mikrowellen einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor tan δ im Bereich 10-2 bis 10-7 aufweisen. Hierdurch wird ein Mikrowellenleistungseintrag in das Fluid vermieden bzw. auf ein tolerierbares Maß reduziert.
  • Eine dielektrische Flüssigkeit ist zum Beispiel ein isolierendes Öl, wie zum Beispiel Mineralöle, Olefine (z.B. Polyalphaolefin) oder Silikonöle (z.B. Coolanol® oder Dimethylpolysiloxane).
  • Durch diese Fluid-Kühlung des äußeren dielektrischen Rohres ist es möglich, die Aufheizung des äußeren dielektrischen Rohres zu vermindern. Dadurch werden höhere Mikrowellenleistungen ermöglicht, die wiederum zu einer Steigerung der Konzentration des Plasmas an der Außenseite des äußeren dielektrischen Rohres fuhren. Desweiteren wird durch die Kühlung ein höherer Prozessdruck möglich als in ungekühlten Plasmaerzeugern.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird erfindungsgemäß das Material des äußeren dielektrischen Rohres durch ein poröses dielektrisches Material ersetzt. Geeignete poröse dielektrische Materialien sind Keramiken oder gesinterte Dielektrika, bevorzugt Aluminiumoxid. Es ist jedoch auch möglich, Rohrwandungen aus Quarzglas oder Metalloxiden mit kleinen Löchern zu versehen.
  • Bei dem Durchfluss eines Gases innerhalb des dielektrischen Rohres entweicht nun ein Teil des Gases durch diese Poren. Da an der Oberfläche des äußeren dielektrischen Rohres die höchsten Mikrowellenfeldstärken herrschen, durchwandern die Gasmoleküle beim Durchgang durch das äußere dielektrische Rohr die Zone der höchsten Ionendichte.
  • Desweiteren besitzt das Gas nach dem Durchgang durch die Poren eine resultierende Bewegungsrichtung radial vom Rohr weg.
  • Wird zur Kühlung das gleiche Gas benutzt, das auch als Prozessgas verwendet wird, wird der Anteil der angeregten Teilchen durch die Passage des Prozessgases durch den Bereich größter Mikrowellenintensität gesteigert. Dadurch ist auf diese Weise ein effizienter Transport von angeregten Teilchen zum Werkstück gewährleistet. Dies steigert sowohl die Konzentration als auch den Fluss der angeregten Teilchen.
  • Als Prozessgas kann jedes bekannte Gas genutzt werden. Die wichtigsten Prozessgase sind Edelgase, fluor- und chlorhaltige Gase, Kohlenwasserstoffe, Furane, Dioxine, Schwefelwasserstoffe, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Tetrafluormethan, Schwefelhexafluorid, Luft, Wasser und deren Mischungen. Bei der Abgasreinigung durch mikrowelleninduziertes Plasma besteht das Prozessgas aus Abgasen aller Art insbesondre Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Aldehyde und Schwefeloxide. Diese Gase können jedoch ohne weiteres auch als Prozessgase für andere Anwendungen verwendet werden.
  • Alle oben beschriebenen Vorrichtungen zur Erzeugung von Plasmen bilden während des Betriebs an der Außenseite des dielektrischen Rohres, die nicht durch die Metallummantelung abgeschirmt wird, ein Plasma aus. Im Normalfall wird die Vorrichtung im Inneren eines Raumes (Plasmakammer) betrieben. Diese Plasmakammer kann je nach Betriebsart verschiedene Formen und Öffnungen aufweisen und verschiedene Funktionen erfüllen. Zum Beispiel kann die Plasmakammer das zu bearbeitende Werkstück und das Prozessgas enthalten (direkter Plasmaprozess) oder Prozessgase und Öffnungen für den Plasmaaustritt aufweisen (remote-Plasmaprozess, Abgasreinigung).
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • 1A und 1B zeigen den Querschnitt und eine perspektivische Ansicht der oben beschriebenen Vorrichtung.
  • 2A bis 2D zeigen in Seitenansicht verschiedene Formbeispiele der oben beschriebenen Vorrichtung.
  • 3A und 3B zeigen eine mögliche Ausführungsform zur Behandlung großflächiger Werkstücke.
  • 1A und 1B zeigen den Querschnitt und eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen, wobei ein dielektrisches Rohr (1), welches die Mikrowelleneinspeisung und optional weitere Elemente und Rohre (nicht dargestellt) enthält, von einer Metallummantelung (2) umgeben ist, so dass ein Bereich von ca. 320° von der Metallummantelung abgeschirmt ist. Das dielektrische Rohr kann zuzüglich zu der Mikrowellenein speisung weitere Elemente enthalten, wie z.B. Kühlmittel oder weitere Rohre.
  • 2A bis 2D zeigen in Seitenansicht verschiedene Beispiele der Form des Bereiches des dielektrischen Rohres (1), der nicht von der Metallummantelung (2) überdeckt wird. Dabei sind die Zeichnungen als abgerollte Mantelflächen eines zylinderförmigen dielektrischen Rohres und der Metallummantelung zu verstehen.
  • 2A zeigt dabei einen rechteckigen Bereich,
  • 2B einen Bereich, bestehend aus runden Flächen,
  • 2C eine bikonkave Fläche, und
  • 2D eine bikonvexe Fläche.
  • Zuzüglich zu diesen Beispielen sind alle denkbaren Formen der nicht überdeckten Fläche möglich.
  • 3A und 3B zeigen in einer perspektivischen Darstellung und in einem Querschnitt eine Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen, bei der der größte Teil der Mantelfläche des äußeren dielektrischen Rohres (1) von einer Metallummantelung (2) umschlossen ist, und ein Plasma (3), welches in der Zeichnung durch durchsichtige Pfeile angedeutet ist, das nur in einem schmalen Bereich entstehen kann. Ein Werkstück (4), welches sich relativ zu der Vorrichtung bewegt, kann in diesem Bereich mit Plasma über eine große Fläche behandelt werden.
  • Alle Ausführungsformen werden von einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Mikrowellenzufuhr, bestehend aus einem Mikrowellengenerator und ggf. zusätzlichen Elementen, gespeist. Diese Elemente können z.B. Zirkulatoren, Isolatoren, Tuningelemente (z.B. Dreistifttuner oder E/H Tuner) sowie Modenkonverter (z.B. Rechteck- auf Koaxialleiter) beinhalten.
  • Die Einsatzgebiete der oben beschriebenen Vorrichtung und des oben beschriebenen Verfahrens sind mannigfaltig. Die Plasmabehandlung dient z. B. der Beschichtung, Reinigung, Modifizierung und Ätzung von Werkstücken, zur Behandlung von medizinischen Implantaten, zur Textilbehandlung, zur Sterilisation, zur Lichterzeugung, bevorzugt im Spektralbereich Infrarot bis Ultraviolett, zur Umsetzung von Gasen oder zur Gassynthese, sowie in der Technik zur Abgasreinigung. Dabei wird das zu behandelnde Werkstück oder Gas in Kontakt mit dem Plasma oder der Mikrowellenstrahlung gebracht. Die Geometrie der zu behandelnden Werkstücke reicht von flachen Substraten, Fasern und Bahnen bis zu Formteilen von beliebiger Gestalt.
  • Durch die Erhöhung der Dichte der angeregten Teilchen und der Plasmaleistung sind dabei höhere Prozessgeschwindigkeiten als in Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik möglich.

