DE2632194A1

DE2632194A1 - Aktivgas-reaktionsvorrichtung

Info

Publication number: DE2632194A1
Application number: DE19762632194
Authority: DE
Inventors: Masahiko Hirose; Yasuhiro Horiike; Yoshio Murakami; Kazuyuki Ogawa; Masahiro Shibagaki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1977-01-20
Also published as: US4065369A; DE2632194C2; GB1537100A; JPS5324779B2; JPS5211175A

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktivgas-Reaktionsvorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung zur Handhabung von durch Mikrowellenenergie aktiviertem Gas.

Auf dem Gebiet der Halbleiterfertigung ist in neuerer Zeit eine Vorrichtung entwickelt worden, die Gas durch Hochfrequenzentladung zu aktivieren vermag und mit welcher die Veraschung eines Photowiderstandsmaterials oder das Ätzen ζ,Β, einer Siliziumschicht durchgeführt werden kann. Das Veraschen oder fitzen eines Films bzw· einer Schicht wird dabei einer radikalen Reaktion oder Umsetzung zwischen dem Film und dem Aktivgas zugeschrieben.

Bei dieser Vorrichtung wird eine Aktivierkammer, in welcher das Rohgas durch Hochfrequenzentladung aktiviert wird, im allgemeinen gleichzeitig als Reaktionskammer benutzt, in der eine chemische Reaktion, wie eine Veraschung, stattfindet« Dabei wird die Aktivierung des Reaktionsgases durch Hochfrequenzenergie von 1j5,5 MHz und bei einem Druck von unter 1 Torr vorgenommen. Diese Vorrich-

vl/Bl/ro

- 2

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tung ist mit dem Nachteil behaftet, daß das Veraschen z.B. eines Photowiderstandsmaterials (photoresist) ziemlich viel Zeit in Anspruch nimmt, weil die Hochfrequenzentladung bei niedrigem Druck und niedriger Strom- oder Leistungsdichte stattfindet. Weitere Nachteile dieser bekannten Vorrichtung liegen darin, daß Drücke von mehr als 1 Torr zu einer instabilen Hochfrequenzentladung führen, daß eine hohe Leistungsdichte nicht erreichbar ist und daß der Strom-oder Leistungswirkungsgrad niedrig ist.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Aktivgas-Reaktionsvorrichtung, mit der eine stabile Aktivierung von Rohgas auch bei Drücken von über 1 Torr bei erhöhtem Leistungswirkungsgrad und in wesentlich verkürzter Zeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Aktivgas-Reaktionsvorri.chtung der ange-

.eine Aktxvierkammer,

gebenen Art erfindungsgemäß gelöst durchs eine Einspeiseeinrichtung zur Einleitung von Rohgas in die Aktivierkammer, durch eine Mikrowellenleistung-Generatoreinrichtung für die Aktivierung des Rohgases in der Aktivierkammer und durch eine von der Aktivierkammer getrennte Reaktionskammer zur Durchführung der Reaktion oder Umsetzung des von der Aktivierkammer gelieferten Aktivgases, wobei die Aktivierkammer so ausgelegt ist, daß sie der Bedingung

2fffpl > 4 χ 10⁹

genügt, worin

f = Frequenz (Hz) der Mikrowellen, ρ = Gasdruck (Torr) in der Aktivierkammer und 1 = Länge (cm) der Aktivierkammer in Richtung eines angelegten elektrischen Felds

bedeuten.

Im folgenden ist die Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aktivgas-Reaktionskammer mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2A eine perspektivische Darstellung eines speziellen Teils einer Entladungsröhre,

Fig. 2B einen Schnitt durch die Röhre in der Ebene PL,

Pig·" 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der angelegten Leistung und der Geschwindigkeit, mit welcher ein auf ein Halbleiterelement aufgedampftes Photowiderstandsmaterial mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgetragen wird, '

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem

J.er
Druck des in die Aktivkammer eingeführten Rohgases und der Dichte des aktivierten Sauerstoffs darin,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Entladungsleistung und der Dichte des aktivierten Sauerstoffs in der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6a. bis 6e verschiedene Abwandlungen der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendenden Aktivierkammer und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Reaktionskammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welche Äktivgas von mehreren Aktivierkammern her eingeführt wird.

