NL1021185C2 - Device for treating a surface of a substrate and a plasma source. - Google Patents
Device for treating a surface of a substrate and a plasma source. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1021185C2 NL1021185C2 NL1021185A NL1021185A NL1021185C2 NL 1021185 C2 NL1021185 C2 NL 1021185C2 NL 1021185 A NL1021185 A NL 1021185A NL 1021185 A NL1021185 A NL 1021185A NL 1021185 C2 NL1021185 C2 NL 1021185C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- plasma
- cathode
- cascade plate
- cascade
- openings
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
-
- 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
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/44—Plasma torches using an arc using more than one torch
-
- 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
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3452—Supplementary electrodes between cathode and anode, e.g. cascade
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
Inrichting voor het behandelen van een oppervlak van een substraat en een plasmabron.Device for treating a surface of a substrate and a plasma source.
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het behandelen van een oppervlak van een substraat omvattende een behandelkamer om daarin het substraat 5 te ontvangen, ten minste een plasmabron voor het opwekken van een plasma, welke plasmabron in verbinding met de behandelkamer staat, en omvattende inlaatmiddelen om ten minste een reactant in een stroompad van het plasma in te laten, waarbij de plasmabron ten minste één kathode en ten minste één anode omvat waartussen een stelsel van ten minste één cascadeplaat is opgenomen, welke ten minste ene 10 cascadeplaat is voorzien van een opening om het plasma door te laten. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een plasmabron.The present invention relates to a device for treating a surface of a substrate comprising a treatment chamber for receiving therein the substrate 5, at least one plasma source for generating a plasma, which plasma source is in communication with the treatment chamber, and comprising inlet means for introducing at least one reactant into a flow path of the plasma, the plasma source comprising at least one cathode and at least one anode between which a system of at least one cascade plate is included, which at least one cascade plate is provided with a opening to let the plasma through. The invention also relates to a plasma source.
Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is bijvoorbeeld bekend uit Europese octrooiaanvrage EP 297.637 en in toenemende mate in trek ten behoeve van 15 oppervlaktemodificaties van substraten. Een dergelijke modificatie kan bestaan in de depositie van een al of niet kristallijne laag, het al of niet gemaskeerd etsen van een toplaag van het substraat, een oppervlakte-acti vering of juist een oppervlakte-passivering en dergelijke meer. Dergelijke preparaties komen veelvuldig voor als halfgeleidertechnologische stappen in een fabricageproces van bijvoorbeeld 20 geïntegreerde halfgeleiderschakelingen, zonnecellen en beeldweergave-systemen. Maar ook voor de vervaardiging van meer grofstoffelijke producten als zonnebrillen en contactlenzen bestaat behoefte aan een controleerbaar proces waarmee het substraat-oppervlak nauwkeurig kan worden gemodificeerd. Het gaat daarbij niet louter om waferachtige substraten, maar ook om zogenaamde reel-to-reel processen, waarbij vol-continu 25 wordt ingewerkt op een substraat dat met een gewoonlijk continue snelheid door de reactiekamer wordt geleid.A device of the type mentioned in the preamble is known, for example, from European patent application EP 297,637 and is increasingly in demand for surface modifications of substrates. Such a modification may consist of the deposition of a crystalline layer or non-crystalline layer, whether or not masked etching of a top layer of the substrate, a surface activation or, on the contrary, a surface passivation and the like. Such preparations frequently occur as semiconductor technological steps in a manufacturing process of, for example, integrated semiconductor circuits, solar cells and image display systems. But also for the manufacture of more coarse material products such as sunglasses and contact lenses, there is a need for a controllable process with which the substrate surface can be accurately modified. This does not only concern wafer-like substrates, but also so-called reel-to-reel processes, in which full-continuous work is performed on a substrate which is passed through the reaction chamber at a usually continuous speed.
Een bewerkingsinrichting op basis van een plasma biedt het voordeel dat daarmee gecontroleerd een grote variëteit aan reactanten kan worden aangeboden en een grote 30 doorloopsnelheid kan worden gehaald. Een nadeel van de heden te dage toegepaste plasmareactors is evenwel de relatief beperkte doorsnede van de plasmabundel wat zich met name laat gevoelen bij grotere substraten. Doordat in veel toepassingen voortdurend wordt gestreefd naar opschaling van de substraatgrootte, zoals de waferdiameter in . ,·· v LA021203.nl -2- halfgeleiderprocessen en de beelddiagonaal bij beeldweergavepanelen, zal dit nadeel meer en meer als klemmend worden ervaren. Pogingen om de doorsnede van de doorlaatopening te vergroten teneinde een bredere plasmabundel te kunnen laten passeren zijn dusverre gestrand doordat aldus het systeem instabiel blijkt te raken of 5 zich zelfs in het geheel niet laat opstarten. Bovendien zal ook een grotere plasmabundel nog steeds slechts lokaal en over een relatief beperkt deel van het substraat zijn beoogde uitwerking hebben, terwijl juist behoefte bestaat aan plasmabron waarmee het gehele substraat of althans een groot deel daarvan wordt bestreken.A processing device based on a plasma offers the advantage that a large variety of reactants can be offered in a controlled manner and a high throughput speed can be achieved. However, a disadvantage of the plasma reactors used today is the relatively limited cross-section of the plasma bundle, which is particularly felt with larger substrates. Because in many applications the aim is to constantly scale up the substrate size, such as the wafer diameter. , ·· v LA021203.nl -2- semiconductor processes and the image diagonal in image display panels, this disadvantage will be experienced more and more as a clamp. Attempts to increase the cross-section of the passage opening in order to allow a wider plasma beam to pass are so far stranded in that the system thus appears to become unstable or cannot even be started up at all. Moreover, a larger plasma beam will also only have its intended effect locally and over a relatively limited part of the substrate, while there is a need for a plasma source with which the entire substrate or at least a large part thereof is covered.
10 In plaats van een opschaling van de plasmabundel zelf is dan ook de toevlucht gezocht in de toepassing van een aantal plasmabronnen per behandelkamer, opdat met evenzoveel meer plasmabundels gelijktijdig op het substraat kan worden ingewerkt. In de praktijk blijkt een dergelijk systeem alleen stabiel indien daarbij tevens iedere plasmabron van een afzonderlijke, gestabiliseerde elektrische voeding en van een 15 afzonderlijke inlaat voor een reactant wordt voorzien, wat sterk kostprijsverhogend werkt. Daarnaast is door de toepassing van afzonderlijke, onafhankelijk gestuurde bundels de homogeniteit van de behandeling over het volledige oppervlak in een dergelijke bekende inrichting lastig, zo niet ónmogelijk afdwingbaar.Instead of scaling up the plasma bundle itself, refuge has been sought in the use of a number of plasma sources per treatment chamber, so that with just as many more plasma bundles it is possible to interact with the substrate simultaneously. In practice, such a system appears to be stable only if each plasma source is thereby also provided with a separate, stabilized electrical supply and with a separate inlet for a reactant, which has a strong cost-increasing effect. In addition, the use of separate, independently controlled beams makes the homogeneity of the treatment over the entire surface in such a known device difficult, if not impossible, to enforce.
