DE112017001370T5

DE112017001370T5 - Plasmaerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017001370T5
Application number: DE112017001370.4T
Authority: DE
Inventors: Naoki Takahashi; Hiroyuki Ueyama; Koichi Nose
Original assignee: JCU Corp
Current assignee: JCU Corp
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-11-29
Also published as: US20190090341A1; WO2017159838A1; CN108781500A; JPWO2017159838A1; JP6625728B2; KR20180122350A; MX2018010985A

Abstract

[Aufgabe]Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasmaerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die eine hocheffiziente Beschichtung ermöglicht, wobei eine auf der Wärme von Plasma beruhende Beschädigung eines zu beschichtenden Bauteils vermieden wird.[Mittel zum Lösen der Aufgabe]Die erfindungsgemäße Plasmaerzeugungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sich paarweise angeordnete plattenförmige Leiterelemente 12, 14, welche jeweils mehrere durch die Hauptflächen durchgehende Durchgangsbohrungen 26, 28 aufweisen, über einen vorgegebenen Luftspalt 13 gegenüberliegen, wobei Gas von der einen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente in die Durchgangsbohrungen eingelassen wird wobei im Luftspalt eine Plasmaentladung erfolgt, indem die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 mit Hochfrequenzspannung beaufschlagt werden, woraufhin das erzeugte Plasma von der anderen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 ausgelassen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmaerzeugungsvorrichtung, welche Plasma für bestimmte Plasmabehandlungen erzeugt.
Hintergrund
Durch Plasma unterstützte Behandlungsverfahren werden unter Berücksichtigung des Vorteils, dass dabei eine verhältnismäßig einfache Prozesssteuerung möglich ist, z.B. für Reinigungs-, Beschichtungs- und Ätzvorgänge bei der Herstellung von Solarmodulen, Fahrzeuglampen u.a. eingesetzt. Als Plasmabehandlungsvorrichtung zur Ausführung solcher Plasmabehandlungsverfahren ist eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidungs(CVD)-Vorrichtung bekannt, wobei Rohgas mit Mittelfrequenz, Hochfrequenz, Mikrowellenleistung u.a. plasmarisiert wird, mit dem eine Dünnschicht auf einem Substrat gebildet wird.
Um eine Schutzschicht auf der Oberfläche eines Produktes aus Kunststoffmaterial zu bilden, wird eine harte Beschichtung mit einer Dicke von mindestens 1 Mikrometer gebildet, wodurch die Härte und die Kratzfestigkeit der Schutzschicht gewährleistet werden kann. Dafür ist eine höhere Beschichtungsrate notwendig. Als ein Mittel zur Erhöhung der Beschichtungseffizienz ist eine Plasma-CVD-Vorrichtung unter Anwendung der Hohlkathodenentladung bekannt (vgl.z.B. Patentdokumente 1 und 2).
Dokument zum Stand der Technik
Patentdokument(e)

Patentdokument 1: JP 2015-098617 A
Patentdokument 2: JP 2011-204955 A

Übersicht der Erfindung
Zu lösende Aufgabe der Erfindung
Es gibt jedoch ein Problem auch mit der Plasma-CVD-Vorrichtung unter Anwendung der Hohlkathodenentladung, insbesondere mit einem Typ (z.B.: Vorrichtung gemäß Patentdokument 1), bei dem das zu beschichtende Substrat in einem Raum zwischen einer Hohlkathode und einer Anode angeordnet ist. Auf die Hohlkathode wird leicht eine Polymerisationsschicht aufgebracht, wobei durch erzeugte Partikel u.a. eine stabile Beschichtung beeinträchtigt wird. Das Problem besteht auch darin, dass sich Plasma vom zwischen den Elektroden befindlichen Raum nach außen verbreitet, was eine Senkung der Plasmadichte, eine schlechte Gasverteilung und unterschiedliche Schichtdicken zur Folge hat. Darüber hinaus wird dabei die Temperatur der Hohlkathode an sich leicht erhöht. Falls das zu beschichtende Substrat aus Thermoplast besteht, könnte sich also das Substrat verformen, was zu einer Produktivitätssenkung führt.
Ebenfalls ist die Aufnahme einer Plasmabeschichtungsvorrichtung (z.B.: Vorrichtung gemäß Patentdokument 2) unter Verwendung eines Paars von Parallelplattenelektroden in die Produktionslinie tatsächlich unmöglich, da hierbei eine der Elektroden aus einem Siliziummaterial besteht, um die Elektrode an sich als Rohstoff der Beschichtung zu bilden. Die Elektrode selbst muss nämlich oft gewechselt werden, falls das zu beschichtende Bauteil eine verhältnismäßig dicke Schicht benötigt.
Angesichts der obigen Aufgabe liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Plasmaerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, durch die hochdichtes Plasma erzeugt werden kann und die Beschichtung mit einer höheren Beschichtungsrate möglich ist.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Um die obige technische Aufgabe zu lösen, zeichnet sich die erfindungsgemäße Plasmaerzeugungsvorrichtung dadurch aus, dass sich paarweise angeordnete plattenförmige Leiterelemente, welche jeweils mehrere durch die Hauptflächen durchgehende Durchgangsbohrungen aufweisen, über einen vorgegebenen Luftspalt gegenüberliegen, wobei Gas von der einen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente in die Durchgangsbohrungen eingelassen wird, wobei im Luftspalt eine Plasmaentladung erfolgt, indem die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente mit Hochfrequenzspannung beaufschlagt werden, und wobei das erzeugte Plasma von der anderen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente ausgelassen wird.
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Plasmaerzeugungsvorrichtung sind der Plasmaerzeugungs- und der Plasmabehandlungsabschnitt voneinander getrennt ausgebildet, wobei Plasma in einem Luftspalt zwischen den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen erzeugt wird und das erzeugte Plasma als Gasstrom durch mehrere Durchgangsbohrungen, welche jeweils durch die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente hindurchgehen, von der anderen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente ausgelassen. Dadurch kann eine Beschädigung des zu beschichtenden Bauteils durch Plasma und Wärme verhindert werden, wobei die Behandlung mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur möglich ist.
Darüber hinaus kann die vorliegende
Plasmaerzeugungsvorrichtung hochdichtes Plasma erzeugen, das eine Erhöhung der Produktivität ermöglicht.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der wesentlichen Teile der Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schnittdarstellung der Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Plasmaerzeugungsvorrichtung auf einer Vorstufe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Plasmaerzeugungsvorrichtung in einem Plasmaerzeugungsstadium gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Plasmaerzeugungsvorrichtung in einem Plasmaauslassstadium gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung einer Plasmabeschichtungsvorrichtung unter Verwendung der Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einem Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung der Plasmabeschichtungsvorrichtung unter Verwendung der Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
9 eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert;
10 eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.