Claims (22)

  1. Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen, welche mindestens eine Mikrowelleneinspeisung aufweist, die von mindestens einem dielektrischen Rohr (1) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der dielektrischen Rohre (1) teilweise mit einer Metallummantelung (2) umgeben ist, wobei dabei vorzugsweise das äußere dielektrische Rohr ummantelt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) aus einem elektrisch gut leitenden Metall besteht, welches einen spezifischen Widerstand kleiner als 50 Ω·mm2/m, bevorzugt kleiner als 0,5 Ω·mm2/m hat.
  3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) aus einem Metall besteht, welches gute Wärmeleiteigenschaften mit einem Wärmeleitkoeffizient größer als 10 W/(m·K), bevorzugt größer als 100 W/(m·K), besitzt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) aus reinem Metall oder einer Legierung besteht und vorzugsweise Silber, Kupfer, Eisen, Aluminium, Chrom oder Vanadium enthält.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) der äußeren Kontur des dielektrischen Rohres angepasst ist und vorzugsweise aus einem Metallrohr, einem gebogenen Metallblech, einer Metallfolie oder auch aus einer metallischen Schicht besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) aufgesteckt, aufgalvanisiert oder auf eine andere Weise aufgebracht ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) einen Bereich der Mantelfläche des dielektrischen Rohres (1) frei lässt, der vorzugsweise über die gesamte Länge des dielektrischen Rohres (1) reicht oder aus Löchern oder Schlitzen besteht und vorzugsweise geradlinige, regelmäßige, unregelmäßige und gebogene Randbegrenzungen aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallummantelung (2) einen Bereich mit einem Öffnungswinkel von kleiner als 180°, bevorzugt kleiner als 90°, zum Mikrowellenaustritt nicht überdeckt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins der dielektrischen Rohre aus Materialien aus der Metalloxide, Halbmetalloxide, Keramiken, Kunststoffe sowie Verbundmaterialien aus diesen Stoffen umfassenden Gruppe hergestellt sind, bevorzugt aus Quarzglas oder Aluminiumoxid.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins der dielektrischen Rohre von einem Fluid gekühlt wird.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere dielektrische Rohr zumindest in einem Teilbereich der Mantelfläche oder in dem Bereich der gesamten Mantelfläche porös oder gasdurchlässig ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Prozesskammer außerhalb der Metallummantelung (2) aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowelleneinspeisung eine Mikrowellenantenne oder ein Hohlraumresonator mit Koppelstellen, vorzugsweise ein Koaxialresonator, ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowelleneinspeisung über Mikrowellenzuleitungen, vorzugsweise Hohlleiter oder Koaxialleiter, mit einem Mikrowellengenerator, vorzugsweise einem Klystron oder Magnetron, verbunden ist.
  15. Verfahren zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen in einer Vorrichtung, die mindestens eine Mikrowelleneinspeisung aufweist, welche von mindestens einem dielektrischen Rohr (1) umgeben ist, wobei ein Teil der Mikrowellenleistung durch eine Metallummantelung (2) abgeschirmt wird, die mindestens eines der dielektrischen Rohre teilweise umschließt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Metallummantelung (2) ein Raumbereich der Vorrichtung, der einem Werkstück nicht zugewandt ist, vor dem Austritt von Mikrowellen abgeschirmt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma in einen Bereich mit einem Öffnungswinkel von kleiner als 180°, bevorzugt kleiner als 90°, entsteht, der von der Metallummantelung (2) nicht überdeckt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Werkstück oder eine Oberfläche relativ zu dem dielektrischen Rohr (1) parallel oder nicht parallel zu der Längsrichtung des dielektrischen Rohres (1) bewegt.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung nicht parallel zur Längsrichtung des dielektrischen Rohres verläuft, wobei die Bewegungsrichtung bevorzugt orthogonal zu der Längsrichtung des dielektrischen Rohres verläuft.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eins der dielektrischen Rohre von einem Fluid gekühlt wird, welches vorzugsweise einen geringen dielektrischen Verlustfaktor tan δ im Bereich 10-2 bis 10-7 aufweist.
