DE202011100570U1 - Coating protection for protective tubes on microwave antennas - Google Patents

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Abstract

Beschichtungsschutz für Schutzrohre (1) an Mikrowellenantennen einer Plasmaquelle, wobei das Schutzrohr (1) die Atmosphäre gegenüber dem Plasmaraum abgrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (1) mit einem thermisch bis mindestens 180°C belastbaren Gewebe oder Filz umhüllt ist.Coating protection for protective tubes (1) on microwave antennas of a plasma source, the protective tube (1) separating the atmosphere from the plasma space, characterized in that the protective tube (1) is covered with a fabric or felt that can withstand temperatures of at least 180 ° C.

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschichtungsschutz für Schutzrohre an Mikrowellenantennen mit den Merkmalen nach Anspruch 1, insbesondere für industriell einsetzbare Plasmaquellen.The invention relates to a coating protection for protective tubes to microwave antennas with the features of claim 1, in particular for industrially applicable plasma sources.

Stand der TechnikState of the art

Nach dem Stand der Technik bestehen industriell einsetzbare Plasmaquellen im Wesentlichen aus einem Mikrowellengenerator mit einem entsprechenden Übertragungssystem, und einer Antenne, die mit einem Schutzrohr umschlossen ist. Das Schutzrohr dient dabei zur Trennung der äußeren Atmosphäre gegenüber dem Niederdruck in der Plasmakammer, in der das Plasma ausgebildet wird. Weiterhin gewährleistet das dielektrische Schutzrohr eine gute Einkopplung der Mikrowellen in die Plasmakammer. Die Antenne ist koaxial im Schutzrohr angeordnet. Die Einkopplung der Mikrowellen erfolgt von einer oder von beiden Seiten der Antenne durch das Schutzrohr hindurch in die Plasmakammer. Bei einem Druckbereich zwischen 0,05 bis 10 mbar kommt es in der Plasmakammer um das Schutzrohr herum zum Zünden eines Plasmas. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Plasmas bildet dieses zusammen mit der Antenne einen koaxialen Wellenleiter, in dem sich die Mikrowellen fortpflanzen können, so dass über die gesamte Länge des Schutzrohres ein homogenes Plasma erzeugt werden kann. Dieses Plasma zeichnet sich durch hohe Dichten an Ladungsträgern, Radikalen, angeregten und dissoziierten Spezies in der Nähe des Schutzrohres mit einer hervorragenden Homogenität über die gesamte Länge der Plasmaquelle aus.According to the prior art, industrially usable plasma sources consist essentially of a microwave generator with a corresponding transmission system, and an antenna which is enclosed by a protective tube. The protective tube serves to separate the outer atmosphere from the low pressure in the plasma chamber in which the plasma is formed. Furthermore, the dielectric protection tube ensures a good coupling of the microwaves into the plasma chamber. The antenna is arranged coaxially in the protective tube. The coupling of the microwaves takes place from one or both sides of the antenna through the protective tube into the plasma chamber. At a pressure range between 0.05 to 10 mbar, the plasma chamber around the protective tube causes a plasma to ignite. Due to the high electrical conductivity of the plasma, this forms together with the antenna a coaxial waveguide in which the microwaves can propagate, so that over the entire length of the protective tube, a homogeneous plasma can be generated. This plasma is characterized by high densities of charge carriers, radicals, excited and dissociated species in the vicinity of the protective tube with excellent homogeneity over the entire length of the plasma source.

Beispielsweise gibt die DE 198 12 558 A1 eine Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen an. Ein linear ausgedehnter Innenleiter ist von einem Schutzrohr aus Quarzglas umgeben und die zur Plasmaerzeugung benötigte HF-Leistung wird einseitig oder beidseitig an den Enden des Innenleiters eingekoppelt. Koaxial zum Innenleiter und zum Schutzrohr ist in einem Abstand R ein Wellenleiter vorgesehen, derart dass in einem Plasmaraum zwischen dem Schutzrohr und dem Wellenleiter ein Plasma ausgebildet wird.For example, the DE 198 12 558 A1 a device for generating linearly extended ECR plasmas. A linearly extended inner conductor is surrounded by a protective tube made of quartz glass and the RF power required for plasma generation is injected on one side or on both sides at the ends of the inner conductor. Coaxially with the inner conductor and the protective tube, a waveguide is provided at a distance R such that a plasma is formed in a plasma space between the protective tube and the waveguide.

