DE19727882A1 - Pulsed high power plasma generation device for cleaning thin dielectric substrates - Google Patents
Pulsed high power plasma generation device for cleaning thin dielectric substratesInfo
- Publication number
- DE19727882A1 DE19727882A1 DE19727882A DE19727882A DE19727882A1 DE 19727882 A1 DE19727882 A1 DE 19727882A1 DE 19727882 A DE19727882 A DE 19727882A DE 19727882 A DE19727882 A DE 19727882A DE 19727882 A1 DE19727882 A1 DE 19727882A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- dielectric tube
- anode
- substrate
- plasma
- discharge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/48—Generating plasma using an arc
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/47—Generating plasma using corona discharges
- H05H1/477—Segmented electrodes
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung hochangeregter Gasplasmen mittels gepulster Funkenentladung, wie sie z. B. für die Reinigung von Oberflächen eines zu beschichtenden Substrates eingesetzt werden.The invention relates to a method and an apparatus for generating highly excited gas plasmas by means of pulsed spark discharge, as z. B. for the Cleaning of surfaces of a substrate to be coated can be used.
In der DE 42 08 764 C2 ist ein gasgefüllter Teilchenbeschleuniger angegeben, der aus einer Quelle für Plasmen hoher Dichte geladener Teilchen besteht, sowie aus einer Beschleunigungseinrichtung zwischen zwei Elektroden von denen die eine das Plasma teilweise mitbegrenzt und die andere außerhalb liegt. In diesem Beschleuniger ist mindestens ein dielektrischer Rohrraum eingerichtet, der mit einer Öffnung in der Elektrode beginnt und zur anderen Elektrode gerichtet ist. In diesem Rohrraum findet die Teilchenbeschleunigung raumladungsreduziert statt und der Teilchenstrahl wird elektrostatisch fokussiert.DE 42 08 764 C2 specifies a gas-filled particle accelerator which consists of a source for high-density plasmas of charged particles, and an accelerator between two electrodes, one of which is the Plasma partly limited and the other is outside. In this Accelerator is set up at least one dielectric tube space with a Opening in the electrode begins and faces the other electrode. In this Tube space, the particle acceleration takes place with reduced space charge and the Particle beam is focused electrostatically.
Durch diese Vorrichtung wird die Funkenentladung entlang einer vorgegebenen Wegstrecke geführt. Durch die Öffnung in der Anode verläßt der Elektronenstrom die Entladungsstrecke und ist als Elektronenstrahl nutzbar.With this device, the spark discharge is along a predetermined Route led. The electron current leaves through the opening in the anode the discharge path and can be used as an electron beam.
Gemäß der DE 38 34 402 C1 wird ein gepulster Teilchen- oder Laserstrahl auf ein Spendertarget gerichtet. Durch den Strahl und infolge der Wechselwirkung des Teilchen- oder Laserstrahls mit der Festkörperoberfläche des Spendertargets wird auf dem Spendertarget ein Ablationsprozeß eingeleitet und die dabei entstehenden kleinen Tröpfchen gelangen auf ein geheiztes Substrat. Dadurch wird eine Schicht von Hoch-Tc-Oxidsupraleitern auf der Oberfläche dieses Substrates gebildet. Das Abtragen der Partikel von den Spendertarget während des Ablationsprozesses erfolgt eruptionsartig.According to DE 38 34 402 C1, a pulsed particle or laser beam is directed onto a donor target. Due to the beam and due to the interaction of the particle or laser beam with the solid surface of the donor target, an ablation process is initiated on the donor target and the resulting small droplets reach a heated substrate. This forms a layer of high-T c oxide superconductors on the surface of this substrate. The particles are removed from the donor target during the ablation process in an eruption-like manner.
Durch die bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es nicht möglich, Gasplasmen mit Temperaturen 15 000 K zu erzeugen.The known methods and devices make it impossible to use gas plasmas with temperatures of 15,000 K.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sehr heiße Gasplasmen zu erzeugen, beispielsweise vollionisierten Stickstoff mit T ≈ 20 000 K.The invention has for its object to generate very hot gas plasmas, for example fully ionized nitrogen with T ≈ 20,000 K.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in claims 1 and 6 solved. Further training is the subject of the subclaims.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine gepulste Funkenentladung kanalisiert. Dabei wird das Gas im Innenraum des dielektrischen Rohres als Plasmaquelle genutzt, da das Gas während der Entladung extrem erhitzt und in den Plasmazustand überführt wird. Aufgrund des hohen Temperatur- und Druckgradienten zwischen Entladungsstrecke und Außenraum wird das Plasma der Funkenentladung in den Außenraum gedrückt. Vor der anodenseitigen Öffnung des dielektrischen Rohres kann ein zu behandelndes Substrat positioniert werden.A pulsed spark discharge is generated by the device according to the invention channeled. The gas in the interior of the dielectric tube is as Plasma source used because the gas is extremely heated during discharge and in the Plasma state is transferred. Due to the high temperature and The plasma becomes the pressure gradient between the discharge path and the outside Spark discharge pressed into the outside space. Before opening the anode side a substrate to be treated can be positioned in the dielectric tube.