  21. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Erzeugung eines Plasmas zur Beschichtung, Reinigung, Modifizierung und Ätzung von Werkstücken, zur Behandlung von medizinischen Implantaten, zur Textilbehandlung, zur Sterilisation, zur Lichterzeugung, bevorzugt im Spektralbereich Infrarot bis Ultraviolett, zur Umsetzung von Gasen oder zur Gassynthese sowie in der Technik zur Abgasreinigung.
  22. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 20 zur Erzeugung eines Plasmas zur Beschichtung, Reinigung, Modifizierung und Ätzung von Werkstücken, zur Behandlung von medizinischen Implantaten, zur Textilbehandlung, zur Sterilisation, zur Lichterzeugung, bevorzugt im Spektralbereich Infrarot bis Ultraviolett, zur Umsetzung von Gasen oder zur Gassynthese sowie in der Technik zur Abgasreinigung.
DE102006048816A 2006-10-16 2006-10-16 Vorrichtung und Verfahren zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen Withdrawn DE102006048816A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011100057A1 (de) * 2011-04-29 2012-10-31 Centrotherm Thermal Solutions Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und verfahren zum behandeln von substraten mit einem plasma

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9111729B2 (en) 2009-12-03 2015-08-18 Lam Research Corporation Small plasma chamber systems and methods
US9190289B2 (en) 2010-02-26 2015-11-17 Lam Research Corporation System, method and apparatus for plasma etch having independent control of ion generation and dissociation of process gas
US9967965B2 (en) 2010-08-06 2018-05-08 Lam Research Corporation Distributed, concentric multi-zone plasma source systems, methods and apparatus
US9155181B2 (en) 2010-08-06 2015-10-06 Lam Research Corporation Distributed multi-zone plasma source systems, methods and apparatus
US8999104B2 (en) 2010-08-06 2015-04-07 Lam Research Corporation Systems, methods and apparatus for separate plasma source control
US9449793B2 (en) 2010-08-06 2016-09-20 Lam Research Corporation Systems, methods and apparatus for choked flow element extraction
ES2402262T3 (es) 2010-08-13 2013-04-30 Multivac Sepp Haggenmüller Gmbh & Co Kg Procedimiento para el envasado, máquina de envasado de embutición profunda y envase
US9177762B2 (en) 2011-11-16 2015-11-03 Lam Research Corporation System, method and apparatus of a wedge-shaped parallel plate plasma reactor for substrate processing
US10283325B2 (en) 2012-10-10 2019-05-07 Lam Research Corporation Distributed multi-zone plasma source systems, methods and apparatus
US8872525B2 (en) 2011-11-21 2014-10-28 Lam Research Corporation System, method and apparatus for detecting DC bias in a plasma processing chamber
US9083182B2 (en) 2011-11-21 2015-07-14 Lam Research Corporation Bypass capacitors for high voltage bias power in the mid frequency RF range
US9396908B2 (en) 2011-11-22 2016-07-19 Lam Research Corporation Systems and methods for controlling a plasma edge region
US10586686B2 (en) 2011-11-22 2020-03-10 Law Research Corporation Peripheral RF feed and symmetric RF return for symmetric RF delivery
US8898889B2 (en) 2011-11-22 2014-12-02 Lam Research Corporation Chuck assembly for plasma processing
US9263240B2 (en) 2011-11-22 2016-02-16 Lam Research Corporation Dual zone temperature control of upper electrodes
WO2013078098A1 (en) * 2011-11-23 2013-05-30 Lam Research Corporation Multi zone gas injection upper electrode system
CN104011838B (zh) 2011-11-24 2016-10-05 朗姆研究公司 具有柔性对称的rf返回带的等离子体处理室
GB2590614B (en) 2019-12-16 2022-09-28 Dyson Technology Ltd Method and apparatus for use in generating plasma

