WO2008074312A2 - Arrangement and method for the removal of contaminants or modification of surfaces of substrates by means of electric arc discharge - Google Patents

Arrangement and method for the removal of contaminants or modification of surfaces of substrates by means of electric arc discharge Download PDF

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WO2008074312A2
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H01J37/32752Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for the removal of impurities or modification of surfaces of substrates by means of e-lektrischer arc discharge. It can be used before the actual performance of coating processes in vacuum, for descaling, degreasing, the removal of impurities on surfaces of substrates, but also in a surface modification for example, a roughening.
  • An arrangement according to the invention is designed such that electrical arc discharges, as in the prior art, are initiated between the respective surface of the substrate connected as a cathode and an anode arranged at a distance from the substrate.
  • a hollow housing element is present at the anode inside.
  • the housing member may be formed of a dielectric material and thereby be directly connected to the anode. But it is also possible to provide a housing element to an anode, which is electrically isolated from this and connected to the anode.
  • the inside hollow case member forms a processing space for the arc discharge between the surface of the substrate and the anode, so that the electric arc discharge and the flow of electrons in its surface can be restricted by the case member.
  • the housing element has a corresponding opening at least in the direction of the substrate surface.
  • a coating on the outer circumferential surface form a housing element.
  • the coating can be formed from at least one layer (electrically non-conducting) or, for example, an electrically non-conductive and an electrically conductive outer layer. But it can also be used as a housing element, a sleeve-shaped element that surrounds the anode. In these cases, a cavity which is open in the direction of the substrate can be formed on the anode, which is enclosed radially on the outside by such a housing element.
  • a housing member may be made of a non-ferromagnetic material (metal), e.g. Aluminum, optionally iron or an alloy, but also be formed of a preferably electrically non-conductive ceramic.
  • metal e.g. Aluminum, optionally iron or an alloy, but also be formed of a preferably electrically non-conductive ceramic.
  • the surface of the substrate and the anode are movable together with the housing member relative to each other to thereby affect a significantly larger surface area than the housing element actually allows.
  • the surface of the substrate is larger than the effective anode area and this also applies in connection with the opening of the housing element in the direction of the substrate surface.
  • between the direction pointing towards the surface of the substrate should be between the the gap between the end face of the housing element and the substrate surface can be maintained, so that touching contact can be avoided. Due to the dielectric material or the electrically insulated arrangement of the housing element at the anode, this gap can be kept relatively small and only have a few mm gap.
  • a housing element can have different geometric configurations and can also be adapted to the respective substrate.
  • a cylindrical housing element with an anode in the inventive arrangement.
  • square or rectangular cross-sectional shapes are also suitable.
  • the free cross-section within a housing element should be limited so that the disadvantages of the prior art can be avoided by the uncontrolled movement of the electrical arc discharge.
  • the arrangement according to the invention can be used in vacuum chambers, but also for applications in continuous operation.
  • At least one anode perpendicular to a feed direction of the respective substrate which extends at least approximately over the entire width of the substrate surface, in order to be able to free as much as possible of the entire substrate surface impurities or to modify the surface.
  • nodes can also be arranged in a slightly staggered arrangement and thereby perpendicular to the feed direction overlapping.
  • a housing element may then be formed with two spaced apart and perpendicular to the feed direction, plate-shaped elements and thereby the processing space is formed in the gap between these two plate-shaped elements.
  • a housing element with at least two segments. These may be bowl-shaped and have different geometric shapes. Thus, in addition to plate-shaped and cylindrical segments may be present. They can also be detachably connected to one another, which has a beneficial effect on any cleaning required.
  • a housing element in particular if it is not formed from a dielectric material, does not necessarily have to have closed walls, but openings can certainly be formed thereon or a housing element can be designed as a Faraday cage.
  • slots may also be present or formed on the housing element. Slots may also be formed between segments that form a housing member.
  • a mechanical cleaning device can remove such impurities from the anode surface by purely mechanical contact and relative movement.
  • the one or more anode (s) should be cooled. This can be achieved advantageously by a suitable water cooling.
  • a preferred material for anodes is graphite.
  • Graphite has suitable electrical properties and is sufficiently thermally stable under the prevailing conditions.
  • an anode which is formed with a gradient material.
  • a gradient material can be designed so that its thermal conductivity is increased at the side of the anode (s) facing away from the substrate. The thermal conductivity therefore increases starting from the active anode surface up to the side facing away from it, if necessary up to a cooling device, a continuous increase being preferred.
  • Such a gradient material may be graphite, in which metal is contained, wherein the metal content should increase in the direction of the side facing away from the substrate.
  • the metal contained in the graphite also provides increased physical density which results in improved tightness for a coolant that may be passed through an area of the anode.
  • the effective anode surface should be completely off Graphite may be formed in order to achieve a more uniform distribution of the electric arc discharge over the effective area of the anode and to avoid a preferred point-like burn-up at the anode.
  • the arrangement according to the invention can also be developed advantageously by having at least one device for monitoring the state reached on the respectively already treated surface of the substrate.
  • a housing element which is at least partially optically transparent, be used in an optical monitoring.
  • the housing element can be formed entirely from an optically transparent material, but also be provided with optically transparent windows.
  • the optical monitoring can take place with the aid of a video camera, advantageously in conjunction with electronic image processing, by means of FTIR spectroscopy or by means of reflectometry.
  • the monitoring can also be done by means of evaluation of the electrical arc discharge parameters.
  • the integrals can be compared with, for example, empirically determined threshold values and from this it is possible to infer the achieved state of the respective surface treatment of the substrate.
  • monitoring can also be carried out by determining the electrical conductivity at the substrate surface.
  • an electrical contact element can be guided over the already treated substrate surface, which can be achieved, for example, by means of a sliding contact or an electrically conductive contact. pressure roller or a similar element is possible.
  • the electric arc discharge can be operated with an electric voltage in the range of 10 V to 100 V and with electric current in the range of 10 A to 50 kA, preferably up to 10 kA. Particularly with higher electrical currents, it is advantageous to operate the arc discharge in a pulsed manner.
  • an inert gas can also be introduced at least into the processing space within the housing element, in order to avoid undesired chemical reactions, which in turn could lead to undesired impurities or deposits. It is particularly advantageous to supply a gas mixture which, in addition to nitrogen, additionally contains hydrogen.
  • Proportion of hydrogen contained should be kept at a maximum of 5%, preferably at 2%.