Nachteilig bei allen bekannten Lösungen ist, dass die Oberfläche des Schutzrohres, die der Plasmakammer zugewandt und damit dem Plasma ausgesetzt ist, auch den dort stattfindenden Reaktionsprozessen ausgesetzt ist. Dabei kommt es zu teils erheblichen Beschichtungen des Schutzrohres.A disadvantage of all known solutions is that the surface of the protective tube, which faces the plasma chamber and is thus exposed to the plasma, is also exposed to the reaction processes taking place there. This results in sometimes significant coatings of the protective tube.

An den allgemein eingesetzten Schutzrohren, z. B. aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Zirkonoxid, Bornitrid, Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Kalziumoxid oder Magnesiumoxid, mit glatter Oberfläche können die Schichten schlecht haften und es kommt sehr schnell zu unerwünschtem Abplatzen der Beschichtungen mit der Folge, dass entsprechende Partikel sich auf den technologisch zu behandelnden Oberflächen ablagern und damit technische Fehler verursachen.At the commonly used thermowells, z. B. of alumina, aluminum silicate, zirconium oxide, boron nitride, silica, silica, calcium oxide or magnesium oxide, with a smooth surface, the layers can adhere poorly and it comes very quickly to unwanted spalling of the coatings, with the result that corresponding particles to be treated technologically Deposit surfaces and cause technical errors.

Das Abplatzen der Beschichtungen ist bei den unterschiedlichen Prozessen unterschiedlich stark. So führen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere des linearen Ausdehnungskoeffizienten α, der einzelnen Materialien zu Spannungen, welche zum Abplatzen der Beschichtungen führen. Z. B. liegt α von Quarzglas bei 0,54 × 10–6K–1 und von Siliziumnitrid (Si3N4) liegt α zwischen 2,5 bis 3,0 × 10–6K–1.The flaking off of the coatings varies in the different processes. Thus, the different thermal expansion coefficients, in particular the linear expansion coefficient α, of the individual materials lead to stresses which lead to the flaking of the coatings. For example, α of quartz glass is 0.54 × 10 -6 K -1 and of silicon nitride (Si 3 N 4 ) α is between 2.5 to 3.0 × 10 -6 K -1 .

Versuche das Abplatzen der Beschichtungen durch Aufrauen der Oberfläche des Schutzrohres zu vermindern, brachten keinen nennenswerten Erfolg.Attempts to reduce the flaking of the coatings by roughening the surface of the protective tube, brought no significant success.

Weitere nachteilige Effekte können dadurch auftreten, dass durch Sputtereffekte atomarer Wasserstoff aus der Oberfläche des Quarzglases Sauerstoff löst und es so zum Auflösen der Quarzglasstruktur an der Oberfläche des Quarzglases kommen kann.Further disadvantageous effects can occur in that atomic hydrogen dissolves oxygen from the surface of the quartz glass due to sputtering effects and thus the quartz glass structure can come to dissolve on the surface of the quartz glass.

Es sind auch Versuche bekannt, das Quarglasrohr mit Folien aus Polyimiden (z. B. Kapton der Fa. DuPont) zu umhüllen, die als Trennschicht zwischen dem Schutzrohr und den Beschichtungen wirken sollen. Derartige Folien kommen insbesondere wegen ihrer Hitzebeständigkeit, geringen Ausgasung, Strahlungsbeständigkeit und ihrer Isoliereigenschaften in Betracht. Auch mit derartigen Lösungen konnte, wegen der glatten Oberfläche der Polyiamidfolien kein wesentlicher technischer Erfolg erreicht werden.There are also known attempts to clad the quartz glass tube with films of polyimides (eg Kapton from DuPont) which are intended to act as a separating layer between the protective tube and the coatings. Such films are in particular because of their heat resistance, low outgassing, radiation resistance and their insulating properties into consideration. Even with such solutions could be achieved because of the smooth surface of the polyamide films no significant technical success.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt damit als Aufgabe zugrunde, einen Beschichtungsschutz für Schutzrohre an Mikrowellenantennen anzugeben, der das Abplatzen von Beschichtungen, die während der Plasmaprozesse aufwachsen, wirksam vermindert und, bei entsprechenden Verfahren, das Auftreten bzw. die Wirkung von Sputtereffekten an der Oberfläche des Schutzrohres verhindert oder wesentlich verringert.It is therefore an object of the invention to provide a coating protection for protective tubes on microwave antennas, which effectively reduces the flaking off of coatings which grow up during the plasma processes and, with corresponding methods, prevents the occurrence or the effect of sputtering effects on the surface of the protective tube or significantly reduced.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.The invention achieves the object by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims and are described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention, including the drawing.