Nachstehend sind Konstruktion und Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Aktivgas-Reaktionskammer näher erläutert, die. sich für das Abtragen eines auf ein Halbleiterelement aufgedampften .Photowiderstandsmaterials eignet. -

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• ■ ■ - 4 -

Die in Pig· 1 schematisch dargestellte Photowiderstand-Abtragvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Aktivierkammer 1, einer Sauerstoffgas-Speiseeinrichtung 2, einer Mikrowellenleistung-Generatoreinrichtung 3 für die Aktivierung des gasförmigen Sauerstoffs und einer Reaktionskammer 4, in welcher ein Photowiderstandsmaterial durch von der Aktivierkammer 1 zugeführtes Sauerstoff aktivgas abgetragen wird, ■ ·.

Zunächst wird gasförmiger Sauerstoff aus einem Rohsauerstoffzylinder 5 in eine aus Quarz bestehende Aktivierkammer 1 mit 20 mm Innendurchmesser und j50 mm Länge eingeleitet, die sich in die Richtung erstreckt, in welcher ein elektrisches Feld angelegt wird. Zwischen Sauerstoffzylinder 5 und Aktivierkammer 1 sind ein Gasdruck-Regelventil 6, ein Gasströmungsmesser 7 und ein Gasdurchsatzmengen-Regelventil 8 vorgesehen, um Druck und Strömungs- oder Durchsatzmenge des der Aktivierkammer 1 zugeführten Sauerstoffs regeln zu können. Der Sauerstoffzylinder 5* das Regelventil 6, der Strömungsmesser 7 sowie das Regelventil

8 bilden gemeinsam die Sauerstoffspeiseeinrichtung. Um Einlaß und Auslaß der Aktivierkammer herum ist jeweils ein Kupfernetz

9 angeordnet, um einen Mikrowellenaustritt zu verhindern. Die erfindungsgemäße Aktivierkammer 1 ist der Raum^in welchem das Rohgas durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld praktisch aktiviert wird.

Die Mikrowellenleistung-Generatoreinrichtung 3 weist ein Magnetron 10 mit einer Stromquelle 12 sowie einen Wellenleiter 11 zum Abziehen der durch das Magnetron 10 erzeugten Mikrowellen auf. Ein Teil des Wellenleiters 11 ist durch eine Wand 1j5 mit einer zentralen Bohrung unterteilt, so daß ein Hohlraumresonator 14 der TE₁₀₁- Betriebsart gebildet wird. Erforderlichenfalls kann ein Richtleiter 15 mit einem Richtmagneten 15¹ vorgesehen sein, um Mikrowellen, die infolge von Fehlanpassung vom Hohlraumresonator 14 oder von anderen Abschnitten reflektiert werden, an einem Eintritt in das Magnetron 10, was zu dessen Zer-

störung führen würde, zu hindern. Durch das Magnetron 10 erzeugte Mikrowellen von z.B. 2450 MHz werden durch die Bohrung der Trennwand 13 in den Hohlraumresonator 14 eingeleitet. Selbstverständlich können auch andere Mikrowellen als solche von 2450 MHz, z.B. solche von 915 MHz, verwendet werden. Die so erzeugten Mikrowellen werden effektiv für die Entladung in der Aktivierkammer ausgenutzt.

Der in die Aktivierkammer 1 eingeleitete gasförmige Sauerstoff, im folgenden einfach als Gas oder Aktivgas bezeichnet, wird durch Mikrowellenentladung aktiviert. Das Aktivgas wird über ein Speiserohr 16 zur Reaktionskammer 4 geleitet, die eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 200 mm besitzt. Ein mit dem Aktivgas umzusetzender Gegenstand 18, z.B. ein mit einem Photowiderstandsmaterial maskiertes Halbleiterelement, ist auf einen in die Reaktionskammer 4 eingesetzten Halter 17 aufgesetzt. Das Photowiderstandsmaterial wird dabei durch das in die Reaktionskammer 4 eingesaugte Aktivgas verascht. Der in der Reaktionskammer 4 herrschende Druck wird durch einen nicht dargestellten Membrandruckmesser gemessen. Das nach Abschluß der Reaktion noch in der Aktivgas-Reaktionsvorrichtung verbleibende, überschüssige Gas wird mittels einer Absaugpumpe 19, z.B. einer Umlaufpumpe aus der Reaktionskammer 4 abgesaugt. Dieses Absaug-Austragsystem ist mit einem Ventil 20 und einer Falle bzw. einem Abscheider 21 versehen.

