WO2005124820A1 - Device for coating optical glass by means of plasma-supported chemical vapour deposition (cvd) - Google Patents

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WO2005124820A1
WO2005124820A1 PCT/EP2005/006245 EP2005006245W WO2005124820A1 WO 2005124820 A1 WO2005124820 A1 WO 2005124820A1 EP 2005006245 W EP2005006245 W EP 2005006245W WO 2005124820 A1 WO2005124820 A1 WO 2005124820A1
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reactor
waveguide section
microwave
circular waveguide
mode
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PCT/EP2005/006245
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Andreas Neuffer
Lothar Holz
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Carl Zeiss Vision Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C17/001General methods for coating; Devices therefor
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23CCOATING 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
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    • C23C16/44Chemical 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
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    • H01J2237/3321CVD [Chemical Vapor Deposition]

Definitions

  • the invention relates to a device for coating optical glasses by means of plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD), with a cylindrical reactor for receiving the glasses to be coated, and with at least one microwave generator for coupling a microwave signal of a predetermined microwave frequency into the reactor, the at least one microwave generator has a microwave source.
  • CVD plasma-assisted chemical vapor deposition
  • the at least one microwave generator has a microwave source.
  • a transparent coating for example a scratch protection layer made of TiO 2 .
  • the spectacle lenses to be coated are exposed in a reactor at a substrate temperature of 50 ° C. to a coating gas mixture with a pressure of 0.1 to 2 mbar.
  • microwave energy is supplied to the reactor, for example at a frequency of 2.45 GHz.
  • the microwave energy is sampled, with pulse lengths of 0.01 to 10 msec and pulse pauses of 1 to 1,000 msec with a pulse power of 10 to 100,000 W.
  • cylindrical reactors have also been used.
  • the most homogeneous possible distribution of the microwave field is advantageous in order to achieve a coating that is as uniform as possible.
  • configurations are preferred for this application in which an oscillation mode of the microwave, which is symmetrical to the cylinder axis, propagates in the reactor.
  • the reactors are fed by pulsed microwave sources, for example magnetrons.
  • Magnetrons usually have an output that is designed as a standard rectangular waveguide.
  • the microwave energy must therefore be injected from the rectangular waveguide into the cylindrical reactor.
  • microwave sources with a rectangular waveguide output are also used, which have a cylindrical one Are coupled reactor and trigger the resonance processes there.
  • US Pat. No. 5,172,083 proposes arranging a mode converter between the microwave source and the reactor in order to couple the microwave signal coming from the rectangular waveguide into the cylindrical reactor. This is to prevent undesirable vibration modes from occurring.
  • mechanically very complex and large rectangular / cylinder waveguide transitions are proposed. The occurrence of undesirable vibration modes should therefore be prevented from the outset, while accepting the aforementioned effort.
  • US Pat. No. 5,433,789 and US Pat. No. 5,646,489 also for ECR applications, state that conductive plates should be provided in a certain spatial arrangement in the transition between the microwave source and the reactor in order to prevent the occurrence of undesired oscillation modes due to electrical short circuits in the area of their electrical Prevent field lines.
  • the invention is therefore based on the object of developing a plasma CVD coating device of the type mentioned at the outset such that the aforementioned disadvantages are avoided.
  • the object underlying the invention is completely achieved in this way.
  • the approach in the invention is different from that in the arrangements known from the field of ECR. While the undesired modes cannot occur in the first place, this is the case with the device according to the invention. deliberately allowed and the suppression of the undesired vibration mode takes place by causing it to interfere with itself and thus being extinguished. In practice, this enables much simpler constructions with considerably less space.
  • the arrangements according to the invention have also proven to be particularly suitable for the special application in the plasma CVD method, in which - to the extent that, unlike in the ECR method - the plasma, which is under a higher pressure, reflects the coupled-in microwave energy to a considerable extent.
  • the same applies to a much greater extent if, in order to further improve the homogeneity of the coating, work is carried out on a reactor with two opposing microwave generators which are directed towards one another, so that inevitably mutually determined microwave energy components are radiated into the other microwave generator.
  • This measure has the advantage already mentioned that the homogeneity of the coating can be further improved without fear of a deterioration in the symmetry of the coupled desired vibration mode.
  • the microwave source is a magnetron, the microwave frequency being in the S band and preferably being approximately 2.45 GHz.
  • a particularly preferred exemplary embodiment of the invention is characterized in that the microwave source is connected to the mode interference filter via a rectangular waveguide, and that the mode interference filter only couples a first oscillation mode into the reactor, which is capable of symmetrical propagation in the reactor and a second oscillation mode suppressed, which would be asymmetrically spreadable in the reactor.
  • the first vibration mode of type TM 01 and the second vibration mode of type TE n are preferred.
  • the mode interference filter has at least two coaxial circular waveguide sections which adjoin one another in a radial plane, a first of which is coupled to the reactor, and that the round waveguide sections are dimensioned such that the first oscillation mode is only capable of propagation in the first circular waveguide section and the second oscillation mode in the first and in the second circular waveguide section.
  • This measure has the advantage that a particularly simple and space-saving structure is created which retains the desired properties even in long-term use. In this way, the separation of the vibration modes or the extinction of the second vibration mode is achieved in a simple manner.
  • the second circular waveguide section has a second diameter which is dimensioned such that the critical wavelength for the second oscillation mode at this diameter is smaller than the wavelength of the microwave signal.
  • This measure also contributes to a simple structure.
  • the length of the second circular waveguide section is preferably equal to an integer multiple of half the waveguide wavelength of the second oscillation mode in the second circular waveguide section.
  • the length of the first circular waveguide section is not equal to an integer multiple of a quarter of the wavelength of the first oscillation mode in the first circular waveguide section.
  • This measure has the advantage that the first circular waveguide section is neither a resonator nor an anti-resonator for the desired first oscillation mode. Therefore, there can be no fluctuations in the intensity of the microwave energy coupled into the reactor if there is a higher level in a resonator Goodness fluctuations in the structural condition would have a strong impact, for example a covering on a surface. On the other hand, avoiding anti-resonance means that no reflections occur.
  • the length of the first circular waveguide section is equal to an odd integer multiple of a quarter of the wavelength of the second oscillation mode in the first circular waveguide section.
  • This measure has the advantage that remaining portions of the undesired, second oscillation mode in the first waveguide section are extinguished.
  • a particularly good effect is achieved when a section of the rectangular waveguide is coupled to the first circular waveguide section, with a narrow side of the section lying in the radial plane.
  • This measure has the advantage that there are defined conditions at the transition from the rectangular to the circular waveguide.
  • the rectangular waveguide is connected to the mode interference filter via a choke joint, which is preferably designed as a screwed-on ring.
  • This measure has the advantage that it is possible to work with very high microwave powers in the kW range, without the fear of arcing, and that the coupling can be easily changed. It is further preferred if the first circular waveguide section is provided with a vacuum-tight window in the transition to the reactor.
  • This measure has the advantage that the interior of the mode interference filter is decoupled from the negative pressure side and is therefore not exposed to the coating gas mixture.
  • the first circular waveguide section is provided with a metallic screen in the transition to the reactor, the screen in particular on the side of the window facing away from the first circular waveguide section, i.e. is arranged in the vacuum region of the reactor.
  • This measure has the advantage that concave surfaces of the glasses can be coated particularly well due to the limitation of the plasma expansion caused by the aperture.
  • the mode interference filter has an outer body connected to the reactor and an inner body which can be inserted axially into the outer body, the circular waveguide sections being formed in the inner body and the rectangular waveguide section in the outer body and furthermore the inner body on Outer body is releasably attached.
  • Figure 1 is an extremely schematic side view of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows, on an enlarged scale, a sectional illustration of a microwave generator as used in the device according to FIG. 1.
  • FIG. 1 10 as a whole designates an exemplary embodiment of a device according to the invention, namely a plasma CVD coating system.
  • the system 10 contains a cylindrical reactor 12, the longitudinal axis of which is designated 14.
  • the reactor is designed to be symmetrical about a radial center plane 15.
  • an atmosphere is set which consists of a coating gas mixture, a predetermined negative pressure prevailing.
  • supply lines 18 for the coating tion gas mixture and a vacuum connection 20 are provided.
  • Carriers for the glasses to be coated, in particular spectacle lenses made of plastic or glass, are provided in the interior 16. These are known to the person skilled in the art and are therefore not shown for the sake of clarity.
  • Microwave generators 24a, 24b are arranged on opposite end walls 22a and 22b so as to couple microwave energy symmetrically from both sides into interior space 16, namely in longitudinal axis 14.