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4136297A1 (de) * 1991-11-04 1993-05-06 Plasma Electronic Gmbh, 7024 Filderstadt, De Vorrichtung zur lokalen erzeugung eines plasmas in einer behandlungskammer mittels mikrowellenanregung
DE4235914A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Juergen Prof Dr Engemann Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellenplasmen
DE19503205C1 (de) * 1995-02-02 1996-07-11 Muegge Electronic Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma
US5597624A (en) * 1995-04-24 1997-01-28 Ceram Optic Industries, Inc. Method and apparatus for coating dielectrics
DE29623199U1 (de) * 1996-03-08 1998-04-02 Spitzl, Ralf, Dr., 53639 Königswinter Vorrichtung zur Erzeugung von leistungsfähigen Mikrowellenplasmen
DE19722272A1 (de) * 1997-05-28 1998-12-03 Leybold Systems Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma
WO1998059359A1 (de) * 1997-06-23 1998-12-30 Sung Spitzl Hildegard Vorrichtung zur erzeugung von homogenen mikrowellenplasmen
DE19848022A1 (de) * 1998-10-17 2000-04-20 Leybold Systems Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19812558B4 (de) * 1998-03-21 2010-09-23 Roth & Rau Ag Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen
DE19925493C1 (de) * 1999-06-04 2001-01-18 Fraunhofer Ges Forschung Linear ausgedehnte Anordnung zur großflächigen Mikrowellenbehandlung und zur großflächigen Plasmaerzeugung
DE19928876A1 (de) * 1999-06-24 2000-12-28 Leybold Systems Gmbh Vorrichtung zur lokalen Erzeugung eines Plasmas in einer Behandlungskammer durch Mikrowellenanregung

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4136297A1 (de) * 1991-11-04 1993-05-06 Plasma Electronic Gmbh, 7024 Filderstadt, De Vorrichtung zur lokalen erzeugung eines plasmas in einer behandlungskammer mittels mikrowellenanregung
DE4235914A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Juergen Prof Dr Engemann Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellenplasmen
DE19503205C1 (de) * 1995-02-02 1996-07-11 Muegge Electronic Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma
US5597624A (en) * 1995-04-24 1997-01-28 Ceram Optic Industries, Inc. Method and apparatus for coating dielectrics
DE29623199U1 (de) * 1996-03-08 1998-04-02 Spitzl, Ralf, Dr., 53639 Königswinter Vorrichtung zur Erzeugung von leistungsfähigen Mikrowellenplasmen
DE19722272A1 (de) * 1997-05-28 1998-12-03 Leybold Systems Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma
WO1998059359A1 (de) * 1997-06-23 1998-12-30 Sung Spitzl Hildegard Vorrichtung zur erzeugung von homogenen mikrowellenplasmen
DE19848022A1 (de) * 1998-10-17 2000-04-20 Leybold Systems Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WIKIPEDIA-Spezifischer Widerstand-Bearbeitungs- stand
WIKIPEDIA-Spezifischer Widerstand-Bearbeitungsstand *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011100057A1 (de) * 2011-04-29 2012-10-31 Centrotherm Thermal Solutions Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und verfahren zum behandeln von substraten mit einem plasma

Also Published As

Publication number Publication date
AU2007312620A1 (en) 2008-04-24
WO2008046553A1 (de) 2008-04-24
CA2666131A1 (en) 2008-04-24
EP2080215A1 (de) 2009-07-22
US20100116790A1 (en) 2010-05-13

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