20 Met de onderhavige uitvinding wordt onder meer beoogd te voorzien in een dergelijke inrichting die aan deze en andere bezwaren althans in belangrijke mate tegemoet komt.The present invention has for its object, inter alia, to provide such a device which at least substantially meets these and other drawbacks.
Om het beoogde doel te bereiken heeft een inrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding als kenmerk dat de ten minste ene cascadeplaat van een 25 aantal doorlaatopeningen is voorzien, waarbij corresponderende openingen van opvolgende cascadeplaten in hoofdzaak onderling zijn uitgelijnd, en dat tussen de ten minste ene kathode en het stelsel van cascadeplaten een plasmaruimte aanwezig is die in open communicatie verkeert met de doorlaatopeningen in de ten minste ene cascadeplaat van het stelsel. Door iedere doorlaatopening in de cascadeplaten stroomt 30 tijdens bedrijf een plasmabundel. Aldus wordt met een plasmabron een veelvoud aan -3- plasmabundels opgewekt om een navenant groter gebied op het substraat gelijktijdig te bestrijken.In order to achieve the intended object, a device according to the invention of the type mentioned in the opening paragraph is characterized in that the at least one cascade plate is provided with a number of passage openings, corresponding openings of successive cascade plates being substantially mutually aligned, and that between the at least one cathode and the cascade plate system is provided with a plasma space in open communication with the passage openings in the at least one cascade plate of the system. A plasma beam flows through each passage opening in the cascade plates during operation. Thus, with a plasma source, a plurality of plasma bundles are generated to simultaneously cover a correspondingly larger area on the substrate.
Verrassenderwijs is gebleken dat een dergelijke uitbreiding van het aantal openingen per 5 cascadeplaat, anders dan een vergroting van een enkele opening, althans geen merkbare nadelige invloed heeft op de stabiliteit van het plasma. Bovendien wordt aldus het plasma uitgespreid over een groter oppervlak, waardoor als het ware een gedistribueerd plasma wordt verkregen dat werkelijke een heel oppervlak van een substraat of althans een groot deel daarvan kan bestrijken. Doordat conform de uitvinding wordt uitgegaan 10 van een gemeenschappelijke plasmaruimte voorafgaand aan het stelsel van cascadeplaten en aan de daarmee bewerkte opsplitsing in afzonderlijke plasmabundels, kan worden volstaan met een enkele, evenzeer gemeenschappelijke elektrische voeding en reactantinlaat voor het geheel. Een kostprijsverhoging zoals bij een inrichting met afzonderlijke plasmabronnen kan hierdoor althans in belangrijke mate worden 15 vermeden. En, anders dan bij de toepassing van afzonderlijke plasmabronnen voor de generatie van even zo vele plasmabundels, leidt de toepassing van de uitvinding niet noodzakelijk tot een wezenlijk grotere omvang daarvan. Integendeel biedt de uitvinding aldus de mogelijke een plasmabron van een gedistribueerde plasma te verwezenlijken met behoud van compactheid.It has surprisingly been found that such an extension of the number of openings per cascade plate, other than an enlargement of a single opening, has at least no appreciable adverse effect on the stability of the plasma. Moreover, the plasma is thus spread over a larger surface, so that a distributed plasma is obtained, as it were, which can actually cover an entire surface of a substrate or at least a large part thereof. Because, according to the invention, a common plasma space is assumed prior to the system of cascade plates and the division into individual plasma bundles processed therewith, a single, equally common electrical supply and reactant inlet for the whole can suffice. A cost price increase such as with a device with separate plasma sources can hereby be avoided at least to a considerable extent. And, unlike the use of individual plasma sources for the generation of as many plasma bundles, the use of the invention does not necessarily lead to a substantially larger extent thereof. On the contrary, the invention thus offers the possibility of realizing a plasma source of a distributed plasma while maintaining compactness.
2020
In een voorkeursuitvoeringsvorm heeft de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de doorlaatopeningen onderling althans nagenoeg equidistant in de ten minste ene cascadeplaat zijn gerangschikt. Aldus wordt een gelijkmatige distributie van de plasmabundels over het oppervlak van de cascadeplaten verkregen met het oog op de 25 gewenste onderlinge uniformiteit van de bundels. In de praktijk kan hiertoe bijvoorbeeld worden uitgegaan van doorlaatopeningen die met hun middelpunt op de hoekpunten van een denkbeeldige gelijkbenige driehoek, een vierkant een regelmatig pentagon, zeshoek enzovoorts zijn gelegen, waarbij ook de ruimte binnen een dergelijke mathematische figuur in voorkomende configuraties ruimte biedt aan plaatsing van aanvullende 30 doorlaatopeningen.In a preferred embodiment, the device according to the invention is characterized in that the passage openings are arranged mutually at least substantially equidistantly in the at least one cascade plate. A uniform distribution of the plasma beams over the surface of the cascade plates is thus obtained in view of the desired mutual uniformity of the beams. In practice, for this purpose, it is possible to assume, for example, passage openings which are located with their center at the corner points of an imaginary equilateral triangle, a square, a regular pentagon, hexagon, etc., wherein also the space within such a mathematical figure offers space for placement in such configurations of additional 30 openings.
-4--4-
Bijzonder goede resultaten zijn geboekt met een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de ten minste ene cascadeplaat van ten minste drie doorlaatopeningen zijn voorzien. De openingen in de platen kunnen daarbij congruent zijn uitgevoerd maar ook intentioneel van verschillende 5 vorm of omvang zijn.Particularly good results have been achieved with a further particular embodiment of the device according to the invention, characterized in that the at least one cascade plate is provided with at least three passage openings. The openings in the plates can thereby be of congruent design, but can also be intentionally of different shape or size.
In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm heeft de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de inlaatmiddelen zijn ingericht om de reactant aan een van de plasmaruimte afgewende zijde van de aangrenzende cascadeplaat in zich door de 10 openingen uitstrekkende stroompaden van het plasma in te laten. Aldus worden de aan de tegenovergestelde zijde van de betreffende cascadeplaat gelegen kathode(s) door diezelfde cascadeplaat van de reactant afgeschermd. Met name bij sterk reactieve reactanten komst dit het behoud en de levensduur van de kathode(s) ten goede, waardoor de inrichting langer in bedrijf kan blijven.In a further preferred embodiment the device according to the invention is characterized in that the inlet means are adapted to introduce the reactant on a side of the adjacent cascade plate remote from the plasma space into current paths of the plasma extending through the openings. The cathode (s) located on the opposite side of the relevant cascade plate are thus shielded from the reactant by the same cascade plate. Particularly in the case of highly reactive reactants, this benefits the preservation and the service life of the cathode (s), so that the device can remain in operation longer.