Im folgenden ist ein Versuch zum Abtragen eines Photowiderstandsmaterials mit Hilfe der den vorstehend geschilderten Aufbau besitzenden Aktivgas-Reaktionsvorrichtung beschrieben. Die

—1 Reaktionskammer 4 wurde mittels der Umlaufpumpe 19 auf 10~ bis 10 - Torr evakuiert. Nachdem der Evakuierungszustand des Absaugsystems praktisch stabil geworden war, wurde Rohgas in die Aktivierkammer 1 eingeführt. Der Druck in der Reaktionskammer 4 wurde auf etwa 2 Torr gehalten. Mikrowellen von 2450 MHz, die sich bei etwa 400 W entwickelten, wurden an den Hohlraumresonator 14 ange-

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-D-

legt, um den in der Aktivierkammer 1 enthaltenen Sauerstoff zu aktivieren. Das aktivierte Gas wurde in die Reaktionskammer 4 überführt, die nicht von ein Plasma anregendem Licht erreicht wurde, um chemisch mit dem aus einer nicht-flüchtigen, hochmolekularen Verbindung bestehenden Photowiderstandsmaterial umgesetzt zu werden. Hierbei zeigte es sich, daß dieser Photowiderstand bei Normaltemperatur abgetragen werden konnte. Der der chemischen Behandlung unterworfene Gegenstand 18 bestand aus einanSiliziumsubstrat, das mittels Drehbürste (spinner) mit einem gummiartigen Photowiderstandsmaterial beschichtet und dann bei 15O C J>Q min lang getrocknet worden war.

Die Kurve a gemäß Fig. 3 zeigt die Änderungen der Photowiderstand-Abtragungsgeschwindigkeit (A/min) in Abhängigkeit von der Änderung der angelegten Leistung bei Abtragung des Photowiderstandsmaterials mittels der erfindungsgemäßen Aktivgas- · Reaktionsvorrichtung. Die Kurven b und c von Fig. 3 verdeutlichen die Änderungen der gleichen Abtragungsgeschwindigkeit (A/min) in Abhängigkeit von der Änderung der angelegten Leistungsgröße bei Abtragung des Photowiderstandsmaterials mittels der bisher verwendeten Vorrichtung. Die Kurve b gibt diese Geschwindigkeit für den Fall an, daß der der chemischen Behandlung unterworfene Gegenstand bzw. das Werkstück 18 in ein Plasma anregendes Licht eingebracht wird, während die Kurve c die gleiche Geschwindigkeit für den Fall angibt, daß der Gegenstand 18 aus dem ein Plasma anregenden Licht herausgenommen wird. Die bisher verwendete Vorrichtung war dabei mit einem Hochfrequenzenergiegenerator versehen, der Mikrowellen von 13*56 MHz ausstrahlt und eine Länge von 30 cm in Richtung des angelegten elektrischen Felds besitzt· Der Druck in der Aktivierkammer war dabei auf 1 Torr eingestellt,, Bei einer Leistungsaufnahme von 400 W betrug gemäß Fig. 3 die Abtragungsgeschwindigkeit bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3500 A/min, was um mehr als das Dreifache höher ist als der Wert von 1000 S/min, der mit der bekannten Vorrichtung erzielt werden konnte, wenn der Gegen-

stand 18 in das ein Plasma anregende Licht eingebracht" wurde* Wurde dagegen der Gegenstand 18 aus dem ein Plasma anregenden* Licht herausgenommen, so könnte das Photowiderstandsmaterial mit der bekannten Vorrichtung praktisch nicht mehr abgetragen werden· Wie erwähnt, erreicht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das ein Plasma anregende Licht die Reaktionskammer nicht. Außerdem wurde die Oberfläche des in das ein Plasma anregende Licht gebrachten Gegenstands 18 auf 150 - 200⁰C erwärmt> während die Oberfläche des Gegenstands 18, die bei der erfindungsgemäßenVorrichtung nicht von diesem Licht erreicht wird, überhaupt keine Erwärmung erfährt. Weiterhin wurde in Versuchen der Oxydationsgrad der Oberfläche eines Gegenstands 18 aus z.B. Silber und Kupfer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei der bekannten Vorrichtung ermittelte Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgte die Oxydation etwa dreimal schneller als bei der bekannten Vorrichtung, wenn der Gegenstand 18 dem ein Plasma anregenden Licht ausgesetzt wurde.