Die Zündung der Entladung ist wechselseitig abhängig von der Geometrie des dielektrischen Rohres, der Spannung und dem Gasdruck und erfolgt beispielsweise durch einen Gasdurchbruch oder durch das Einbringen zusätzlicher Ladungsträger in das dielektrische Rohr. Um ein sehr heißes Plasma zu erzeugen, sind Durchschlagspannungen 15 kV erforderlich. Somit existiert ein in Abhängigkeit von der Geometrie des dielektrischen Rohres bestimmter gasabhängiger Druckbereich, in dem eine solche Funkenentladung gezündet werden kann. Für einen Kathoden- Anoden-Abstand von etwa 60 mm und Stickstoff als Atmosphäre gilt: p 1 Pa. Der Stickstoff wird dabei vollständig ionisiert (Ionisationsgrad ≈ 1,4). Nach Zündung der Entladung existiert diese etwa 150 ns und entwickelt sich in dieser Zeit zu einer Bogenentladung. Als Stromquelle der Entladung kann beispielsweise ein Kondensator dienen. Nach dessen Entladung erlischt die Funkenentladung. Das gepulste Regime gestattet extrem hohe Leistungen von etwa 20 MW während einer Entladung. Derartige Leistungen sind Voraussetzung für die Erzeugung eines sehr heißen Plasmas (T ≈ 15 000 K).The ignition of the discharge is mutually dependent on the geometry of the dielectric tube, voltage and gas pressure and takes place for example through a gas breakthrough or through the introduction of additional charge carriers in the dielectric tube. To generate a very hot plasma, are Breakdown voltages 15 kV required. So there is a depending on the geometry of the dielectric tube specific gas-dependent pressure range, in which such a spark discharge can be ignited. For a cathode Anode distance of about 60 mm and nitrogen as atmosphere applies: p 1 Pa. Of the Nitrogen is completely ionized (degree of ionization ≈ 1.4). After ignition of the Discharge exists for about 150 ns and develops into one during this time Arc discharge. For example, a can be used as the current source of the discharge Serve capacitor. After its discharge, the spark discharge goes out. The pulsed regime allows extremely high outputs of around 20 MW during one Discharge. Such services are a prerequisite for generating a very are called plasma (T ≈ 15 000 K).
Der Elektronenstrom erzeugt innerhalb des dielektrischen Rohres einen leitfähigen Plasmakanal. Bei Drücken unter 1 Pa wird dabei auch Material der Kathode, der Anode und des dielektrischen Rohres mit verdampft. Um dies zu vermeiden werden Gasdrücke von 1 Pa realisiert. Gleichzeitig kann die Erosion der Kathode und Anode auch durch die Wahl des Materials weitgehend verhindert werden.The electron current creates a conductive one within the dielectric tube Plasma channel. At pressures below 1 Pa, material of the cathode, the Anode and the dielectric tube with evaporated. To avoid this Gas pressures of 1 Pa realized. At the same time, erosion of the cathode and Anode can also be largely prevented by the choice of material.
Einem Gasdruck von oberhalb 5 Pa sind gegenwärtig noch Grenzen gesetzt, da mit zunehmendem Gasdruck die Durchschlagsspannung in dem dielektrischen Rohr entsprechend der Pasche-Kurve unter 10 000 V abfällt und damit kein sehr heißes Plasma mehr erzeugt werden kann.A gas pressure of above 5 Pa is currently still limited, because with increasing gas pressure the breakdown voltage in the dielectric tube drops below 10,000 V according to the Pasche curve and is therefore not very hot Plasma can be generated more.
Über den Gasdruck läßt sich die Intensität der Wechselwirkung zwischen Elektronenstrom und dielektrischen Rohr beeinflussen. Bei einem wie o.g. Kathoden-Anoden-Abstand und Stickstoff-Gasdrücken von p < 1 Pa ist die Wechselwirkung zwischen Elektronenstrom und dielektrischem Rohr nur gering. Dann besteht das Entladungsplasma vor allem aus hochionisiertem Gas der Entladungsstrecke. Entsprechend wird bei p 1 Pa ein Plasma mit einem hohem Anteil an Rohrmaterial gebildet, welches zur Abscheidung von Schichten verwendet wird.The intensity of the interaction between Influence electron current and dielectric tube. With one like the above The cathode-anode distance and nitrogen gas pressures of p <1 Pa is the Interaction between electron current and dielectric tube only slight. Then the discharge plasma mainly consists of highly ionized gas Discharge path. Accordingly, a plasma with a high p 1 Pa Proportion of pipe material formed, which is used to deposit layers becomes.