1515
In een verdere bijzondere uitvoeringsvorm heeft de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat per doorlaatopening in de aangrenzende cascadeplaat ten minste één kathode is voorzien. Door de toepassing van een aantal openingen in de cascadeplaten om even zo vele plasmabundels te voeren, zal ook de maximale plasmastroom die door 20 de inrichting kan worden getrokken toenemen. Om de inrichting in staat te stellen een dergelijke toename aan plasmastroom te leveren, met name bij de initiële ontsteking van de inrichting, is aldus per toegevoegde opening eveneens ten minste één kathode aangebracht zodat de totale plasmastroom die door de inrichting loopt over voldoende kathodes kan worden gespreid.In a further special embodiment, the device according to the invention has the feature that at least one cathode is provided per passage opening in the adjacent cascade plate. By using a number of openings in the cascade plates to feed as many plasma bundles, the maximum plasma flow that can be drawn through the device will also increase. In order to enable the device to provide such an increase in plasma current, in particular at the initial ignition of the device, at least one cathode is thus also provided per additional opening so that the total plasma current flowing through the device can be passed over sufficient cathodes spread.
2525
Alternatief is een verdere bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat per doorlaatopening in de aangrenzende cascadeplaat minder dan één kathode is voorzien. Aldus worden althans sommige van de kathodes tussen doorlaatopeningen gedeeld. Hoewel aldus de plasmastroom door alle aldus 30 delende doorlaatopeningen uit één gemeenschappelijke kathode wordt getrokken en deze totale stroom beperkt is tot de maximale leveringscapaciteit van die kathode, biedt -5- dit als voordeel dat de plaatsruimte die anders voor additionele kathodes zou zijn vereist kan worden uitgespaard hetgeen tot een compactere bouw leidt terwijl het opgewekte plasma niettemin over een aanzienlijk oppervlak gedistribueerd kan worden aangeboden. De aldus haalbare plasmastromen blijken in de praktijk voor veel 5 toepassingen toereikend, terwijl, verrassenderwijs, in alle aldus delende doorlaatopening een stabiel plasma ontstaat.Alternatively, a further special embodiment of the device according to the invention is characterized in that less than one cathode is provided per passage opening in the adjacent cascade plate. Thus, at least some of the cathodes are shared between passage openings. Although thus the plasma current is drawn through one of the common cathode through all thus dividing passage openings and this total current is limited to the maximum delivery capacity of that cathode, this offers the advantage that the space that would otherwise be required for additional cathodes can be required saved, which leads to a more compact construction, while the generated plasma can nevertheless be distributed over a considerable surface. The thus achievable plasma flows are found to be sufficient in practice for many applications, while, surprisingly, a stable plasma is created in all the passage openings thus sharing.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een plasmabron voor het genereren van een plasma omvattende ten minste één kathode en ten minste één anode alsmede een 10 daartussen gelegen stelsel van ten minste één cascadeplaat met een doorlaatopening voor een opgewekt plasma met het kenmerk dat de ten minste ene cascadeplaat is voorzien van een aantal doorlaatopeningen, ieder bestemd voor een doorvoer van een afzonderlijke plasmastroom, en dat de openingen in open communicatie verkeren met een gemeenschappelijke plasmaruimte die tussen het stelsel en de ten minste ene 15 kathode is opgenomen.The invention also relates to a plasma source for generating a plasma comprising at least one cathode and at least one anode and an intermediate system of at least one cascade plate with a passage for an generated plasma, characterized in that the at least one cascade plate is provided with a number of passage openings, each intended for passage of a separate plasma stream, and that the openings are in open communication with a common plasma space which is arranged between the system and the at least one cathode.
De uitvinding zal navolgend nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een bijbehorende tekening. In de tekening toont: figuur 1 een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een inrichting conform 20 de uitvinding voor het behandelen van een oppervlak van een substraat; figuur 2 een detailweergave van het gedeelte A van de plasmabron van figuur 1; figuur 3A een vooraanzicht van een cascadeplaat zoals toegepast in de plasmabron van de inrichting van figuur 1; en figuur 3B een verdere uitvoeringsvorm van een cascadeplaat toepasbaar in een 25 inrichting volgens de uitvinding.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment and an accompanying drawing. In the drawing: figure 1 shows a cross-section of an embodiment of a device according to the invention for treating a surface of a substrate; Figure 2 is a detailed view of the portion A of the plasma source of Figure 1; Figure 3A is a front view of a cascade plate as used in the plasma source of the device of Figure 1; and figure 3B shows a further embodiment of a cascade plate usable in a device according to the invention.
De figuren zijn daarbij zuiver schematisch en niet op schaal getekend. Met name zijn terwille van de duidelijkheid sommige dimensies (sterk) overdreven weergegeven. Overeenkomstige delen zijn in de figuren, waar dienstig, met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.The figures are purely schematic and not drawn to scale. In particular, for the sake of clarity, some dimensions are (strongly) exaggerated. Corresponding parts are designated in the figures, where appropriate, with the same reference numeral.
30 -6-30 -6-
Figuur 1 toont schematisch de opbouw van een inrichting voor het behandelen van een oppervlak van een substraat met behulp van of ondersteund door een plasma volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, een zogenaamde plasmareactor. De plasmareactor omvat een behuizing 1 met enerzijds een plasmabron 13 en anderzijds 5 een behandelkamer 3 om daarin een te behandelen substraat 9 te ontvangen. De plasmabron 13 staat via een plasmainlaat in verbinding met de behandelkamer 3. Aldus kan een door de plasmabron opgewekt plasma 8 de behandelkamer 3 binnentreden. Het plasma 8 is daarbij gericht op een hoofdoppervlak van het te behandelen substraat 9, dat in positie wordt gehouden door een substraathouder 10. De substraathouder 10 wordt 10 door middel van een niet nader getoond koelkanaal en/of ingebouwd verwarmingselement op een temperatuur tussen 70 en 1000 Kelvin gehouden. De houder 10 is elektrisch geïsoleerd ten opzichte van de behuizing 1 zodat de houder 10 onderdeel kan zijn van één of meer extra ontladingen in de plasma behandelruimte 3. De plasmainlaat omvat bij voorkeur een nozzle 5 waarvan een einde in de 15 plasmabehandelruimte 3 uitmondt en het plasma enigszins over het substraat spreidt om zo een groter oppervlak te bestrijken.Figure 1 shows schematically the construction of a device for treating a surface of a substrate with the aid of or supported by a plasma according to an embodiment of the invention, a so-called plasma reactor. The plasma reactor comprises a housing 1 with on the one hand a plasma source 13 and on the other hand a treatment chamber 3 to receive a substrate 9 to be treated therein. The plasma source 13 is in communication with the treatment chamber 3 via a plasma inlet. Thus, a plasma 8 generated by the plasma source can enter the treatment chamber 3. The plasma 8 is then directed to a main surface of the substrate 9 to be treated, which is held in position by a substrate holder 10. The substrate holder 10 is 10 by means of a cooling channel and / or built-in heating element (not shown) at a temperature between 70 and 1000 Kelvin held. The holder 10 is electrically insulated with respect to the housing 1 so that the holder 10 can be part of one or more additional discharges in the plasma treatment space 3. The plasma inlet preferably comprises a nozzle 5, one end of which opens into the plasma treatment space 3 and the plasma slightly over the substrate to cover a larger area.