Wie erwähnt, ist die erfindungsgemäße Aktivgas-Reaktionsvorrichtung so ausgebildet, daß sie der Bedingung

2VfPl > 4 χ 10⁹ genügt, worin · ■

f = die Frequenz (Hz) der Mikrowellen, P= Druck (Torr) in der Aktivierkammer und 1 "= Länge (cm) der Aktivierkammer in Richtung des angelegten elektrischen Felds

bedeuten.

Bei der beschriebenen Vorrichtung werden f mit 2450 χ 10 , ρ mitj2 und 1 mit 3 gewählt. Somit berechnet sich 2Kfpl zu 92,316 χ 10^>4 χ 10". Erfindungsgemäß hat es sich herausgestellt, daß bei der den obigen Bedingungen genügenden Aktivgas-

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— ο -

Reaktionsvoaichtung in der Aktivierkammer effektiv ein Plasma aufrechterhalten und folglich der Energie- oder Leistungswirkungsgrad erhöht wird, was sich auch deutlich durch einen Anstieg der Abtragungsrate eines Photowiderstandsmaterials durch den aktivierten Sauerstoff belegen läßt. Außerdem wurde festgestellt, daß bei der den vorgenannten Bedingungen genügenden Vorrichtung beispielsweise die Wände ihrer einzelnen Abschnitte nur einer geringen Verschlechterung im Laufe der Zeit unterliegen, so daß die Vorrichtung stets unter stabilen Bedingungen betrieben werden kann. Im Gegensatz zur Erfindung vermag die bisher verwendete Vorrichtung den oben angegebenen Bedingungen nicht zu genügen. Bei der bekannten Vorrichtung besitzt beispielsweise 27Jfpl einen kleineren Wert als 4 χ 10°. Zudem sind die genannten Bedingungen auch auf andere Gase als Qr>, nämlich auf Hp, HpO, Np und CF^ oder Gemischedavon anwendbar, wie sie allgemein bei der Oberflächenbehandlung angewandt werden.

Weiterhin wurden versuchsweise mögliche Änderungen eines Halbleiterelements untersucht, von dem ein aufgetragenes Photowiderstandsmaterial durch aktivierten gasförmigen Sauerstoff abgetragen wird. Bei diesem Versuch wurde auf einem n-Typ-Siliziumsubstrat ein thermischer Oxydationsfilm mit einer Dicke von

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1100 A ausgebildet. Anschließend wurde eine Aluminiumschicht auf den Oxidfilraaufgedampft, worauf eine Wärmebehandlung bei 520⁰C in einer Stickstoffatmosphäre erfolgte. Die Aluminiumschicht wurde-zu einem Elektrodenmuster ausgearbeitet. Dieser MOS-Kondensator besaß eine Schwellenwertspannung von -2V, und er wurde vor dem Aufdampfen der Aluminiumschicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 60 min lang aktiviertem Sauerstoff bei einer angelegten Mikrowellenlej&ung von 400 W ausgesetzt, wobei der Druck des Aktivgases in der Reaktionskammer auf 1-2 Torr eingestellt war. Der so behandelte MOS-Kondensator zeigte (weiterhin) die ursprüngliche Schwellenwertspannung von -2 V. Hierdurch wird belegt, daß bei Abtragung eines auf ein Halbleitersubstrat aufge-brachten Photowiderstandsmaterials in der er-

■ -9 *-. ■

findungsgemäßen Vorrichtung für das Halbleiterelement selbst nur eine geringe BesGhädigungsgefahr besteht· Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Aktivierkammer von der Reale« tionskammer getrennt, so daß ein in die Reaktionskammer eingesetztes Behandlungsobjekt vor einem Beschüß mit Ionen, Elektronen und Photonen hoher Geschwindigkeit geschützt ist. Im Gegensatz zu obigem Versuch war bei einem MOS-Kondensator, der in der bisher verwendeten Vorrichtung aktiviertem Sauerstoff ausgesetzt worden war, die Schwellenwertspannung auf -3 bis -7 V verändert· Auch wenn dieser MOS-Kondensator später einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre unterworfen wurde, konnte seine ursprüngliche Schwellenwertspannung nicht mehr hergestellt werden.