  • Microwave generators 24a, 24b each contain a microwave source 26a, 26b, for example a magnetron, which preferably operates in the S band, in particular at approximately 2.45 GHz, and delivers pulse powers in the kW range.
  • the microwave sources 26a, 26b are connected via rectangular waveguides 28a, 28b to a mode interference filter 30a, 30b, from which the microwave energy is coupled into the interior 16.
  • Each mode interference filter 30 has an inner body 32 and an outer body 33, which, of course, can also each be multi-part in practical embodiments.
  • the bodies 32, 33 are preferably metallic.
  • the inner body 32 contains a front part 34 and a rear part 35.
  • the inner body 32 and the outer body 33 are arranged coaxially to the longitudinal axis 14, the inner body 32 in FIG. 2 can be inserted from the right into the outer body 33 and fastened to it in the inserted state.
  • the inner body 32 is provided with a flange 36, which can be fixed to a radial end face of the outer body 33 with screws 37.
  • the front part 34 encloses a first circular waveguide section 38 and the rear part 35 a second circular waveguide section 40.
  • the circular waveguide sections 38, 40 are arranged coaxially with one another and with the axis 14. However, they have different dimensions, namely a diameter d x and a length l x for the first circular waveguide section 38 or a diameter d 2 and a length 1 2 for the second circular waveguide section 40.
  • the dimensions of the lengths l ⁇ and 1 2 and the diameter d ⁇ and d 2 will be discussed further below.
  • the round waveguide sections 38, 40 are provided in the inner body 32 with an electrically highly conductive surface, for example a gold coating.
  • the first circular waveguide section 38 is electrically open at its left end in FIG. 2.
  • the second circular waveguide section 40 is closed at its right end in FIG. 2 with an electrically conductive bottom 41.
  • the base 41 can be designed as an axially movable piston for adjustment purposes.
  • the circular waveguide sections 38, 40 merge into one another in a radial plane 42.
  • a rectangular waveguide section 44 is also provided in the inner body 32, the narrow side 45 of which lies in the radial plane 42 and which is open to the first circular waveguide section 38.
  • a flange 46 of the rectangular waveguide section 28 is screwed on in FIG.
  • a so-called “choke joint” 48 or a throttle connection or coupling is provided in the transition from the rectangular waveguide section 44 to the first circular waveguide section 38.
  • the choke joint 48 has a pocket slot of defined depth on the broad side of the rectangular waveguide section 28, which is like an interference filter
  • the microwave penetrates there into the sack slot, is reflected at its end and interferes with half of the sack slot in such a way that the microwave intensity there becomes zero, thus creating an area of the smallest wall current at the point of transition Joint 48 not present, the maximum current would flow in the middle of the broad side of the rectangular waveguide section 44 with the permitted basic mode, and this would lead to arcing if there was a poor line transition.
  • the choke joint 48 can be implemented as a screwed-on ring.
  • the outer body 33 has at its left end in FIG. 2 a generator flange 50 for fastening the microwave generator 24 to the reactor 12.
  • the generator flange 50 is screwed to a reactor flange 52 of the reactor 12.
  • the reactor flange 52 sits tightly in the end wall 22 of the reactor 12.
  • a window 58 is inserted into the end of the inner body 32 or the first circular waveguide section 38 that is to be directed toward the interior 16 of the reactor 12.
  • the window 58 is preferably designed as a quartz window that is transparent to microwaves and glued into a conical fit 60 by means of a silicone adhesive.
  • a metallic screen 62 is preferably arranged in front of the window 58 and is provided with a defined opening 64.
  • the aperture 62 restricts the plasma expansion in the interior 16, which is useful for the coating of concavely curved surfaces.
  • the device according to the invention works as follows:
  • the microwave signal is emitted from the microwave sources 26a, 26b via the rectangular waveguides 28a, 28b. From these, the signal is coupled into the first circular waveguide section 38 via the rectangular waveguide section 44 (FIG. 2).
  • the diameter d j of the first circular waveguide section 38 is first dimensioned such that the two vibration modes TM 01 and TE U can be propagated in it.
  • the diameter d 2 of the second circular waveguide section 40 is dimensioned such that only the undesired vibration mode TE n , but not the desired vibration mode TM 01, can propagate in it.
  • ⁇ c ( ⁇ Eii) 0 136.5 mm
  • both vibration modes ie TM 01 and TE n , are capable of propagation.
  • the desired vibration mode TM 01 thus only propagates in the left, first circular waveguide section 38 and is coupled from there through the window 58 into the interior 16 of the reactor.
  • the undesirable asymmetrical vibration mode TE n spreads in both round waveguide sections.
  • the length of the right, second waveguide section 40 is dimensioned such that it forms a ⁇ / 2 line for the asymmetrical vibration mode TE n , so that the short circuit of the preferably axially displaceable base 41 is transformed into the radial plane 42. It must be tuned to the waveguide wavelength ⁇ H of the vibration mode, which is always greater than the wavelength ⁇ ⁇ in a vacuum. The following applies to the waveguide wavelength ⁇ H :
  • first waveguide section 38 it initially applies that it must not represent a resonator for the symmetrical vibration mode TM 01 . If this were the case, then, due to the high quality of the resonator thus formed, even the smallest fluctuations in the structure, for example a coating on the quartz window 58, would result in strong changes in intensity of the microwave signal coupled into the reactor 12.
  • the length l x of the left, first waveguide section 38 must therefore not be equal to nx ⁇ H (TM01) 38/2 .
  • This dimensioning of d lf d 2 , 1 1 and 1 2 means , at a given frequency, for the aforementioned vibration modes TE U and TM 0) on the one hand causes interference and thus cancellation of the undesired asymmetrical oscillation mode TE n .
  • the reflection of microwave signals is minimized, namely within the mode interference filter 30 and from the interior 16 of the reactor 12 back through the window 58 into the mode interference filter 30. The latter applies regardless of whether these reflected portions originated from the own microwave generator 24b itself and were reflected on the plasma which is under relatively high pressure or are interspersed by the other, opposite microwave generator 24a.

Abstract

The invention relates to a device (10) which is used to coat optical glass by means of plasma-supported chemical vapour deposition (CVD). A cylindrical reactor (12) is used in order to receive the glass which is to be coated. At least one microwave generator (24a, 24b) is provided in order to couple a microwave signal having a predetermined microwave frequency to the reactor (12). The at least one microwave generator (24a, 24b) comprises a microwave source (26a, 26b) which is coupled to the reactor (12) via a modem interference filter (30a, 30b).

Description

Vorrichtung zum Beschichten optischer Gläser mittels plasmaunterstützter chemischer Dampfabscheidung (CVD) Device for coating optical glasses by means of plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD)
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten optischer Gläser mittels plasmaunterstützter chemischer Dampfab- scheidung (CVD), mit einem zylindrischen Reaktor zur Aufnahme der zu beschichtenden Gläser, und mit mindestens einem Mikrowellengenerator zum Einkoppeln eines Mikrowellensignals vorbestimmter Mikrowellenfrequenz in den Reaktor, wobei der mindestens eine Mikrowellengenerator eine Mikrowellenquelle aufweist. Aus der EP 0 718 418 A ist bekannt, Brillengläser aus Kunststoff im Plasma-CVD-Verfahren mit einer transparenten Beschichtung zu versehen, beispielsweise einer Kratzschutzschicht aus Ti02. Zu diesem Zweck werden die zu beschichtenden Brillengläser in einem Reaktor bei einer Substrattemperatur von 50 °C einem Beschichtungs-Gasgemisch mit einem Druck von 0,1 bis 2 mbar ausgesetzt. Zum Erzeugen des Plasmas wird dem Reaktor Mikrowellenenergie zugeführt, beispielsweise bei einer Frequenz von 2,45 GHz. Die Mikrowellenenergie wird dabei getastet, und zwar mit Impulslängen von 0,01 bis 10 msec und Impulspausen von 1 bis 1.000 msec bei einer Impulsleistung von 10 bis 100.000 W.The invention relates to a device for coating optical glasses by means of plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD), with a cylindrical reactor for receiving the glasses to be coated, and with at least one microwave generator for coupling a microwave signal of a predetermined microwave frequency into the reactor, the at least one microwave generator has a microwave source. From EP 0 718 418 A it is known to provide plastic lenses in the plasma CVD process with a transparent coating, for example a scratch protection layer made of TiO 2 . For this purpose, the spectacle lenses to be coated are exposed in a reactor at a substrate temperature of 50 ° C. to a coating gas mixture with a pressure of 0.1 to 2 mbar. To generate the plasma, microwave energy is supplied to the reactor, for example at a frequency of 2.45 GHz. The microwave energy is sampled, with pulse lengths of 0.01 to 10 msec and pulse pauses of 1 to 1,000 msec with a pulse power of 10 to 100,000 W.