In het geval een vloeibare of gas vormige reactant gebruikt wordt, vindt de injectie hiervan in piasmagenerator 13 plaats via een gasinlaat 11, zie ook figuur 2. Daarnaast is 20 een inlaat 12 aanwezig ten behoeve van een geschikt spoelgas dat wordt geïnjecteerd om een (semi-)continu bedrijf van de reactor mogelijk te maken. Het spoelgas kan bestaan uit een willekeurig mengsel van gassen die na scheiding geen fragmenten opleveren die onderdelen van piasmagenerator 13 zouden kunnen beschadigen, zoals bijvoorbeeld inerte gassen als argon, helium, waterstof en stikstof. De verhouding tussen de 25 geïnjecteerde hoeveelheden spoelgas en het reactant, uitgedrukt in m3/sec. bij STP (Standard Temperature and Pressure) gasequivalent, d.w.z. 273 Kelvin en 1 Bar, ligt typisch tussen 1 en 1000 en gewoonlijk tussen 8 en 400. De vloeibare of gasvormige reactant bevat bijvoorbeeld een scheidbare en ioniseerbare verbinding, zoals gehalogeniseerde koolwaterstoffen.In case a liquid or gaseous reactant is used, the injection thereof takes place in a plasma generator 13 via a gas inlet 11, see also figure 2. In addition, an inlet 12 is provided for a suitable purge gas that is injected around a (semi) -) to allow continuous operation of the reactor. The purge gas may consist of any mixture of gases which, after separation, do not produce fragments that could damage parts of plasma generator 13, such as, for example, inert gases such as argon, helium, hydrogen and nitrogen. The ratio between the amounts of purge gas injected and the reactant, expressed in m3 / sec. in the case of STP (Standard Temperature and Pressure) gas equivalent, i.e. 273 Kelvin and 1 Bar, is typically between 1 and 1000 and usually between 8 and 400. The liquid or gaseous reactant contains, for example, a separable and ionizable compound, such as halogenated hydrocarbons.
30 -7-30 -7-
Om een gecontroleerde plasmabehandeling uit te voeren, vrij van ongewenste bijproducten in het plasma 8, wordt tijdens bedrijf in de piasmagenerator 13 een druk boven 0,1 Bar gehandhaafd, bij voorkeur tussen 0,1 en 3,5 Bar, terwijl de behandelkamer 3 bij voorkeur op een druk beneden 0,05 Bar (= 5 kPa) en in het 5 bijzonder beneden 200 Pa wordt gehouden, onafhankelijk van de regelbare druk van het geïnjecteerde spoelgas en de reactant. Hiertoe is de inrichting voorzien van pompmiddelen waarmee de plasma-behandelkamer 3 via een regelbaar ventiel 16 en een tweetal uitlaten 14,15 kan worden geëvacueerd. De daarbij toegepaste pomp omvat bijvoorbeeld een niet nader getoonde Roots-blower in combinatie met een 10 olie-diffusiepomp die aan uitlaat 15 is aangesloten. Een dergelijke diffusiepomp is tevens in staat de behuizing 1 buiten bedrijf van de inrichting voortdurend op een lage druk van 3-10 Pa te houden, om zo vervuiling te voorkomen.To perform a controlled plasma treatment, free from unwanted by-products in the plasma 8, a pressure above 0.1 Bar is maintained during operation in the plasma generator 13, preferably between 0.1 and 3.5 Bar, while the treatment chamber 3 at preferably at a pressure below 0.05 Bar (= 5 kPa) and in particular below 200 Pa, regardless of the controllable pressure of the injected purge gas and the reactant. To this end, the device is provided with pumping means with which the plasma treatment chamber 3 can be evacuated via a controllable valve 16 and two outlets 14, 15. The pump used for this purpose comprises, for example, a Roots blower (not further shown) in combination with an oil diffusion pump which is connected to outlet 15. Such a diffusion pump is also capable of continuously keeping the housing 1 out of operation of the device at a low pressure of 3-10 Pa, so as to prevent contamination.
Om het plasma 8 te sturen en regelen kan een bij voorkeur watergekoelde skimmer 15 onderdeel van de plasmabehandelruimte 3 zijn. Met een dergelijke skimmer kan desgewenst de diameter van het plasma 8 worden beïnvloed. Voor een verdere fïjn-regeling en opsluiting van het plasma zijn in dit voorbeeld bovendien magneetspoelen 7 aangebracht waarmee naar wens rondom het plasma 8 een magneetveld kan worden aangelegd.To control and control the plasma 8, a preferably water-cooled skimmer 15 can be part of the plasma treatment space 3. If desired, the diameter of the plasma 8 can be influenced with such a skimmer. For further fine-tuning and confinement of the plasma, magnetic coils 7 are furthermore arranged in this example, with which a magnetic field can be applied around the plasma 8 as desired.
2020
Het plasma 8 wordt gegenereerd met een plasmabron 13 waarin een stelsel van cascadeplaten 80 tussen één of meer kathodes 20 en één of meer anodes 5 is toegepast. Het stelsel omvat hier negen van dergelijke opeenvolgende cascadeplaten 80, vervaardigd van koper, met een totale lengte van zo'n 40-80 millimeter. In dit voorbeeld 25 worden supersonische nozzle-vormige anodes toegepast, waarmee depositie van materiaal op ongewenste plaatsen in de behandelruimte 3 tegen kan worden gegaan. Een dergelijke anode 5 wordt gevormd door een losneembaar inzetstuk voorzien van een aansluitende aandrukring 51 waarmee het in de koelplaat 30 is gedrukt. Het inzetstuk heeft een aan weerszijden open, conische holte waarvan een diameter, in een richting 30 naar het substraat toe, geleidelijk toeneemt. De holte heeft een inlaatopening met een diameter die een weinig groter is dan de diameter van het daarop aansluitende -8- plasmakanaal 95 en loopt vervolgens uit naar een uitlaatopening, zodat het kanaal zich verwijdt met een hoek van bijvoorbeeld ruim 10 graden ten opzichte van een hartlijn van het kanaal 95. Een binnenwand van het inzetstuk dient uiterst glad te worden afgewerkt tot een oppervlakte-ruwheid van minder dan zo'n 0,1 μ (micron).The plasma 8 is generated with a plasma source 13 in which a system of cascade plates 80 between one or more cathodes 20 and one or more anodes 5 is applied. The system here comprises nine such consecutive cascade plates 80, made of copper, with a total length of about 40-80 millimeters. In this example, supersonic nozzle-shaped anodes are used, with which deposition of material at undesired places in the treatment space 3 can be prevented. Such an anode 5 is formed by a releasable insert provided with a connecting pressure ring 51 with which it is pressed into the cooling plate 30. The insert has a conical cavity open on either side, a diameter of which gradually increases in a direction towards the substrate. The cavity has an inlet opening with a diameter that is slightly larger than the diameter of the adjoining plasma channel 95 and then extends to an outlet opening, so that the channel widens at an angle of, for example, more than 10 degrees with respect to a axis of the channel 95. An inner wall of the insert must be finished extremely smoothly to a surface roughness of less than about 0.1 μ (micron).