Ausführungsform der Erfindung
Es folgt eine Erläuterung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Im Folgenden werden einige konkrete Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung wird ebenfalls nicht durch die Anordnung und die Abmessungen der jeweiligen Bauelemente in den jeweiligen Zeichnungen beschränkt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um ein Beispiel der Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 zur Plasmabeschichtung. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 eine Tragplatte 18, an der ein Gehäuseseitenteil 20 gebildet ist, welches ein Paar von Parallelplatten-Leiterelementen 12, 14 hält. Die Rückseite, d.h. die eine Seite, des Parallelplatten-Leiterelementpaars 12, 14 entspricht der Vorderseite der Tragplatte 18, auf der ein Ansatz 25 gebildet ist. Auf der Innenseite des Ansatzes 25 ist eine Vertiefung 24 vorgesehen. Der Vertiefung 24 gegenüberliegend ist eine Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 vorgesehen, deren Längsseite horizontal verläuft. Die Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 ist in ihren Mittelbereich mit einer von der Außenseite der Vorrichtung verlängerten Gaszuleitung 22 verbunden, welche Plasmaerzeugungsgas einführt. Über die Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 und die Gaszuleitung 22 wird Plasmaerzeugungsgas aus Argon od. dgl. eingeführt.
Die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 bestehen aus einer Metallplatte, wie etwa einer Aluminiumplatte, oder einem anderen plattenförmigen Leiter, wobei die Vorderseite eine dielektrische Schicht aufweisen kann. Die Vorderseite 12s der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14, von der Plasmagas ausgelassen wird, kann durch Spritzung von Aluminiumoxid oder Harteloxal-Behandlung mit der dielektrischen Schicht überzogen werden, um eine Bogenentladung u.a. zu vermeiden. Die Aluminiumoxid-Spritzung oder die Harteloxal-Behandlung kann auch für die beiden Hauptflächen jedes der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 erfolgen. Die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 sind jeweils im Gesamtumfang durch das Gehäuseseitenteil 20 gehalten oder an diesem dicht angelegt. Zwischen den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 befindet sich ein Luftspalt 13, welcher mit dem Gehäuseseitenteil 20 und den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 umgeben ist und äquidistant zur Innenseite der Flächen der plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 verläuft. Der Abstand zwischen den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 ist je nach einzuführendem Gas, Frequenz der Versorgungsspannung, Größe der Elektroden u.a. veränderlich und liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen ca. 3 mm und 12 mm, bevorzugt zwischen ca. 3 mm und 9 mm und noch bevorzugter zwischen ca. 3 mm und 6 mm.
Am Parallelplatten-Leiterelementpaar 12, 14 sind jeweils mehrere Durchgangsbohrungen 26, 28 vorgesehen, welche durch die beiden Hauptflächen jedes der plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 durchgehen. Das plattenförmige Leiterelement 12, das sich auf der Gasauslassseite befindet, ist mit den Durchgangsbohrungen 26 versehen, welche an den Hauptflächen matrixförmig mit einem vorbestimmten Abstand ausgerichtet sind, während das plattenförmige Leiterelement 14, das sich auf der Gaseinlassseite befindet, ist mit den Durchgangsbohrungen 28 versehen, welche an den Hauptflächen matrixförmig mit einem vorbestimmten Abstand ausgerichtet sind. Die Durchgangsbohrung 26 des plattenförmigen Leiterelementes 12 und die Durchgangsbohrung 28 des plattenförmigen Leiterelementes 14 sind jeweils als zylindrische Bohrungen ausgebildet und zueinander koaxial angeordnet, wobei die Durchgangsbohrungen 26 und 28 in x-Richtung in 1 axial miteinander fluchten. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 26 des plattenförmigen Leiterelementes 12 ist kleiner als jener der Durchgangsbohrung 28 des gaseinlassseitigen plattenförmigen Leiterelementes 14. In x-Richtung strömendes Gas wird somit beim Passieren der Durchgangsbohrung 26 des auslassseitigen plattenförmigen Leiterelementes 12 mehr beschleunigt als beim Passieren der Durchgangsbohrung 28 des plattenförmigen Leiterelementes 14. Das kräftiger strömende Gas fließt dann von der Vorderseite 12s des plattenförmigen Leiterelementes 12 ab. Die paarweise angeordneten plattenförmige Leiterelemente 12, 14, die mit den Durchgangsbohrungen 26, 28 versehen sind, bilden somit eine Hohlelektrodenstruktur. Das erzeugte Plasmagas strömt mit hoher Dichte durch die Durchgangsbohrungen 26, 28.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Durchgangsbohrungen 26, 28, welche durch die Hauptflächen der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 hindurchgehend vorgesehen sind, jeweils zylinderförmig ausgebildet. Sie können jedoch auch rechteckförmig sein oder sich verjüngen, wobei der auslassseitige Durchmesser kleiner ist. Des Weiteren können die Durchgangsbohrungen 26, 28, welche gemäß der vorliegenden Ausführungsform matrixförmig ausgerichtet sind, alternativ mehrere konzentrische Kreise beschreiben oder unregelmäßig angeordnet sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen sowohl die Durchgangsbohrungen 26 am plattenförmigen Leiterelement 12 als auch die Durchgangsbohrungen 28 am plattenförmigen Leiterelement 14 jeweils denselben Durchmesser auf. Der Durchmesser kann alternativ z. B. stufenweise von der Mitte zu der Umgebung geändert werden. Es ist auch möglich, die konzentrisch ausgerichteten Durchgangsbohrungen 26, 28 durch Neigung zu der x-Achse schräg zu richten. Dadurch kann ein Wirbel von Plasmagas gebildet werden.
An den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 sind jeweils Strömungskanäle 30, 32 als Kühlabschnitt vorgesehen, durch welche ein Kühlmittel, wie z. B. Kühlwasser, Kühlgas u. a., zirkuliert. Der Strömungskanal 30, welcher nahe an der einen Oberfläche des plattenförmigen Leiterelementes 12 gebildet ist, ist z. B. mäanderförmig an vielen Durchgangsbohrungen 26 vorbei verlaufend verleitet, damit er wärmeraubend funktionieren kann. Der Strömungskanal 32, welcher nahe an der einen Oberfläche des plattenförmigen Leiterelementes 14 gebildet ist, ist ebenfalls z. B. mäanderförmig an vielen Durchgangsbohrungen 28 vorbei verlaufend verleitet. Das Kühlmittel, das durch die Strömungskanäle 30, 32 strömt, wird von der Außenseite der Vorrichtung zugeführt und durch einen nicht dargestellten, außerhalb der Vorrichtung angeordneten Wärmetauscher erneut abgekühlt und fließt dann in die Strömungskanäle 30, 32 zurück. Die Strömungskanäle 30, 32 können sowohl voneinander unabhängig als auch miteinander verbunden sein. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Strömungskanäle 30, 32 derart ausgebildet, dass an der Oberfläche eines Aluminiummaterials eine mäanderförmige Nut gebildet wird, welche von der Oberfläche her mit einer Aluminiumplatte od. dgl. abgedeckt wird. Sie können auch durch Einbringen einer Bohrung vom Seitenteil her gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Strömungskanal 30; 32 für jedes plattenförmige Leiterelement 12; 14 gebildet. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Strömungskanäle für jedes plattenförmige Leiterelement 12; 14 zu bilden.
