EP0965253B1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines plasmas - Google Patents
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Description
Claims (25)
- Verfahren zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas (17), insbesondere Edelgasplasmas, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie über zwei in Abstand parallel voneinander angeordnete, insbesondere ring- bzw. scheibenförmige, Elektroden (1, 31) mit jeweils wenigstens einer Durchtrittsöffnungen (4, 32) eingebracht wird, daß das Plasma (17) von wenigstens einem zwischen den Elektroden angeordneten Isolator (2) mit wenigstens einer der Durchtrittsöffnung (4, 32) der Elektrode (1, 31) zugeordneten, insbesondere kreisförmigen, Durchtrittsöffnung (3) begrenzt wird und daß der Druck des Plasmagases mit wenigstens 0,01 bar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 bar, gewählt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma (17) bei atmosphärischem Druck erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Plasmas (17) unter 30 W, vorzugsweise unter 10 W, gewählt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz mit wenigstens 5 kHz, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 kHz und 5 GHz, insbesondere mindestens 10 MHz, gewählt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmagas gewählt ist aus Helium oder Argon.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Plasmagas ein Zumischgas in einer Menge von maximal 35 Vol.-%, vorzugsweise max. 25 Vol.-%, zugemischt wird, wobei das Zumischgas insbesondere aus CO2, Luft, Wasserstoff und Sauerstoff gewählt wird.
- Vorrichtung zum Erzeugen eines RF/HF-induzierten, niederenergetischen Plasmas, insbesondere Edelgasplasmas, mit einem RF/HF- Generator und einer Zufuhr (7) für das Plasmagas, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit zwei in Abstand parallel voneinander angeordneten, insbesondere ring- bzw. scheibenförmigen, Elektroden (1, 31) mit jeweils wenigstens einer Durchtrittsöffnung (4, 32) gekoppelt ist, daß zwischen den Elektroden (1, 31) wenigstens ein Isclator (2) mit wenigstens einer den Durchtrittsöffnungen der Elektroden (1) zugeordneten, insbesondere kreisförmigen, Durchtrittsöffnung (3) zur Begrenzung des von einem Plasmagas unter einem Druck von wenigstens 0,01 bar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 bar, gebildeten Plasmas (17) angeordnet ist und daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung (4, 32) der Elektroden (1) wenigstens das Zweifache, insbesondere etwa das Vier- bis Achtfache, der lichten Weite der Durchtrittsöffnung (3) im Isolator (2) zur Begrenzung des Plasmas (17) beträgt.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 31) mit jeweils einer im wesentlichen zentrischen, insbesondere zylindrischen oder kagelstumpfförmigen, Durchtrittsöffnung (4, 32) ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (4, 32) der Elektroden (1) mit abgerundeten Kanten ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Durchtrittsöffnung (3) im das Plasma (17) begrenzenden Isolator (2) maximal 1 mm, vorzugsweise mindestens 0,01 mm, insbesondere etwa 0,05 bis 0,3 mm, beträgt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Zufuhrrichtung (8) des Gases gesehen der ersten Elektrode (1) ein weiterer Isolator (9) mit einer der Durchtrittsöffnung (3) im zwischen den Elektroden (1) angeordneten Isolator (2) zur Begrenzung des Plasmas (17) im wesentlichen entsprechenden Durchtrittsöffnung (10) vorgeschaltet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in Zufuhrrichtung des Gases gesehen erste Elektrode mit dem vorgeschalteten Isolator in einem gemeinsamen Bauteil (31) einstückig ausgebildet ist und daß an die der Durchtrittsöffnung (3) im Isolator (2) zur Begrenzung des Plasmas (17) entsprechende Durchtrittsöffnung (10) eine sich insbesondere konisch erweiternde Ausnehmung (32) anschließt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Zufuhrrichtung (8) des Gases gesehen der zweiten Elektrode (1) ein zusätzlicher Isolator (11) nachgeschaltet ist, dessen Durchtrittsöffnung (12) vorzugsweise geringfügig kleiner ist als die Durchtrittsöffnung (4) der benachbarten Elektrode (1).
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der das Plasma begrenzende Isolator (2) scheibenförmig ausgebildet ist und in seinem die Durchtrittsöffnung (3) aufweisenden mittleren Bereich mit gegenüber den Randbereichen verringerter Dicke ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung der Dicke des Isolators (2) im mittleren Bereich im Querschnitt längs einer bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen, parabelförmigen oder kegelförmigen, Erzeugenden (13) verläuft.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Elektroden (1, 31) gewählt ist aus Gold, Platin, Tantal, Niob, Iridium, Aluminium, Platin/Iridium-Legierungen, vergoldetem Metall oder mit Edelmetallen galvanisch beschichteten, unedlen Metallen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der das Plasma begrenzende Isolator (2) von Scheiben aus Aluminiumoxidkeramik, Quarz, Saphir, Rubin, Diamant oder elektrisch nicht- bzw. schlecht leitender Oxid-, Nitrid- oder Carbidkeramik gebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 31) und Isolatoren (2, 9, 11) entweder mechanisch, beispielsweise durch Federwirkung, miteinander zusammengepreßt sind oder durch an sich bekannte Metall-Keramik-Verbindungen, insbesondere durch Löten im Vakuum oder unter Wasserstoffatmosphäre, miteinander verbunden sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 31) sowie der bzw. die Isolatoren (2, 9, 11) in Halterungen (5, 6, 21, 22, 23, 24, 33, 34) aufgenommen und gasdicht gelagert sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5, 6) mit Zentriereinrichtungen für die Elektroden (1) und/oder Isolatoren (2, 9, 11) ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) Abführ- und/oder Spülöffnungen (15), insbesondere für die Zufuhr eines Zumischgases, aufweisen.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5, 6) wenigstens im Bereich ihrer an den Elektroden (1) und/oder Isolatoren (2, 9, 11) anliegenden bzw. angrenzenden Dichtfläche beschichtet, beispielsweise vergoldet, sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (5, 6) für die Elektroden (1) mit Anschlüssen für die Zufuhr der RF/HF-Energie ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der das Plasma (17) begrenzende Isolator (2) von einem weiteren Isolator (14) umgeben ist, welcher den Isolator (2) zentriert und die Elektroden (1) voneinander abschirmt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaerzeugung eine Einrichtung zur Analyse von in das Plasma (17) eingebrachten, zu untersuchenden Materialien nachgeschaltet ist.
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