55
Conform de uitvinding omvat iedere cascadeplaat 80 daarbij meer dan één doorlaatopening 85, zie ook figuur 3A, waarbij overeenkomstige doorlaatopeningen 85 in opvolgende cascadeplaten in hoofdzaak zijn uitgelijnd, om aldus een overeenkomstig aantal plasmakanalen 95 te vormen. De plasmakanalen 95 bieden afzonderlijke 10 stroompaden voor het opgewekte plasma van de nozzle-vormige anode 5 naar de kathodes 20. Aldus kan tussen de anodes 5 en de kathodes 20 een hoog-energetische plasmaboog worden getrokken waarin een reactant kan worden gevoerd en geïoniseerd.In accordance with the invention, each cascade plate 80 comprises more than one passage opening 85, see also Figure 3A, wherein corresponding passage openings 85 in successive cascade plates are substantially aligned, so as to form a corresponding number of plasma channels 95. The plasma channels 95 provide separate current paths for the generated plasma from the nozzle-shaped anode 5 to the cathodes 20. Thus, a high-energy plasma arc can be drawn between the anodes 5 and the cathodes 20 in which a reactant can be fed and ionized.
De potentiaal over de boog bedraagt tijdens normaal bedrijf bij voorkeur tussen 20 en 15 200 V, in het bijzonder tussen 50 en 150 V. Het plasma 8 wordt gestart door de druk in de boog te verlagen en een ontstekingsspanning aan te leggen van circa 1000 Volt totdat ontsteking plaatsvindt en een grote stroom van bijvoorbeeld meer dan 10 Ampère gaat lopen. Hierna wordt de druk snel, dat wil zeggen bijvoorbeeld binnen 5 seconde, verhoogd tot de gewenste waarde wordt bereikt en zich een stabiele boog vormt nadat 20 alle tussenliggende ontladingsfasen zijn doorlopen. Uiteindelijk voeren de kanalen 95 gezamenlijk een elektrische gelijkstroom van 20 tot 200 A van de anodes 5 naar de kathodes 20. Via een venster 41 in een daartoe voorziene vensterhuls 42 kan het plasma 8 in de kanalen 95 worden geobserveerd. De vensterhuls 42 bevat tevens de inlaat 12 voor de eventuele toevoer van een spoelgas.During normal operation, the potential across the arc is preferably between 20 and 200 V, in particular between 50 and 150 V. The plasma 8 is started by reducing the pressure in the arc and applying an ignition voltage of approximately 1000 volts. until ignition takes place and a large current of, for example, more than 10 Amps starts to flow. After this, the pressure is rapidly increased, i.e. for example within 5 seconds, until the desired value is reached and a stable arc forms after all the intermediate discharge phases have been completed. Finally, the channels 95 jointly carry an electric direct current of 20 to 200 A from the anodes 5 to the cathodes 20. Via a window 41 in a window sleeve 42 provided for this purpose, the plasma 8 in the channels 95 can be observed. The window sleeve 42 also contains the inlet 12 for the optional supply of a flushing gas.
2525
In dit uitvoeringsvoorbeeld, zie figuur 3, omvatten de cascadeplaten 80 ieder drie van dergelijke doorlaatopeningen 85 met een in hoofdzaak congruente cirkelvormige doorsnede met een diameter van 2-6 millimeter, in dit voorbeeld circa 5 millimeter. Voorafgaand aan de eerste cascadeplaat 80 bevindt zich, conform de uitvinding, een 30 gemeenschappelijke plasmaruimte 90 die in open communicatie verkeert met de verscheidene doorlaatopeningen 85 in de platen 80. Dit biedt het plasma de gelegenheid -9- om, na te zijn ontstoken, zich te verdelen over de verschillende kanalen opdat zich een drietal, en bij meer openingen zelfs een groter aantal, afzonderlijke bundels vormt. Hoewel de doorlaatopeningen in dit voorbeeld volledig regelmatig en onderling equidistant, op de hoekpunten van een denkbeeldige gelijkzijdige driehoek, zijn 5 aangebracht, kunnen ze in principe betrekkelijke willekeurig over het oppervlak van de platen worden verspreid en eventueel anders en/of onderling verschillend zijn vormgegeven om aldus een over nagenoeg het hele oppervlak daarvan gedistribueerd plasma te vormen. Figuur 3B toont een voorbeeld van een dergelijke alternatieve uitvoering van een cascadeplaat 80, zonder in enig opzicht limitatief te zijn. De 10 afzonderlijke plasmabundels treden parallel aan elkaar de behandelkamer 3 binnen om, als ware het de stralen van een douchekop, het oppervlak van het substraat 9 volledig, althans grotendeels te bestrijken.In this exemplary embodiment, see Figure 3, the cascade plates 80 each comprise three of such passage openings 85 with a substantially congruent circular cross-section with a diameter of 2-6 millimeters, in this example approximately 5 millimeters. Prior to the first cascade plate 80, according to the invention, there is a common plasma space 90 which is in open communication with the various passage openings 85 in the plates 80. This gives the plasma the opportunity to, after being ignited, to divide over the different channels so that three, and with more openings even a larger number, separate bundles forms. Although the passage openings in this example are arranged completely regular and mutually equidistant at the angular points of an imaginary equilateral triangle, they can in principle be spread relatively randomly over the surface of the plates and possibly be designed differently and / or mutually differently to thus forming a plasma distributed over substantially the entire surface thereof. Figure 3B shows an example of such an alternative embodiment of a cascade plate 80, without being limitative in any respect. The individual plasma beams enter the treatment chamber 3 parallel to each other in order to completely, at least largely cover the surface of the substrate 9, as if it were the jets of a shower head.
Doordat de platen 80 tijdens bedrijf worden blootgesteld aan hoge temperaturen van de 15 orde van 10.000 Kelvin en hoge energie-dichtheden in het plasma, is het van belang de platen te koelen met een geschikt koelmiddel. Hiertoe zijn met name nabij de doorlaatopeningen kanalen 87 in de platen voorzien waardoorheen een geschikte koelvloeistof, zoals bijvoorbeeld water, kan worden gepompt. Dit waarborgt een adequate warmteafvoer en daarmee koeling van de cascadeplaten. De platen 80 zijn 20 onderling gescheiden en elektrisch geïsoleerd door middel van een systeem van 'O'-ring afdichtingen 82, afstandsringen 81, bijvoorbeeld van PVC, en centrale ringen 83 van boronitride. De afdichtingen 82 zorgen ervoor dat in de plasmaboog een druk tussen 0,05 en 5 Bar bestaanbaar is. De centrale ringen 83 hebben een witte kleur, waardoor ze het door het plasma uitgestraalde licht reflecteren en zo de 'O'-ringen 82 voor smelten 25 als gevolg van de absorptie van plasmalicht behoeden. Het pakket van cascadeplaten 80 wordt stevig bijeen gehouden met behulp van een aantal bouten 35 die door daartoe in de cascadeplaten voorziene boringen 84 worden geleid en door een koelplaat 30 steken waarin de anodes 5 zijn gevat. Met behulp van moeren 36 wordt het pakket aldus onwrikbaar met de koelplaat 30 verbonden. De bouten 35 zijn voorzien van niet nader 30 getoonde isolerende mantels en ringen om elektrisch contact met de platen 80,30 te vermijden.Because the plates 80 are exposed to high temperatures of the order of 10,000 Kelvin and high energy densities in the plasma during operation, it is important to cool the plates with a suitable coolant. To this end, in particular near the passage openings, channels 87 are provided in the plates through which a suitable cooling liquid, such as for instance water, can be pumped. This guarantees adequate heat dissipation and thus cooling of the cascade plates. The plates 80 are mutually separated and electrically insulated by means of a system of O-ring seals 82, spacer rings 81, for example of PVC, and central rings 83 of boron nitride. The seals 82 ensure that a pressure between 0.05 and 5 Bar can be maintained in the plasma arc. The central rings 83 have a white color, as a result of which they reflect the light emitted by the plasma and thus protect the O-rings 82 from melting due to the absorption of plasma light. The package of cascade plates 80 is held firmly together with the aid of a number of bolts 35 which are guided through bores 84 provided for this purpose in the cascade plates and protrude through a cooling plate 30 in which the anodes 5 are contained. The package is thus immovably connected to the cooling plate 30 by means of nuts 36. The bolts 35 are provided with insulating jackets and washers (not further shown) to prevent electrical contact with the plates 80.30.
-10--10-
De plasmabron 13 omvat in dit voorbeeld een tweetal identieke kathodetips 20, gemaakt van een legering van 2% thorium in wolfram. De kathodetips 20 zijn gemonteerd in holle houders 21, waardoorheen koelwater wordt aan- en afgevoerd via leiding 22. De houders 21 zijn tenminste gedeeltelijk gevat in een mantel 23, gemaakt van bijvoorbeeld 5 kwarts, en worden in positie gehouden door een schroefverbinding 24 die aan een niet nader getoonde rubber afdichtring ruimte biedt en de houder 21 in een vacuüm-dichte toestand in de mantel 23 vastklemt. De plaatsing en het aantal van de kathodetips 20 in de plasmaruimte 90 kan betrekkelijk vrijelijk worden gekozen en behoeft niet of nauwelijks afstemming op het aantal en de positie van de kanalen 95. Zo is hier het 3 0 aantal lager dan het aantal openingen 85 gekozen om de kosten en ruimte van kathodetips uit te sparen opdat compacter en goedkoper kan worden gebouwd, maar desgewenst kan ook een gelijk of een groter aantal worden gekozen, in vergelijking met het aantal plasmakanalen 95, om duurzaam meer elektrische stroom te kunnen leveren. Aldus kan de inrichting worden afgestemd op een specifieke toepassing.The plasma source 13 in this example comprises two identical cathode tips 20 made of an alloy of 2% thorium in tungsten. The cathode tips 20 are mounted in hollow holders 21, through which cooling water is supplied and discharged via line 22. The holders 21 are at least partially enclosed in a casing 23 made of, for example, quartz, and are held in position by a screw connection 24 which a rubber sealing ring (not shown) provides space and the holder 21 clamps into the casing 23 in a vacuum-tight state. The placement and the number of the cathode tips 20 in the plasma space 90 can be chosen relatively freely and requires little or no coordination with the number and the position of the channels 95. Thus, here the number is lower than the number of openings 85 chosen to save the costs and space of cathode tips so that building can be more compact and cheaper, but if desired an equal or a larger number can be chosen, in comparison with the number of plasma channels 95, in order to be able to supply more electric current in a sustainable manner. The device can thus be tailored to a specific application.
1515
Aan het eind van ieder kanaal 95 bevindt zich een anode 5 in de vorm van een betrekkelijk gemakkelijk uitneembaar conische inzetstuk, dat door middel van een aandrukring 51 in een daartoe complementair in een watergekoelde plaat 30 gevormde opening drukbaar is. De koelplaat 30 is bijvoorbeeld vervaardigd van koper en is 20 inwendig voorzien van een meanderend of spiraliserend vloeistofkanaal tussen een inlaat 31 en een uitlaat 32. Koelwater wordt via inlaat 31 naar de koelplaat en via het koel-kanaal naar uitlaat 32 gevoerd. De genoemde inzetstukken zijn bijvoorbeeld gemaakt uit zuurstofarm koper. De koelplaat 30 is elektrisch geïsoleerd van behuizing 1 door een isolerende mantel 33.At the end of each channel 95 there is an anode 5 in the form of a relatively easily removable conical insert which can be pressed by means of a pressure ring 51 into an opening formed complementarily in a water-cooled plate 30 for this purpose. The cooling plate 30 is for instance made of copper and is internally provided with a meandering or spiraling liquid channel between an inlet 31 and an outlet 32. Cooling water is fed via inlet 31 to the cooling plate and via the cooling channel to outlet 32. The said inserts are made, for example, from low-oxygen copper. The cooling plate 30 is electrically insulated from housing 1 by an insulating jacket 33.
2525
Ter hoogte van de eerste twee cascadeplaten 80 van het stelsel, bevindt zich de inlaat 11 voor een gasvormige reactant. Deze inlaat 11 mondt aan een van de kathode 20 afgewende zijde van de eerste cascadeplaat 80 tussen de twee naar elkaar gerichte oppervlakten van dit paar cascadeplaten uit, zie figuur 2. Eén van beide platen 80 is 30 daartoe voorzien van een kanaal 86, waardoorheen het gasvormige reactant in de plasmakanalen 85,95 kan worden geïnjecteerd. Hiertoe is een uitsparing ter dikte van -11- circa 0,1 mm in de centrale boron-nitride ring 83 aangebracht. Aldus wordt de kathode 20 door de eerste cascadeplaat 80 afgeschermd van de soms sterk reactieve gasvormige reactant om de kathode 20 zo tegen aantasting een vroegtijdige slijtage te beschermen. Het kanaal 86 is zodanig aangebracht dat het nergens contact maakt met het koelkanaal 5 87 in dezelfde cascadeplaat 80.At the level of the first two cascade plates 80 of the system, the inlet 11 for a gaseous reactant is located. This inlet 11 opens on a side of the first cascade plate 80 remote from the cathode 20 between the two facing surfaces of this pair of cascade plates, see figure 2. One of the two plates 80 is provided for this purpose with a channel 86, through which the gaseous reactant can be injected into the plasma channels 85.95. For this purpose, a recess having a thickness of approximately 11 mm is provided in the central boron-nitride ring 83. The cathode 20 is thus shielded by the first cascade plate 80 from the sometimes highly reactive gaseous reactant in order to protect the cathode 20 against deterioration and premature wear. The channel 86 is arranged such that it makes no contact anywhere with the cooling channel 87 in the same cascade plate 80.