An den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 wird, wie später erwähnt, eine Hochfrequenzspannung angelegt. Die Temperaturerhöhung der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 kann durch das Kühlmittel verhindert werden, das durch die an den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 gebildeten Strömungskanäle 30, 32 strömt. Weiterhin wird Plasmaerzeugungsgas von der Einlassseite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 über die besagte Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 hereingeführt. Wie oben erwähnt, ist an der Tragplatte 18 eine im Wesentlichen rechteckige Vertiefung 24 gebildet, welche sich über alle Durchgangsbohrungen 28 auf der Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 14 erstreckt. Die Vertiefung 24 und die Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 14 bilden den Raum, in dem die Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 gebildet ist, deren Längsseite horizontal verläuft. Plasmaerzeugungsgas wird von mehreren Gasbohrungen 34, welche sich entlang der Längsrichtung der Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 verstreut befinden, in den Raum eingelassen, der durch die Vertiefung 24 und die Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 14 gebildet ist. Die Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 ist ein rohrförmiges Bauteil und in der länglichen Mitte T-förmig mit der Gaszuleitung 22 verbunden. Von der Gaszuleitung 22 zugeführtes Gas wird über die Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 in die Vertiefung 24 eingelassen. Das Plasmaerzeugungsgas wird abhängig vom Plasmabehandlungsverfahren z. B. von Argon, einem Gasgemisch aus Argon und Sauerstoff und einem Einzelgas, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff u. a., ausgewählt. Auch Helium, Kohlendioxid, Distickstoffmonoxid, Wasserstoff und Luft oder deren Mischungen sind möglich.
Das Gehäuseseitenteil 20 ist ein Bauteil, das von der Tragplatte 18 herausragend auf der Vorderseite der Vorrichtung vorgesehen ist, um alle Stirnenden des plattenförmigen Leiterelementes 12 zu halten. Das Gehäuseseitenteil 20 ist derart befestigt, dass die Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 12 dicht an dem vorderseitigen Stirnende des Gehäuseseitenteils 20 dieses abdeckend angelegt wird. Durch das Gehäuseseitenteil 20 werden der Raum, der durch die Vertiefung 24 innerhalb des Ansatzes 25 und die Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 14 gebildet ist, und der Raum zwischen den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 jeweils, abgesehen von der Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 und den Durchgangsbohrungen 26, 28, luftdicht gebildet. Das Gehäuseseitenteil 20 besteht aus einem isolierenden Material, wie z. B. Glas, Keramik od. dgl. Wie in 2 gezeigt, ist am Gehäuseseitenteil 20 ein Strömungskanalrohr 36 angeordnet, das das auslassseitige plattenförmige Leiterelement 12 mit Kühlmittel versorgt. Das Strömungskanalrohr 36 ist durch das Gehäuseseitenteil 20 in x-Richtung hindurchgeführt und von der Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 12 ausgehend mit dem Strömungskanal 30 verbunden, der im Inneren des plattenförmigen Leiterelementes 12 gebildet ist. Das andere Ende des Strömungskanalrohrs 36 ist durch die Tragplatte 18 hindurchgeführt und mit der Außenseite der Vorrichtung verbunden. Insbesondere ist das Strömungskanalrohr 36 durch die Tragplatte 18 und zudem das Gehäuseseitenteil 20 aus isolierendem Material durchgeführt, das an der Tragplatte 18 angeordnet ist, so dass die Tragplatte 18 und das Strömungskanalrohr 36 elektrisch voneinander isoliert sind. Am plattenförmigen Leiterelement 14 ist ein Strömungskanalrohr 38 auf der Innenseite des Gehäuseseitenteils 20 befestigt, wobei das Strömungskanalrohr 38 durch die Tragplatte 18 hindurchgeführt und mit der Außenseite der Vorrichtung verbunden ist. Durch das Durchlassen der Strömungskanalrohre 36, 38 vom Kühlmittel, wie z. B. Kühlwasser od. dgl., kann eine Temperaturerhöhung der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 verhindert werden.
Die Strömungskanalrohre 36, 38 dienen zur Versorgung mit Kühlmittel und bestehen jeweils aus einem Leiter. Sie funktionieren auch als Elektrodenableiter für die jeweiligen Parallelplatten-Leiterelemente 12, 14. Zwischen den Parallelplatten-Leiterelementen 12, 14 befindet sich der Luftspalt 13, welcher als dielektrischer Abschnitt einer Kapazität funktioniert. Wie in 2 gezeigt, ist das eine Ende einer Hochfrequenzquelle (RF) 42 geerdet 44, wobei ferner die Tragplatte 18 und das rückseitige plattenförmige Leiterelement 14 über das Strömungskanalrohr 38 geerdet sind, welches ohne Vermittlung eines Isoliermaterials durch die Tragplatte 18 hindurchgeführt ist. Das andere Ende der Hochfrequenzquelle 42 ist über eine Matching-Box (MB) 40 mit dem Strömungskanalrohr 36 verbunden, wobei die Matching-Box (MB) 40 zur Anpassung an Plasma durch die Einstellung der Kapazität u.a. dient. Das Strömungskanalrohr 36 ist, wie oben erwähnt, derart hindurchgeführt, dass es von der Tragplatte 18 isoliert ist, und mit dem vorderseitigen plattenförmigen Leiterelement 12 elektrisch verbunden. Beim Einschalten der Hochfrequenzquelle 42 sollte daher das Potential des plattenförmigen Leiterelementes 12 mit einer vorbestimmten Frequenz, wie z. B. 13,56 MHz od. dgl., auf die Plus- und Minusseiten schwingen.
In den Seitenbereichen der Tragplatte 18 sind Kanäle 50, 52 zum Einführen von Beschichtungsgas befestigt. Das Beschichtungsgas wird jeweils über Massenflussregler (MFC) 46, 48 zugeführt, welche jeweils aus einem Massendurchflussmesser mit einer Durchflussregelfunktion besteht. In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich der Einlass für Beschichtungsgas beispielhaft im Seitenbereich der Tragplatte 18. Wenn die Mechanik derart ausgebildet ist, dass das Beschichtungsgas in der Nähe von einem mit Plasma zu behandelnden Produkt zugeführt wird, ist jedoch auch eine andere Struktur möglich. Beim Einsatz der vorliegenden Plasmaerzeugungsvorrichtung z. B. für die Reinigung mit Plasma wird die Zufuhr des Beschichtungsgases durch die Massenflussregler 46, 48 unterbrochen. Das zuzuführende Beschichtungsgas wird z.B. aus Methan, Acetylen, Butadien, Tetraisopropylorthotitanat (TTIP), Hexamethyldisiloxan (HMDSO), Hexamethyldisilazan (HMDS) und Tetramethylsilan (TMS) ausgewählt.