Die Dichte des aktivierten Stoffs in dem in die Aktivierkammer eingeleiteten Rohgas nimmt während des Durchlaufs durch die Reaktionskammer infolge von Kollision mit den Wänden eines Leitfrohrs oder den Molekülen anderer Gase sehr schnell ab. Das Ausmaß dieser Dichtenabnahme ist in Abhängigkeit von der Art des aktivierten Stoffs sowie der Art der anderen, mit dem aktivierten Stoff in Kollision gelangenden Stoffe weiten Schwankungen unterworfen. Aus diesem Grund ist es nötig, jedes andere Material, bei dem eine Kollision mit dem aktivierten Material erwartet werden kann, bezüglich seiner Art sorgfältig auszuwählen_e

Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

I. Stabile Entladung und verkürzte Behandlungszeit bei hohem Gasdruck ' ■ - . - '

Wie oben angegeben, wird mit der erfindungsgemäßen Aktivgas-Reaktionsvorrichtung eine stabile Entladung auch bei (vergleichsweise) hohen Gasdrücken von mehreren Torr-Einheiten erzielt. Im folgenden ist nunmehr anhand von erfindungsgemäß durchgeführten Versuchen die Art und Weise besehrieben, auf welche eine Ent--

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- to -

ladung bei solchen hohen Gasdrücken zur Bildung eines Aktivgases beiträgt·

Ein Aktivgas wird angenommenerweise durch instabile Moleküle oder Atome gebildet, die von einem teilweisen Aufbrechen einer chemischen Bindung innerhalb stabiler Moleküle selbst herrühren. Ein Aktivgas besitzt im allgemeinen ein magnetisches Moment aufgrund eines Elektronenspins. Durch Messung dieses magnetischen Moments kann die Dichte der aktivierten Gasatome anhand der Elektronendrall- oder -spinnresonanz (ESR) mit hoher Präzision bestimmt werden, Fig. 4 veranschaulicht graphisch die Ergebnisse dieser Bestimmung bei Verwendung von gasförmigem Sauerstoff als zu aktivierendes Rohgas. Die Ordinate in Fig. 4 gibt die Dichte des aktivierten Sauerstoffs an, während auf der Abszisse der Druck des gasförmigen Sauerstoffs aufgetragen ist« Wie aus Fig, hervorgeht, nimmt die Dichte des aktivierten Sauerstoffs schnell zu, wenn der Gasdruck etwa 1 Torr übersteigt» Hierbei ist ersichtlich, daß durch eine stabile Entladung bei einem Druck von mehr als 1 Torr die Behandlungsdauer verkürzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt die Durchführung einer stabilen Entladung auch bei (vergleichsweise) hohen Drücken von mehreren Torr-Einheiten zu, wodurch die Behandlungsdauer erheblich verkürzt wird.

II. Entladung bei hoher Energie- oder Leistungsdichte und verkürzter Behandlungsdauer

Fig. 5 veranschaulicht graphisch die Beziehung zwischen der Dichte des aktivierten Sauerstoffs und der Entladungsleistung (Eingabe), gemessen anhand der Elektronenspinresonanz (ESR). Die Entladungsleistung besitzt einen der Leistungsdichte proportionalen Wert. Fig. 5 zeigt, daß die Dichte des aktivierten Sauerstoffs bis zu einer Entladungsleistung von 350 W nur wenig ansteigt* um dann schnell anzusteigen, wenn die Entladungsleistung 350 W übersteigt. Es wird angenommen, daß der Grund dafür, weshalb die bisher ver-