  • FIG 1 in schematic form an example of an inventive arrangement
  • Figure 2 shows an example of an arrangement with a
  • Figure 3 in schematic form an uncontrolled electrical arc discharge according to the prior art.
  • a cylindrical anode 2 which is formed with graphite and, as already mentioned in the general part of the description, may also contain metal arranged.
  • a housing member 5 is electrically isolated from the anode 2 in the form of a hollow cylinder, so that the anode 2 and housing member 5 can be moved together with each other over the entire surface of the substrate.
  • FIG. 6 shows possible electron paths in an electrical arc discharge in FIG. 1, the electron flow of focal spots 7 being directed at the substrate surface in the direction of the active anode surface.
  • the housing element 5 is formed in this example of a steel, wherein the wall thickness of the housing Elements 5 only the thermal conditions prevailing in the implementation of the method should take into account.
  • FIG. 2 is intended to illustrate a possibility for removing impurities at the anode surface.
  • the anode 2 is provided as a cylinder, optionally provided with an internal water cooling, which can rotate about an axis, as indicated by the arrow.
  • the substrate 1 can be moved translationally with as constant a distance to the anode 2.
  • the length of the anode 2 in the direction of its axis of rotation should at least approximately correspond to the width of the substrate, perpendicular to the translational feed movement.
  • a plate-shaped element as a mechanical cleaning device 3 is present, one end face is in touching contact with the anode surface and by the rotational movement of the anode 2 impurities on the surface can be mechanically removed.
  • a mechanical cleaning device 3 similar to a
  • a cleaning device can not only be arranged below the anode 2, but also laterally next to the anode 2 in order to avoid that the contaminants can reach the actual substrate surface to be treated.
  • a container 8 is also arranged below the anode 2 and the cleaning device 3, with which the mechanically removed impurities can be collected.
  • FIG. 2 can also have a housing element 5, which is not shown here for reasons of clarity.
  • a housing element 5 may in this case be formed with two plates aligned parallel to the axis of rotation of the anode 2, which plates are arranged between the anode 2 and the substrate surface and a processing region for electrical arc discharges is formed in the gap between these plate-shaped elements.
  • FIG. 3 is intended to illustrate how, in contrast to the technical solution according to the invention, the electrical arc discharges can take place uncontrolled over the entire surface of the substrate 1.
  • an anode 2 without a housing element 5 is arranged at a distance from the respective surface of a substrate 1, the substrate 1 is connected as a cathode and the electrical arc discharges run uncontrolled over the entire surface of the respective substrate 1.
  • the electron trajectories 6, starting from the focal spots 7, are shown by the substrate surface in FIG. It becomes clear that the course is completely uncontrolled and chaotic.
  • the surface of the substrate 1 is not uniformly processed in the actually desired shape and in particular a material removal takes place on a variety of surface areas in different forms, which of course is not desirable.

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Abstract

The invention relates to an arrangement and a method for the removal of contaminants or modification of surfaces of substrates by means of electric arc discharge. It is an object of the invention to provide possibilities by which, in a simple and cost-effective form, contaminants can be removed from substrate areas or such surfaces can be modified without a non-uniform removal of contaminants or surface modification occurring over the substrate surface. According to the invention, an internally hollow housing element (5) is in this case fixed in an electrically insulating manner on the anode (2), which is arranged at a distance from a substrate (1), connected as cathode. The housing element forms a processing space for the electric arc discharge. The surface of the substrate and anode with housing element can be moved relative to one another and the surface of the substrate is larger than the active area of the anode.

Description

Anordnung und Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen oder Modifizierung von Oberflächen von Substraten mittels elektrischer BogenentladungArrangement and method for removing impurities or modifying surfaces of substrates by means of electrical arc discharge
Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen oder Modifizierung von Oberflächen von Substraten mittels e- lektrischer Bogenentladung. Sie kann dabei vor der eigentlichen Durchführung von Beschichtungsprozessen im Vakuum, für eine Entzunderung, Entfettung, den Abtrag von Verunreinigungen auf Oberflächen von Substraten, aber auch bei einer Oberflächenmodifizierung für beispielsweise eine Aufrauung eingesetzt werden.The invention relates to an arrangement and a method for the removal of impurities or modification of surfaces of substrates by means of e-lektrischer arc discharge. It can be used before the actual performance of coating processes in vacuum, for descaling, degreasing, the removal of impurities on surfaces of substrates, but also in a surface modification for example, a roughening.
Es ist bekannt, Oberflächen unterschiedlichster e- lektrisch leitender Substrate mit Hilfe elektrischer Bogenentladungen zu behandeln. Dabei ist das jeweilige Substrat üblicherweise als Kathode geschaltet und die Bogenentladung wird mit Hilfe einer in einem Ab- stand zur Oberfläche des Substrats gehaltenen Anode initiiert. Bei den bekannten Lösungen ist es aber nicht bzw. nur sehr schwer möglich, den jeweiligen Einflussbereich der elektrischen Bogenentladung auf der Substratoberfläche definiert einzuhalten oder auch nur einzugrenzen. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Brennflecke bzw. Fußpunkte der Bogen- entladung sich chaotisch über die jeweilige Substratoberfläche bewegen und dabei auch lokale Sprünge vollzogen werden, so dass keine gleichmäßige, homogene Einflussnahme über die gesamte jeweils gewünschte Fläche des Substrats erreicht werden kann. Demzufolge werden bestimmte Flächenbereiche mehr durch die e- lektrische Bogenentladung beeinflusst und dabei ein deutlich höherer Stoffabtrag erreicht, als an anderen Flächenbereichen und es kann sogar vorkommen, dass Flächenbereiche einer Substratoberfläche von der e- lektrischen Bogenentladung vollständig unbeeinflusst bleiben, was selbstverständlich unerwünscht ist.It is known to treat surfaces of a wide variety of electrically conductive substrates by means of electrical arc discharges. In this case, the respective substrate is usually connected as a cathode and the arc discharge is initiated by means of an anode held at a distance from the surface of the substrate. In the known solutions, it is not or only with great difficulty, the respective Defined area of influence of the electric arc discharge on the substrate surface to be observed or even limited. This is due to the fact that the focal points or bases of the arc discharge move chaotically over the respective substrate surface and thereby also local jumps are performed, so that no uniform, homogeneous influence over the entire desired surface of the substrate can be achieved. Consequently, certain surface areas are more influenced by the electric arc discharge and a significantly higher material removal is achieved than at other surface areas and it may even happen that surface areas of a substrate surface are completely unaffected by the electric arc discharge, which of course is undesirable.
Um diesem Problem entgegenzutreten, wurde versucht, durch den Einfluss von Magnetfeldern die elektrischen Bogenentladungen lokal gezielt zu beeinflussen. Hierfür ist aber ein sehr hoher Energiebedarf erforderlich, der sich selbstverständlich nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad auswirkt. Bei dieser Möglichkeit zur Einflussnahme besteht außerdem das Problem, dass eingekoppelte Magnetfelder in Substraten, die aus bzw. mit ferromagnetischen Werkstoffen gebildet sind, darin stark verzerrt werden und so eine gezielte lokale Beeinflussung der elektrischen Bogenentladungen nicht mehr möglich ist.To counteract this problem, it was attempted to locally influence the electrical arc discharges locally by the influence of magnetic fields. For this purpose, however, a very high energy demand is required, which of course adversely affects the overall efficiency. In this possibility of influencing there is also the problem that coupled magnetic fields in substrates which are formed from or with ferromagnetic materials, are strongly distorted therein and so a targeted local influence on the electric arc discharges is no longer possible.
Eine andere Alternative, um diesem Problem entgegenzutreten, ist die Erhöhung des Drucks. Dabei wird a- ber das Gas in der Umgebung der elektrischen Bogenentladungen stark angeregt oder ionisiert. Dies ist aber in den häufigsten Fällen ebenfalls unerwünscht. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zu schaffen, mit der in einfacher und kostengünstiger Form Verunreinigungen von Substratflächen entfernt oder solche Oberflächen modifiziert werden können, ohne dass es zu einer ungleichmäßigen Entfernung von Verunreinigungen oder Oberflächenmodifizierung über die Substratoberfläche kommt.Another alternative to counteract this problem is to increase the pressure. However, the gas is strongly excited or ionized in the vicinity of the electrical arc discharges. However, this is also undesirable in the most common cases. It is therefore an object of the invention to provide ways in which contaminants can be removed from substrate surfaces in a simple and cost-effective manner or such surfaces can be modified without there being an uneven removal of impurities or surface modification via the substrate surface.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit einer Anord- nung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Es kann mit einem Verfahren nach Anspruch 25 gearbeitet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.According to the invention, this object is achieved by an arrangement having the features of claim 1. It can be worked with a method according to claim 25. Advantageous embodiments and further developments can be achieved with features described in the subordinate claims.
Eine erfindungsgemäße Anordnung ist dabei so ausgebildet, dass elektrische Bogenentladungen, wie auch beim Stand der Technik, zwischen der jeweiligen Oberfläche des als Kathode geschalteten Substrats und ei- ner in einem Abstand zum Substrat angeordneten Anode initiiert werden. Außerdem ist an der Anode ein im Inneren hohles Gehäuseelement vorhanden. Das Gehäuseelement kann aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet sein und dadurch unmittelbar mit der Anode verbunden sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Gehäuseelement an einer Anode vorzusehen, das von diesem elektrisch isoliert und mit der Anode verbunden ist. Das innen hohle Gehäuseelement bildet zwischen der Oberfläche des Substrats und der Anode ei- nen Bearbeitungsraum für die Bogenentladung aus, so dass die elektrische Bogenentladung und der Fluss von Elektronen in seiner Fläche durch das Gehäuseelement begrenzt werden kann. Dabei liegt es auf der Hand, dass das Gehäuseelement zumindest in Richtung auf die Substratoberfläche eine entsprechende Öffnung aufweist . So kann eine Beschichtung auf der äußeren Mantelfläche ein Gehäuseelement bilden. Die Beschichtung kann aus mindestens einer Schicht (elektrisch nicht lei- tend) oder z.B. einer elektrisch nicht und einer e- lektrisch leitenden äußeren Schicht gebildet sein. Es kann aber auch ein hülsenförmiges Element als Gehäuseelement eingesetzt sein, dass die Anode umschließt. In diesen Fällen kann ein Hohlraum, der in Richtung Substrat offen ist an der Anode ausgebildet sein, der radial außen von einem solchen Gehäuseelement umschlossen ist.An arrangement according to the invention is designed such that electrical arc discharges, as in the prior art, are initiated between the respective surface of the substrate connected as a cathode and an anode arranged at a distance from the substrate. In addition, a hollow housing element is present at the anode inside. The housing member may be formed of a dielectric material and thereby be directly connected to the anode. But it is also possible to provide a housing element to an anode, which is electrically isolated from this and connected to the anode. The inside hollow case member forms a processing space for the arc discharge between the surface of the substrate and the anode, so that the electric arc discharge and the flow of electrons in its surface can be restricted by the case member. It is obvious that the housing element has a corresponding opening at least in the direction of the substrate surface. Thus, a coating on the outer circumferential surface form a housing element. The coating can be formed from at least one layer (electrically non-conducting) or, for example, an electrically non-conductive and an electrically conductive outer layer. But it can also be used as a housing element, a sleeve-shaped element that surrounds the anode. In these cases, a cavity which is open in the direction of the substrate can be formed on the anode, which is enclosed radially on the outside by such a housing element.
Ein Gehäuseelement kann aus einem nicht ferromagneti- sehen Werkstoff (Metall), z.B. Aluminium, ggf. Eisen oder einer Legierung, aber auch aus einer bevorzugt elektrisch nicht leitenden Keramik gebildet sein.A housing member may be made of a non-ferromagnetic material (metal), e.g. Aluminum, optionally iron or an alloy, but also be formed of a preferably electrically non-conductive ceramic.
Für eine sinnvolle Entfernung von Verunreinigungen oder eine Modifizierung einer Substratoberfläche sind die Oberfläche des Substrats und die Anode gemeinsam mit dem Gehäuseelement relativ zueinander bewegbar, um dadurch einen deutlich größeren Oberflächenbereich beeinflussen zu können, als dies das Gehäuseelement eigentlich zulässt. Außerdem ist die Oberfläche des Substrats größer als die wirksame Anodenfläche und dies trifft auch in Verbindung mit der Öffnung des Gehäuseelements in Richtung auf die Substratoberfläche zu.For a meaningful removal of impurities or a modification of a substrate surface, the surface of the substrate and the anode are movable together with the housing member relative to each other to thereby affect a significantly larger surface area than the housing element actually allows. In addition, the surface of the substrate is larger than the effective anode area and this also applies in connection with the opening of the housing element in the direction of the substrate surface.
Dabei besteht die Möglichkeit, Anode mit Gehäuseelement allein, das Substrat allein oder Substrat und Anode mit Gehäuseelement gleichzeitig zu bewegen.It is possible to move the anode with housing element alone, the substrate alone or substrate and anode with housing element simultaneously.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sollte zwischen der in Richtung der Oberfläche des Substrats weisen- den Stirnfläche des Gehäuseelements und der Substratoberfläche ein Spalt eingehalten sein, so dass ein berührender Kontakt vermieden werden kann. Durch den dielektrischen Werkstoff oder die elektrisch isolier- te Anordnung des Gehäuseelements an der Anode kann dieser Spalt relativ klein gehalten sein und lediglich einige wenige mm Spaltmaß aufweisen.In the arrangement according to the invention, between the direction pointing towards the surface of the substrate should be between the the gap between the end face of the housing element and the substrate surface can be maintained, so that touching contact can be avoided. Due to the dielectric material or the electrically insulated arrangement of the housing element at the anode, this gap can be kept relatively small and only have a few mm gap.
Ein Gehäuseelement kann unterschiedliche geometrische Gestaltungen aufweisen und dabei auch an das jeweilige Substrat angepasst sein. So besteht die Möglichkeit, ein zylinderförmiges Gehäuseelement mit einer Anode bei der erfindungsgemäßen Anordnung einzusetzen. Es sind aber auch quadratische oder rechteckige Querschnittsformen geeignet. In jedem Fall sollte der freie Querschnitt innerhalb eines Gehäuseelements a- ber so begrenzt sein, dass die Nachteile des Standes der Technik durch die unkontrollierte Bewegung der elektrischen Bogenentladung vermieden werden können.A housing element can have different geometric configurations and can also be adapted to the respective substrate. Thus, it is possible to use a cylindrical housing element with an anode in the inventive arrangement. However, square or rectangular cross-sectional shapes are also suitable. In any case, the free cross-section within a housing element should be limited so that the disadvantages of the prior art can be avoided by the uncontrolled movement of the electrical arc discharge.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann in Vakuumkammern, aber auch für Anwendungen im Durchlaufbetrieb eingesetzt werden.The arrangement according to the invention can be used in vacuum chambers, but also for applications in continuous operation.
Insbesondere im letztgenannten Fall ist es vorteilhaft, mindestens eine Anode senkrecht zu einer Vorschubrichtung des jeweiligen Substrats anzuordnen, die zumindest annähernd über die gesamte Breite der Substratoberfläche reicht, um möglichst die gesamte Substratoberfläche von Verunreinigungen zu befreien oder die Oberfläche modifizieren zu können. Bei größeren Substratbreiten besteht aber auch die Möglichkeit, mehrere Anoden in einer Reihenanordnung einzusetzen, wobei für jede einzelne Anode ein gesondertes Gehäuseelement, aber auch ein gemeinsames Gehäuseelement für alle Anoden vorhanden sein kann. Mehrere A- noden können aber auch in leicht zueinander versetzter Anordnung und dabei senkrecht zur Vorschubrichtung sich überlappend angeordnet sein.In particular, in the latter case, it is advantageous to arrange at least one anode perpendicular to a feed direction of the respective substrate, which extends at least approximately over the entire width of the substrate surface, in order to be able to free as much as possible of the entire substrate surface impurities or to modify the surface. For larger substrate widths, however, it is also possible to use a plurality of anodes in a series arrangement, wherein a separate housing element, but also a common housing element for all anodes can be present for each individual anode. Several A- However, nodes can also be arranged in a slightly staggered arrangement and thereby perpendicular to the feed direction overlapping.
Insbesondere bei einer, wie vorab erläuterten, Ausführungsform kann ein Gehäuseelement dann mit zwei in einem Abstand zueinander und senkrecht zur Vorschubrichtung ausgerichteten, plattenförmigen Elementen gebildet sein und dabei der Bearbeitungsraum im Spalt zwischen diesen beiden plattenförmigen Elementen ausgebildet ist.In particular, in one, as explained above, a housing element may then be formed with two spaced apart and perpendicular to the feed direction, plate-shaped elements and thereby the processing space is formed in the gap between these two plate-shaped elements.
Es besteht auch die Möglichkeit ein Gehäuseelement mit mindestens zwei Segmenten zu bilden. Diese können schalenförmig sein und dabei unterschiedliche geometrische Gestaltungen aufweisen. So können neben plat- tenförmige auch zylinderförmige Segmente vorhanden sein. Sie können dabei auch lösbar miteinander verbunden sein, was sich bei ggf. erforderlicher Reini- gung vorteilhaft auswirkt.It is also possible to form a housing element with at least two segments. These may be bowl-shaped and have different geometric shapes. Thus, in addition to plate-shaped and cylindrical segments may be present. They can also be detachably connected to one another, which has a beneficial effect on any cleaning required.
Ein Gehäuseelement, insbesondere dann, wenn es nicht aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet ist, muss nicht zwangsläufig geschlossene Wände aufweisen, son- dern es können durchaus Durchbrechungen darauf ausgebildet sein oder ein Gehäuseelement als Faradayscher Käfig ausgebildet sein. Neben den erwähnten Durchbrechungen können am Gehäuseelement auch Schlitze vorhanden oder daran ausgebildet sein. Schlitze können auch zwischen Segmenten, die ein Gehäuseelement bilden, ausgebildet sein.A housing element, in particular if it is not formed from a dielectric material, does not necessarily have to have closed walls, but openings can certainly be formed thereon or a housing element can be designed as a Faraday cage. In addition to the openings mentioned slots may also be present or formed on the housing element. Slots may also be formed between segments that form a housing member.
Da infolge der Oberflächenbearbeitung häufig eine Verunreinigung an der Anode zumindest nicht vollstän- dig vermieden werden kann, ist es vorteilhaft, eine mechanische Reinigungsvorrichtung vorzusehen, mit de- ren Hilfe die aktive Oberfläche einer Anode von solchen Verunreinigungen befreit werden kann. Dabei kann eine mechanische Reinigungseinrichtung solche Verunreinigungen von der Anodenoberfläche durch rein me- chanischen Kontakt und Relativbewegung entfernen.Since, as a result of the surface treatment, contamination at the anode can often at least not be completely avoided, it is advantageous to provide a mechanical cleaning device with which Help the active surface of an anode can be freed from such impurities. In this case, a mechanical cleaning device can remove such impurities from the anode surface by purely mechanical contact and relative movement.
Da sich eine Erwärmung während der Prozessführung nicht vermeiden lässt, sollte die eine oder auch mehrere Anode (n) gekühlt werden. Dies kann vorteilhaft durch eine geeignete Wasserkühlung erreicht werden.Since heating during process control can not be avoided, the one or more anode (s) should be cooled. This can be achieved advantageously by a suitable water cooling.
Ein bevorzugter Werkstoff für Anoden ist Graphit. Graphit weist geeignete elektrische Eigenschaften auf und ist unter den herrschenden Bedingungen ausrei- chend thermisch stabil.A preferred material for anodes is graphite. Graphite has suitable electrical properties and is sufficiently thermally stable under the prevailing conditions.
Besonders vorteilhaft ist es aber, eine Anode, die mit einem Gradientenwerkstoff gebildet ist, einzusetzen. Dabei kann ein Gradientenwerkstoff so ausgebil- det sein, dass seine Wärmeleitfähigkeit an der dem Substrat abgewandten Seite der Anode (n) vergrößert ist. Die Wärmeleitfähigkeit steigt daher ausgehend von der aktiven Anodenfläche bis zu der von dieser abgewandten Seite, ggf. bis zu einer Kühleinrichtung an, wobei ein kontinuierlicher Anstieg bevorzugt ist.However, it is particularly advantageous to use an anode which is formed with a gradient material. In this case, a gradient material can be designed so that its thermal conductivity is increased at the side of the anode (s) facing away from the substrate. The thermal conductivity therefore increases starting from the active anode surface up to the side facing away from it, if necessary up to a cooling device, a continuous increase being preferred.
Ein solcher Gradientenwerkstoff kann dabei Graphit sein, in dem Metall enthalten ist, wobei der Metallanteil in Richtung der dem Substrat abgewandten Seite ansteigen sollte. Durch das im Graphit enthaltene Metall ist auch eine erhöhte physikalische Dichte gegeben, die zu einer verbesserten Dichtheit für ein Kühlmittel, das durch einen Bereich der Anode geführt werden kann, führt.Such a gradient material may be graphite, in which metal is contained, wherein the metal content should increase in the direction of the side facing away from the substrate. The metal contained in the graphite also provides increased physical density which results in improved tightness for a coolant that may be passed through an area of the anode.
Die wirksame Anodenfläche sollte aber vollständig aus Graphit gebildet sein, um eine gleichmäßigere Verteilung der elektrischen Bogenentladung über die wirksame Fläche der Anode zu erreichen und einen bevorzugten punktförmigen Abbrand an der Anode zu vermeiden.The effective anode surface should be completely off Graphite may be formed in order to achieve a more uniform distribution of the electric arc discharge over the effective area of the anode and to avoid a preferred point-like burn-up at the anode.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann außerdem vorteilhaft weitergebildet werden, indem mindestens eine Einrichtung zur Überwachung des erreichten Zustands an der jeweils bereits behandelten Oberfläche des Substrats vorhanden ist. Hierzu kann ein Gehäuseelement, das zumindest bereichsweise optisch transparent ist, bei einer optischen Überwachung eingesetzt sein. Dabei kann das Gehäuseelement vollständig aus einem optisch transparenten Werkstoff gebildet, aber auch mit optisch transparenten Fenstern versehen sein. Die optische Überwachung kann mit Hilfe einer Videokamera, vorteilhaft in Verbindung mit einer elektronischen Bildverarbeitung, mittels FTIR-Spektroskopie oder mittels Reflektometrie erfolgen.The arrangement according to the invention can also be developed advantageously by having at least one device for monitoring the state reached on the respectively already treated surface of the substrate. For this purpose, a housing element, which is at least partially optically transparent, be used in an optical monitoring. In this case, the housing element can be formed entirely from an optically transparent material, but also be provided with optically transparent windows. The optical monitoring can take place with the aid of a video camera, advantageously in conjunction with electronic image processing, by means of FTIR spectroscopy or by means of reflectometry.
Die Überwachung kann aber auch mittels Auswertung der elektrischen Bogenentladungsparameter erfolgen. So besteht die Möglichkeit, das Integral des elektrischen Stroms, der über vorgebbare Zeitintervalle ge- flössen ist, zu ermitteln. Die Integrale können mit beispielsweise empirisch ermittelten Schwellwerten verglichen werden und daraus auf den erreichten Zustand der jeweiligen Oberflächenbehandlung des Substrats schließen zu können.The monitoring can also be done by means of evaluation of the electrical arc discharge parameters. Thus it is possible to determine the integral of the electric current which has flowed over predefinable time intervals. The integrals can be compared with, for example, empirically determined threshold values and from this it is possible to infer the achieved state of the respective surface treatment of the substrate.
Eine Überwachung kann aber auch durch die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit an der Substratoberfläche erfolgen. Dabei kann ein elektrisches Kontaktelement über die bereits behandelte Substratoberflä- che geführt werden, was beispielsweise mittels eines Schleifkontakts oder einer elektrisch leitenden An- druckrolle bzw. einem ähnlichen Element möglich ist.However, monitoring can also be carried out by determining the electrical conductivity at the substrate surface. In this case, an electrical contact element can be guided over the already treated substrate surface, which can be achieved, for example, by means of a sliding contact or an electrically conductive contact. pressure roller or a similar element is possible.
Bei der Entfernung von Verunreinigungen oder einer Modifizierung von Substratoberflächen kann die elekt- rische Bogenentladung mit einer elektrischen Spannung im Bereich von 10 V bis 100 V und mit elektrischem Strom im Bereich von 10 A bis 50 kA, bevorzugt bis 10 kA, betrieben werden. Insbesondere bei höheren e- lektrischen Strömen ist es vorteilhaft, die Bogenent- ladung gepulst zu betreiben.When removing impurities or modifying substrate surfaces, the electric arc discharge can be operated with an electric voltage in the range of 10 V to 100 V and with electric current in the range of 10 A to 50 kA, preferably up to 10 kA. Particularly with higher electrical currents, it is advantageous to operate the arc discharge in a pulsed manner.
Bei der Durchführung des Verfahrens ist es vorteilhaft, einen Druck kleiner als 1000 Pa, bevorzugt kleiner als 100 Pa einzuhalten, was zumindest auf den Bearbeitungsbereich innerhalb des Gehäuseelements zutreffen sollte. Bei Verzicht auf ein Gehäuseelement kann auch bei deutlich höherem Druck, nämlich bei Drücken oberhalb von 1000 Pa, eine flächenmäßige Begrenzung der Bewegung der elektrischen Bogenentladung auf der jeweiligen Substratoberfläche erreicht werden.When carrying out the method, it is advantageous to maintain a pressure of less than 1000 Pa, preferably less than 100 Pa, which should apply at least to the processing area within the housing element. In the absence of a housing element, even at significantly higher pressure, namely at pressures above 1000 Pa, an areal limitation of the movement of the electric arc discharge on the respective substrate surface can be achieved.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch ein inertes Gas zumindest in den Bearbei- tungsraum innerhalb des Gehäuseelements eingeführt werden, um unerwünschte chemische Reaktionen, die wiederum zu unerwünschten Verunreinigungen oder Ablagerungen führen könnten, zu vermeiden. Dabei ist es besonders günstig, ein Gasgemisch zuzuführen, das ne- ben Stickstoff zusätzlich Wasserstoff enthält. DerWhen carrying out the method according to the invention, an inert gas can also be introduced at least into the processing space within the housing element, in order to avoid undesired chemical reactions, which in turn could lead to undesired impurities or deposits. It is particularly advantageous to supply a gas mixture which, in addition to nitrogen, additionally contains hydrogen. Of the
Anteil an enthaltenem Wasserstoff sollte bei maximal 5 %, bevorzugt bei 2 %, gehalten sein.Proportion of hydrogen contained should be kept at a maximum of 5%, preferably at 2%.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher er- läutert werden. Dabei zeigen:Below, the invention will be explained in more detail by way of example. Showing:
Figur 1 in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung;Figure 1 in schematic form an example of an inventive arrangement;
Figur 2 ein Beispiel einer Anordnung mit einerFigure 2 shows an example of an arrangement with a
Reinigungseinrichtung unter Verzicht der Darstellung eines Gehäuseelements undCleaning device waiving the representation of a housing element and
Figur 3 in schematischer Form eine ungesteuerte elektrische Bogenentladung nach dem Stand der Technik.Figure 3 in schematic form an uncontrolled electrical arc discharge according to the prior art.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel einer erfin- dungsgemäßen Anordnung ist ein relativ großflächiges, hier plattenförmiges, Substrat 1, das aus Stahl gebildet ist, vorhanden.In the example of an arrangement according to the invention shown in FIG. 1, a relatively large-area, here plate-shaped, substrate 1, which is formed from steel, is present.
In einem Abstand zur Oberfläche des Substrats 1 ist eine zylinderförmige Anode 2, die mit Graphit gebildet ist und, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen, auch Metall enthalten kann, angeordnet. An der Anode 2 ist ein Gehäuseelement 5 in Form eines Hohlzylinders von der Anode 2 elektrisch isoliert angebracht, so dass Anode 2 und Gehäuseelement 5 gemeinsam miteinander über die gesamte Oberfläche des Substrats bewegt werden können.At a distance from the surface of the substrate 1 is a cylindrical anode 2, which is formed with graphite and, as already mentioned in the general part of the description, may also contain metal arranged. At the anode 2, a housing member 5 is electrically isolated from the anode 2 in the form of a hollow cylinder, so that the anode 2 and housing member 5 can be moved together with each other over the entire surface of the substrate.
Mit 6 sind mögliche Elektronenbahnen bei einer elekt- rischen Bogenentladung in Figur 1 gezeigt, wobei der Elektronenfluss von Brennflecken 7 an der Substratoberfläche in Richtung auf die aktive Anodenfläche gerichtet ist.6 shows possible electron paths in an electrical arc discharge in FIG. 1, the electron flow of focal spots 7 being directed at the substrate surface in the direction of the active anode surface.
Das Gehäuseelement 5 ist bei diesem Beispiel aus einem Stahl gebildet, wobei die Wandstärke des Gehäuse- elements 5 lediglich die thermischen Bedingungen, die bei der Durchführung des Verfahrens herrschen, berücksichtigen sollte.The housing element 5 is formed in this example of a steel, wherein the wall thickness of the housing Elements 5 only the thermal conditions prevailing in the implementation of the method should take into account.
Mit Figur 2 soll eine Möglichkeit zur Entfernung von Verunreinigungen an der Anodenoberfläche verdeutlicht werden. Bei diesem Beispiel ist die Anode 2 als VoIl- zylinder, ggf. mit einer inneren Wasserkühlung versehen, ausgebildet, der um eine Achse rotieren kann, wie dies mit dem Pfeil angedeutet ist.FIG. 2 is intended to illustrate a possibility for removing impurities at the anode surface. In this example, the anode 2 is provided as a cylinder, optionally provided with an internal water cooling, which can rotate about an axis, as indicated by the arrow.
Oberhalb der Anode 2, die bis auf die Rotationsbewegung statisch ist, kann das Substrat 1 translatorisch mit möglichst konstantem Abstand zur Anode 2 bewegt werden. Dabei sollte die Länge der Anode 2 in Richtung ihrer Rotationsachse zumindest annähernd der Breite des Substrats, senkrecht zur translatorischen Vorschubbewegung, entsprechen. Bei breiteren Substraten 1 können, wie im allgemeinen Teil der Beschrei- bung bereits angesprochen, auch mehrere Anoden 2 in einer Reihenanordnung eingesetzt werden.Above the anode 2, which is static except for the rotational movement, the substrate 1 can be moved translationally with as constant a distance to the anode 2. The length of the anode 2 in the direction of its axis of rotation should at least approximately correspond to the width of the substrate, perpendicular to the translational feed movement. With broader substrates 1, as already mentioned in the general part of the description, it is also possible to use a plurality of anodes 2 in a row arrangement.
Bei diesem Beispiel ist ein plattenförmiges Element, als mechanische Reinigungseinrichtung 3 vorhanden, dessen eine Stirnfläche in berührendem Kontakt zur Anodenoberfläche steht und durch die Rotationsbewegung der Anode 2 Verunreinigungen an deren Oberfläche mechanisch entfernt werden können. Anstelle eines plattenförmigen Elements kann aber auch eine mechani- sehe Reinigungseinrichtung 3, die ähnlich wie eineIn this example, a plate-shaped element, as a mechanical cleaning device 3 is present, one end face is in touching contact with the anode surface and by the rotational movement of the anode 2 impurities on the surface can be mechanically removed. Instead of a plate-shaped element but can also see a mechanical cleaning device 3, similar to a
Bürste ausgebildet ist, eingesetzt werden. Eine Reinigungseinrichtung kann aber nicht nur unterhalb der Anode 2, sondern auch seitlich neben der Anode 2 angeordnet sein, um zu vermeiden, dass die Verunreini- gungen die eigentliche, zu behandelnde Substratoberfläche erreichen können. Bei dem Beispiel, wie es in Figur 2 gezeigt ist, ist außerdem ein Behältnis 8 unterhalb der Anode 2 und der Reinigungseinrichtung 3 angeordnet, mit dem die mechanisch entfernten Verunreinigungen aufgefangen werden können.Brush is designed to be used. However, a cleaning device can not only be arranged below the anode 2, but also laterally next to the anode 2 in order to avoid that the contaminants can reach the actual substrate surface to be treated. In the example, as in 2, a container 8 is also arranged below the anode 2 and the cleaning device 3, with which the mechanically removed impurities can be collected.
Eine Anordnung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, kann selbstverständlich auch ein Gehäuseelement 5 aufweisen, das hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Ein Gehäuseelement 5 kann dabei mit zwei parallel zur Rotationsachse der Anode 2 ausgerichteten Platten gebildet sein, die zwischen Anode 2 und der Substratoberfläche angeordnet sind und ein Bearbeitungsbereich für elektrische Bogenentladungen im Spalt zwischen diesen plattenförmigen Elementen ausgebildet ist.Of course, an arrangement as shown in FIG. 2 can also have a housing element 5, which is not shown here for reasons of clarity. A housing element 5 may in this case be formed with two plates aligned parallel to the axis of rotation of the anode 2, which plates are arranged between the anode 2 and the substrate surface and a processing region for electrical arc discharges is formed in the gap between these plate-shaped elements.
Mit Figur 3 soll verdeutlicht werden, wie im Gegensatz zur erfindungsgemäßen technischen Lösung, die elektrischen Bogenentladungen ungesteuert über die gesamte Oberfläche des Substrats 1 erfolgen kann. Dabei ist eine Anode 2 ohne Gehäuseelement 5 in einem Abstand zur jeweiligen Oberfläche eines Substrats 1 angeordnet, das Substrat 1 als Kathode geschaltet und die elektrischen Bogenentladungen verlaufen unkon- trolliert über die gesamte Oberfläche des jeweiligen Substrats 1 ab. Dabei sind die Elektronenbahnen 6, ausgehend von den Brennflecken 7, von der Substratoberfläche in Figur 3 gezeigt. Es wird deutlich, dass der Verlauf vollständig unkontrolliert und chaotisch erfolgt. Somit wird die Oberfläche des Substrats 1 nicht in der eigentlich gewünschten Form gleichmäßig bearbeitet und insbesondere ein Stoffabtrag erfolgt an unterschiedlichsten Oberflächenbereichen in unterschiedlichster Form, was selbstverständlich nicht ge- wünscht ist. FIG. 3 is intended to illustrate how, in contrast to the technical solution according to the invention, the electrical arc discharges can take place uncontrolled over the entire surface of the substrate 1. In this case, an anode 2 without a housing element 5 is arranged at a distance from the respective surface of a substrate 1, the substrate 1 is connected as a cathode and the electrical arc discharges run uncontrolled over the entire surface of the respective substrate 1. In this case, the electron trajectories 6, starting from the focal spots 7, are shown by the substrate surface in FIG. It becomes clear that the course is completely uncontrolled and chaotic. Thus, the surface of the substrate 1 is not uniformly processed in the actually desired shape and in particular a material removal takes place on a variety of surface areas in different forms, which of course is not desirable.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Entfernung von Verunreinigungen oder Modifizierung von Oberflächen von Substra- ten mittels elektrischer Bogenentladung, bei der1. Arrangement for the removal of impurities or modification of surfaces of substrates by means of electrical arc discharge, in which
Bogenentladungen zwischen der jeweiligen Oberfläche des als Kathode geschalteten Substrats und einer in einem Abstand zum Substrat angeordneten Anode initiiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anode (2) ein im Inneren hohles Gehäuseelement (5) elektrisch isoliert daran befestigt ist, mit dem Gehäuseelement (5) zwischen der Oberfläche des Substrats (1) und der Anode (2) ein Bearbei- tungsraum für die Bogenentladung ausgebildet ist; die Oberfläche des Substrats (1) und Anode (2) mit dem Gehäuseelement (5) relativ zueinander bewegbar sind, und dabei die Oberfläche des Substrats (1) größer als die wirksame Anodenfläche ist.Arc discharges are initiated between the respective surface of the substrate connected as a cathode and an anode arranged at a distance from the substrate, characterized in that an inside hollow housing element (5) is fixed to the anode (2) electrically insulated therefrom with the housing element (2). 5) a processing chamber for the arc discharge is formed between the surface of the substrate (1) and the anode (2); the surface of the substrate (1) and anode (2) with the housing element (5) are movable relative to each other, and wherein the surface of the substrate (1) is greater than the effective anode area.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der in Richtung der Oberfläche des Substrats (1) weisenden Stirnfläche des Gehäuseelements (5) und Substratoberfläche ein2. Arrangement according to claim 1, characterized in that between the in the direction of the surface of the substrate (1) facing end face of the housing element (5) and the substrate surface
Spalt eingehalten ist.Gap is maintained.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) zylinderförmig, mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the housing element (5) is cylindrical, formed with a square or rectangular cross-section.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the housing element (5) is formed of a non-ferromagnetic material.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet ist.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the housing element (5) is formed of a dielectric material.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the housing element (5) is formed of a ceramic material
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder mehrere Anode (n) (2) in einer Reihenanordnung senkrecht zu einer Vorschubrichtung zumindest annähernd über die gesamte Breite der Substratoberfläche reicht/reichen.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one or more anode (s) (2) extend in an array perpendicular to a feed direction at least approximately over the entire width of the substrate surface / rich.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) mit zwei in einem Abstand zueinander und senkrecht zur Vorschubrichtung ausgerichteten plattenförmigen E- lementen gebildet ist.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the housing element (5) is formed with two at a distance from each other and aligned perpendicular to the feed direction plate-shaped ele- ments.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseelement (5) mit mindestens zwei Elementen gebildet ist.9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a housing element (5) is formed with at least two elements.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseelement (5) Durchbrechungen ausgebildet sind.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that openings are formed on the housing element (5).
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Gehäuseelement (5) Schlitze vorhanden sind.11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on a housing element (5) slots are present.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anode (2) eine mechanische Reinigungseinrichtung (3) vorhanden ist.12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at the anode (2) a mechanical cleaning device (3) is present.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (n) (2), als ein um eine Achse rotierender Zylinder ausgebildet ist/sind.13. Arrangement according to claim 12, characterized in that the anode (s) (2), is designed as a cylinder rotating about an axis / are.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (3) ein die Oberfläche der Anode (n) (2) mit einer Stirnfläche berührendes und parallel zur Rotati- onsachse ausgerichtetes plattenförmiges oder als14. Arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that the cleaning device (3) a the surface of the anode (s) (2) with an end face contacting and parallel to the rotation axis aligned plate-shaped or as
Bürste ausgebildetes Element ist.Brush is a trained element.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Reinigungseinrichtung (5) und Anode (n) (2) seitlich neben oder vertikal unterhalb des Substrats (1) angeordnet sind.15. Arrangement according to one of claims 12 to 14, characterized in that cleaning device (5) and anode (s) (2) are arranged laterally next to or vertically below the substrate (1).
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (n) (2) gekühlt ist/sind.16. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the anode (s) (2) is cooled / are.
17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (n) (2) mit Graphit gebildet ist/sind.17. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the anode (s) (2) is / are formed with graphite.
18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (n) (2) mit einem Gradientenwerkstoff gebildet ist/sind und dabei die Wärmeleitfähigkeit an der dem Substrat abgewandten Seite der Anode (n) (2) vergrößert ist.18. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the anode (s) (2) is / are formed with a gradient material and the heat conductivity at the side facing away from the substrate of the anode (s) (2) is increased.
19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge- kennzeichnet, dass im Graphit ein Metall enthalten ist. 19. Arrangement according to claim 17 or 18, characterized in that a metal is contained in the graphite.
20. Anordnung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil ausgehend von der dem Substrat (1) zugewandten Seite ansteigt .20. The arrangement according to claim 17 or 19, characterized in that the metal content, starting from the substrate (1) side facing increases.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Anodenfläche vollständig aus Graphit gebildet ist.21. Arrangement according to one of claims 17 to 20, characterized in that the effective anode surface is formed entirely of graphite.
22. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in- nerhalb des Bearbeitungsraums ein Druck kleiner als 1000 Pa eingehalten ist.22. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least within the processing space, a pressure of less than 1000 Pa is maintained.
23. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Überwachung des erreichten Zustandes der Oberfläche des Substrates (1) vorhanden ist.23. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a device for monitoring the achieved state of the surface of the substrate (1) is present.
24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) zumindest bereichsweise optisch transparent ist.24. Arrangement according to claim 23, characterized in that the housing element (5) is at least partially optically transparent.
25. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen oder Modifizierung von Oberflächen von Substraten mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem als Kathode geschalteten Substrat (1) und mindestens einer Anode (2) elektrische Bogenent- ladungen gezündet und mit Fußpunkten der Bogen- entladungen Verunreinigungen entfernt oder die Oberfläche modifiziert wird; dabei die Anode (n) (2) und das Substrat (1) relativ zueinander bewegt werden und die Bogenentladung mittels eines Gehäuseelements25. A method for the removal of impurities or modification of surfaces of substrates with an arrangement according to one of claims 1 to 24, characterized in that between a connected as a cathode substrate (1) and at least one anode (2) electric arc discharges ignited and with impingement points of the arc discharges, impurities are removed or the surface is modified; while the anode (s) (2) and the substrate (1) are moved relative to each other and the arc discharge by means of a housing element
(5) zwischen Substratoberfläche und Anode (n) (2) innerhalb eines Bearbeitungsraums und auf einem begrenzten Oberflächenbereich des Substrats (1) gehalten wird.(5) between substrate surface and anode (s) (2) within a processing space and on a limited surface area of the substrate (1) is held.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Bogenentladung mit ei- ner elektrischen Spannung im Bereich 10 V bis26. The method according to claim 25, characterized in that the electrical arc discharge with an electrical voltage in the range 10 V to
100 V und mit elektrischem Strom im Bereich von 10 bis 50 kA betrieben wird.100 V and operated with electric current in the range of 10 to 50 kA.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenentladung gepulst betrieben wird.27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that the arc discharge is operated pulsed.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck < 1000 Pa eingehalten wird.28. The method according to any one of claims 25 to 27, characterized in that a pressure <1000 Pa is maintained.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den29. The method according to any one of claims 25 to 28, characterized in that at least in the
Bearbeitungsraum ein inertes Gas eingeführt wird.Processing space an inert gas is introduced.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den Bearbeitungsraum N mit einem Anteil an Wasserstoff von maximal 5% eingeführt wird.30. The method according to any one of claims 25 to 29, characterized in that N is introduced at least in the processing space with a proportion of hydrogen of not more than 5%.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der erreichte Zustand der Substratoberfläche mittels der elekt- rischen Bogenentladungsparameter überwacht wird.31. The method according to any one of claims 25 to 30, characterized in that the reached state of the substrate surface is monitored by means of the electrical arc discharge parameters.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Integral des elektrischen Stromes ermittelt und damit der Zustand überwacht wird.32. The method according to claim 31, characterized in that the integral of the electrical current is determined and thus the state is monitored.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der O- berfläche optisch überwacht wird. 33. The method according to any one of claims 25 to 30, characterized in that the state of the O berfläche is optically monitored.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand mit einer Kamera, durch FTIR-Spektroskopie oder durch Reflektometrie ü- berwacht wird.34. The method according to claim 33, characterized in that the state is monitored with a camera, by FTIR spectroscopy or by reflectometry.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand durch Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Substratoberfläche mittels eines über die Oberfläche geführten elektrischen Kontaktelements überwacht wird. 35. The method according to any one of claims 25 to 31, characterized in that the state is monitored by determining the electrical conductivity of the substrate surface by means of an electrical contact element guided over the surface.
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