Erfindungsgemäß ist das Schutzrohr an Mikrowellenantennen einer Plasmaquelle mit einem thermisch bis mindestens 180°C belastbaren Gewebe oder Filz umhüllt. According to the invention, the protective tube is encased in microwave antennas of a plasma source with a tissue or felt which can be thermally stressed to at least 180 ° C.

Das Gewebe oder der Filz kann aus Kunstharzfasern, Glasfasern oder keramischen Fasern bestehen. Als Kunstharzfasern können insbesondere solche aus der Gruppe der Polyamide eingesetzt werden. Die keramischen Fasern können z. B. aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Zirkonoxid, Bornitrid, Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Kalziumoxid oder Magnesiumoxid bestehen.The fabric or felt may consist of synthetic resin fibers, glass fibers or ceramic fibers. As synthetic resin fibers, in particular those from the group of polyamides can be used. The ceramic fibers may, for. Example of alumina, aluminum silicate, zirconium oxide, boron nitride, silica, silica, calcium oxide or magnesium oxide.

Das Gewebe oder der Filz kann auf dem Schutzrohr auch mittels eines bis mindestens 180°C stabilen Kunstharzklebers aufgeklebt sein. Verfahrenstechnisch kann der Kleber vor oder auch erst nach dem Aufbringen des Gewebes oder Filzes auf das Schutzrohr aufgebracht werden. In der Praxis haben sich ein Kunstharzkleber aus der Gruppe der Silicone, z. B. Polysiloxan, als besonders vorteilhaft bewährt.The fabric or felt may also be adhered to the protective tube by means of a synthetic resin adhesive stable to at least 180 ° C. Technically, the adhesive can be applied before or even after the application of the fabric or felt on the protective tube. In practice, a synthetic resin adhesive from the group of silicones, z. As polysiloxane, proven to be particularly advantageous.

Das Gewebe oder der Filz kann zum Schutzrohr passend als Schlauch ausgebildet und auf das Schutzrohr aufgeschoben sein. Das Gewebe oder der Filz kann auch als Band mit einer derartigen Steigung zur Längsachse um das Schutzrohr gewunden sein, dass das Band dicht aneinander liegt oder mindestens teilweise einander überlappt.The fabric or felt may be formed to the protective tube fitting as a hose and pushed onto the protective tube. The fabric or felt may also be wound as a band having such a slope to the longitudinal axis around the protective tube that the band is close to each other or at least partially overlapping each other.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zwangsweise beim Plasmaprozess auftretende Ablagerungen auf der strukturieren Oberfläche des Gewebes oder Filzes gut haften und damit nicht oder in einem wesentlich geringerem Umfang als beim Stand der Technik abplatzen und in den Plasmaraum fallen können. Bei Plasma-Ätzprozessen werden Beschädigungen der Oberfläche des Schutzrohres weitgehend verhindert. Es wurde gefunden, dass das beschichtete Gewebe oder der Filz erst nach relativ langer Betriebsdauer ausgetauscht werden muss.The essential advantage of the invention is that deposits necessarily occurring during the plasma process adhere well to the structured surface of the fabric or felt and thus can not peel off or fall to a much lesser extent than in the prior art and fall into the plasma space. In plasma etching processes damage to the surface of the protective tube are largely prevented. It has been found that the coated fabric or the felt must be replaced after a relatively long service life.

Für die Erfindung ist es dabei unbedeutend, ob es sich bei der Plasmaerzeugung um ein reines Mikrowellenplasma, d. h. die Energie wird ausschließlich von einem Mikrowellengenerator zugeführt, handelt oder ob die Mikrowellen mit einem Strom einer anderen Frequenz überlagert wird.For the invention, it is insignificant whether it is in the plasma generation to a pure microwave plasma, d. H. the energy is supplied exclusively by a microwave generator, acts or whether the microwaves is superimposed with a current of a different frequency.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Zugehörig zum Ausführungsbeispiel II zeigt 1 ein mit einem Gewebeband umwickeltes Schutzrohr. 2 ist ein Schnitt durch 1. 3 zeigt den Ausschnitt Z in 2 in vergrößerter Darstellung.The invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments. Belonging to the embodiment II shows 1 a protective tube wrapped in a cloth tape. 2 is a cut through 1 , 3 shows the section Z in 2 in an enlarged view.