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wendete Vorrichtung eine lange Behandlungsdauer benötigt, darin liegt, daß ein aktivierter Stoff eine niedrige Dichte im Rohgas besitzt. Weiterhin wird angenommen, daß die niedrige Dichte des mit der bekannten Vorrichtung erhaltenen aktivierten Stoffs hauptsächlich davon herrührt, daß gemäß Pig» 5 für die Aktivierung Leistung bzw· Energie niedriger Dichte angelegt wird„ Der Grund dafür, weshalb bei der bisher verwendeten Vorrichtung nur eine niedrige Leistungsdichte erreichbar ist, liegt darin, daß ein und derselbe Raum nicht nur als Reaktionskammer, sondern gleichzeitig auch als Aktivierkammer benutzt und für die Aktivierung von ζ·Β· Sauerstoff eine niedrige Frequenz von 13,56 MHz angewandt wird· Durch die gleichzeitige Verwendung der Reaktionskammer als Aktivierkammer wird notwendigerweise der Raum vergrößert, in den ein elektromagnetisches Feld geleitet wird. Die Anwendung einer niedrigen Frequenz zur Anpassung an die Anord» nung einer Elektrode und anderer Bauelemente bei einem solchen großen Raum führt unvermeidlich zu einer Zunahme des Verlusts an elektromagnetischen Wellen zu einem unnötigen äußeren Raum. Die vorstehenden Erläuterungen geben die Begründung dafür, weshalb erfindungsgemäß die Anwendung von Mikrowellen bevorzugt wird« Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Leistungsdichte in der Aktivierkammer um mehr als das 20-fache größer als in der Aktivierkammer der bisher verwendeten Vorrichtung· Bekanntlich ist die elektromagnetische Energie von Mikrowellen vollständig in z.B. einem Wellenleiter eingeschlossen und zumindest gegen Verlust durch Austritt nach außen geschützt«, Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Reaktionskammer und die Aktivierkammer, wie erwähnt, getrennt vorgesehen, so daß die Anwendung von Mikrowellen möglich und die angewandte Leistungsdichte erhöht wird, woraus sich eine merkliche Verkürzung der Behandlungsdauer ergibt, ■

III, Beispiele für verkürzte Behandlungsdauer

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung aktivierter.-gasförmiger

wurde ■ .·" .

Sauerstoffzum Oxydieren von Kupfer und Silber und zum Abtra-

gen eines Photowiderstandsmaterials benutzt, das als Maske für einen integrierten Schaltkreis diente. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1 - Behandlungsdauer

	Behandlungsdauer bei	Behandlungsdauer	•	maximal 5 min	Pro
	der bekannten Vor	bei der erfindungs		dukt
	richtung	gemäßen Vorrich
		tung
Kupfer	maximal 30 s	maximal 10 s	CuO
Silber	maximal jJO s	maximal 10 s	Ag₂O
Photowi
derstands
material
als Maske
für inte	15-20 min
grierten
Schaltkreis

Die obige Tabelle. 1 zeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung einen um das Drei« bis Vierfache höheren Behandlungswirkungsgrad gewährleistet als die bisher verwendete Vorrichtung, Die Daten gemäß obiger Tabelle 1 beziehen sich auf den Fall, in welchem eine Leistung von 300 W angelegt wurde. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt jedoch noch Überschußleistung für die Anwendung von Eingangsleistungen von bis zu etwa 1000 W,

IV. Vereinfachte Arbeitsweise

Die das Mikrowellenmagnetron als Hochfrequenzwellenquelle verwendende erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich sehr einfach betreiben. Beispielsweise in der Elektronik ist ein kompaktes, aber leistungsstarkes Magnetron, das Mikrowellen von 24-50 MHz oder 915 MHz liefert, zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügbar. Bei Verwendung eines solchen kompakten, aber leistungsstarken Magnetrons bei der erfindungsgemäßen Vor-

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richtung, die eine ziemlich große Übersdsußausgangsleistung besitzt, ist keine Einstellung oder Justierung erforderlich, auch wenn eine etwas unzufriedenstellende Anpassung zwischen einer Last und dem Ausgang auftritt. Bei der dargestellten Ausführungs-' form der Erfindung ist ein Richtleiter oder Richtteiler (isolator) vorgesehen, um eine Beeinträchtigung des Magnetrons aufgrund einer Fehlanpassung zu vermeiden· Ersichtlicherweise kann der Richtleiter auch weggelassen■werden. Die Schwingungsfrequenz des Magnetrons ist aufgrund seines Arbeitsprinzips unabhängig von der Anpassung an eine Last festgelegt· Infolgedessen wirft die Anwendung eines Magnetrons bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keinerlei Probleme auf, die den Gesetzmäßigkeiten und Vorschriften für Mikrowellen zuwiderlaufen würden·