Die Tragplatte 18 an sich ist z. B. an einer Kammer 56 der Plasmabeschichtungsvorrichtung befestigt. Das Beschichtungsgas, das über die Kanäle 50, 52 eingeführt wird, wird in die Kammer der später beschriebenen Plasmabeschichtungsvorrichtung eingeführt. Falls die Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 an der Kammer der Beschichtungsvorrichtung befestigt ist, wird die Kammer in einer nicht dargestellten Weise bis auf einen verhältnismäßig niedrigen Vakuumgrad von ca. 10 bis 300 Pa evakuiert. In diesem Zustand erfolgt eine Stromversorgung, um Plasma zu erzeugen. Durch das erzeugte Plasma können Plasmabehandlungen, wie z. B. die Beschichtung, die Reinigung u. a., erfolgen.
Im Folgenden wird ein Beispiel für Abmessungen der wesentlichen Teile der Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 erläutert, welche Plasma mit hoher Dichte und Stabilität erzeugt. Was zunächst den Raum mit einer Kapazität V₁ zwischen der Vertiefung 24 und der Rückseite des plattenförmigen Leiterelementes 14 anbelangt, so sollte der Raum nach einem Versuchsergebnis bevorzugt eine Stärke von 3 mm bis 20 mm, noch bevorzugter 5 mm bis 12 mm, aufweisen, um die Effizienz zu erhöhen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn d₁ kleiner/gleich 2t₁ ist und die Kapazitätssumme At₁π(d₁)²/4 sämtlicher Durchgangsbohrungen 28 in einem Bereich zwischen V₁/120 cm³ und V₁/80 cm³, vorteilhafter zwischen V₁/110 cm³ und V₁/90 cm³, liegt, wobei t₁ die Dicke des plattenförmigen Leiterelementes 14, d₁ der Durchmesser der Durchgangsbohrung 28 und A die Anzahl der Durchgangsbohrungen ist. Was ferner die Kapazität V₂ des Luftspaltes 13 zwischen den plattenförmigen Leiterelementen 12 und 14 anbelangt, so sollte der Luftspalt 13 nach dem Versuchsergebnis bevorzugt eine Stärke von 2 mm bis 12 mm, bevorzugter 3 mm bis 6 mm, aufweisen, um die Effizienz zu erhöhen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn d₂ kleiner/gleich 2t₂ ist und die Kapazitätssumme At₂π(d₂)²/4 sämtlicher Durchgangsbohrungen 26 in einem Bereich zwischen V₂/120 cm³ und V₂/80 cm³, vorteilhafter zwischen V₂/110 cm³ und V₂/90 cm³, liegt, wobei t₂ die Dicke des plattenförmigen Leiterelementes 12, d₂ der Durchmesser der Durchgangsbohrung 26 und A die Anzahl der Durchgangsbohrungen 26 ist. Die Durchgangsbohrungen 26 und 28 sind zueinander koaxial angeordnet und weisen dieselbe Anzahl A auf.
3 bis 5 sind schematische Darstellungen des Betriebs der Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 3 zeigt eine Vorstufe, wobei die paarweise angeordneten Parallelplatten-Leiterelemente 12, 14 als sich gegenüberliegende Elektroden in der Schaltung ausgebildet, wobei das eine Ende der Hochfrequenzquelle 42 geerdet und das andere Ende über einen Schalter 60 mit dem plattenförmigen Leiterelement 12 verbunden ist. Das Parallelplatten-Leiterelement 14 ist ebenso wie das eine Ende der Hochfrequenzquelle 42 geerdet. Eine Plasmaerzeugungsgas-Versorgungsvorrichtung 58 ist über einen nicht dargestellten Durchflussregler mit der Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 verbunden. Auf der Vorstufe aktiviert die Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 eine Vakuumpumpe od. dgl., um einen Zustand unter Niedervakuum z. B. von ca. 10 bis 300 Pa zu erreichen. Auf der Vorderseite des Parallelplatten-Leitelementes 12 ist ein unbehandeltes Bauteil 62 angeordnet.
In diesem Stadium wird, wie in 4 gezeigt, der Schalter 60 geschlossen, um den Luftspalt 13 zwischen den Parallelplatten-Leiterelementen 12, 14 in einen hochfrequenten Entladungszustand zu bringen. Zugleich wird von der Plasmaerzeugungsgas-Versorgungsvorrichtung 58 Plasmaerzeugungsgas, z. B. ein Gasgemisch aus Sauerstoff und Argon, über die Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung 16 in den Luftspalt 13 zwischen den Parallelplatten-Leiterelementen 12, 14 eingeführt. Als Ergebnis wird Plasma im Luftspalt 13 zwischen den plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 erzeugt.
Gleichzeitig mit der Plasmaerzeugung im Luftspalt 13 zwischen den plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 versorgt die Plasmaerzeugungsgas-Versorgungsvorrichtung 58 fortlaufend mit Gas, wodurch das Plasma vom Luftspalt 13 zwischen den plattenförmigen Leiterelementen 12, 14 auf die Vorderseite des plattenförmigen Leiterelementes 12 gefördert wird. Die Durchgangsbohrung 28 des rückseitigen plattenförmigen Leiterelementes 14 hat einen größeren Durchmesser als die Durchgangsbohrung 26 des vorderseitigen plattenförmigen Leiterelementes 12, so dass, wie in 5 gezeigt, von der Oberfläche des vorderseitigen plattenförmigen Leiterelementes 12 Plasmagas mit einer verhältnismäßig hohen Fließgeschwindigkeit ausgelassen wird. Gegen das ausströmende Plasmagas wird Beschichtungsgas im Bereich des unbehandelten Bauteils 62 geblasen, wodurch eine sehr effiziente Beschichtung möglich ist. Wie oben erwähnt, liegt die mit der Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 ausgestattete Kammer unter dem höheren Druck als beim herkömmlichen Sputtern. Unter einem solchen Druck neigen hochenergetische Partikel ihre kinetische Energie durch den Aufprall auf Argon zu verlieren. An der Oberfläche des unbehandelten Bauteils 62 wird somit eine beschädigungsfreie Schicht gebildet. Auch die Aufwachsgeschwindigkeit kann erhöht werden.
Die Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 ermöglicht vorgegebene Behandlungen zur Beschichtung durch das Strömen von Beschichtungsgas. Das Plasmagas hat jedoch weitere Anwendungsmöglichkeiten. Das Plasmagas kann z. B. für die Ätzung und die Reinigung sowie für die Oberflächenmodifizierung durch Oxidieren, Nitrieren u.a. verwendet werden.
Wie oben erwähnt, sind im Inneren der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 die Strömungskanalrohre 36, 38 gebildet, welche als Kühlabschnitt funktionieren. Eine Temperaturerhöhung der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 kann z. B. dadurch verhindert werden, dass das Kühlmittel, wie z. B. Kühlwasser od. dgl., durch die Strömungskanalrohre 36, 38 durchfließt. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann daher bei notwendiger Beschichtung die Bildung einer Schicht auf der Seite der plattenförmigen Leiterelemente 12, 14 verhindern und die Beschichtungsgeschwindigkeit auf der Seite des unbehandelten Bauteils 62 erhöhen. Somit kann eine dickere Schicht mit verhältnismäßig geringem Zeitaufwand gebildet werden.
6 ist eine schematische Darstellung der Plasmabeschichtungsvorrichtung unter Verwendung der Plasmaerzeugungsvorrichtungen gemäß einem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform. Die Plasmabeschichtungsvorrichtung 80 ist derart ausgebildet, dass die oben beschriebenen Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90, 92 in einer Kammer 82 angeordnet ist, während eine Sputtervorrichtung 94 für die Beschichtung in derselben Kammer 82 angeordnet ist. An vier der Seitenwände der Kammer 82, welche im Horizontalschnitt im Wesentlichen achteckig ausgebildet ist, sind die Plasmaerzeugungsvorrichtung 90, die Plasmaerzeugungsvorrichtung 92 und die Sputtervorrichtung 94 nebeneinander angeordnet. Die restlichen Seitenwände dienen als Eingang des zu behandelnden Bauteils.