Ausführungsbeispiel IEmbodiment I

In einem ersten Ausführungsbeispiel (ohne Figur) ist ein Schutzrohr mit einem äußeren Durchmesser von 30 mm vorhanden. Auf dieses ist über die gesamte freie Länge ein Schlauch aus einem Glasfasergewebe aufgeschoben. Der Schlauch ist an den Enden mit Klammern aus Polyamid auf dem Schutzrohr festgelegt. Der Durchmesser des Gewebeschlauches ist im Ausgangszustand relativ groß und legt sich durch Längsstreckung eng an das Schutzrohr an, wobei die Dicke des Gewebeschlauches bei etwa 0,5 mm liegt.In a first embodiment (without figure), a protective tube with an outer diameter of 30 mm is present. On this a hose made of a glass fiber fabric is pushed over the entire free length. The hose is fixed at the ends with polyamide brackets on the protective tube. The diameter of the fabric tube is relatively large in the initial state and applies by longitudinal stretching closely to the protective tube, wherein the thickness of the fabric tube is about 0.5 mm.

Der Gewebeschlauch kann sehr lange im Plasmaprozess eingesetzt werden. Zum Austausch werden lediglich die Klammern entfernt und der Gewebeschlauch abgezogen. Ein neuer Gewebeschlauch wird aufgezogen und mit den Klammer gehaltert.The fabric tube can be used for a very long time in the plasma process. For replacement, only the brackets are removed and the fabric tube is removed. A new fabric tube is pulled up and held with the clamp.

Ausführungsbeispiel IIExemplary embodiment II

Zugehörig zum Ausführungsbeispiel II zeigt 1 ein Schutzrohr 1, auf dem unter einem Winkel α von 45° ein Filzband 2 aus Siliziumoxid aufgewickelt ist. Das Filzband 2 hat eine Dicke von ca. 1 mm und die einzelnen Windungen liegen an der Stoßlinie 3 aneinander. Vor dem Aufwickeln des Filzbandes 2 wurde ein Polysiloxan-Kunstharzkleber 4 auf das Schutzrohr 1 aufgebracht, derart dass das Filzband 2 lagestabil auf dem Schutzrohr 1 gehaltert ist. Das Filzband 2 aus Siliziumoxid weist eine Temperaturbelastbarkeit bis über 1.000°C auf. Damit kann das Schutzrohr 1 mit dem Filzband 2 für nahezu alle bekannten Plasmaprozesse eingesetzt werden. Der Polysiloxan-Kunstharzkleber 4 ist bis über 180°C temperaturbeständig. Bei höheren Temperaturen wird der Kleber zersetzt, dennoch bleibt eine Struktur erhalten, die das Filzband 2 weitgehend stabil auf dem Schutzrohr 1 haltert. Außerdem hat das Filzband 2 beim Einsatz eine stabile selbsthaltende Spiralform angenommen, die ein Abfallen vom Schutzrohr verhindert.Belonging to the embodiment II shows 1 a protective tube 1 , on which at an angle α of 45 ° a felt belt 2 is wound from silicon oxide. The felt tape 2 has a thickness of about 1 mm and the individual turns are on the joint line 3 together. Before winding up the felt belt 2 became a polysiloxane resin adhesive 4 on the protective tube 1 applied, so that the felt band 2 stable on the protective tube 1 is held. The felt tape 2 made of silicon oxide has a temperature resistance up to over 1,000 ° C. This allows the protective tube 1 with the felt tape 2 be used for almost all known plasma processes. The polysiloxane resin adhesive 4 is temperature resistant up to 180 ° C. At higher temperatures, the adhesive is decomposed, yet a structure remains that the felt belt 2 largely stable on the protective tube 1 supports. In addition, the felt tape has 2 adopted a stable self-retaining spiral shape when used, which prevents falling from the protective tube.