V. Andere Vorteile ·

Die erfindungsgemäße Aktivgas-Reaktionsvorrichtung, die - wie erwähnt, - Mikrowellen als Hochfrequenzwellenquelle verwendet, ist nur einem geringen Verlust der Hochfrequenzleistung unterworfen· Da die Reaktionskammer und die Aktivierkammer voneinander getrennt sind, ist ein zu behandelnder Gegenstand nur einer geringen Beschädigung durch Beschüß mit z.B. Hochgeschwindigkeit s-Ionen, -Elektronen und -Photonen ausgesetzte

Nachstehend sind Abwandlungen der Erfindung anhand spezieller Einzelheiten beschriebene

1· Frequenz

Bei der erfindungsgemäßen Aktivgas-Reaktionsvorrichtung ist theoretisch jede beliebige Hochfrequenz anwendbar, sofern sie der Bedingung 2 fpl> 4 χ 1Cr genügt. Bei der praktischen Anwendung ist jedoch der Hochfrequenzbereich Einschränkungen unterworfen. Nach den Normen für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Vorrichtungen und Apparaturen betragen die zulässi-

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gen Frequenzen 13,56 MHz, 915 MHz und 24-50 MHz. Die Anwendung von 13,56-MHz-Wellen erfordert einen sehr langen Wellenleiter oder Hohlraum, und die Anordnung eines derart großen Wellenleiters oder Hohlraums ist praktisch unmöglich· Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß von der Anwendung von 13,56-MHz-Wellen abgesehen.

2· Aktivierkammer

Es sind bereits verschiedene Systeme zur Ankopplung eines Hohlraums und einer Entladungsröhre (Aktivierkammer) bekannt. Ebenso bekannt sind auch das System zur'Ankopplung einer Entladungsröhre an einen Wellenleiter unter Verwendung nicht nur einer stehenden Welle, sondern auch einer fortschreitenden Welle, sowie das System zur Einfügung einer Entladungsröhre in eine Koaxialleitung zusammen mit einem geeigneten Abstimmrohr.

Bei jedem dieser Systeme wird eine Entladungsröhre in einen Hohlraum eingefügt, der im wesentlichen nach der Grundschwingungsart schwingt, so daß das elektromagnetische Feld äußerst wirksam im Hohlraum absorbiert wird.

3· Werkstoff und Form einer Entladungsröhre

Für die Entladungsröhre wird vorzugsweise ein Werkstoff verwendet, der nur eine geringe Tendenz zur Absorption von Hochfrequenzwellen und eine hohe Hitzebeständigkeit besitzt, weil die Entladungsröhre in einen Hohlraum eingesetzt wird« Üblicherweise wird für diesen Zweck Quarz verwendet. Hochqualitatives Aluminiumoxid- bzw. Tonerde-Porzellan ist ebenfalls als Entladungsrohrenwerkstoff brauchbare Allgemein bevorzugt wird eine Entladungsröhre, die so geformt ist, daß sie einen Hohlraum ausfüllt, in welchem ein elektrisches Feld größter Intensität erzeugt wird (Fig. 6b).

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4. -Verfahren zur Gaseinleitung in eine Entladungsröhre

Eine Entladungsröhre (Aktivierkammer) kann nicht nur mit einem einzigen Gas, sondern"auch mit einem Gemisch aus verschiedenen Gassorten beschickt werden. Gemäß Figo 6c kann beispielsweise ein Gemisch der Gase A und B in eine Entladungsröhre eingeleitet werden. Wenn hierbei die Reaktionsstrecke L zwischen dem Konvergierungspunkt der Gase A und B und dem Entladungsbereich einwandfrei gewählt wird, kann ein aus der Reaktion zwischen beiden Gasen A und B erhaltenes Produkt AB aktiviert werden. Außerdem ist es gemäß Pig. 6d möglich, zunächst nur das Gas A in eine Entladungsröhre einzuleiten und nach dessen Aktivierung das mit dem Aktivgas A zu mischende Gas B einzuführen. Wenn von der Reaktion zwischen den Gasen A und B eine schädliche Auswirkung erwartet werden kann, kann gemäß Fig. 6e ein Mehrfachhohlraum vorgesehen werden, um die Gase A und B in getrennten Bereichen eines elektromagnetischen Felds zu aktivieren» Hierfür kann ein in zwei Abschnitte unterteilter Hohlraum verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, die verschiedenen, vorstehend erwähnten Verfahren für die Gaszufuhr zur Entladungsröhre miteinander zu kombinieren.