Die Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90 und 92 sind, wie oben erwähnt, dazu ausgebildet, im Luftspalt zwischen paarweise angeordneten Parallelplatten-Leiterelementen 112, 114 und im Luftspalt zwischen paarweise angeordneten Parallelplatten-Leiterelementen 116, 118 Plasma zu erzeugen, mit dem ein unbehandeltes Material 86 auf einem durch die gestrichelte Linie dargestellten Tragtisch 84 behandelt wird. Die Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90, 92 werden jeweils von der Hochfrequenzquelle 124 über die Matching-Box 126 und selektiv über Wählschalter 120, 122 mit Hochfrequenzleistung versorgt. Die Sputtervorrichtung 94 ist ausgebildet, um die Umgebung mit Argongas zu versorgen, und die Stoffe eines mit Gleichspannung beaufschlagten Targets 96 auf das gegenüberliegende, unbehandelte Material 86 aufzubringen.
Die derart ausgebildete Plasmabeschichtungsvorrichtung 80 weist Arme 100 auf, welche sich von der Mitte der Kammer 82 in drei Richtungen erstrecken und um eine Welle 101 drehbar sind. Die sich in drei Richtungen erstreckenden Arme 100 sind an ihren vorderen Enden jeweils mit Verschlüssen 102 versehen. Die Arme 100 und die Verschlüsse 102 bilden eine Verschlussmechanik. Durch Ausdehnen und Zusammenziehen der Arme 100 kann die Verschlussmechanik die Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90, 92 und die Sputtervorrichtung 94 jeweils verschließen oder anschließen. Dies ermöglicht das selektive Anschließen der Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90, 92 und der Sputtervorrichtung 94 an den Innenraum der Kammer 82.
Außerdem ist in der Kammer 82 der Plasmabeschichtungsvorrichtung 80 eine notwendige Ablufteinheit 88 befestigt, welche die Kammer 82 unter Niedervakuum setzen kann.
Die Plasmabeschichtungsvorrichtung 80 kann insbesondere bei der Bildung einer verhältnismäßig dicken Metallschicht an der Oberfläche eines Kunstharzmaterials mit hoher Produktivität betrieben werden. D. h., bei der Bildung einer metallenen Dünnschicht an einem Kunstharzmaterial durch Plattieren wird das z. B. aus Kunstharz bestehende unbehandelte Material 86 auf dem Tragtisch 84 behandelt, welcher zu den Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90, 92 und der Sputtervorrichtung 94 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Zunächst wird die Plasmaerzeugungsvorrichtung 90 als Plasmareinigungsvorrichtung verwendet, wobei die Reinigung bzw. die Modifizierung mit Plasma erfolgt, indem das unbehandelte Material 86 der Plasmaerzeugungsvorrichtung 90 gegenübergestellt wird. Anschließend werden die Arme 100 im Gegenuhrzeigersinn um 90° gedreht, woraufhin die Bildung einer dünnen metallenen Katalysatorschicht am unbehandelten Material 86 basierend auf einer notwendigen Polymerisationswirkung und der Zusatz einer funktionellen Gruppe erfolgen. Weiterhin erfolgt das Sputtern durch die Sputtervorrichtung 94, um eine Seed-Schicht aus Nickel od. dgl. am unbehandelten Material 86 zu bilden. Das Sputtern ist auch ohne Plasmaerzeugungsvorrichtung 90, 92 möglich. Es ist jedoch experimentell nachgewiesen, dass die Reinigung und die Modifizierung mit Plasma sowie die Bildung der dünnen metallenen Katalysatorschicht und das Zusetzen der funktionellen Gruppe durch die Plasmaerzeugungsvorrichtungen 90, 92 vor dem Sputtern eine beträchtliche Erhöhung der Adhäsion der in nachfolgenden Arbeitsgängen erzeugten Schicht ermöglichen.
Die Sputtervorrichtung 94, welche hierbei in die Plasmabeschichtungsvorrichtung 80 eingebaut ist, kann durch eine oder mehrere Plasma-CVD-Vorrichtungen ersetzt werden. Anstelle der Sputtervorrichtung 94 ist auch eine Aufdampfvorrichtung u.a. montierbar. Die Plasmaerzeugungsvorrichtung ist auch für die Ätzung nützlich.
7 ist eine schematische Darstellung der Plasmabeschichtungsvorrichtung 128 unter Verwendung der Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel der vorliegenden Ausführungsform. Die Plasmabeschichtungsvorrichtung 128 umfasst drei Kammern 136, 138, 140 und ist derart ausgebildet, dass die oben genannten Plasmaerzeugungsvorrichtungen 130, 132 jeweils in den Kammern 136, 138 angeordnet sind, während die Sputtervorrichtung 134 für die Beschichtung in der benachbarten Kammer 140 angeordnet ist. In der ersten Kammer 136 liegt ein zu behandelndes Material 144, das am vorderen Ende eines Stützarms 142 angebracht ist, der Plasmaerzeugungsvorrichtung 130 gegenüber, um eine Plasmareinigung auszuführen. Anschließend wird das zu behandelnde Material 144 zusammen mit dem Stützarm 142 bewegt, um in der nächsten Kammer 138 eine Plasmabehandlung durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung 132 auszuführen, wobei basierend auf einer notwendigen Polymerisationswirkung eine dünne metallene Katalysatorschicht gebildet und eine funktionierende Gruppe dem zu behandelnden Material 144 zugesetzt wird. In der dritten Kammer 140 erfolgt das Sputtern, um eine Seed-Schicht z. B. aus Nickel am zu behandelnden Material 144 zu bilden.
Die Plasmabeschichtungsvorrichtung 128 unter Verwendung der Plasmaerzeugungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in obiger Weise auch aus voneinander unabhängigen Kammern ausgebildet werden, in denen die Reinigung und die Modifizierung, die Bildung einer dünnen metallenen Katalysatorschicht sowie der Zusatz einer funktionierenden Gruppe durch Plasma möglich sind, wobei die in nachfolgenden Vorgängen gebildete Schicht eine sehr hohe Adhäsion aufweisen kann. Es ist auch eine andere Kombination möglich: Die Plasmaerzeugungsvorrichtungen 130, 132 können in derselben Kammer und die Sputtervorrichtung kann in der weiteren Kammer angeordnet werden.
Die Hochfrequenzquelle, welche gemäß der obigen Ausführungsform als Stromquelle für das Parallelplatten-Leiterelementpaar ausgeführt wurde, kann durch eine Wechselstromquelle, eine Impulsgleichstromquelle od. dgl. ersetzt werden.
[Ausführungsbeispiel 1: Bestätigung des Zustandes nach dem Modifizieren der Oberfläche des Grundmaterials]
Unter Verwendung der Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgte das Modifizieren der Oberfläche eines Grundmaterials aus ABS. Nach dem Modifizieren wurde die Oberfläche des Grundmaterials durch die XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) und die SEM (Scanning Electron Microscope) ausgewertet.
<Plasmabehandlungsvorgang>
In der Vorrichtungskammer wurde das Grundmaterial aus ABS angeordnet. Die Kammer wurde nach dem Druckabbau bis auf einen vorgegebenen Druck mit Sauerstoffgas versorgt, woraufhin die sich gegenüberliegenden Elektroden aus den plattenförmigen Leiterelementen mit einer vorbestimmten Hochfrequenzspannung beaufschlagt wurden. Das erzeugte Plasma wurde auf die Oberfläche des ABS-Grundmaterials gerichtet, um die Oberfläche des Grundmaterials zu modifizieren. Die Plasmabehandlungskriterien sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Mit dem „T-S-Abstand (mm)“ in Tabelle 1 ist der Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmaterial bezeichnet.