Über ein Extraktionsgitter ist die Extraktion von Ionen aus dem Plasma möglich. Das Gitter befindet sich gegenüber der Anode auf negativem Potential, so daß die Ionen des Plasmas in Gitternähe zusätzlich beschleunigt werden und sich deren kinetische Energie erhöht. Der Effekt der zusätzlichen elektrostatischen Beschleunigung der Ionen kann ebenfalls durch ein positiv oder negativ geladenes Substrat bewirkt werden. The extraction of ions from the plasma is possible via an extraction grid. The Grid is at the negative potential opposite the anode, so that the ions of the plasma in the vicinity of the grid are additionally accelerated and their kinetic Energy increases. The effect of the additional electrostatic acceleration of the Ions can also be caused by a positively or negatively charged substrate will.
Im weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
In ein dielektrisches Rohr 2 aus BN mit einer Wanddicke von 2 mm, einer Rohrlänge von 7 cm und einem Innendurchmesser von 7 mm wird auf der einen Seite eine Kathode 1 eingebracht. Auf der anderen Seite des dielektrischen Rohres 2 wird die Anode 3 angeordnet. Der Abstand zwischen der Kathode 1 und der Anode 3 beträgt 8 cm.A cathode 1 is introduced on one side into a dielectric tube 2 made of BN with a wall thickness of 2 mm, a tube length of 7 cm and an inside diameter of 7 mm. The anode 3 is arranged on the other side of the dielectric tube 2 . The distance between the cathode 1 and the anode 3 is 8 cm.
Durch die Entladung eines Kondensators mit einer Kapazität von 15 nF wird ein Gasdurchschlag von 20 000 V ausgelöst, der zur Zündung des Plasmas im Rohrinnenraum führt. Die Pulse folgen mit einer Frequenz von 5 Hz.Discharging a capacitor with a capacitance of 15 nF turns on Gas breakdown of 20 000 V triggered, which is used to ignite the plasma in the Pipe interior leads. The pulses follow at a frequency of 5 Hz.
Die anodenseitige Öffnung des dielektrischen Rohres 2 ragt in einen Raum, dessen Atmosphäre aus Argon besteht. Der Gasdruck der Argon-Atmosphäre beträgt 2 Pa.The anode-side opening of the dielectric tube 2 projects into a space whose atmosphere consists of argon. The gas pressure in the argon atmosphere is 2 Pa.
In diesem Raum mit der Argon-Atmosphäre befinden sich weiterhin das Substrat aus Silicium, was eine Spannung von - 30 V aufweist.The substrate remains in this room with the argon atmosphere Silicon, which has a voltage of - 30 V.
Vor dieses Substrat ist eine Extraktionsgitter angeordnet, das eine Gitterspannung von - 50 V aufweist.An extraction grid is arranged in front of this substrate, which has a grid voltage of - 50 V.
Durch die Entladung des Kondensators wird in dem dielektrischen Rohr 2 eine Funkenentladung erzeugt. Durch die hohe Temperatur des Plasmas expandiert dieses und strömt zur anodenseitigen Öffnung in den Raum mit der sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Dort trifft es auf das Extraktionsgitter. Durch die Gitterspannung von - 50 V werden die positiv geladenen Teilchen des Plasma angezogen und zusätzlich beschleunigt. Danach treffen sie mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat. Dadurch wird das Substrat auf seiner Oberfläche gereinigt. Die Reinigung erfolgt einerseits durch die sehr hohe Geschwindigkeit der Teilchen und andererseits durch die hohe Temperatur des Plasmas.A spark discharge is generated in the dielectric tube 2 by the discharge of the capacitor. Due to the high temperature of the plasma, it expands and flows to the anode-side opening in the room with the oxygen-containing atmosphere. There it meets the extraction grid. The positively charged particles of the plasma are attracted and additionally accelerated by the grid voltage of - 50 V. Then they hit the substrate at high speed. This cleans the surface of the substrate. The cleaning is done on the one hand by the very high speed of the particles and on the other hand by the high temperature of the plasma.