5. Einspeisung des Aktivgases in die Reaktionskammer

Wenn das zu behandelnde Objekt voluminös ist, wird es für eine gleichmäßige Reaktion zwischen dem Objekt und dem Aktivgas bevorzugt, eine große Zahl von Einlassen in der Reaktionskammer vorzusehen und das Aktivgas über diese (zahlreichen) Einlasse in die Reaktionskammer einzuspeisen. Wenn die Reaktion schnell ablaufen soll, empfiehlt sich diese Anordnung. Das über mehrere Einlasse in die Reaktionskammer eingespeiste Aktivgas kann gemäß Fig. 7 in getrennten Aktivierkammern erzeugt werden. Wahlweise kann das zunächst in ein und derselben Aktivierkammer aktivierte Gas an einem späteren Punkt über Verzweigungen aufgeteilt werden. Durch entsprechende Regelung der jeweiligen

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- ιβ -

Durchsatzmengen des über zahlreiche Einlasse in die Reaktionskammer einströmenden Aktivgases läßt sich eine äußerst wirkungsvolle Reaktion gewährleisten»

Die effektive Lebens- bzw. Nutzungsdauer der in der Aktivierkammer aktivierten Gase wird weitgehend von der Art des mit dem Aktivgas in Berührung gebrachten Materials bestimmt. Die Kontaktierung des Aktivgases mit organischen Stoffen, wie Gummi oder öl, die leicht mit dem Aktivgas reagieren, wird im allgemeinen als sehr nachteilig angesehen. Infolgedessen ist darauf zu achten, daß eine Berührung des Aktivgases mit solchen unerwünschten Stoffen vermieden wird, während das Aktivgas aus der Aktivierkammer zur Reaktionskammer strömte Es ist möglich, einen aktivierten Komplex aus einem Gemisch von zwei oder mehr Aktivgasen für die Umsetzung in der Reaktionskammer' zu verwenden. In diesem Fall ist es erforderlich, eine Reaktionskammer an einer ein entsprechendes Stück vom Konvergierungspunkt des Aktivgasgemisches entfernten Stelle vorzusehen.

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Claims

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Patentan s ρ rüche

Aktivgas-Reaktionsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Aktivierkammer (1), durch eine Einspeiseeinrichtung (2) zur Einleitung von Rohgas in die Aktivierkammer, durch eine Mikrowellenleistung-Generatoreinrichtung (5) für die Aktivierung des Rohgases in der Aktivierkammer und durch eine von der Aktivierkammer getrennte Reaktionskammer (4) zur Durchführung der Reaktion oder Umsetzung des von der Aktivierkammer gelieferten Aktivgases, wobei die Aktivierkammer so ausgelegt ist, daß sie der Bedingung

2irfpl > 4 χ 10⁹

genügt, worin

f = Frequenz (Hz) der Mikrowellen, ρ = Gasdruck (Torr) in der Aktivierkammer und 1 = Länge (cm) der Aktivierkammer in Richtung eines angelegten elektrischen Felds

bedeuten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleistung-Generatoreinrichtung ein Magnetron zur Erzeugung von Mikrowellen und einen Wellenleiter zur Leitung der erzeugten Mikrowellen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierkammer eine den Wellenleiter axial durchsetzende Entladungsröhre ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Wellenleiters durch eine mit einer zentralen Bohrung versehene Wand und eine bewegbare Kurzschlußplatte zur Bildung eines Hohlraums unterteilt ist und daß die Entladungsröhre den Hohlraum axial durchsetzte

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Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre so ausgebildet ist, daß sie den Hohlraum ausfüllt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre den Teil des Hohlraums durchsetzt, in welchemein erzeugtes elektrisches Feld die größte Intensität besitzt·

7· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß um Einlaß und Auslaß der Aktivierkammer herum je ein Kupfernetz angeordnet ist, um einen Austritt von Mikrowellen nach außen zu verhindern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wellenleiter ein Richtleiter (isolator) eingesetzt ist,· welcher das Magnetron vor einer Zerstörung durch aufgrund von Fehlanpassung reflektierten Wellen schützt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum von einer von mehreren Entladungsröhren durchsetzten Mehrfachbauart (multimode type) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer mit einer Anzahl von Einlassen versehen ist, über die ein Aktivgas einführbar ist.

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