[Tabelle 1]

	Plasmabehandlungskriterien							Ergebnisse der XPS-Analyse
	T-S-Abstand (mm)	Gegebene Leistung (W)	Flächengröße (cm²) des Entladungsbereichs	Leistungsdichte (W/cm²)	O₂-Menge (sccm)	Druck (Pa)	Behandlungsdauer (s)	C1S	N1S	O1S
Unbehandelt	-	-	-	-	-	-	-	89,8	5,1	4,2
Behandlung 1	200	1300	114,6	11,34	1500	18	120	73,5	4,1	20,9
Behandlung 2	200	1800	114,6	15,71	1500	18	120	66,7	3,7	26,7
Behandlung 3	100	800	114,6	6,98	1500	18	120	69,3	4,1	23,1
Behandlung 4	50	800	114,6	6,98	1500	18	120	66,8	2,6	24,8
Behandlung 5	50	1500	114,6	13,09	1500	18	120	62,2	2,8	27,7

<Bestätigung durch die XPS>
Die Oberflächen der ABS-Grundmaterialien, die jeweils den Behandlungen 1 bis 5 in Tabelle 1 unterzogen wurden, und eines unbehandelten ABS-Grundmaterials wurden durch die XPS analysiert, um chemische Verbindungszustände an den Oberflächen der Grundmaterialien basierend auf einer Energieverschiebung (Energiemenge) an einer Photoelektronen-Peakposition zu beobachten. 8 ist ein Diagramm, das die sich aus der XPS-Analyse ergebenden chemischen Verbindungszustände an den Oberflächen der Grundmaterialien für jede Behandlung zeigt, wobei die Ordinate die Intensität der Photoelektronen und die Abszisse die Verbindungsenergie darstellt. Wie aus 8 ersichtlich ist, wurden an den Oberflächen der ABS-Grundmaterialien, die jeweils den Behandlungen 1 bis 5 unterzogen wurden, für die Carboxylgruppe spezifische Photoelektronen-Peaks gegen 289 eV beobachtet. Es wurde bestätigt, dass durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Oberfläche des ABS-Grundmaterials modifiziert wurde.
<Bestätigung durch die SEM>
Ebenso wie bei der XPS-Messung wurden Grundmaterialien aus ABS, die jeweils den Behandlungen 1 bis 5 in Tabelle 1 unterzogen wurden, und ein unbehandeltes ABS-Grundmaterial durch die SEM beobachtet. 9 zeigt mikroskopische Beobachtungsbilder der Oberflächen der ABS-Grundmaterialien, welche sich aus der SEM-Beobachtung ergeben. Als Ergebnis der Beobachtung der Oberflächen der ABS-Grundmaterialien, die den Behandlungen 1 bis 5 unterzogen wurden, wurde bestätigt, dass die Oberflächen der ABS-Grundmaterialien in Nanogrößenordnung geätzt wurden.
[Ausführungsbeispiel 2: Bestätigung der erhöhten Adhäsion nach dem Modifizieren der Oberfläche des Grundmaterials]
Durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde die Oberfläche eines ABS-Grundmaterials und eines PC/ABS-Grundmaterials modifiziert, um eine verkupferte Schicht zu bilden, woraufhin eine Schälintensitätsprüfung erfolgte.
<Plasmabehandlungsvorgang>
In der Vorrichtungskammer wurde ein ABS-Grundmaterial oder ein PC/ABS-Grundmaterial angeordnet. Die Kammer wurde nach dem Druckabbau bis auf einen vorgegebenen Druck mit Sauerstoffgas versorgt, woraufhin die sich gegenüberliegenden Elektroden aus den plattenförmigen Leiterelementen mit einer vorbestimmten Hochfrequenzspannung beaufschlagt wurde. Das erzeugte Plasma wurde auf die Oberfläche des ABS-Grundmaterials oder des PC/ABS-Grundmaterials gerichtet, um die Oberfläche des Grundmaterials zu modifizieren. Die Plasmabehandlungskriterien sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Mit dem „T-S-Abstand (mm)“ in Tabelle 2 ist der Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmaterial bezeichnet.