BezugszeichenlisteReference list
1 Kathode
2 dielektrisches Rohr
3 Anode
4 Plasmastrom 1 cathode
2 dielectric tube
3 anode
4 plasma flow
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19727882A DE19727882A1 (en) | 1996-07-18 | 1997-06-30 | Pulsed high power plasma generation device for cleaning thin dielectric substrates |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19629054 | 1996-07-18 | ||
DE19727882A DE19727882A1 (en) | 1996-07-18 | 1997-06-30 | Pulsed high power plasma generation device for cleaning thin dielectric substrates |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19727882A1 true DE19727882A1 (en) | 1998-01-29 |
Family
ID=7800212
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19727883A Withdrawn DE19727883A1 (en) | 1996-07-18 | 1997-06-30 | Generation of a high power plasma for production of thin dielectric layers |
DE19727882A Withdrawn DE19727882A1 (en) | 1996-07-18 | 1997-06-30 | Pulsed high power plasma generation device for cleaning thin dielectric substrates |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19727883A Withdrawn DE19727883A1 (en) | 1996-07-18 | 1997-06-30 | Generation of a high power plasma for production of thin dielectric layers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE19727883A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19902146A1 (en) * | 1999-01-20 | 2000-08-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Plasma generation method for generating impervious/dense plasmas in vacuum processes, includes applying direct current between hollow cathode, its ring anode where discharge current follows constantly to set up impervious/dense plasma |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020092616A1 (en) * | 1999-06-23 | 2002-07-18 | Seong I. Kim | Apparatus for plasma treatment using capillary electrode discharge plasma shower |
US6632323B2 (en) | 2001-01-31 | 2003-10-14 | Plasmion Corporation | Method and apparatus having pin electrode for surface treatment using capillary discharge plasma |
-
1997
- 1997-06-30 DE DE19727883A patent/DE19727883A1/en not_active Withdrawn
- 1997-06-30 DE DE19727882A patent/DE19727882A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19902146A1 (en) * | 1999-01-20 | 2000-08-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Plasma generation method for generating impervious/dense plasmas in vacuum processes, includes applying direct current between hollow cathode, its ring anode where discharge current follows constantly to set up impervious/dense plasma |
DE19902146C2 (en) * | 1999-01-20 | 2003-07-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Method and device for pulsed plasma activation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19727883A1 (en) | 1998-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3708717C2 (en) | ||
DE4412906C1 (en) | Ion-assisted vacuum coating | |
DE4336681C2 (en) | Method and device for plasma-activated electron beam evaporation | |
EP0158972A2 (en) | Method and apparatus for the vaporisation of a material in a vacuum chamber by an arc discharge | |
CH689767A5 (en) | Process for Werkstueckbehandlung in a Vakuumatmosphaere and vacuum treatment system. | |
EP1135540B1 (en) | Method and device for cleaning a product | |
EP0631712B1 (en) | Process for accelerting electrically charged particles | |
DE4228499C1 (en) | Plasma-aided coating of substrates - with a low-voltage arc discharge between a cathode and an anodic electrode | |
DE19924094C2 (en) | Vacuum arc evaporator and method for its operation | |
DE19727882A1 (en) | Pulsed high power plasma generation device for cleaning thin dielectric substrates | |
DE4239511A1 (en) | Method and device for coating substrates | |
EP0389506B1 (en) | Process for producing thin layers of a material composed of different chemical compounds which melts or sublimes at high temperatures on a substrate | |
EP1145269B1 (en) | Method for generating a pulsed electron beam and a trigger plasma source for carrying out said method | |
DE19600993A1 (en) | Appts. for high rate anodic evapn. for substrate coating | |
Raevskiy et al. | Electrode material influence on emission properties of a low inductance vacuum spark | |
DE880244C (en) | Method and device for applying in particular metallic protective layers to preferably band-shaped carriers | |
DE19849894C1 (en) | Pulsed plasma source for a gas-filled particle accelerator | |
CH653708A5 (en) | Process and device for applying strongly adhesive layers to large-area substrates by means of ionised gases and/or vapours | |
EP2746424B1 (en) | Evaporation source | |
DE10155120A1 (en) | Coating substrate using pulsed cathodic arc erosion of sacrificial cathode comprises locally and/or temporarily controlling initiation of pulsed erosion | |
DE10211332B4 (en) | Apparatus and method for activating gases in vacuum and use of the apparatus | |
DD146625A1 (en) | DEVICE FOR ION-PROTECTED COATING AND IONING OF SUBSTRATES | |
DE1765144C (en) | Arrangement and method for the production of layers by means of cathode sputtering | |
DE2800852A1 (en) | Appts. for ion plasma coating of articles - has discharge chamber with slit in one wall to separate the discharge and sputtering zones | |
DE19705884A1 (en) | Plasma ignition system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |