WO2002061171A1 - Verfahren zur erzeugung einer funktionsbeschichtung mit einer hf-icp-plasmastrahlquelle - Google Patents

Verfahren zur erzeugung einer funktionsbeschichtung mit einer hf-icp-plasmastrahlquelle Download PDF

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WO2002061171A1
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Stefan Grosse
Sascha Henke
Susanne Spindler
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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    • C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
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    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/515—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a
  • Thermal plasmas with which high coating rates in the range of mm / h can be achieved, are particularly suitable for coating substrates in the subatmospheric and atmospheric pressure range.
  • thermal plasma sources include the inductively coupled high-frequency plasma radiation source (HF-ICP radiation source), as described by E. Pfender and CH Chang "Plasma Spray Jets and Plasma Particulate Interaction: Modeling and Experiments", Ta- volume of the 6th workshop on plasma technology, TU Illmenau, 1998.
  • HF-ICP radiation source inductively coupled high-frequency plasma radiation source
  • application DE 199 58 474.5 has already proposed a method for producing functional layers with such a plasma beam source.
  • HF-ICP beam source lies on the one hand in the area of the working pressures in the source, which usually range from 50 mbar to 1 bar and more, and on the other hand in the great variety of materials that can be used and can be deposited with such a plasma beam source.
  • the starting materials are introduced axially into the very hot plasma jet, hard materials with very high melting temperatures can also be used.
  • RF-ICP radiation sources work without electrodes, i.e. Contamination of the layers to be produced by electrode material from the radiation source is excluded.
  • the method according to the invention for producing a functional coating on a substrate has the advantage over the prior art that the pressure gradient between the plasma source and chamber produces an accelerated and expanded plasma jet in which the particles contained therein at least partially at a speed of the order of magnitude the speed of sound or also supersonic speed emerge from the plasma beam source and act on the substrate, so that such a plasma beam is able to reach deep cavities in the substrate and / or to process compiled geometries of the substrate.
  • the high speed of the plasma jet which is easy due to the pressure difference between the plasma jet source and the chamber can be influenced, the expansion of the always present diffusion boundary layer between the surface of the substrate and the plasma beam is further reduced, so that the diffusion of reactive plasma components onto the surface of the substrate is facilitated. This leads to a shorter processing time or more intensive processing of the substrate.
  • the ions present in the plasma have a mean free path is available, which is sufficient that an effective acceleration of ions in the plasma beam towards the substrate can be brought about by means of an electrical voltage coupled into the substrate electrode and above it into the substrate at least temporarily, without the effect of this acceleration voltage due to impacts again get lost.
  • this low pressure further lowers the temperature load on the substrate.
  • the plasma system according to the invention only requires a rough vacuum of less than 50 mbar, even in the chamber in which the substrate is located, in order to ensure the ion energies sufficient for the desired coating processes or surface modifications.
  • the generation of a rough vacuum in the chamber of the plasma system can be achieved reliably and quickly with conventional pumping devices, and requires a significantly reduced expenditure of time and equipment compared to a fine vacuum or a high vacuum, as is required in the CVD method. Due to the relatively high pressure in the chamber of the plasma system compared to, for example, the CDV process, workpieces made of, for example, strongly outgassing sintered materials can now also be processed.
  • a high-rate deposition process is therefore available which can also be used in a rough vacuum with short process times or pump times. Because the high-frequency plasma jet source and the chamber are connected to the substrate only via the outlet opening of the plasma jet source, it is also possible in a simple manner to maintain the desired pressure gradient upright using a corresponding pump device connected to the chamber receive.
  • the application of an electrical voltage to the substrate electrode is correlated with a periodically periodic change in the intensity of the plasma beam generated by the plasma beam source.
  • the temperature load on the substrate is further reduced and, on the other hand, fluctuations in the intensity of the plasma jet, which is preferably periodically extinguished, occur in the plasma to a high degree
  • a cooling device and / or a movable holder preferably movable or rotatable in all spatial directions, is provided for cooling the substrate, so that the substrate can be easily oriented relative to the plasma beams and during plasma deposition Desire can also be chilled.
  • the electrical voltage applied to the substrate electrode is a time-varying electrical voltage, in particular a pulsed voltage. electrical voltage.
  • This can also be provided with an adjustable positive or negative offset voltage and / or pulsed with a largely freely selectable pulse-pause ratio.
  • Another parameter that is easy to change and that can be adapted to the requirements of the individual case is, in addition, the shape of the envelope of the time-varying electrical voltage, which can have, for example, a sawtooth, triangular or sinusoidal profile.
  • the electrical voltage used can also be a direct voltage.
  • easily changeable parameters with regard to the concrete signal form of the electrical voltage used are their slope, their amplitude and their frequency.
  • the change over time in the voltage coupled into the substrate electrode does not necessarily have to be periodic.
  • FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of a plasma system according to the invention with an ICP plasma beam source in section
  • FIG. 2 shows an example of a temporal variation of the intensity of the plasma beam generated.
  • FIGS. 3a to 3h show recordings of the plasma beam emerging from the plasma beam source as a function of time, which is pulsed according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a picture of a plasma beam which emerges from the plasma beam source at high speed.
  • FIG. 5 explains the plasma beam source according to FIG. 1 in detail.
  • the invention is based on an inductively coupled high-frequency plasma beam source, as is similar in form from E. Pfender and CH Chang "Plasma Spray Jets and Plasma Particulate Interaction: Modeling and Experiments", conference volume of the 6th workshop on plasma technology, TU IIlmenau, 1998.
  • a coating method is also carried out, which has already been proposed in a similar form in DE 199 58 474.5.
  • the plasma beam source 5 has a coil 17, for example a water-cooled copper coil, which is integrated into the burner body 25 in the region of the outlet opening 26 and which can alternatively also be wound around the burner body 25.
  • a conventional injector 10 for supplying an injector gas 11 a first cylindrical sleeve 14 and a second cylindrical sleeve 15 are provided.
  • the first sleeve 14 and the second sleeve 15 are each formed concentrically to the side wall of the burner body 25, the second sleeve 15 primarily serving to remove a plasma 21 generated in the burner body 25 in a plasma generation chamber 27 from the walls of the Hold torch body 25.