In diesem Zusammenhang sind ferner zylindrische Reaktoren verwendet worden. In diesen zylindrischen Reaktoren ist eine möglichst homogene Verteilung des Mikrowellenfeldes vorteilhaft, um eine möglichst gleichförmige Beschichtung zu erzielen. Dies gilt in dem hier interessierenden Anwendungsfall besonders, weil Brillengläser konvex oder konkav gekrümmte Oberflächen haben. Aus diesem Grunde werden für diese Anwendung Konfigurationen bevorzugt, bei denen sich in dem Reaktor ein zur Zylinderachse symmetrischer Schwingungsmodus der Mikrowelle ausbreitet.In this connection cylindrical reactors have also been used. In these cylindrical reactors, the most homogeneous possible distribution of the microwave field is advantageous in order to achieve a coating that is as uniform as possible. This applies in particular to the application of interest here, because spectacle lenses have convex or concave curved surfaces. For this reason, configurations are preferred for this application in which an oscillation mode of the microwave, which is symmetrical to the cylinder axis, propagates in the reactor.
Die Reaktoren werden von gepulsten Mikrowellenquellen, beispielsweise Magnetrons, gespeist. Magnetrons haben üblicherweise einen Ausgang, der als Standard-Rechteckhohlleiter ausgebildet ist. Die Mikrowellenenergie muss daher aus dem Rechteckhohlleiter in den zylindrischen Reaktor eingekoppelt werden. Dabei ist jedoch unvermeidlich, dass neben den erwünschten auch unerwünschte Schwingungsmoden entstehen. Diese breiten sich asymmetrisch im Reaktor aus und führen zu einer ungleichmäßigen Dicke der Beschichtung.The reactors are fed by pulsed microwave sources, for example magnetrons. Magnetrons usually have an output that is designed as a standard rectangular waveguide. The microwave energy must therefore be injected from the rectangular waveguide into the cylindrical reactor. However, it is inevitable that, in addition to the desired, undesirable vibration modes will also arise. These are spreading asymmetrical in the reactor and lead to an uneven thickness of the coating.
Ein weiteres Problem, das sich beim Plasma-CVD-Verfahren stellt, besteht darin, dass das unter vergleichsweise hohem Druck stehende Plasma selbst eine Reflexion der eingekoppelten Mikrowellenenergie zurück in den Mikrowellengenerator bewirkt. Es muss daher zusätzlich Sorge dafür getragen werden, dass durch diese Reflexion nicht wieder asymmetrische Anteile in den Reaktor zurück gelangen .Another problem that arises with the plasma CVD method is that the plasma, which is at a comparatively high pressure, itself causes the coupled-in microwave energy to be reflected back into the microwave generator. Care must therefore be taken to ensure that asymmetrical components do not return to the reactor as a result of this reflection.
Auf einem anderen Gebiet der Beschichtungstechnik, nämlich der Elektronen-Zyklotron-Resonanz (ECR) , die bei wesentlich niedrigeren Drücken und unter gleichzeitiger Einwirkung eines statischen magnetischen Feldes arbeitet, wird ebenfalls mit Mikrowellenquellen (Magnetrons) mit Rechteckhohlleiter-Ausgang gearbeitet, die mit einem zylindrischen Reaktor gekoppelt sind und dort die Resonanzvorgänge auslösen.In another field of coating technology, namely electron cyclotron resonance (ECR), which works at much lower pressures and under the simultaneous action of a static magnetic field, microwave sources (magnetrons) with a rectangular waveguide output are also used, which have a cylindrical one Are coupled reactor and trigger the resonance processes there.
In der US 5,172,083 wird für eine ECR-Beschichtungsanlage vorgeschlagen, zwischen der Mikrowellenquelle und dem Reaktor einen Modenkonverter anzuordnen, um das aus dem Rechteckhohlleiter kommende Mikrowellensignal in den zylindrischen Reaktor einzukoppeln. Dies soll das Auftreten unerwünschter Schwingungsmoden verhindern. Hierzu werden mechanisch sehr aufwendige und große Rechteck/Zylinder-Hohlleiterübergänge vorgeschlagen. Das Auftreten unerwünschter Schwingungsmoden soll dabei also von vornherein verhindert werden, unter Inkaufnahme des vorgenannten Aufwandes. In der US 5,433,789 und der US 5,646,489 ist, ebenfalls für ECR-Anwendungen, angegeben, dass im Übergang zwischen der Mikrowellenquelle und dem Reaktor leitfähige Bleche in bestimmter räumlicher Anordnung vorgesehen werden sollen, um das Auftreten unerwünschter Schwingungsmoden durch elektrische Kurzschlüsse im Bereich von deren elektrischen Feldlinien zu verhindern. Auch diese Maßnahme ist äußerst aufwendig und störanfällig, weil die Bleche extrem präzise positioniert werden und auch im Langzeitbetrieb in dieser Position verbleiben müssen, da sie andernfalls die Symmetrie des gewünschten Schwingungsmodus beeinträchtigen würden. Der Ansatz ist daher der selbe, wie vorstehend geschildert, nämlich das Auftreten der unerwünschten Schwingungsmoden gar nicht erst zuzulassen. Erkauft wird das auch in diesem Falle durch einen erheblichen apparativen Aufwand.For an ECR coating system, US Pat. No. 5,172,083 proposes arranging a mode converter between the microwave source and the reactor in order to couple the microwave signal coming from the rectangular waveguide into the cylindrical reactor. This is to prevent undesirable vibration modes from occurring. For this purpose, mechanically very complex and large rectangular / cylinder waveguide transitions are proposed. The occurrence of undesirable vibration modes should therefore be prevented from the outset, while accepting the aforementioned effort. US Pat. No. 5,433,789 and US Pat. No. 5,646,489, also for ECR applications, state that conductive plates should be provided in a certain spatial arrangement in the transition between the microwave source and the reactor in order to prevent the occurrence of undesired oscillation modes due to electrical short circuits in the area of their electrical Prevent field lines. This measure is also extremely complex and prone to failure, because the sheets are positioned extremely precisely and must remain in this position even in long-term operation, since they would otherwise impair the symmetry of the desired vibration mode. The approach is therefore the same as described above, namely that the undesired vibration modes cannot be allowed to occur. In this case, too, this is bought through considerable expenditure on equipment.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Plasma- CVD-Beschichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden.The invention is therefore based on the object of developing a plasma CVD coating device of the type mentioned at the outset such that the aforementioned disadvantages are avoided.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mikrowellenquelle über ein Moden-Interferenzfilter an den Reaktor gekoppelt ist.This object is achieved according to the invention in a device of the type mentioned at the outset in that the microwave source is coupled to the reactor via a mode interference filter.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Dadurch, dass ein Interferenzfilter verwendet wird, ist der Ansatz bei der Erfindung ein anderer als bei den aus dem Gebiet der ECR bekannten Anordnungen. Während nämlich bei jenen die unerwünschten Moden gar nicht erst auftreten können, wird dies bei der erfindungsgemäßen Vorrich- tung bewusst zugelassen und die Unterdrückung des unerwünschten Schwingungsmodus findet dadurch statt, dass dieser mit sich selbst zur Interferenz gebracht und damit ausgelöscht wird. Das ermöglicht in der Praxis wesentlich einfacherer Konstruktionen mit erheblich kleinerem Platzbedarf.The object underlying the invention is completely achieved in this way. By using an interference filter, the approach in the invention is different from that in the arrangements known from the field of ECR. While the undesired modes cannot occur in the first place, this is the case with the device according to the invention. deliberately allowed and the suppression of the undesired vibration mode takes place by causing it to interfere with itself and thus being extinguished. In practice, this enables much simpler constructions with considerably less space.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen haben sich in Versuchen auch als besonders geeignet für die spezielle Anwendung beim Plasma- CVD-Verfahren erwiesen, bei dem — insoweit anders als beim ECR- Verfahren — das unter einem höheren Druck stehende Plasma die eingekoppelte Mikrowellenenergie zu einem beträchtlichen Anteil reflektiert. Entsprechendes gilt in noch weit höherem Maße, wenn zur weiteren Verbesserung der Homogenität der Beschichtung an einem Reaktor mit zwei einander gegenüberstehenden Mikrowellengeneratoren gearbeitet wird, die gegeneinander gerichtet sind, so dass unvermeidbar wechselseitig bestimmte Mikrowellenenergieanteile in den jeweils anderen Mikrowellengenerator eingestrahlt werden.In experiments, the arrangements according to the invention have also proven to be particularly suitable for the special application in the plasma CVD method, in which - to the extent that, unlike in the ECR method - the plasma, which is under a higher pressure, reflects the coupled-in microwave energy to a considerable extent. The same applies to a much greater extent if, in order to further improve the homogeneity of the coating, work is carried out on a reactor with two opposing microwave generators which are directed towards one another, so that inevitably mutually determined microwave energy components are radiated into the other microwave generator.
Bei aus dem Bereich der ECR bekannten Anordnungen würde dies dazu führen, dass diese reflektierten bzw. eingestrahlten Anteile in degenerierter Form doch wieder zurück in den Reaktor gelangen, weil diese Anordnungen auf das tatsächliche Vorhandensein dieser unerwünschten Schwingungsmoden nicht eingerichtet sind. Diese Anordnungen mögen daher den Anforderungen beim ECR-Verfahren genügen, für Anwendungen beim Plasma-CVD- Verfahren sind sie ungeeignet.In the case of arrangements known from the field of ECR, this would lead to the fact that these reflected or irradiated components in degenerate form nevertheless get back into the reactor because these arrangements are not set up for the actual presence of these undesired oscillation modes. These arrangements may therefore meet the requirements of the ECR process, but they are unsuitable for applications in the plasma CVD process.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist demgemäß vorgesehen, dass zwei Mikrowellengeneratoren an einander gege- nüberliegenden Stirnwänden klappsymmetrisch zu einer radialen Mittelebene des Reaktors angeordnet sind.In a preferred development of the invention, it is accordingly provided that two microwave generators are mutually opposed Above end walls are arranged symmetrically to a radial central plane of the reactor.
Diese Maßnahme hat den bereits erwähnten Vorteil, dass die Homogenität der Beschichtung weiter verbessert werden kann, ohne dass eine Verschlechterung der Symmetrie des eingekoppelten gewünschten Schwingungsmodus befürchtet werden muß.This measure has the advantage already mentioned that the homogeneity of the coating can be further improved without fear of a deterioration in the symmetry of the coupled desired vibration mode.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Mikrowellenquelle ein Magnetron, wobei die Mikrowellenfrequenz im S- Band liegt und vorzugsweise etwa 2,45 GHz beträgt.In further preferred exemplary embodiments, the microwave source is a magnetron, the microwave frequency being in the S band and preferably being approximately 2.45 GHz.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrowellenquelle über einen Rechteckhohlleiter mit dem Moden-Interferenzfilter verbunden ist, und dass das Moden-Interferenzfilter nur einen ersten Schwingungsmodus in den Reaktor einkoppelt, der im Reaktor symmetrisch ausbreitungsfähig ist und einen zweiten Schwingungsmodus unterdrückt, der im Reaktor unsymmetrisch ausbreitungsfähig wäre. Dabei ist bevorzugt der erste Schwingungsmodus vom Typ TM01 und der zweite Schwingungsmodus vom Typ TEn .A particularly preferred exemplary embodiment of the invention is characterized in that the microwave source is connected to the mode interference filter via a rectangular waveguide, and that the mode interference filter only couples a first oscillation mode into the reactor, which is capable of symmetrical propagation in the reactor and a second oscillation mode suppressed, which would be asymmetrically spreadable in the reactor. The first vibration mode of type TM 01 and the second vibration mode of type TE n are preferred.
Erfindungsgemäß kann dies in einer praktischen Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass das Moden-Interferenzfilter mindestens zwei koaxiale und in einer Radialebene aneinander angrenzende Rundhohlleiterabschnitte aufweist, von denen ein erster an den Reaktor gekoppelt ist, und dass die Rundhohlleiterabschnitte derart dimensioniert sind, dass der erste Schwingungsmodus nur in dem ersten Rundhohlleiterabschnitt und der zweite Schwingungsmodus in dem ersten und in dem zweiten Rundhohlleiterabschnitt ausbreitungsf hig ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein besonders einfacher und platzsparender Aufbau entsteht, der auch im Langzeitgebrauch die gewünschten Eigenschaften beibehält. Auf diese Weise wird die Trennung der Schwingungsmoden bzw. die Auslöschung des zweiten Schwingungsmodus in einfacher Weise erreicht.According to the invention, this can be achieved in a practical embodiment in that the mode interference filter has at least two coaxial circular waveguide sections which adjoin one another in a radial plane, a first of which is coupled to the reactor, and that the round waveguide sections are dimensioned such that the first oscillation mode is only capable of propagation in the first circular waveguide section and the second oscillation mode in the first and in the second circular waveguide section. This measure has the advantage that a particularly simple and space-saving structure is created which retains the desired properties even in long-term use. In this way, the separation of the vibration modes or the extinction of the second vibration mode is achieved in a simple manner.
Bei einer praktischen Ausführung des vorgenannten Ausführungsbeispiels weist der zweite Rundhohlleiterabschnitt einen zweiten Durchmesser auf, der derart bemessen ist, dass die kritische Wellenlänge für den zweiten Schwingungsmodus bei diesem Durchmesser kleiner ist als die Wellenlänge des Mikrowellensignals .In a practical embodiment of the aforementioned exemplary embodiment, the second circular waveguide section has a second diameter which is dimensioned such that the critical wavelength for the second oscillation mode at this diameter is smaller than the wavelength of the microwave signal.
Auch diese Maßnahme trägt zu einem einfachen Aufbau bei.This measure also contributes to a simple structure.
Bevorzugt ist dabei die Länge des zweiten Rundhohlleiterabschnitts gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Hohlleiterwellenlänge des zweiten Schwingungsmodus in dem zweiten Rundhohlleiterabschnitt.The length of the second circular waveguide section is preferably equal to an integer multiple of half the waveguide wavelength of the second oscillation mode in the second circular waveguide section.
Ferner ist bevorzugt, wenn die Länge des ersten Rundhohlleiterabschnitts ungleich einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des ersten Schwingungsmodus in dem ersten Rundhohlleiterabschnit ist.It is further preferred if the length of the first circular waveguide section is not equal to an integer multiple of a quarter of the wavelength of the first oscillation mode in the first circular waveguide section.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der erste Rundhohlleiterabschnitt weder ein Resonator noch ein Antiresonator für den gewünschten ersten Schwingungsmodus ist. Es kann daher zu keinen Intensitätsschwankungen der in den Reaktor eingekoppelten Mikrowellenenergie kommen, wenn sich in einem Resonator hoher Güte Schwankungen der baulichen Beschaffenheit stark auswirken würden, beispielsweise ein Belag auf einer Oberfläche. Andererseits führt die Vermeidung einer Antiresonanz dazu, dass keine Reflexionen entstehen.This measure has the advantage that the first circular waveguide section is neither a resonator nor an anti-resonator for the desired first oscillation mode. Therefore, there can be no fluctuations in the intensity of the microwave energy coupled into the reactor if there is a higher level in a resonator Goodness fluctuations in the structural condition would have a strong impact, for example a covering on a surface. On the other hand, avoiding anti-resonance means that no reflections occur.
Darüber hinaus ist noch bevorzugt, wenn die Länge des ersten Rundhohlleiterabschnitts gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des zweiten Schwingungsmodus in dem ersten Rundhohlleiterabschnitt ist.In addition, it is also preferred if the length of the first circular waveguide section is equal to an odd integer multiple of a quarter of the wavelength of the second oscillation mode in the first circular waveguide section.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass restliche Anteile des unerwünschten, zweiten Schwingungsmodus im ersten Hohlleiterabschnitt ausgelöscht werden.This measure has the advantage that remaining portions of the undesired, second oscillation mode in the first waveguide section are extinguished.
Eine besonders gute Wirkung wird dann erzielt, wenn ein Abschnitt des Rechteckhohlleiters an den ersten Rundhohlleiterabschnitt angekoppelt ist, wobei eine Schmalseite des Abschnitts in der Radialebene liegt.A particularly good effect is achieved when a section of the rectangular waveguide is coupled to the first circular waveguide section, with a narrow side of the section lying in the radial plane.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass definierte Verhältnisse am Übergang vom Rechteck- zum Rundhohlleiter bestehen.This measure has the advantage that there are defined conditions at the transition from the rectangular to the circular waveguide.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Rechteckhohlleiter über einen Choke Joint an das Moden- Interferenzfilter angeschlossen, der vorzugsweise als aufgeschraubter Ring ausgebildet ist.In further preferred embodiments of the invention, the rectangular waveguide is connected to the mode interference filter via a choke joint, which is preferably designed as a screwed-on ring.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mit sehr hohen Mikrowellenleistungen im kW-Bereich gearbeitet werden kann, ohne dass das Auftreten von Lichtbögen befürchtet werden muß, und dass die Einkopplung leicht gewechselt werden kann. Ferner ist bevorzugt, wenn der erste Rundhohlleiterabschnitt im Übergang zum Reaktor mit einem vakuumdichten Fenster versehen ist.This measure has the advantage that it is possible to work with very high microwave powers in the kW range, without the fear of arcing, and that the coupling can be easily changed. It is further preferred if the first circular waveguide section is provided with a vacuum-tight window in the transition to the reactor.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das Innere des Moden- Interferenzfilters von der Unterdruckseite entkoppelt und daher dem Beschichtungs-Gasgemisch nicht ausgesetzt ist.This measure has the advantage that the interior of the mode interference filter is decoupled from the negative pressure side and is therefore not exposed to the coating gas mixture.
Weiterhin ist bei Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, dass der erste Rundhohlleiterabschnitt im Übergang zum Reaktor mit einer metallischen Blende versehen ist, wobei insbesondere die Blende auf der dem ersten Rundhohlleiterabschnitt abgewandten Seite des Fensters, d.h. im Unterdruckbereich des Reaktors angeordnet ist.Furthermore, in embodiments of the invention it is provided that the first circular waveguide section is provided with a metallic screen in the transition to the reactor, the screen in particular on the side of the window facing away from the first circular waveguide section, i.e. is arranged in the vacuum region of the reactor.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass konkave Oberflächen der Gläser durch die von der Blende verursachte Beschränkung der Plasmaausdehnung besonders gut beschichtet werden können.This measure has the advantage that concave surfaces of the glasses can be coated particularly well due to the limitation of the plasma expansion caused by the aperture.
Schließlich ist noch eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der das Moden-Interferenzfilter einen mit dem Reaktor verbundenen Außenkörper sowie einen axial in den Außenkörper einschiebbaren Innenkörper aufweist, wobei die Rundhohlleiterabschnitte in dem Innenkörper und der Rechteckhohlleiterabschnitt in dem Außenkörper ausgebildet sind und ferner der Innenkörper am Außenkörper lösbar befestigt ist.Finally, an embodiment of the invention is preferred, in which the mode interference filter has an outer body connected to the reactor and an inner body which can be inserted axially into the outer body, the circular waveguide sections being formed in the inner body and the rectangular waveguide section in the outer body and furthermore the inner body on Outer body is releasably attached.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Innenkörper mit den Rundhohlleiterabschnitten sowie dem ggf. vorgesehenen Quarzfenster und der Blende in einfacher Weise ausgebaut werden können, insbesondere zu Reinigungszwecken. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der beigefügten Zeichnung.This measure has the advantage that the inner body with the round waveguide sections as well as the quartz window and the cover, if provided, can be removed in a simple manner, in particular for cleaning purposes. Further advantages result from the drawing and the attached drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Figur 1 eine äußerst schematisierte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; undFigure 1 is an extremely schematic side view of an embodiment of a device according to the invention; and
Figur 2 in vergrößertem Maßstab eine Schnittdarstellung eines Mikrowellengenerators, wie er bei der Vorrichtung gemäß Figur 1 verwendet wird.FIG. 2 shows, on an enlarged scale, a sectional illustration of a microwave generator as used in the device according to FIG. 1.
In Figur 1 bezeichnet 10 als ganzes ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich eine Plasma-CVD- Beschichtungsanlage . Die Anlage 10 enthält einen zylindrischen Reaktor 12, dessen Längsachse mit 14 bezeichnet ist. Der Reaktor ist zu einer radialen Mittelebene 15 klappsymmetrisch ausgebildet. Im Innenraum 16 des Reaktors 12 wird, wie bereits eingangs zum Stand der Technik gemäss der EP 0 718 418 A ausgeführt, eine Atmosphäre eingestellt, die aus einem Beschichtungs-Gasgemisch besteht, wobei ein vorbestimmter Unterdruck herrscht. Zu diesem Zweck sind Zuleitungen 18 für das Beschich- tungs-Gasgemisch sowie ein Vakuumanschluß 20 vorgesehen. Im Innenraum 16 sind Träger für die zu beschichtenden Gläser, insbesondere Brillengläser aus Kunststoff oder Glas, vorgesehen. Diese sind dem Fachmann bekannt und daher der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.In FIG. 1, 10 as a whole designates an exemplary embodiment of a device according to the invention, namely a plasma CVD coating system. The system 10 contains a cylindrical reactor 12, the longitudinal axis of which is designated 14. The reactor is designed to be symmetrical about a radial center plane 15. In the interior 16 of the reactor 12, as already stated at the beginning of the state of the art according to EP 0 718 418 A, an atmosphere is set which consists of a coating gas mixture, a predetermined negative pressure prevailing. For this purpose, supply lines 18 for the coating tion gas mixture and a vacuum connection 20 are provided. Carriers for the glasses to be coated, in particular spectacle lenses made of plastic or glass, are provided in the interior 16. These are known to the person skilled in the art and are therefore not shown for the sake of clarity.
An den einander gegenüberliegenden Stirnwänden 22a und 22b sind Mikrowellengeneratoren 24a, 24b einander zu weisend angeordnet, um Mikrowellenenergie symmetrisch von beiden Seiten in den Innenraum 16 einzukoppeln, und zwar in der Längsachse 14. Die Mikrowellengeneratoren 24a, 24b enthalten jeweils eine Mikrowellenquelle 26a, 26b, beispielsweise ein Magnetron, das vorzugsweise im S-Band, insbesondere bei etwa 2,45 GHz arbeitet und Impulsleistungen im kW-Bereich liefert. Die Mikrowellenquellen 26a, 26b sind über Rechteckhohlleiter 28a, 28b mit jeweils einem Moden-Interferenzfilter 30a, 30b verbunden, von denen aus die Mikrowellenenergie in den Innenraum 16 eingekoppelt wird.Microwave generators 24a, 24b are arranged on opposite end walls 22a and 22b so as to couple microwave energy symmetrically from both sides into interior space 16, namely in longitudinal axis 14. Microwave generators 24a, 24b each contain a microwave source 26a, 26b, for example a magnetron, which preferably operates in the S band, in particular at approximately 2.45 GHz, and delivers pulse powers in the kW range. The microwave sources 26a, 26b are connected via rectangular waveguides 28a, 28b to a mode interference filter 30a, 30b, from which the microwave energy is coupled into the interior 16.
Einzelheiten der Moden-Interferenzfilter sind in Figur 2 dargestellt, und zwar in der Position des Moden-Interferenzfilters 30b von Figur 1, nachstehend der Einfachheit halber als „30" bezeichnet.Details of the mode interference filter are shown in Figure 2, namely in the position of the mode interference filter 30b of Figure 1, hereinafter referred to as "30" for the sake of simplicity.
Jedes Moden-Interferenzfilter 30 weist einen Innenkörper 32 sowie einen Außenkörper 33 auf, die selbstverständlich in praktischen Ausführungsformen jeweils auch mehrteilig sein können. Die Körper 32, 33 sind vorzugsweise metallisch. Der Innenkörper 32 enthält einen vorderen Teil 34 sowie einen hinteren Teil 35. Der Innenkörper 32 und der Außenkörper 33 sind koaxial zur Längsachse 14 angeordnet, wobei der Innenkörper 32 in Figur 2 von rechts in den Außenkörper 33 einschiebbar und im eingeschobenen Zustand an diesem befestigbar ist. Der Innenkörper 32 ist zu diesem Zweck mit einem Flansch 36 versehen, der mit Schrauben 37 an einer radialen Stirnfläche des Außenkörpers 33 festgelegt werden kann.Each mode interference filter 30 has an inner body 32 and an outer body 33, which, of course, can also each be multi-part in practical embodiments. The bodies 32, 33 are preferably metallic. The inner body 32 contains a front part 34 and a rear part 35. The inner body 32 and the outer body 33 are arranged coaxially to the longitudinal axis 14, the inner body 32 in FIG. 2 can be inserted from the right into the outer body 33 and fastened to it in the inserted state. For this purpose, the inner body 32 is provided with a flange 36, which can be fixed to a radial end face of the outer body 33 with screws 37.
Der vordere Teil 34 umschließt einen ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 und der hintere Teil 35 einen zweiten Rundhohlleiterabschnitt 40. Die Rundhohlleiterabschnitte 38, 40 sind zueinander und zur Achse 14 koaxial angeordnet. Sie haben jedoch unterschiedliche Abmessungen, nämlich einen Durchmesser dx und eine Länge lx beim ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 bzw. einen Durchmesser d2 und eine Länge 12 beim zweiten Rundhohlleiterabschnitt 40. Auf die Dimensionierung der Längen lλ und 12 sowie der Durchmesser dλ und d2 wird weiter unten noch eingegangen.The front part 34 encloses a first circular waveguide section 38 and the rear part 35 a second circular waveguide section 40. The circular waveguide sections 38, 40 are arranged coaxially with one another and with the axis 14. However, they have different dimensions, namely a diameter d x and a length l x for the first circular waveguide section 38 or a diameter d 2 and a length 1 2 for the second circular waveguide section 40. The dimensions of the lengths l λ and 1 2 and the diameter d λ and d 2 will be discussed further below.
Die Rundhohlleiterabschnitte 38, 40 sind in dem Innenkörper 32 mit einer elektrisch hoch leitfähigen Oberfläche versehen, beispielsweise einer Beschichtung aus Gold. Der erste Rundhohlleiterabschnitt 38 ist an seinem in Figur 2 linken Ende elektrisch offen. Der zweite Rundhohlleiterabschnitt 40 ist an seinem in Figur 2 rechten Ende mit einem elektrisch leitfähigen Boden 41 abgeschlossen. Der Boden 41 kann zu Justierzwecken als axial beweglicher Kolben ausgebildet sein.The round waveguide sections 38, 40 are provided in the inner body 32 with an electrically highly conductive surface, for example a gold coating. The first circular waveguide section 38 is electrically open at its left end in FIG. 2. The second circular waveguide section 40 is closed at its right end in FIG. 2 with an electrically conductive bottom 41. The base 41 can be designed as an axially movable piston for adjustment purposes.
Die Rundhohlleiterabschnitte 38, 40 gehen in einer Radialeben 42 ineinander über. Dort ist auch ein Rechteckhohlleiterabschnitt 44 im Innenkörper 32 vorgesehen, dessen Schmalseite 45 in der Radialebene 42 liegt und der zum ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 offen ist. An den Rechteckhohlleiterabschnitt 44 ist in Figur 2 oben ein Flansch 46 des Rechteckhohlleiterabschnitts 28 angeschraubt.The circular waveguide sections 38, 40 merge into one another in a radial plane 42. There, a rectangular waveguide section 44 is also provided in the inner body 32, the narrow side 45 of which lies in the radial plane 42 and which is open to the first circular waveguide section 38. To the rectangular waveguide section 44 2, a flange 46 of the rectangular waveguide section 28 is screwed on in FIG.
Dabei ist im Übergang vom Rechteckhohlleiterabschnitt 44 zum ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 ein sog. „Choke Joint" 48 vorgesehen oder eine Drosselverbindung bzw. —kopplung. Bei dem Choke Joint 48 befindet sich auf der Breitseite des Rechteckhohlleiterabschnitts 28 ein Sackschlitz definierter Tiefe, der wie ein Interferenzfilter wirkt. Die Mikrowelle dringt nämlich dort in den Sackschlitz ein, wird an dessen Ende reflektiert und interferiert auf der Hälfte des Sackschlitzes, derart, dass die Mikrowellenintensität dort gleich Null wird. Damit wird am Ort des Überganges ein Bereich kleinsten Wandstromes erzeugt. Wäre der Choke Joint 48 nicht vorhanden, würde in der Mitte der Breitseite des Rechteckhohlleiterabschnitts 44 bei dem erlaubten Grundmode der maximale Strom fließen. Bei einem Übergang mit schlechter Leitung würde das zu Überschlägen (Lichtbögen) führen .A so-called “choke joint” 48 or a throttle connection or coupling is provided in the transition from the rectangular waveguide section 44 to the first circular waveguide section 38. The choke joint 48 has a pocket slot of defined depth on the broad side of the rectangular waveguide section 28, which is like an interference filter The microwave penetrates there into the sack slot, is reflected at its end and interferes with half of the sack slot in such a way that the microwave intensity there becomes zero, thus creating an area of the smallest wall current at the point of transition Joint 48 not present, the maximum current would flow in the middle of the broad side of the rectangular waveguide section 44 with the permitted basic mode, and this would lead to arcing if there was a poor line transition.
Der Choke Joint 48 kann in einem praktischen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) als aufgeschraubter Ring realisiert werden.In a practical exemplary embodiment (not shown), the choke joint 48 can be implemented as a screwed-on ring.
Der Außenkörper 33 weist an seinem in Figur 2 linken Ende einen Generatorflansch 50 zum Befestigen des Mikrowellengenerators 24 am Reaktor 12 auf. Der Generatorflansch 50 wird zu diesem Zweck mit einem Reaktorflansch 52 des Reaktors 12 verschraubt. Der Reaktorflansch 52 sitzt dicht in der Stirnwand 22 des Reaktors 12. Um den Innenkörper 32 druckdicht mit dem Innenraum 16 des Reaktors 12 zu verbinden, ist eine konische Passung 54 zwischen dem Innenkörper 32 und dem Reaktorflansch 52 vorgesehen, die mit einer Vakuumdichtung 56 versehen ist.The outer body 33 has at its left end in FIG. 2 a generator flange 50 for fastening the microwave generator 24 to the reactor 12. For this purpose, the generator flange 50 is screwed to a reactor flange 52 of the reactor 12. The reactor flange 52 sits tightly in the end wall 22 of the reactor 12. In order to connect the inner body 32 to the interior 16 of the reactor 12 in a pressure-tight manner, there is a conical fit 54 between them the inner body 32 and the reactor flange 52, which is provided with a vacuum seal 56.
Wie man aus Figur 2 erkennen kann, ist es damit möglich, den Innenkörper 32, beispielsweise zu Reinigungszwecken, in der bereits erwähnten Weise nach Lösen der Schrauben 37 aus dem Außenkörper 33 nach rechts herauszuziehen, wobei die konische Passung 54 mit der Vakuumdichtung 56 dann frei liegt.As can be seen from FIG. 2, it is thus possible to pull the inner body 32 to the right after loosening the screws 37 from the outer body 33, for example for cleaning purposes, the conical fit 54 with the vacuum seal 56 then being free lies.
In das dem Innenraum 16 des Reaktors 12 zu weisenden Ende des Innenkörpers 32 bzw. des ersten Rundhohlleiterabschnitts 38 ist ein Fenster 58 eingesetzt. Das Fenster 58 ist vorzugsweise als für Mikrowellen transparentes Quarzfenster ausgebildet und mittels eines Silikonklebers in eine konische Passung 60 eingeklebt.A window 58 is inserted into the end of the inner body 32 or the first circular waveguide section 38 that is to be directed toward the interior 16 of the reactor 12. The window 58 is preferably designed as a quartz window that is transparent to microwaves and glued into a conical fit 60 by means of a silicone adhesive.
Vor dem Fenster 58 ist vorzugsweise eine metallische Blende 62 angeordnet, die mit einer definierten Öffnung 64 versehen ist. Die Blende 62 bewirkt eine Beschränkung der Plasmaausdehnung im Innenraum 16, was für die Beschichtung von konkav gekrümmten Oberflächen nützlich ist.A metallic screen 62 is preferably arranged in front of the window 58 and is provided with a defined opening 64. The aperture 62 restricts the plasma expansion in the interior 16, which is useful for the coating of concavely curved surfaces.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:The device according to the invention works as follows:
Von den Mikrowellenquellen 26a, 26b wird das Mikrowellensignal über die Rechteckhohlleiter 28a, 28b abgegeben. Von diesen wird das Signal über den Rechteckhohlleiterabschnitt 44 (Figur 2) in den ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 eingekoppelt. Im Innenraum 16 des Reaktors 12 soll nur der sich symmetrisch ausbreitende Schwingungsmodus TM01 angeregt werden, der sich asymmetrisch ausbreitende Schwingungsmodus TEn hingegen nicht. Zu diesem Zweck ist zunächst der Durchmesser dj des ersten Rundhohlleiterabschnitts 38 so dimensioniert, dass in ihm beide Schwingungsmoden TM01 und TEU ausbreitungsfähig sind. Der Durchmesser d2 des zweiten Rundhohlleiterabschnitts 40 hingegen ist so dimensioniert, dass sich in ihm nur der unerwünschte Schwingungsmodus TEn, nicht jedoch der erwünschte Schwingungsmodus TM01 ausbreiten kann.The microwave signal is emitted from the microwave sources 26a, 26b via the rectangular waveguides 28a, 28b. From these, the signal is coupled into the first circular waveguide section 38 via the rectangular waveguide section 44 (FIG. 2). In the interior 16 of the reactor 12, only the symmetrically propagating vibration mode TM 01 is to be excited, but the asymmetrically propagating vibration mode TE n is not. For this purpose, the diameter d j of the first circular waveguide section 38 is first dimensioned such that the two vibration modes TM 01 and TE U can be propagated in it. The diameter d 2 of the second circular waveguide section 40, on the other hand, is dimensioned such that only the undesired vibration mode TE n , but not the desired vibration mode TM 01, can propagate in it.
Für den TEn-Modus gilt, dass die kritische Wellenlänge λc der Bedingung:
Figure imgf000017_0001
For the TE n mode, the critical wavelength λ c of the condition applies:
Figure imgf000017_0001
genügt. Für den Schwingungsmodus TM01 gilt entsprechend: λ o( Moi) = 2,613 x d/2enough. The following applies accordingly to the vibration mode TM 01 : λ o (M oi ) = 2.613 xd / 2
Wenn man z.B. d1 = 100 mm dimensioniert und d2 = 80 mm, dann ergeben sich die kritischen Wellenlängen λc{TE11) und λc(TM01) für den ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 zu: λ (τEii)38 = 170,6 mm λ c(TM0i)38 = 130,7 mmFor example, if one dimensioned d 1 = 100 mm and d 2 = 80 mm, then the critical wavelengths λ c {TE11) and λ c (TM01) for the first circular waveguide section 38 result in: λ ( τEii) 38 = 170.6 mm λ c (TM 0i) 38 = 130.7 mm
und für den zweiten Rundholleiterabschnitt 40 zu: λc(τEii) 0 = 136,5 mm
Figure imgf000017_0002
Bei dem für das Ausfϋhrungsbeispiel der Figur 2 betrachteten Mikrowellensignal mit einer Frequenz von 2,45 GHz beträgt die Wellenlänge im Vakuum λv = 122,4 mm. Diese liegt unterhalb der vorstehend genannten Werte für die kritischen Wellenlängen, außer λc(TM01)40. Folglich ist nur der Schwingungsmodus TEn im zweiten Rundhohlleiterabschnitt 40 ausbreitungsfähig.
and for the second circular conductor section 40 to: λ c ( τEii) 0 = 136.5 mm
Figure imgf000017_0002
In the case of the microwave signal with a frequency of 2.45 GHz considered for the exemplary embodiment in FIG. 2, the wavelength in the vacuum is λ v = 122.4 mm. This is below the above-mentioned values for the critical wavelengths, except λ c (TM01) 40 . Consequently, only the oscillation mode TE n can be propagated in the second circular waveguide section 40.
Im ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 sind beide Schwingungsmoden, also TM01 und TEn, ausbreitungsfähig. Der erwünschte Schwingungsmodus TM01 breitet sich also nur im linken, ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 aus und wird von dort durch das Fenster 58 in den Innenraum 16 des Reaktors eingekoppelt. Der unerwünschte asymmetrische Schwingungsmodus TEn breitet sich hingegen in beiden Rundhohlleiterabschnitten aus.In the first circular waveguide section 38, both vibration modes, ie TM 01 and TE n , are capable of propagation. The desired vibration mode TM 01 thus only propagates in the left, first circular waveguide section 38 and is coupled from there through the window 58 into the interior 16 of the reactor. The undesirable asymmetrical vibration mode TE n , however, spreads in both round waveguide sections.
Die Länge des rechten, zweiten Hohlleiterabschnitts 40 ist so bemessen, das dieser für den asymmetrischen Schwingungsmodus TEn eine λ/2-Leitung bildet, so dass der Kurzschluss des vorzugsweise axial verschiebbaren Bodens 41 in die Radialebene 42 transformiert wird. Dabei muß auf die Hohlleiterwellenlänge λH des Schwingungsmodus abgestimmt werden, die stets größer als die Wellenlänge λ^ im Vakuum ist. Für die Hohlleiterwellenlänge λH gilt:The length of the right, second waveguide section 40 is dimensioned such that it forms a λ / 2 line for the asymmetrical vibration mode TE n , so that the short circuit of the preferably axially displaceable base 41 is transformed into the radial plane 42. It must be tuned to the waveguide wavelength λ H of the vibration mode, which is always greater than the wavelength λ ^ in a vacuum. The following applies to the waveguide wavelength λ H :
Figure imgf000018_0001
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Für den asymmetrischen Schwingungsmodus TEn im rechten, zweiten Rundhohlleiterabschnitt 40 errechnet sich daraus λH(TEU)40 = 277 mm. Daraus folgt für 12 = λH(TE11)40/2 = 139 mm. Infolge der Bedingung 12 = λH(TE11)40/2 löscht sich der unerwünschte asymmetrische Schwingungsmodus TEn durch Interferenz an der Übergangsstelle zwischen den Rundhohlleiterabschnitten 38 und 40, also am Ort der Rechteckhohlleiterankopplung, von selbst aus .For the asymmetrical vibration mode TE n in the right, second circular waveguide section 40, λ H (TEU) 40 = 277 mm is calculated therefrom. It follows for 1 2 = λ H (TE11) 40/2 = 139 mm. As a result of the condition 1 2 = λ H (TE11) 40/2 , the undesired asymmetrical oscillation mode TE n is automatically canceled out by interference at the transition point between the round waveguide sections 38 and 40, that is to say at the location of the rectangular waveguide coupling.
Für den linken, ersten Hohlleiterabschnitt 38 gilt zunächst, dass er keinen Resonator für den symmetrischen Schwingungsmodus TM01 darstellen darf. Wäre dies nämlich der Fall, dann würden wegen der hohen Güte des so gebildeten Resonators bereits kleinste Schwankungen im Aufbau, z.B. ein Belag auf dem Quarzfenster 58 starke Intensitätsänderungen des in den Reaktor 12 eingekoppelten Mikrowellensignals zur Folge haben. Die Länge lx des linken, ersten Hohlleiterabschnitts 38 darf daher nicht gleich n x λH(TM01)38/2 sein.For the left, first waveguide section 38, it initially applies that it must not represent a resonator for the symmetrical vibration mode TM 01 . If this were the case, then, due to the high quality of the resonator thus formed, even the smallest fluctuations in the structure, for example a coating on the quartz window 58, would result in strong changes in intensity of the microwave signal coupled into the reactor 12. The length l x of the left, first waveguide section 38 must therefore not be equal to nx λ H (TM01) 38/2 .
Ferner sollte auch keine Antiresonanz n x λH(TM01)38/4 (für ungeradzahlige n) vorliegen. Dies würde nämlich zu deutlichen Reflexionen der Gesamtleistung führen. Daher wählt man als Faktor einen Wert zwischen 1/2 und 3/4, beispielsweise 0,67. Dann wird lj = 0,67 x λH(TM01)38 bzw. mit λH(TM01)38 = 350 mm ergibt sich 11 = 235 mm. Durch geeignete Wahl des Faktors und unter Berücksichtigung der unvermeidbaren baulichen Toleranzen kann man dabei auch für den asymmetrischen Schwingungsmodus TE11 im ersten, linken Rundhohlleiterabschnitt 38 eine Antiresonanz einstellen, in diesem Fall lx = 5/4 x λH(TE11)38. Dann werden auch ggf. noch im ersten Rundhohlleiterabschnitt 38 vorhandene restliche TEn- Anteile ausgelöscht.Furthermore, there should be no anti-resonance nx λ H (TM01) 38/4 (for odd-numbered n). This would lead to clear reflections of the overall performance. Therefore you choose a value between 1/2 and 3/4, e.g. 0.67. Then l j = 0.67 x λ H (TM01) 38 or with λ H (TM01) 38 = 350 mm, 1 1 = 235 mm. By suitable selection of the factor and taking into account the unavoidable structural tolerances, an anti-resonance can also be set for the asymmetrical vibration mode TE11 in the first, left circular waveguide section 38, in this case l x = 5/4 x λ H (TE11) 38 . Then, any remaining TE n components present in the first circular waveguide section 38 are also extinguished.
Durch diese Dimensionierung von dlf d2, 11 und 12 wird insgesamt bei gegebener Frequenz für die genannten Schwingungsmoden TEU und TM0) einerseits eine Interferenz und damit eine Auslöschung des unerwünschten asymmetrischen Schwingungsmodus TEn bewirkt. Andererseits wird eine Minimierung der Reflexion von Mikrowellensignalen bewirkt, und zwar innerhalb des Moden- Interferenzfilters 30 sowie aus dem Innenraum 16 des Reaktors 12 wieder durch das Fenster 58 in das Moden-Interferenzfilter 30 zurück. Letzteres gilt unabhängig davon, ob diese reflektierten Anteile von dem eigenen Mikrowellengenerator 24b selber ausgingen und an dem unter relativ hohem Druck stehenden Plasma reflektiert wurden oder von dem anderen, gegenüberliegenden Mikrowellengenerator 24a eingestreut werden. This dimensioning of d lf d 2 , 1 1 and 1 2 means , at a given frequency, for the aforementioned vibration modes TE U and TM 0) on the one hand causes interference and thus cancellation of the undesired asymmetrical oscillation mode TE n . On the other hand, the reflection of microwave signals is minimized, namely within the mode interference filter 30 and from the interior 16 of the reactor 12 back through the window 58 into the mode interference filter 30. The latter applies regardless of whether these reflected portions originated from the own microwave generator 24b itself and were reflected on the plasma which is under relatively high pressure or are interspersed by the other, opposite microwave generator 24a.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Beschichten optischer Gläser mittels plasmaunterstützter chemischer Dampfabscheidung (CVD), mit einem zylindrischen Reaktor (12) zur Aufnahme der zu beschichtenden Gläser, und mit mindestens einem Mikrowellengenerator (24a, 24b) zum Einkoppeln eines Mikrowellensignals vorbestimmter Mikrowellenfrequenz in den Reaktor (12), wobei der mindestens eine Mikrowellengenerator (24a, 24b) eine Mikrowellenquelle (26a, 26b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenquelle (26a, 26b) über ein Moden-Interferenzfilter (30a, 30b) an den Reaktor (12) gekoppelt ist.1. Device for coating optical glasses by means of plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD), with a cylindrical reactor (12) for receiving the glasses to be coated, and with at least one microwave generator (24a, 24b) for coupling a microwave signal of a predetermined microwave frequency into the reactor (12 ), the at least one microwave generator (24a, 24b) having a microwave source (26a, 26b), characterized in that the microwave source (26a, 26b) is coupled to the reactor (12) via a mode interference filter (30a, 30b) ,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Mikrowellengeneratoren (24a, 24b) an einander gegenüberliegenden Stirnwänden (22a, 22b) klappsymmetrisch zu einer radialen Mittelebene (15) des Reaktors angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that two microwave generators (24a, 24b) are arranged on mutually opposite end walls (22a, 22b) in a folding symmetry with respect to a radial central plane (15) of the reactor.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenquelle (26a, 26b) ein Magnetron ist und dass die Mikrowellenfrequenz im S-Band liegt und vorzugsweise etwa 2,45 GHz beträgt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the microwave source (26a, 26b) is a magnetron and that the microwave frequency is in the S-band and is preferably about 2.45 GHz.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenquelle (26a, 26b) über einen Rechteckhohlleiter (28a, 28b, 44) mit dem Moden-Interferenzfilter (30a, 30b) verbunden ist, und dass das Moden-Interferenzfilter (30a, 30b) nur einen ersten Schwingungsmodus in den Reaktor (12) einkoppelt, der im Reaktor (12) symmetrisch ausbreitungsfähig ist und einen zweiten Schwingungsmodus unterdrückt, der im Reaktor (12) unsymmetrisch ausbreitungsfähig wäre.4. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the microwave source (26a, 26b) is connected to the mode interference filter (30a, 30b) via a rectangular waveguide (28a, 28b, 44), and that the mode interference filter (30a, 30b) only couples a first oscillation mode into the reactor (12), which is capable of symmetrical propagation in the reactor (12) and suppresses a second oscillation mode that would be asymmetrically propagatable in the reactor (12).
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwingungsmodus vom Typ TM01 und der zweite Schwingungsmodus vom Typ TEn ist.Device according to claim 4, characterized in that the first vibration mode is of type TM 01 and the second vibration mode is of type TE n .
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Moden-Interferenzfilter (30a, 30b) mindestens zwei koaxiale und in einer Radialebene (42) aneinander angrenzende Rundhohlleiterabschnitte (38, 40) aufweist, von denen ein erster (38) an den Reaktor (12) gekoppelt ist, und dass die Rundhohlleiterabschnitte (38, 40) derart dimensioniert sind, dass der erste Schwingungsmodus nur in dem ersten Rundhohlleiterabschnitt (38) und der zweite Schwingungsmodus in dem ersten (38) und in dem zweiten (40) Rundhohlleiterabschnitt ausbreitungsfähig ist .Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the mode interference filter (30a, 30b) has at least two coaxial circular waveguide sections (38, 40) adjoining each other in a radial plane (42), a first one (38) of the reactor (12) is coupled, and that the round waveguide sections (38, 40) are dimensioned such that the first oscillation mode is propagatable only in the first round waveguide section (38) and the second oscillation mode in the first (38) and in the second (40) round waveguide section is.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rundhohlleiterabschnitt (40) einen zweiten Durchmesser (d2) aufweist, der derart bemessen ist, dass die kritische Wellenlänge (λc) für den zweiten Schwingungsmodus bei diesem Durchmesser (d2) kleiner ist als die Wellenlänge (λ) des Mikrowellensignals.Apparatus according to claim 6, characterized in that the second circular waveguide section (40) has a second diameter (d 2 ) which is dimensioned such that the critical wavelength (λ c ) for the second oscillation mode is smaller at this diameter (d 2 ) than the wavelength (λ) of the microwave signal.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (12) des zweiten Rundhohlleiterab- Schnitts (40) gleich einem ganzzahligen Vielfachen der halben Hohlleiterwellenlänge (λH(TE11)) des zweiten Schwingungsmodus in dem zweiten Hohlleiterabschnitt (40) ist.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the length (1 2 ) of the second circular waveguide Section (40) is an integer multiple of half the waveguide wavelength (λ H (TE11) ) of the second oscillation mode in the second waveguide section (40).
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (1:) des ersten Rundhohlleiterabschnitts (38) ungleich einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge (λH(TM01)) des ersten Schwingungsmodus in dem ersten Rundhohlleiterabschnitt (38) ist.9. The device according to one or more of claims 6 to 8, characterized in that the length (1 :) of the first circular waveguide section (38) is not equal to an integer multiple of a quarter of the wavelength (λ H (TM01) ) of the first oscillation mode in the first Round waveguide section (38).
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge ( 11 ) des ersten Rundhohlleiterabschnitts (38) gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge (λH(TE11)) des zweiten Schwingungsmodus in dem ersten Rundhohlleiterabschnitt (38) ist.10. The device according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the length (1 1 ) of the first circular waveguide section (38) is equal to an odd integer multiple of a quarter of the wavelength (λ H (TE11) ) of the second vibration mode in the first circular waveguide section (38).
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (44) des Rechteckhohlleiters an den ersten Rundhohlleiterabschnitt (38) angekoppelt ist, wobei eine Schmalseite (45) des Abschnitts (44) in der Radialebene (42) liegt.11. The device according to one or more of claims 6 to 10, characterized in that a section (44) of the rectangular waveguide is coupled to the first circular waveguide section (38), a narrow side (45) of the section (44) in the radial plane (42 ) lies.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechteckhohlleiter (28a, 28b) über einen Choke Joint (48) an das Moden- Interferenzfilter (30a, 30b) angeschlossen ist, der vorzugsweise als aufgeschraubter Ring ausgebildet ist. 12. The device according to one or more of claims 4 to 11, characterized in that the rectangular waveguide (28a, 28b) is connected via a choke joint (48) to the mode interference filter (30a, 30b), which is preferably designed as a screwed-on ring is.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rundhohlleiterabschnitt (38) im Übergang zum Reaktor (12) mit einem vakuumdichten Fenster (58) versehen ist.13. The device according to one or more of claims 6 to 12, characterized in that the first circular waveguide section (38) in the transition to the reactor (12) is provided with a vacuum-tight window (58).
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rundhohlleiterabschnitt (38) im Übergang zum Reaktor (12) mit einer metallischen Blende (62) versehen ist.14. The device according to one or more of claims 6 to 13, characterized in that the first circular waveguide section (38) in the transition to the reactor (12) is provided with a metallic screen (62).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (62) auf der dem ersten Rundhohlleiterabschnitt (38) abgewandten Seite des Fensters (58), d.h. im Unterdruckbereich des Reaktors (12), angeordnet ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the diaphragm (62) on the side of the window (58) facing away from the first circular waveguide section (38), i.e. is arranged in the vacuum region of the reactor (12).
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Moden- Interferenzfilter (30) einen mit dem Reaktor (12) verbundenen Außenkörper (33) sowie einen axial in den Außenkörper (33) einschiebbaren Innenkörper (32) aufweist, wobei die Rundhohlleiterabschnitte (38, 40) in dem Innenkörper (32) und der Rechteckhohlleiterabschnitt (44) in dem Außenkörper (33) ausgebildet sind und ferner der Innenkörper (32) am Außenkörper (33) lösbar (37) befestigt ist. 16. The device according to one or more of claims 8 to 15, characterized in that the mode interference filter (30) has an outer body (33) connected to the reactor (12) and an inner body (32) which can be inserted axially into the outer body (33). The circular waveguide sections (38, 40) are formed in the inner body (32) and the rectangular waveguide section (44) in the outer body (33) and the inner body (32) is detachably (37) attached to the outer body (33).
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