[Tabelle 2]

Bezeichnung des Grundmaterials	Plasmabehandlungskriterien							Schälintensität (kg/cm)
Bezeichnung des Grundmaterials	T-S-Abstand (mm)	Gegebene Leistung (W)	Flächengröße (cm²) des Entladungs -bereichs	Leistungs -dichte (W/cm²)	O₂-Menge (sccm)	Druck (Pa)	Behandlungsdauer (s)	Schälintensität (kg/cm)
ABS	100	500	16,59	30,14	1000	10	240	1,87
PC/ABS	100	500	16,59	30,14	1000	10	240	0,8

<Seed-Schichtbildungsvorgang>
Das Grundmaterial, dessen Oberfläche modifiziert wurde, wurde in der Kammer für die Sputtervorrichtung angeordnet. Die Kammer wurde nach dem Druckabbau bis auf einen vorgegebenen Druck mit einer bestimmten Menge an Argongas versorgt, woraufhin ein Kupfertarget mit Gleichspannung beaufschlagt wurde, um eine Kupfer-Seed-Schicht mit einer Dicke von ca. 400 nm an der Oberfläche des Grundmaterials zu bilden.
<Galvanisiervorgang>
Das Grundmaterial, an dem die Kupfer-Seed-Schicht gebildet wurde, wurde mit einem Galvanisierungswerkzeug bestückt und zusammen mit einer Kupferanode in ein Kupfersulfat enthaltendes Galvanisierungsbad für die Verkleidung eingetaucht. Die Anode ist als Kupferanode ausgebildet, während die Kathode dem zu galvanisierenden Grundmaterial entspricht. Durch Anlegen einer Gleichspannung wurde eine verkupferte Schicht mit einer Dicke von ca. 32 µm gebildet.
<Bestätigung der Adhäsion>
Nach dem Verkupfern des ABS-Grundmaterials und des PC/ABS-Grundmaterials in den obigen drei Vorgängen erfolgte die Schälintensitätsprüfung bei 90° unter Verwendung einer Zugprüfmaschine (AGS-H500N von Shimadzu Corporation). Die rechte Spalte der Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Schälintensitätsprüfung, wobei bestätigt wurde, dass sowohl das ABS-Grundmaterial als auch das PC/ABS-Grundmaterial eine hohe Adhäsion aufweisen.
[Ausführungsbeispiel 3: Bestätigung der Verschleißbeständigkeit]
Durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde die Oberfläche eines Grundmaterials aus Edelstahl SUS304, das einer Färbung (Dicke der optischen Interferenzschicht: ca. 300 nm) unterzogen wurde, modifiziert, um eine SiOx-Schicht zu bilden, woraufhin eine Verschleißbeständigkeitsprüfung erfolgte.
<Plasmabehandlungsvorgang>
In der Vorrichtungskammer wurde das obige Grundmaterial angeordnet. Die Kammer wurde nach dem Druckabbau bis auf einen vorgegebenen Druck mit einer bestimmten Menge an Hexamethyldisilan (HMDS) und Sauerstoffgas versorgt, woraufhin die sich gegenüberliegenden Elektroden aus den plattenförmigen Leiterelementen mit einer vorbestimmten Hochfrequenzspannung beaufschlagt wurde. Durch das CVD-Verfahren mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 3 nm/s wurde eine transparente SiOx gebildet. Die Plasmabehandlungskriterien sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Mit dem „T-S-Abstand (mm)“ in Tabelle 3 ist der Abstand zwischen der Elektrode und dem Grundmaterial bezeichnet.