  • an envelope gas 13 is introduced into the burner body 25 between the first sleeve 14 and the second sleeve 15 via a suitable gas supply. to blow the generated plasma 21 out of the plasma beam source 5 in a jet-like manner via the outlet opening 26, so that a plasma beam 20 is formed, which is initially largely bundled onto a in a chamber 40 on a substrate carrier 18, which in the concrete example also functions as a substrate electrode 18 is used, acts on the substrate 19 in order to produce and / or deposit a functional coating there.
  • the enveloping gas 13 is argon, that of the plasma jet source 5 with a gas flow of 5000 sccm to
  • 100000 sccm in particular 20,000 sccm to 70,000 sccm, is supplied.
  • the coil 17 is electrically connected to a high-frequency generator 16, with which an electrical power of 500 W to 50 kW, in particular 1 kW to 10 kW, at a high frequency of 0.5 MHz to
  • the high-frequency generator 16 is provided with an electrical component 28 known per se, with which the intensity of the plasma beam 20 when it acts on the substrate 19 periodically at a frequency of 1 Hz to 10 kHz, in particular 50 Hz to 1 kHz, can be changed between an adjustable upper and an adjustable lower intensity limit.
  • the plasma beam 20 is preferably used over an adjustable period of time, i.e. a selectable pulse-pause ratio, periodically also deleted.
  • FIG. 1 further shows that the area between the first sleeve 14 and the injector 10 is entered via the first sleeve 14
  • Central gas 12 can be supplied.
  • This is, for example, an inert gas or a gas reacting with the injector gas 11, in particular an inert gas to which a reactive gas has been added.
  • a gaseous, microscale or nanoscale precursor material is supplied to the plasma 20 via the injector 10 or a further feed device located between the first sleeve 14 and the injector 10 which, in a modified form, in particular after undergoing a chemical reaction or a chemical activation, forms the desired functional coating on the substrate 19 or is integrated there into the latter.
  • the plasma 21 can, however, also be used to merely chemically modify the surface of the substrate 19, so that the desired functional coating is created on the surface of the substrate 19.
  • a carrier gas for this precursor material in particular argon, and / or a reactive gas for a chemical reaction with the precursor material, in particular oxygen, nitrogen, is preferably used at the same time.
  • the injector 10 the supply device for supplying the central gas 12 or the supply device for supplying the envelope gas 13 are suitable for supplying these gases.
  • a further supply device for example an injector or a gas shower, can also be located in the chamber 40 Supply of a reactive gas and / or a precursor material in the already from the Plasma beam source 5 leaked plasma beam 20 may be provided.
  • the precursor material used is preferably an organic, an organosilicon or an organometallic compound, which thus forms the plasma 21 and / or the plasma jet 20 in gaseous or liquid form, as microscale or nanoscale powder particles, as a liquid suspension, in particular with microscale or nanoscale particles suspended therein, or as a mixture of gaseous or liquid substances with solids.
  • Substrate 19 for example, a metal silicide, a metal carbide, a silicon carbide, a metal oxide, a silicon oxide, a metal nitride, a silicon nitride, a metal boride, a metal sulfide, amorphous carbon, diamond-like carbon (DLC), or a mixture of these materials layers are generated or deposited in the form of a layer or a sequence.
  • the proposed method is also suitable for cleaning or carbonizing or nitriding the surface of the substrate 19.
  • FIG. 1 further shows that the substrate electrode 18 can be cooled with cooling water 39 via a cooling water supply 31, and that the substrate electrode 18 and thus also the substrate 19 can be moved in the chamber 40 via a corresponding holder 32. Both the holder 32 and the cooling water supply 31 are electrically separated from the substrate electrode 18 to which the electrical voltage is applied via insulation 34.
  • the substrate 19 with the substrate electrode 18 is preferably on a movable, in particular movable in all spatial directions and / or rotatable holder 32 so that it can be both cooled and moved or rotated at least temporarily during the generation of the functional layer.
  • the substrate electrode 18 is electrically connected to a substrate generator 37, with which an electrical voltage is coupled into the substrate electrode 18 and above that also into the substrate 19.
  • a generator supply line 36 is provided between the substrate generator 37 and the substrate electrode 18.
  • the substrate electrode 18 with the substrate generator 37 is supplied with an electrical direct voltage or an alternating voltage with an amplitude between 10 V and 5 kV, in particular between 50 V and 300 V, and a frequency between 0 Hz and 50 MHz, in particular between 1 kHz and 100 kHz, applied.
  • This direct voltage or alternating voltage can also be temporarily or continuously provided with a positive or negative offset voltage.
  • the coupled-in electrical voltage is preferably a time-variable electrical voltage, in particular a pulsed electrical voltage with a pulse-pause ratio to be selected in individual cases on the basis of simple preliminary tests, and an offset voltage which may also vary over time, for example with regard to the sign.
  • the variation in time of the electrical voltage is further preferably set such that its envelope has a unipolar or bipolar sawtooth-shaped, triangular, rectangular or sinusoidal shape. Further parameters are the amplitude and polarity of the offset voltage, the slope of the individual pulses the coupled electrical voltage, the frequency (carrier frequency) of this voltage and its amplitude.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the change in the intensity of the plasma beam 20 via the high-frequency generator 16 and the electrical component 28 integrated therein, which, moreover, is also designed as a separate electrical component and then between the coil 17 and the high frequency Generator 16 can be switched, in particular the pulsing of the plasma beam 20, time-correlated to the change or the pulsing of the electrical voltage coupled into the substrate electrode 18.
  • This temporal correlation is furthermore preferably a pulsing of the intensity of the plasma beam 20 with respect to the phase or with a time offset compared to the change or the pulsing of the electrical voltage.
  • Plasma beam source 5 has a first pressure range 30 in which there is a pressure of 1 mbar to 2 bar, in particular 100 mbar to 1 bar.
  • the pressure in the first pressure area 30 is always significantly greater than the pressure in the second pressure area 33, so that a pressure gradient directed into the interior of the chamber 40 is created even though gas is continuously supplied to the plasma beam source 5 during operation, as explained, and the plasma beam source 5 and chamber 40 are openly connected to one another via the outlet opening 26.
  • the pressures are preferably selected such that the ratio of the pressure in the first pressure region 30 to the pressure in the second pressure area 33 is greater than 1.5, in particular greater than 3.
  • the plasma jet 20 emerges from the plasma jet source 5 at high speed or is blown out of it, so that the reactive components contained in the plasma 21 strike the substrate 19 at a correspondingly high speed.
  • a funnel-shaped widening or expansion of the plasma jet usually occurs after passing through the outlet opening 26.
  • Suitable materials for the substrate 19 when carrying out the method according to the invention are both electrically conductive and, with a suitable choice of the time-varying voltage at the substrate electrode, electrically insulating materials.
  • the reduction in the thermal load on the substrate 19 which is given by the cooling device and in particular by the pulsing of the plasma jet 20 means that temperature-sensitive substrates such as polymers can also be used.
  • FIG. 2 explains how the plasma beam 20 changes by changing the time of the high-frequency generator 16 in cooperation with the electrical component 28 temporal change in the voltage supplied to the coil 17 is changed in accordance with the change in this voltage in its intensity.
  • the voltage in the continuation of FIG. 2 on the coil 17 can also be temporarily 0, so that the plasma beam 20 extinguishes during this time.
  • FIGS. 3a to 3h show directly the plasma jet 20 emerging from the outlet opening 26 via the aperture plate 22 in the chamber 40.
  • the typical distance between the outlet opening 26 and the substrate 19 is 5 cm to 50 cm.
  • This pulsing of the plasma beam 20 according to FIGS. 3a to 3h is brought about by a change in the high-frequency electrical power coupled into the coil 17.
  • FIG. 4 explains how, at a given point in time, the plasma jet 20 is emitted by the plasma jet 20 at high speed due to a correspondingly high pressure difference between the interior of the plasma jet source 5 and the interior of the chamber 40, ie the pressure gradient explained to the chamber 40 Exit opening 26 exits and acts on the substrate 19 at a correspondingly high speed.
  • a compression node 23 (Mach ⁇ knot) can be seen in FIG. 4, which proves that the speed of the Particles in the plasma beam 20 are of the same order of magnitude as the speed of sound.
  • higher speeds, in particular supersonic speeds can also be achieved, for example, by correspondingly larger pressure differences.
  • FIG. 4 also shows that the plasma jet 20 widens in the chamber 40 after the outlet opening 26.
  • the pressure gradient generated is, moreover, preferably so strong that particles contained in the plasma jet 20
  • Location of the substrate 19 have been accelerated substantially to a speed that is greater than half the speed of sound in the plasma beam 20.
  • FIG. 5 explains a detail from FIG. 1, the plasma beam source 5 being shown enlarged again.
  • the arrangement of the injector 10 and the configuration of the first sleeve 14 and the second sleeve 15 can be seen more clearly.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Funktionsbeschichtung auf einem in einer Kammer (40) angeordneten Substrat (19) vorgeschlagen, wobei mittels einer induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (5) mit einem einen Plasmaerzeugungsraum (27) begrenzenden Brennerkörper (25) mit einer Austrittsöffnung (26) ein Plasma (21) erzeugt wird. Dieses Plasma (21) tritt dann über die Austrittsöffnung in Form eines Plasmastrahles (20) aus der Plasmastrahlquelle (5) in die damit verbundene Kammer (40) ein, wo es auf das Substrat (19) zur Erzeugung der Funktionsbeschichtung einwirkt. Weiter ist dabei vorgesehen, dass zwischen dem Inneren der Kammer (40) und dem Plasmaerzeugungsraum (27) zumindest zeitweise ein Druckgradient erzeugt wird, der eine Beschleunigung von in dem Plasmastrahl (20) enthaltenen Teilchen auf das Substrat (19) hin bewirkt.

Description

Verfahren zur Erzeugung einer Funktionsbeschichtung mit einer HF-ICP-Plasmastrahlquelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer
Funktionsbeschichtung auf einem Substrat mit Hilfe einer induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle nach der Gattung des Hauptanspruches.
Stand der Technik
Das Aufbringen von Funktionsschichten auf Substrate ist ein weit verbreitetes Verfahren, um Oberflächen von Werkstücken bzw. Bauteilen gewünschte Eigenschaften zu geben. Ein übli- ches Verfahren, um derartige Funktionsschichten zu erzeugen, ist das Plasmabeschichten im Feinvakuum oder Hochvakuum, was aufwendige Evakuierungstechniken erfordert und zudem nur relativ geringe Beschichtungsraten liefert. Daher ist dieses Verfahren zeitintensiv und teuer.
Zur Beschichtung von Substraten im subatmosphärischen und atmosphärischen Druckbereich eignen sich insbesondere thermische Plasmen, mit denen hohe Beschichtungsraten im Bereich von mm/h erreichbar sind. Dazu sei beispielsweise auf R. Henne, Contribution to Plasma Physics, 39 (1999) , Seiten 385 - 397, verwiesen. Besonders vielversprechend unter den thermischen Plasmaquellen ist die induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (HF-ICP-Strahlquelle) , wie sie aus E. Pfender und C. H. Chang „Plasma Spray Jets and Plasma Particulate Interaction: Modelling and Experiments", Ta- gungsband des 6. Workshop Plasmatechnik, TU Illmenau, 1998, bekannt ist. Zudem ist in der Anmeldung DE 199 58 474.5 auch bereits ein Verfahren zur Erzeugung von Funktionsschichten mit einer derartigen Plasmastrahlquelle vorgeschlagen wor- den.
Die Vorteile der HF-ICP-Strahlquelle liegen einerseits im Bereich der Arbeitsdrücke in der Quelle, die üblicherweise von 50 mbar bis hin zu 1 bar und mehr reichen, und anderer- seits in der großen Vielfalt der einsetzbaren und mit einer derartigen Plasmastrahlquelle abscheidbaren Materialien. Insbesondere sind dadurch, dass die Ausgangsstoffe axial in den sehr heißen Plasmastrahl eingebracht werden, auch Hartstoffe mit sehr hohen Schmelztemperaturen verwendbar. Dane- ben arbeiten HF-ICP-Strahlquellen ohne Elektroden, d.h. es sind Verunreinigungen der zu erzeugenden Schichten durch Elektrodenmaterial aus der Strahlquelle ausgeschlossen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Funktionsbeschichtung auf einem Substrat hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch den Druckgradienten zwischen Plasmaquelle und Kammer ein beschleunigter und expan- dierter Plasmastrahl entsteht, bei dem die darin enthaltenen Teilchen zumindest teilweise mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit oder auch Über- schallgeschwidigkeit aus dem Plasmastrahlquelle austreten und auf das Substrat einwirken, so dass ein solcher Plasma- strahl in der Lage ist, auch tiefe Hohlräume in dem Substrat zu erreichen und/oder kompilizierte Geometrien des Substrates zu bearbeiten.
Die hohe Geschwindigkeit des Plasmastrahls, die über die Druckdifferenz zwischen Plasmastrahlquelle und Kammer leicht beeinflussbar ist, wird weiter auch die Ausdehnung der stets vorhandenen Diffusionsgrenzschicht zwischen der Oberfläche des Substrates und dem Plasmastrahl verkleinert, so dass die Diffusion reaktiver Plasmabestandteile auf die Oberfläche des Substrates erleichtert wird. Dies führt zu einer verkürzten Bearbeitungsdauer bzw. intensivierten Bearbeitung des Substrates.
Durch die Expansion des Plasmastrahls beim Austritt, was sich in der Regel in Form einer trichterförmigen Aufweitung des Plasmastrahls nach der Austrittsöffnung äußert, wird weiter auch eine plötzliche Abkühlung des Plasmastrahles erreicht, was einerseits die Temperaturbelastung des bearbeiteten Substrates senkt und andererseits zu plasmachemischen Veränderungen im Plasmastrahl, insbesondere hinsichtlich der reaktiven Eigenschaften des Plasmas, führt, wodurch eine Erhöhung der Beschichtungsrate und eine Verbesserung der Qualität der erzeugten Funktionsbeschichtung erzielt wird. Zudem wird durch die verringerte Temperaturbelastung die Aus- wähl an verwendbaren Substraten verbreitert, so dass nunmehr alle technisch relevanten Substratmaterialien wie Edelstahl, Sintermetalle und auch Keramiken oder Polymere verwendbar sind.
Weiter hat man durch die erreichte Entkoppelung der Kammer, in der die Plasmabearbeitung des Substrates erfolgt, von dem Inneren der Plasmastrahlquelle, d.h. dem Plasmaerzeugungsraum, hinsichtlich der dort jeweils herrschenden Drücke die Möglichkeit, den Plasmastrahl auch im Feinvakuum unter 1 mbar in der Kammer einzusetzen, ohne dass sich der Plasmamodus bzw. der Druck in der Plasmastrahlquelle wesentlich ändert. Damit wird der Einsatzbereich von induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle deutlich verbreitert. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So wird einerseits dadurch, dass der bei der Abscheidung herrschende Druck in der Kammer von üblicherweise 100 mbar bis 1 bar auf weniger als 50 mbar, insbesondere weniger als 10 mbar, abgesenkt wird, erreicht, dass den in dem Plasma vorliegenden Ionen eine mittlere freie Weglänge zur Verfügung steht, die ausreichend ist, dass über eine in die Sub- stratelektrode und darüber in das Substrat zumindest zeitweise eingekoppelte elektrische Spannung eine effektive Beschleunigung von Ionen im Plasmastrahl auf das Substrat hin bewirkt werden kann, ohne dass die Wirkung dieser Beschleunigungsspannung durch Stöße wieder verloren geht. Zudem senkt dieser niedrige Druck weiter die Temperaturbelastung des Substrates .
Andererseits ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Plasmaanlage auch in der Kammer, in der sich das Substrat befindet, lediglich ein Grobvakuum von weniger als 50 mbar erfordert, um die für die gewünschten Beschichtungsprozesse bzw. Oberflächenmodifikationen ausreichende Ionenenergien zu gewährleisten. Die Erzeugung eines Grobvakuums in der Kammer der Plasmaanlage ist dabei mit üblichen Pumpeinrichtungen zuverlässig und schnell erreichbar, und erfordert gegenüber einem Feinvakuum oder einem Hochvakuum, wie dies bei CVD- Verfahren erforderlich ist, einen deutlich verringerten Zeitaufwand bzw. apparativen Aufwand. Durch den gegenüber beispielsweise CDV-Verfahren relativ hohen Druck in der Kam- mer der Plasmaanlage sind im Übrigen nun auch Werkstücke aus beispielsweise stark ausgasenden Sintermaterialien bearbeitbar. Insgesamt hat man somit ein Hochraten-Abscheideverfah- ren zur Verfügung, das auch im Grobvakuum bei geringen Prozesszeiten bzw. Pumpzeiten einsetzbar ist. Dadurch, dass die Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle und die Kammer mit dem Substrat lediglich über die Austrittsöffnung der Plasmastrahlquelle miteinander in Verbindung stehen, ist es weiter in einfacher Weise möglich, den gewünschten Druck- gradienten über eine entsprechende, mit der Kammer in Verbindung stehende Pumpeinrichtung aufrecht zu erhalten.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Beaufschlagen der Substratelektrode mit einer elektrischen Spannung mit einer zeitlich periodischen Veränderung der Intensität des von der Plasmastrahlquelle erzeugten Plasmastrahls korreliert wird. Auf diese Weise wird einerseits die Temperaturbelastung des Substrates weiter reduziert und andererseits treten durch das Schwanken der Intensität des Plasmastrahles, der bevor- zugt periodisch auch gelöscht wird, in dem Plasma in hohem
Ausmaß Plasma-Ungleichgewichtszustände auf, die dazu genutzt werden können, neuartige Beschichtungen auf dem Substrat abzuscheiden. Hinsichtlich der Auswahl der der Plasmastrahlquelle bzw. dem erzeugten Plasmastrahl zugeführten Materia- lien zur Erzeugung der Funktionsbeschichtung auf dem Substrat besteht weiter eine große Vielzahl von Möglichkeiten, wobei beispielsweise auf die in DE 199 58 474.5 vorgeschlagenen zurückgegriffen werden kann.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, dass zur Kühlung des Substrates eine Kühleinrichtung und/oder eine bewegliche, vorzugsweise in alle Raumrichtungen bewegliche oder drehbare Halterung vorgesehen ist, so dass das Substrat relativ zu den Plasmastrahlen leicht ori- entierbar ist und bei der Plasmaabscheidung auf Wunsch auch gekühlt werden kann.
Daneben ist vorteilhaft, wenn die elektrische Spannung, mit der die Substratelektrode beaufschlagt ist, eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung, insbesondere eine gepul- ste elektrische Spannung ist. Diese kann zudem mit einer einstellbaren positiven oder negativen Offset-Spannung versehen sein und/oder mit einem weitgehend frei wählbaren Puls-Pause-Verhältnis gepulst werden. Ein weiterer, einfach zu verändernder und an die Erfordernisse des Einzelfalls anpassbarer Parameter ist daneben die Form der Einhüllenden der zeitlich veränderlichen elektrischen Spannung, die beispielsweise einen sägezahnförmigen, dreiecksför igen oder sinusförmigen Verlauf aufweisen kann. Im Übrigen kann die eingesetzte elektrische Spannung auch eine Gleichspannung sein. Weitere, leicht zu verändernde Parameter hinsichtlich der konkreten Signalform der eingesetzten elektrischen Spannung sind ihre Flankensteilheit, ihre Amplitude und ihre Frequenz. Daneben sei betont,, dass die zeitliche Veränderung der in die Substratelektrode eingekoppelten Spannung nicht notwendig periodisch sein muss.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plasmaanlage mit einer ICP-Plasmastrahlquelle im Schnitt und Figur 2 ein Beispiel für eine zeitliche Variati- on der Intensität des erzeugten Plasmastrahles. Die Figuren 3a bis 3h zeigen Aufnahmen des aus der Plasmastrahlquelle austretenden Plasmastrahles als Funktion der Zeit, der gemäß Figur 2 gepulst ist. Die Figur 4 zeigt eine Aufnahme eines Plasmastrahls, der mit hoher Geschwindigkeit aus der Plasma- strahlquelle austritt. Die Figur 5 erläutert die Plasmastrahlquelle gemäß Figur 1 im Detail.
Ausführungsbeispiele Die Erfindung geht aus von einer induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle, wie sie in ähnlicher Form aus E. Pfender und C. H. Chang „Plasma Spray Jets and Plasma Particulate Interaction: Modelling and Experiments", Ta- gungsband des 6. Workshop Plasmatechnik, TU IIlmenau, 1998, bekannt ist. Weiter wird damit ein Beschichtungsverfahren durchgeführt, das in ähnlicher Form in DE 199 58 474.5 bereits vorgeschlagen worden ist.
Im Einzelnen zeigt Figur 1 eine induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle 5 mit einem topfförmigen Brennerkörper 25, der einseitig eine mit einer bevorzugt variabel einstellbaren bzw. geformten Öffnungsblende 22 versehene Austrittsöffnung 26 aufweist, die beispielsweise kreisförmig mit einem Durchmesser von 1 cm bis 10 cm ausgebildet ist. Weiter weist die Plasmastrahlquelle 5 eine im Bereich der Austrittsöffnung 26 in den Brennerkörper 25 integrierte Spule 17, beispielsweise eine wassergekühlte Kupferspule, auf, die alternativ auch um den Brennerkörper 25 herumgewickelt sein kann.
Weiter ist auf der der Austrittsöffnung 26 abgewandten Seite des Brennerkörpers 25 ein üblicher Injektor 10 zur Zufuhr eines Injektorgases 11, eine erste zylinderförmige Hülse 14 und eine zweite zylinderförmige Hülse 15 vorgesehen. Die erste Hülse 14 bzw. die zweite Hülse 15 sind jeweils konzentrisch zu der Seitenwand des Brennerkörpers 25 ausgebildet, wobei die zweite Hülse 15 in erster Linie dazu dient, ein in dem Brennerkörper 25 in einem Plasmaerzeugungsraum 27 er- zeugtes Plasma 21 von den Wänden des Brennerkörpers 25 abzuhalten.
Dazu wird über eine geeignete Gaszufuhr ein Hüllgas 13 zwischen der ersten Hülse 14 und der zweiten Hülse 15 in den Brennerkörper 25 eingeleitet, das weiter die Aufgabe hat, das erzeugte Plasma 21 über die Austrittsöffnung 26 strahl- förmig aus der Plasmastrahlquelle 5 heraus zu blasen, so dass ein Plasmastrahl 20 entsteht, der zunächst weitgehend gebündelt auf ein in einer Kammer 40 auf einem Substratträ- ger 18, der im konkreten Beispiel gleichzeitig als Substratelektrode 18 dient, befindliches Substrat 19 einwirkt, um dort eine Funktionsbeschichtung zu erzeugen und/oder abzuscheiden.
Das Hüllgas 13 ist im erläuterten Beispiel Argon, das der Plasmastrahlquelle 5 mit einem Gasfluss von 5000 sccm bis
100000 sccm, insbesondere 20000 sccm bis 70000 sccm, zugeführt wird.
In Figur 1 ist weiter vorgesehen, dass die Spule 17 mit einem Hochfrequenz-Generator 16 elektrisch verbunden ist, mit dem eine elektrische Leistung von 500 W bis 50 kW, insbesondere 1 kW bis 10 kW, bei einer Hochfrequenz von 0,5 MHz bis
20 MHz in die Spule 17 und darüber auch in das in dem Plas- maerzeugungsraum 27 gezündete und aufrecht erhaltene Plasma
21 eingekoppelt wird.
Der Hochfrequenz-Generator 16 ist in bevorzugter Ausgestaltung mit einem an sich bekannten elektrischen Bauteil 28 versehen, mit dem die Intensität des Plasmastrahls 20 bei dessen Einwirken auf das Substrat 19 zeitlich periodisch mit einer Frequenz von 1 Hz bis 10 kHz, insbesondere 50 Hz bis 1 kHz, zwischen einer einstellbaren oberen und einer einstellbaren unteren Intensitätsgrenze verändert werden kann. Bevorzugt wird der Plasmastrahl 20 dabei über eine einstellbare Zeitdauer, d.h. ein wählbares Puls-Pause-Verhältnis, periodisch auch gelöscht.
Die Figur 1 zeigt weiter, dass über die erste Hülse 14 dem Bereich zwischen der ersten Hülse 14 und dem Injektor 10 ein Zentralgas 12 zugeführt werden kann. Dieses ist beispielsweise ein Inertgas oder ein mit dem Injektorgas 11 reagierendes Gas, insbesondere ein Inertgas, dem ein Reaktivgas zugesetzt ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass über den Injektor 10 bzw. eine zwischen erster Hülse 14 und Injektor 10 befindliche weitere Zufuhreinrichtung dem Plasma 20 ein gasförmiges, mi- kroskaliges oder nanoskaliges Precursor-Material, eine Sus- pension eines solchen Precursor-Materials oder ein Reaktivgas zugeführt wird, das in modifizierter Form, insbesondere nach Durchlaufen einer chemischen Reaktion oder einer chemischen Aktivierung, auf dem Substrat 19 die gewünschte Funktionsbeschichtung ausbildet oder dort in diese integriert wird.
Alternativ kann das Plasma 21 jedoch auch dazu eingesetzt werden, die Oberfläche des Substrates 19 lediglich chemisch zu modifizieren, so dass dadurch auf der Oberfläche des Sub- strates 19 die gewünschte Funktionsbeschichtung entsteht.
Sofern ein Precursor-Material dem Plasma 21 bzw. dem Plasmastrahl 20 zugeführt wird, wird bevorzugt gleichzeitig ein Trägergas für dieses Precursor-Material, insbesondere Argon, und/oder ein Reaktivgas für eine chemische Reaktion mit dem Precursor-Material, insbesondere Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak, ein Silan, Acetylen, Methan oder Wasserstoff zugeführt. Zur Zufuhr dieser Gase eignen sich entweder der Injektor 10, die Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des Zentralgases 12 oder auch die Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des Hüllgases 13. Alternativ oder zusätzlich kann weiter in der Kammer 40 auch eine weiter Zufuhreinrichtung, beispielsweise ein Injektor oder eine Gasdusche, zur Zufuhr eines Reaktivgases und/oder eines Precursor-Materials in den bereits aus der Plasmastrahlquelle 5 ausgetretenen Plasmastrahl 20 vorgesehen sein.
Das eingesetzte Precursor-Material ist bevorzugt eine orga- nische, eine siliziumorganische oder eine metallorganische Verbindung, die somit dem Plasma 21 und/oder dem Plasmastrahl 20 in gasförmiger oder flüssiger Form, als mikroska- lige oder nanoskalige Pulverpartikel, als flüssige Suspension, insbesondere mit darin suspendierten mikroskaligen oder nanoskaligen Partikeln, oder als Mischung von gasförmigen oder flüssigen Stoffen mit Feststoffen zugeführt werden kann. Durch geeignete Auswahl der einzelnen Gase, d.h. der zugeführten Reaktivgase bzw. des Zentralgases 12 und des Injektorgases 11 sowie Auswahl des Precursor-Materials, was im Einzelnen in DE 199 58 474.5 erläutert ist, kann auf dem
Substrat 19 beispielsweise ein Metallsilizid, ein Metallcar- bid, ein Siliziumcarbid, ein Metalloxid, ein Siliziumoxid, ein Metallnitrid, ein Siliziumnitrid, ein Metallborid, ein Metallsulfid, amorpher Kohlenstoff, diamantähnlicher Kohlen- stoff (DLC) , oder auch eine Mischung aus diesen Materialien in Form einer Schicht oder einer Abfolge Schichten erzeugt bzw. abgeschieden werden. Weiter eignet sich das vorgeschlagene Verfahren auch zur Reinigung oder Carbonisierung oder Nitrierung der Oberfläche des Substrates 19.
Die Figur 1 zeigt weiter dargestellt, dass die Substratelektrode 18 über eine Kühlwasserzufuhr 31 mit Kühlwasser 39 kühlbar ist, und dass die Substratelektrode 18 und damit auch das Substrat 19 über eine entsprechende Halterung 32 in der Kammer 40 bewegbar ist. Dabei ist sowohl die Halterung 32 als auch die Kühlwasserzufuhr 31 elektrisch über eine Isolierung 34 von der mit der elektrischen Spannung beaufschlagten Substratelektrode 18 getrennt. Bevorzugt ist das Substrat 19 mit der Substratelektrode 18 auf einer bewegli- chen, insbesondere in alle Raumrichtungen beweglichen und/oder drehbaren Halterung 32 angeordnet, so dass es zumindest zeitweise während der Erzeugung der Funktionsschicht sowohl gekühlt als auch bewegt bzw. gedreht werden kann.
Weiter ist vorgesehen, dass die Substratelektrode 18 mit einem Substratgenerator 37 elektrisch in Verbindung steht, mit dem eine elektrische Spannung in die Substratelektrode 18 und darüber auch in das Substrat 19 eingekoppelt wird. Dazu ist eine Generatorzuleitung 36 zwischen Substratgenerator 37 und Substratelektrode 18 vorgesehen.
Im Einzelnen wird die Substratelektrode 18 mit dem Substratgenerator 37 mit einer elektrischen Gleichspannung oder einer Wechselspannung einer Amplitude zwischen 10 V und 5 kV, insbesondere zwischen 50 V und 300 V, und einer Frequenz zwischen 0 Hz und 50 MHz, insbesondere zwischen 1 kHz und 100 kHz, beaufschlagt. Diese Gleichspannung bzw. Wechselspannung kann zusätzlich auch zeitweise bzw. fortwährend mit einer positiven oder negativen Offset-Spannung versehen sein.
Bevorzugt ist die eingekoppelte elektrische Spannung eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung, insbesondere eine gepulste elektrische Spannung mit einem im Einzelfall anhand einfacher Vorversuche auszuwählenden Puls-Pause- Verhältnis sowie einer gegebenenfalls ebenfalls zeitlich, beispielsweise hinsichtlich des Vorzeichens, variierenden Offset-Spannung.
Die zeitliche Variation der elektrischen Spannung wird weiter bevorzugt so eingestellt, dass deren Einhüllende einen unipolaren oder bipolaren sägezahnförmigen, dreiecksförmi- gen, rechteckförmigen oder sinusförmigen Verlauf aufweist. Weitere Parameter sind dabei die Amplitude und Polarität der Offset-Spannung, die Flankensteilheit der einzelnen Pulse der eingekoppelten elektrischen Spannung, die Frequenz (Trägerfrequenz) dieser Spannung sowie deren Amplitude.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens sieht vor, dass die Veränderung der Intensität des Plasmastrahles 20 über den Hochfrequenz-Generator 16 und das darin integrierte elektrische Bauteil 28, das im Übrigen auch als separates elektrisches Bauteil ausgeführt und dann zwischen Spule 17 und Hochfrequenz-Generator 16 ge- schaltet werden kann, insbesondere das Pulsen des Plasmastrahls 20, zeitlich korreliert zu der Veränderung oder dem Pulsen der in die Substratelektrode 18 eingekoppelten elektrischen Spannung erfolgt.