Voor de injectie van vloeibare reactanten in de plasmakanalen 95 kan een vergelijkbare doorgang worden voorzien, waarbij het injectiekanaal 86 dan tenminste één capillair vat omvat. Ook een dergelijk capillair vat wordt dusdanig aangebracht dat het koelkanaal 87 10 in dezelfde plaat nergens wordt geraakt. De diameter van het capillair vat wordt bij voorkeur zodanig gekozen dat aangevoerde vloeistof, die onder een hogere druk wordt aangevoerd dan de in de plasmakanalen 95 heersende druk, pas verdampt aan het eind van het capillair vat waar dit uitmondt in het centrale gebied tussen de platen 80 waar zich de openingen 85 en de daardoorheen lopende plasmakanalen bevinden.A similar passage can be provided for the injection of liquid reactants into the plasma channels 95, the injection channel 86 then comprising at least one capillary vessel. Such a capillary vessel is also arranged in such a way that the cooling channel 87 is not touched anywhere in the same plate. The diameter of the capillary vessel is preferably chosen such that supplied liquid, which is supplied under a higher pressure than the pressure prevailing in the plasma channels 95, only evaporates at the end of the capillary vessel where it flows into the central region between the plates 80 where the openings 85 and the plasma channels running therethrough are located.
1515
Naast gasvormige en vloeibare reactanten biedt de inrichting ook de mogelijkheid reactanten vanuit een vaste fase toe te passen. Hiertoe omvat de inrichting in of nabij een stroompad van het plasma 8 een kathode 61 die aan weerszijden wordt geflankeerd door een anode 60. In dit voorbeeld zijn beiden op een zekere afstand van bijvoorbeeld 20 circa 10 centimeter van een hartlijn van de gevormde plasmabundels 8 opgesteld. Zowel de kathode 61 als de anode 60 is elektrisch van de behuizing 1 geïsoleerd. Onder invloed van het elektrische veld dat tussen de hoofd-anode 5 en kathode 20 wordt aangelegd zal tussen de hulp-anode 60 en -kathode 61 een neven-ontlading worden geïnduceerd. Wanneer deze ontlading wordt bekrachtigd op een spanning van typisch 25 tussen 200 en 1000 Volt en met een stroomdichtheid van typisch 50 tot 1000 mA/cm2 zal tussen de anode 60 en kathode 61 een sputterende ontlading plaatsvinden, waarbij vaste stof deeltjes uit de kathode worden vrijgemaakt die zich vervolgens met het plasma 8 zullen mengen. Door de kathode 61 uit een vaste reactant te vervaardigen kan aldus het vaste reactant-materiaal uit de kathode worden gesputterd en in het plasma 30 worden geïntroduceerd. In dit voorbeeld is de kathode 61 uit koper vervaardigd om koper als vaste reactant te kunnen leveren. In de kathode 61 bevindt zich een koelkanaal -12- 62 dat via niet nader getoonde leidingen aan koelmiddelen kan worden gekoppeld om de temperatuur indien nodig op een acceptabel niveau te kunnen handhaven.In addition to gaseous and liquid reactants, the device also offers the possibility of using reactants from a solid phase. To this end, the device comprises a cathode 61 in or near a current path of the plasma 8, which is flanked on either side by an anode 60. In this example, both are arranged at a certain distance of, for example, approximately 10 centimeters from a center line of the formed plasma beams 8. . Both the cathode 61 and the anode 60 are electrically insulated from the housing 1. Under the influence of the electric field applied between the main anode 5 and cathode 20, an ancillary discharge will be induced between the auxiliary anode 60 and cathode 61. When this discharge is energized at a voltage of typically between 200 and 1000 volts and with a current density of typically 50 to 1000 mA / cm 2, a sputtering discharge will take place between the anode 60 and cathode 61, releasing solid particles from the cathode which will then mix with the plasma 8. Thus, by manufacturing the cathode 61 from a solid reactant, the solid reactant material can be sputtered from the cathode and introduced into the plasma 30. In this example, the cathode 61 is made of copper to provide copper as a solid reactant. In the cathode 61 there is a cooling channel -12- 62 which can be coupled to cooling means via pipes (not shown) in order to be able to maintain the temperature at an acceptable level if necessary.
De complete inrichting wordt tijdens bedrijf aan pompmiddelen gekoppeld en daarmee 5 via aansluitingen 14,15 voortdurend afgepompt, waarbij bij voorkeur een dusdanig zodanig drukverschil tussen de plasmabron 13 en de behandelkamer 3 wordt aangelegd dat het plasma als het ware door anode-nozzle 5 kan worden geëxtraheerd. De pompsnelheid dient daarbij zodanig te worden gekozen, dat de expansie in de sub-atmosferische plasmabehandelruimte 3 een supersoon karakter aanneemt. In dat 10 geval wordt het evenwicht van het plasma 'ingevroren'. Drie-deeltjes- en stralings-recombinatie processen zijn namelijk in het algemeen te traag om een substantiële vermindering van het aantal reactieve plasmadeeltjes te laten optreden in de korte tijd die dan resteert totdat het te behandelen substraat wordt bereikt. Omdat zowel de gas- als de elektronen-temperatuur in het plasma een waarde hebben van circa 10.000 15 Kelvin, is de geluidssnelheid circa 1750 m/s. Dit begrenst de massa-flow, omdat de geluidssnelheid wordt gepasseerd op een plaats met de kleinste diameter, in de meeste gevallen in de nozzle 5 of het einde van het plasmakanaal 95. Aldus kan met de inrichting volgens de uitvinding een bijzonder hoge flux van de reactant worden bereikt waarbij de behandeling bijzondere gelijkmatig en gecontroleerd gelijktijdig over het 20 gehele oppervlak van het substraat of althans een groot deel daarvan wordt uitgevoerd.During operation, the complete device is coupled to pumping means and is therefore continuously pumped out via connections 14,15, wherein such a pressure difference is preferably applied between the plasma source 13 and the treatment chamber 3 that the plasma can, as it were, be fed through anode nozzle 5. extracted. The pumping speed must be chosen such that the expansion in the sub-atmospheric plasma treatment space 3 assumes a supersonal character. In that case the equilibrium of the plasma is 'frozen'. Namely, three-particle and radiation recombination processes are generally too slow to cause a substantial reduction in the number of reactive plasma particles in the short time that then remains until the substrate to be treated is reached. Because both the gas and the electron temperature in the plasma have a value of approximately 10,000 Kelvin, the sound speed is approximately 1750 m / s. This limits the mass flow, because the sound velocity is passed at a location with the smallest diameter, in most cases in the nozzle 5 or the end of the plasma channel 95. Thus, with the device according to the invention, a particularly high flux of the reactant can be achieved, the treatment being carried out particularly uniformly and in a controlled manner simultaneously over the entire surface of the substrate or at least a large part thereof.
Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van slechts een enkel uitvoeringsvorm in detail nader werd toegelicht, moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt. Integendeel zijn voor een gemiddelde vakman nog vele variaties en 25 verschijningsvormen mogelijk zonder van hem te vergen buiten het kader van de uitvinding te treden.Although the invention has been explained in detail in detail above with reference to only a single embodiment, it will be clear that the invention is by no means limited thereto. On the contrary, many variations and appearances are still possible for the average person skilled in the art without requiring him to depart from the scope of the invention.
Claims (7)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1021185A NL1021185C2 (en) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | Device for treating a surface of a substrate and a plasma source. |
| US10/629,566 US20040188019A1 (en) | 2002-07-30 | 2003-07-30 | Device for treating a surface of a substrate, and a plasma source |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1021185 | 2002-07-30 | ||
| NL1021185A NL1021185C2 (en) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | Device for treating a surface of a substrate and a plasma source. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1021185C2 true NL1021185C2 (en) | 2004-02-03 |
Family
ID=32026235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1021185A NL1021185C2 (en) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | Device for treating a surface of a substrate and a plasma source. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040188019A1 (en) |
| NL (1) | NL1021185C2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7282244B2 (en) * | 2003-09-05 | 2007-10-16 | General Electric Company | Replaceable plate expanded thermal plasma apparatus and method |
| US20060022641A1 (en) * | 2004-05-24 | 2006-02-02 | Scalpel Drive Innovation, Llc | System, apparatus, and method for increasing particle density and energy by creating a controlled plasma environment into a gaseous media |
| US7703413B2 (en) * | 2004-06-28 | 2010-04-27 | Sabic Innovative Plastics Ip B.V. | Expanded thermal plasma apparatus |
| JP5730521B2 (en) * | 2010-09-08 | 2015-06-10 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Heat treatment equipment |
| US20170011901A1 (en) * | 2015-07-06 | 2017-01-12 | Bayspec, Inc. | Methods of Optimizing Ion Transmission Between Differentially Pumped Vacuum Chambers |
| US11875975B2 (en) * | 2019-09-11 | 2024-01-16 | Redshift Energy, Inc. | Method and device for hydrogen sulfide dissociation in electric arc |
| US11515131B2 (en) * | 2019-12-06 | 2022-11-29 | The Charles Stark Draper Laboratory Inc. | System for focused deposition of atomic vapors |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0297637A1 (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-04 | Technische Universiteit Eindhoven | Method of treating surfaces of substrates with the aid of a plasma and a reactor for carrying out the method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8713986D0 (en) * | 1987-06-16 | 1987-07-22 | Shell Int Research | Apparatus for plasma surface treating |
| EP0851720B1 (en) * | 1996-12-23 | 1999-10-06 | Sulzer Metco AG | Non-transferred arc plasmatron |
| US6236163B1 (en) * | 1999-10-18 | 2001-05-22 | Yuri Maishev | Multiple-beam ion-beam assembly |
| US6632323B2 (en) * | 2001-01-31 | 2003-10-14 | Plasmion Corporation | Method and apparatus having pin electrode for surface treatment using capillary discharge plasma |
| US6397776B1 (en) * | 2001-06-11 | 2002-06-04 | General Electric Company | Apparatus for large area chemical vapor deposition using multiple expanding thermal plasma generators |
| US6681716B2 (en) * | 2001-11-27 | 2004-01-27 | General Electric Company | Apparatus and method for depositing large area coatings on non-planar surfaces |
-
2002
- 2002-07-30 NL NL1021185A patent/NL1021185C2/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-07-30 US US10/629,566 patent/US20040188019A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0297637A1 (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-04 | Technische Universiteit Eindhoven | Method of treating surfaces of substrates with the aid of a plasma and a reactor for carrying out the method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GROENEN R ET AL: "Surface textured ZnO films for thin film solar cell applications by expanding thermal plasma CVD", THIN SOLID FILMS, ELSEVIER-SEQUOIA S.A. LAUSANNE, CH, vol. 392, no. 2, 30 July 2001 (2001-07-30), pages 226 - 230, XP004250743, ISSN: 0040-6090 * |
| HARTMANN R ET AL: "CIPASS - AN IGNITION METHOD FOR THE INNOVATIVE PLASMA TORCH LARGE", EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL APPLIED PHYSICS, EDP SCIENCES, LES ULIS, FR, vol. 8, no. 3, December 1999 (1999-12-01), pages 253 - 256, XP000948667, ISSN: 1286-0042 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20040188019A1 (en) | 2004-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4871580A (en) | Method of treating surfaces of substrates with the aid of a plasma | |
| US6583064B2 (en) | Low contamination high density plasma etch chambers and methods for making the same | |
| KR101052446B1 (en) | Substrate Support with Temperature Control Surface | |
| Ichiki et al. | Localized and ultrahigh-rate etching of silicon wafers using atmospheric-pressure microplasma jets | |
| KR100665646B1 (en) | Gas injection system for plasma processing | |
| EP0295752B1 (en) | Apparatus suitable for plasma surface treating and process for preparing membrane layers | |
| JP3318336B2 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR TREATING ARTICLES BY REACTION SUPPORTING DC ARC DISCHARGE | |
| US6632322B1 (en) | Switched uniformity control | |
| KR20070099345A (en) | Dc arc plasmatron and the method using the same | |
| KR20080099180A (en) | Process for wafer backside polymer removal and wafer front side photoresist removal | |
| KR101025231B1 (en) | Process for wafer backside polymer removal with wafer front side gas purge | |
| KR20140034115A (en) | Dual delivery chamber design | |
| NL1021185C2 (en) | Device for treating a surface of a substrate and a plasma source. | |
| KR20080071525A (en) | Process for wafer backside polymer removal and wafer front side scavenger plasma | |
| EP1668663B1 (en) | Apparatus and method for plasma treating a substrate | |
| KR100501777B1 (en) | Plasma processing device | |
| TWI262531B (en) | Cascade source and a method for controlling the cascade source | |
| US7938081B2 (en) | Radial line slot antenna having a conductive layer | |
| US5897844A (en) | Photon-enhanced neutral beam etcher and cleaner | |
| WO2008004240A2 (en) | Device and method for thin film deposition using a vacuum arc in an enclosed cathode-anode assembly | |
| US12119216B2 (en) | Arc lamp with forming gas for thermal processing systems | |
| JP2008053063A (en) | Plasma processing device | |
| JP2017183269A (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method, manufacturing method of electronic device | |
| JPH01239090A (en) | Method for thermal plasma vapor-phase synthesis of diamond and apparatus therefor | |
| JP2017182966A (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method, manufacturing method of electronic device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20070201 |