In 3 ist der Ausschnitt Z in 2 vergrößert dargestellt. Dabei ist gut erkennen, wie der Polysiloxan-Kunstharzkleber 4 auf dem Schutzrohr 1 in die Struktur des Filzbandes 2 eingreift und haltert. Auf der Oberseite des Filzbandes 2 hat sich beispielsweise im Laufe eines längeren Beschichtungsprozesses eine Siliziumoxidschicht 5 abgeschieden. Babel haben die ersten Lagen der Siliziumoxidschicht 5 die oberen Fasern des Filzbandes 2 in ihrer Struktur umschlossen, derart dass eine weitgehend feste mechanische Verbindung ausgebildet wurde. Die Siliziumoxidschicht 5 ist, auch wenn sie innere Spannungsrisse aufweist, sehr stabil mit dem Filzband 2 aus Siliziumoxid verbunden und kann Schichtdicken von über 1 mm aufweisen. Bei Erfordernis wird in der Praxis der gesamte Verbund des Filzbandes 2 und der Siliziumoxidschicht 5 entfernt und auf das Schutzrohr wird eine neue Umhüllung aufgebracht.In 3 is the section Z in 2 shown enlarged. It is easy to see how the polysiloxane resin adhesive 4 on the protective tube 1 into the structure of the felt belt 2 engages and holds. On top of the felt belt 2 For example, in the course of a longer coating process, it has a silicon oxide layer 5 deposited. Babel have the first layers of the silicon oxide layer 5 the upper fibers of the felt belt 2 enclosed in their structure, so that a substantially solid mechanical connection was formed. The silicon oxide layer 5 is, even if it has internal stress cracks, very stable with the felt belt 2 made of silicon oxide and may have layer thicknesses of about 1 mm. If required, in practice the entire composite of the felt belt 2 and the silicon oxide layer 5 removed and on the protective tube, a new enclosure is applied.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19812558 A1 [0003] DE 19812558 A1 [0003]

Claims (9)

Beschichtungsschutz für Schutzrohre (1) an Mikrowellenantennen einer Plasmaquelle, wobei das Schutzrohr (1) die Atmosphäre gegenüber dem Plasmaraum abgrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (1) mit einem thermisch bis mindestens 180°C belastbaren Gewebe oder Filz umhüllt ist.Coating protection for protective tubes ( 1 ) to microwave antennas of a plasma source, the protective tube ( 1 ) separates the atmosphere from the plasma chamber, characterized in that the protective tube ( 1 ) is wrapped with a thermally stable to at least 180 ° C resilient tissue or felt. Beschichtungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder der Filz schlauchförmig ausgebildet und auf dem Schutzrohr (1) angeordnet ist.Coating protection according to claim 1, characterized in that the fabric or the felt formed tubular and on the protective tube ( 1 ) is arranged. Beschichtungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder der Filz auf dem Schutzrohr mittels eines mindestens 180°C stabilen Kunstharzkleber aufgeklebt ist.Coating protection according to claim 1, characterized in that the fabric or the felt is adhered to the protective tube by means of a stable at least 180 ° C synthetic resin adhesive. Beschichtungsschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunstharzkleber ein Kleber aus der Gruppe der Silicone ist, z. B. Polysiloxan.Coating protection according to claim 3, characterized in that the synthetic resin adhesive is an adhesive from the group of silicones, z. B. polysiloxane. Beschichtungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder der Filz aus Kunstharzfasern, Glasfasern oder keramischen Fasern besteht.Coating protection according to claim 1, characterized in that the fabric or the felt consists of synthetic resin fibers, glass fibers or ceramic fibers. Beschichtungsschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstharzfasern aus der Gruppe der Polyamide bestehen.Coating protection according to claim 5, characterized in that the synthetic resin fibers consist of the group of polyamides. Beschichtungsschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Fasern aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Zirkonoxid, Bornitrid, Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Kalziumoxid oder Magnesiumoxid bestehen.Coating protection according to Claim 5, characterized in that the ceramic fibers consist of aluminum oxide, aluminum silicate, zirconium oxide, boron nitride, silicon oxide, silicon dioxide, calcium oxide or magnesium oxide. Beschichtungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder der Filz als Band mit einer derartigen Steigung zur Längsachse um das Schutzrohr (1) gewunden ist, dass das Band dicht aneinander liegt.Coating protection according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fabric or the felt as a belt with such a slope to the longitudinal axis around the protective tube ( 1 ) is wound, that the tape is close together. Beschichtungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe oder der Filz als Band mit einer derartigen Steigung zur Längsachse um das Schutzrohr (1) gewunden ist, dass das Band das Schutzrohr (1) mindestens teilweise einander überlappt.Coating protection according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fabric or the felt as a belt with such a slope to the longitudinal axis around the protective tube ( 1 ) is wound that the tape the protective tube ( 1 ) at least partially overlaps each other.
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