Diese zeitliche Korrelation ist weiter bevorzugt ein gegen- phasiges oder zeitlich versetztes Pulsen der Intensität des Plasmastrahls 20 gegenüber der Veränderung oder dem Pulsen der elektrischen Spannung.
In Figur 1 ist schließlich angedeutet, dass im Inneren der
Plasmastrahlquelle 5 ein erster Druckbereich 30 vorliegt, in dem ein Druck von 1 mbar bis 2 bar, insbesondere 100 mbar bis 1 bar, herrscht. Im Inneren der Kammer 40 liegt dann ein zweiter Druckbereich 33 mit einem Druck unter 50 mbar, ins- besondere zwischen 1 mbar bis 10 mbar, vor. Dabei ist der Druck in dem ersten Druckbereich 30 gegenüber dem Druck in dem zweiten Druckbereich 33 stets deutlich größer, so dass ein in das Innere der Kammer 40 gerichteter Druckgradient entsteht obwohl der Plasmastrahlquelle 5 bei Betrieb perma- nent, wie erläutert, Gas zugeführt wird und die Plasmastrahlquelle 5 und Kammer 40 über die Austrittsöffnung 26 offen miteinander verbunden sind.
Bevorzugt sind die Drücke so gewählt, dass das Verhältnis des Druckes in dem ersten Druckbereich 30 zu dem Druck in dem zweiten Druckbereich 33 größer als 1,5, insbesondere größer 3, ist.
Um diese Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckbereich 30, 33 aufrechtzuerhalten und insbesondere den Druck in der Kammer 40 unter 50 mbar zu halten, sind an sich bekannte, ausreichend dimensionierte Pumpeinrichtungen mit der Kammer 40 verbunden. Diese sorgen dafür, dass beispielsweise eine Druckdifferenz von beispielsweise mehr als 100 mbar zwischen dem Plasmaerzeugungsraum 27 im Inneren der Plasmastrahlquelle 5 und dem Inneren der Kammer 40 entsteht.
Durch die erläuterte Druckdifferenz tritt der Plasmastrahl 20 mit hoher Geschwindigkeit aus der Plasmastrahlquelle 5 austritt bzw. wird aus dieser herausgeblasen, so dass die in dem Plasma 21 enthaltenen reaktiven Bestandteile mit entsprechend hoher Geschwindigkeit auf das Substrat 19 auftreffen. Dabei tritt üblicherweise abweichend von der schematischen Darstellung in Figur 1 eine trichterförmige Aufweitung bzw. Expansion des Plasmastrahls nach dem Passieren der Austrittsöffnung 26 auf.
Als Material für das Substrat 19 eignen sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl elektrisch leitende als auch, bei geeigneter Wahl der zeitlich veränderlichen Spannung an der Substratelektrode, elektrisch isolierende Materialien. Daneben führt die durch die Kühleinrichtung und insbesondere das Pulsen des Plasmastrahls 20 gegebene Verringerung der Temperaturbelastung des Substrates 19 dazu, dass auch temperaturempfindlichen Substrate wie beispielsweise Polymere einsetzbar sind.
Die Figur 2 erläutert, wie der Plasmastrahl 20 durch zeitliche Veränderung der von dem Hochfrequenz-Generator 16 im Zu- sammenwirken mit dem elektrischen Bauteil 28 durch eine zeitliche Veränderung der der Spule 17 zugeführten Spannung entsprechend der Veränderung dieser Spannung in seiner Intensität verändert wird. Insbesondere kann die Spannung in Weiterführung von Figur 2 an der Spule 17 zeitweilig auch 0 sein, so dass der Plasmastrahl 20 in dieser Zeit erlischt.
Die Figuren 3a bis 3h zeigen direkt den aus der Austrittsöffnung 26 über die Öffnungsblende 22 austretenden Plasmastrahl 20 in der Kammer 40. Der typische Abstand zwi- sehen Austrittsöffnung 26 und Substrat 19 liegt bei 5 cm bis 50 cm.
Man erkennt in den Figuren 3a bis 3h, wie der Plasmastrahl 20 zunächst gemäß Figur 3a zur Zeit t = 0 mit hoher Intensi- tat aus der Austrittsöffnung 26 austritt, sich diese Intensität gemäß Figur 3b dann deutlich vermindert, so dass der Plasmastrahl 20 kurz danach vollständig erlischt, anschließend der Plasmastrahl gemäß den Figuren 3c bis 3e neu gezündet wird und dabei kurz zurückschwingt, bevor er sich dann gemäß den Figuren 3f bis 3h kontinuierlich ausdehnt, so dass nach 13,3 ms der Ausgangszustand gemäß Figur 3a nahezu wieder erreicht ist. Dieses Pulsen des Plasmastrahls 20 gemäß den Figuren 3a bis 3h wird durch eine Veränderung der in die Spule 17 eingekoppelten elektrischen Hochfrequenzleistung bewirkt.
Die Figur 4 erläutert, wie zu einem gegebenen Zeitpunkt der Plasmastrahl 20 durch eine entsprechend hohe Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Plasmastrahlquelle 5 und dem Inne- ren der Kammer 40, d.h. dem erläuterten Druckgradienten hin zur Kammer 40, der Plasmastrahl 20 mit hoher Geschwindigkeit aus der Austrittsöffnung 26 austritt und mit entsprechend hoher Geschwindigkeit auf das Substrat 19 einwirkt. Insbesondere ist in Figur 4 ein Verdichtungsknoten 23 (MachΛscher Knoten) erkennbar, der belegt, dass die Geschwindigkeit der Teilchen im Plasmastrahl 20 in gleicher Größenordnung wie die Schallgeschwindigkeit liegt. Es sind jedoch auch beispielsweise durch entsprechend größere Druckdifferenzen hervorgerufene höhere Geschwindigkeiten, insbesondere Über- Schallgeschwindigkeiten, erreichbar. Zudem zeigt Figur 4, dass sich der Plasmastrahl 20 nach der Austrittsöffnung 26 in der Kammer 40 aufweitet.
Der erzeugte Druckgradient ist im Übrigen bevorzugt so stark, dass in dem Plasmastrahl 20 enthaltene Teilchen am
Ort des Substrates 19 im Wesentlichen auf eine Geschwindigkeit beschleunigt worden sind, die größer als die Hälfte der Schallgeschwindigkeit in dem Plasmastrahl 20 ist.