[Tabelle 3]

Dicke der SiO_x-Schicht	Plasmabehandlungskriterien
Dicke der SiO_x-Schicht	T-S-Abstand (mm)	Gegebene Leistung (W)	Flächengröße (cm²) des Entladungsbereichs	Leistungsdichte (W/cm²)	O₂-Menge (sccm)	Druck (Pa)	Behandlungsdauer (s)
3 µm	250	1000	114,6	8,73	1200	8	1000
6 µm	250	1000	114,6	8,73	1200	8	2000
9 µm	250	1000	114,6	8,73	1200	8	3000

<Bestätigung der Verschleißbeständigkeit>
10 zeigt Ergebnisse bei der 150-maligen Hin- und Herbewegung eines mit einem Druck von 1 kgf angedrückten sandhaltigen Radiergummis (E-512 von Seed Co., Ltd.) an den Oberflächen der Grundmaterialien, an denen durch den obigen Behandlungsvorgang SiOx-Schichten gebildet sind, welche jeweils, wie in Tabelle 3 gezeigt, 3 µm, 6 µm und 9 µm dick sind. Wie in 10 gezeigt, hat sich bei der Schichtdicke von 3 µm etwa eine Hälfte der optischen Interferenzschicht gegenüber der Flächengröße der Oberfläche des Grundmaterials abgelöst, während sich bei der dickeren Schichtdicke von 6 µm und 9 µm die optische Interferenzschicht weniger abgelöst hat, wobei eine verbesserte Kratzfestigkeit bestätigt wurde.
Industrielle Anwendungsmöglichkeiten
Wie oben erwähnt, sind gemäß der vorliegenden Plasmaerzeugungsvorrichtung der Plasmaerzeugungs- und der Plasmabehandlungsabschnitt voneinander getrennt ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist daher besonders nützlich für die Vermeidung einer auf der Wärme des Plasmas beruhenden Beschädigung des zu beschichtenden Bauteils. Sie kann hochdichtes Plasma erzeugen und ermöglicht somit eine Erhöhung der Produktivität.
Bezugszeichenliste

10: Plasmaerzeugungsvorrichtung
12: plattenförmiges Leiterelement
12s: Vorderseite
13: Luftspalt
14: plattenförmiges Leiterelement
16: Plasmaerzeugungsgas-Einführleitung
18: Tragplatte
20: Gehäuseseitenteil
22: Gaszuleitung
24: Vertiefung
25: Ansatz
26, 28: Durchgangsbohrungen
30, 32: Strömungskanäle
34: Gasbohrung
36, 38: Strömungskanalrohre
40: Matching-Box
42: Hochfrequenzquelle
44: Erdung
46, 48: Massenflussregler
50, 52: Kanäle
56: Kammer
58: Plasmaerzeugungsgas-Versorgungsvorrichtung
60: Schalter
62: unbehandeltes Bauteil
80: Plasmabeschichtungsvorrichtung
82: Kammer
84: Tragtisch
86: unbehandeltes Material
88: Ablufteinheit
90, 92: Plasmaerzeugungsvorrichtungen
94: Sputtervorrichtung
96: Target
100: Arme
101: Welle
102: Verschluss
112, 114, 116, 118: plattenförmige Leiterelemente
120, 122: Wählschalter
124: Hochfrequenzquelle
126: Matching-Box
128: Plasmabeschichtungsvorrichtung
130, 132: Plasmaerzeugungsvorrichtungen
134: Sputtervorrichtung
136, 138, 140: Kammer
142: Stützarm
144: zu behandelndes Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015098617 A [0003]
JP 2011204955 A [0003]

Claims

Plasmaerzeugungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sich paarweise angeordnete plattenförmige Leiterelemente, welche jeweils mehrere durch die Hauptflächen durchgehende Durchgangsbohrungen aufweisen, über einen vorgegebenen Luftspalt gegenüberliegen, um eine Hohlelektrodenstruktur zu bilden, wobei Gas von der einen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente in die Durchgangsbohrungen eingelassen wird, wobei im Luftspalt eine Plasmaentladung erfolgt, indem die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente mit Hochfrequenzspannung beaufschlagt werden, wobei das erzeugte Plasma von der anderen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente ausgelassen wird, und wobei die Plasmaentladung unter Vakuum von 8 bis 300 Pa erfolgt.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente derart angeordnet sind, dass sich die im Wesentlichen ebenen Hauptflächen äquidistant parallel zueinander gegenüberliegen.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt durch die Entfernung der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente voneinander um ca. 3 bis 12 mm gebildet wird.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Durchgangsbohrungen, welche an den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen gebildet sind, auf der einen und der anderen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente zueinander konzentrisch ausgerichtet sind.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen jeweils zylinderförmig ausgebildet sind, wobei der Durchmesser der gaseinlassseitigen Durchgangsbohrung der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente größer ist als der Durchmesser der gasauslassseitigen Durchgangsbohrung der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente einen Kühlabschnitt zum Abkühlen der plattenförmigen Leiterelemente umfassen.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlabschnitt aus Strömungskanälen besteht, welche im Inneren der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente gebildet sind, um ein von der Außenseite der Vorrichtung zugeführtes Kühlmittel zurückzuführen.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gasauslassseite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente die Oberfläche abdeckend eine dielektrische Schicht gebildet ist.
Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht durch Spritzung von Aluminiumoxid oder Harteloxal-Behandlung gebildet wird.
Plasmabeschichtungsvorrichtung, umfassend paarweise angeordnete plattenförmige Leiterelemente, welche jeweils mehrere durch die Hauptflächen durchgehende Durchgangsbohrungen aufweisen und sich über einen vorgegebenen Luftspalt gegenüberliegen, um eine Hohlelektrodenstruktur zu bilden, einen Gaseinlass, der Gas von der einen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente in die Durchgangsbohrungen einlässt, eine Hochfrequenzgenerator zum Anlegen einer Hochfrequenzspannung zwischen den paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelementen und eine Rohgasversorgung, die von der anderen Seite der paarweise angeordneten plattenförmigen Leiterelemente ausgelassenes Plasma mit Rohgas versorgt, wobei eine Plasmaentladung durch das Anlegen der Hochfrequenzspannung unter Vakuum von 8 bis 300 Pa erfolgt.
Plasmabeschichtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 in einer Kammer angeordnet ist, und dass eine Sputtervorrichtung für die Beschichtung in derselben Kammer angeordnet ist.
Plasmabeschichtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kammern vorgesehen sind, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 in der einen Kammer und die Sputtervorrichtung für die Beschichtung in der anderen Kammer angeordnet ist.
Plasmabeschichtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Plasmaerzeugungsvorrichtungen nach Anspruch 1 zu einer Kammer zugewandt angeordnet sind, dass ferner eine Sputtervorrichtung für die Beschichtung zu derselben Kammer zugewandt angeordnet ist, und dass die Plasmaerzeugungsvorrichtungen und die Sputtervorrichtung durch eine Verschlussmechanik selektiv an die Kammer angeschlossen werden, wobei die Verschlussmechanik die Plasmaerzeugungsvorrichtungen und die Sputtervorrichtung jeweils verschließt oder anschließt.