Die Figur 5 erläutert einen Ausschnitt aus Figur 1, wobei die Plasmastrahlquelle 5 noch einmal vergrößert dargestellt ist. Dabei ist insbesondere die Anordnung des Injektors 10 und die Ausgestaltung der ersten Hülse 14 und der zweiten Hülse 15 deutlicher erkennbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung einer Funktionsbeschichtung auf einem in einer Kammer (40) angeordneten Substrat (19) , wobei mittels einer induktiv gekoppelten Hochfrequenz- Plasmastrahlquelle (5) ein Plasma (21) mit reaktiven Teilchen erzeugt wird, das in Form eines Plasmastrahles (20) aus der Plasmastrahlquelle (5) in die damit verbundene Kammer (40) eintritt und auf das Substrat (19) derart einwirkt, dass auf dem Substrat (19) eine Funktionsbeschichtung erzeugt oder abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Inneren der Kammer (40) und dem Plasmaerzeugungsraum (27) zumindest zeitweise ein Druckgradient erzeugt wird, der eine Beschleunigung von in dem Plasmastrahl (20) enthaltenen Teilchen auf das Substrat (19) bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine mit der Kammer (40) verbundene Pumpeinrich- tung eine Druckdifferenz von mehr als 100 mbar, insbesondere mehr als 300 mbar, zwischen dem Plasmaerzeugungsraum (27) im Inneren der Plasmastrahlquelle (5) und dem Inneren der Kammer (40) erzeugt wird und/oder dass das Verhältnis des Druk- kes in dem Plasmaerzeugungsraum (27) zu dem Druck in dem In- neren der Kammer (40) größer als 1,5, insbesondere größer 3, ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmastrahlquelle (5) bei einem Druck von 1 mbar bis 2 bar, insbesondere 100 mbar bis 1 bar, be- trieben wird, und dass der Druck in der Kammer (40) unter 50 mbar, insbesondere zwischen 1 mbar bis 10 mbar, gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma (21) mittels Zufuhr eines Gases, insbesondere Argon, mit einem Gasfluss von 5000 sccm bis 100000 sccm, insbesondere 20000 sccm bis 70000 sccm, zu der Plasmastrahlquelle (5) strahlförmig aus der Plasmastrahlquelle (5) herausgeblasen und in die Kammer (40) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Plasmastrahl (20) enthal- tene Teilchen am Ort des Substrates (19) durch die Zufuhr des Gases zu der Plasmastrahlquelle (5) und/oder den Druckgradienten zwischen Plasmastrahlquelle (5) und Kammer (40) auf eine Geschwindigkeit beschleunigt werden, die größer als die Hälfte der Schallgeschwindigkeit in dem Plasmastrahl (20) , insbesondere vergleichbar oder größer als die Schallgeschwindigkeit in dem Plasmastrahl (20), ist.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Funktionsbe- Schichtung mittels Abscheidung mindestens einer Schicht mit dem Plasmastrahl (20) und/oder mittels Modifikation einer Oberflächenschicht des Substrates (19) mit dem Plasmastrahl (20) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (19) in der Kammer (40) auf einer Substratelektrode (18) angeordnet und bei der Erzeugung der Funktionsschicht zumindest zeitweise mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratelektrode (18) über einen Substratgenerator (37) mit einer elektrischen Gleichspannung oder einer elek- frischen Wechselspannung mit einer Amplitude zwischen 10 Volt und 5 kV, insbesondere zwischen 50 Volt und 300 Volt, und einer Frequenz zwischen 0 Hz und 50 MHz, insbesondere zwischen 1 kHz und 100 kHz, beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung zeitlich verändert wird, insbesondere zumindest zeitweise mit einem einstellbaren Offset-Spannung versehen und/oder mit einem wählbaren Puls-Pause-Verhältnis gepulst wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Plasma (21) der induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (5) über eine Spule (17) eine elektrische Leistung von 500 Watt bis 20 kW, insbesondere 0,5 kW bis 50 kW, bei einer Hochfrequenz Λ OΏ. 0,5 MHz bis 20 MHz eingekoppelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Plasmastrahls (20) bei dem Einwirken auf das Substrat (19) zeitlich periodisch mit einer Frequenz von 1 Hz bis 10 kHz, insbesondere 50 Hz bis 1 kHz, zwischen einer einstellbaren oberen und einer einstellbaren unteren Grenze verändert und insbesondere der Plasmastrahl (20) über eine einstellbare Zeitdauer peri- odisch auch gelöscht wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma (21) über einen Injektor (10) in der Plasmastrahlquelle (5) und/oder dem Plasma- strahl (20) über eine Zufuhreinrichtung in der Kammer (40) mindestens ein insbesondere gasförmiges oder mikroskaliges oder nanoskaliges Precursor-Material, eine Suspension eines solchen Precursor-Materials oder ein Reaktivgas zugeführt wird, das in modifizierter Form, insbesondere nach Durchlaufen einer chemischen Reaktion oder einer chemischen Aktivierung, auf dem Substrat (19) die Funktionsbeschichtung ausbildet oder in diese integriert wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- • durch gekennzeichnet, dass dem Plasma (21) in der Plasma- ■ strahlquelle (5) ein Trägergas für das Precursor-Material, insbesondere Argon, und/oder ein Reaktivgas für eine chemische Reaktion mit dem Precusor-Material, insbesondere Sauer— stoff, Stickstoff, Ammoniak, Silan, Acetylen, Methan oder Wasserstoff, zugeführt wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Precursor-Material eine orga- nische, eine siliziumorganische oder eine metallorganische Verbindung ist, die dem Plasma (21) und/oder dem Plasmastrahl (20) in gasförmiger oder flüssiger Form, als mikro- oder nanoskalige Pulverpartikel, als flüssige Suspension, insbesondere mit darin suspendierten mikro- oder nanoskali- gen Partikeln, oder als Mischung von gasfömigen oder flüssigen Stoffen mit Feststoffen zugeführt wird.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Intensität des Plasmastrahles (20) , insbesondere das Pulsen des Plasmastrahls (20) , zeitlich korreliert, insbesondere gegenphasig oder zeitlich versetzt, zu der Veränderung oder dem Pulsen der elektrischen Spannung erfolgt, mit der die Substratelektrode (18) beaufschlagt wird.
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