WO2010066247A2 - Mikrowellenplasmaquelle und verfahren zur bildung eines linear langgestreckten plasma bei atmosphärendruckbedingungen - Google Patents

Mikrowellenplasmaquelle und verfahren zur bildung eines linear langgestreckten plasma bei atmosphärendruckbedingungen Download PDF

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WO2010066247A2 PCT/DE2009/001765 DE2009001765W WO2010066247A2 WO 2010066247 A2 WO2010066247 A2 WO 2010066247A2 DE 2009001765 W DE2009001765 W DE 2009001765W WO 2010066247 A2 WO2010066247 A2 WO 2010066247A2
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Julius Roch
Ines Dani
Stefan Kaskel
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators

Definitions

  • the invention relates to a microwave plasma source and a method for forming a linearly elongated plasma at atmospheric pressure conditions.
  • WO 98/59359 Al microwave plasma sources are described.
  • a plasma chamber which is designed in the form of a hollow cylinder, that is to say rotationally symmetrical, is surrounded by a microwave resonator.
  • a microwave resonator via the microwave of a microwave generator in accordance with resonance conditions, but at least approximately resonance conditions are coupled via distributed slot antennas in the plasma chamber.
  • the microwaves are coupled in phase.
  • only a single microwave generator can be used on such a plasma source. This limits the maximum usable power. This also applies to the achievable plasma volume, because of the self-shielding.
  • a plasma gas ⁇ can be formed by the supplied microwave energy from one or preferably also several plasma discharge nozzles, which are formed in an end face of the plasma chamber is expelled, and then the plasma for a surface modification of substrates or to form Nanoparticles in the gas phase can be used.
  • a further gas stream can be introduced into the plasma chamber, with which flushing and cooling within the plasma chamber can be achieved.
  • This gas flow should preferably be performed parallel to the inner surface of a cylindrical plasma chamber, starting from one of the two end faces of the plasma chamber.
  • a plasma chamber which is designed as a hollow cylinder, is present again.
  • a modifying processing of large surface areas with the plasma formed can not be easily achieved even with a relative movement of the plasma source and a substrate to be modified. res can be achieved. This is true at least for the maintenance of constant conditions or parameters over the respective surface area exposed to plasma. Thus, no same plasma parameters can be maintained over a larger area, since even the plasma formed in the known plasma sources can not escape homogeneously.
  • precursors are often added, which are influenced by the gas used to form the plasma and the plasma formed. It is often not possible to be able to maintain a constant consistency of the plasma formed, with which the respective surface to be modified is affected, in the entire plasma volume. For example, coatings over the surface are not homogeneous. Non-uniformities may also occur in an etching treatment.
  • the microsheet plasma source of the present invention can be operated at atmospheric pressure conditions. So it is neither an increase of the pressure and in particular no reduction of the ambient pressure required, as is the case under the at least nearly vacuum conditions operated plasma sources.
  • At least one feed for plasma gas and at least one plasma discharge nozzle are present at the microwave plasma source, which are preferably arranged together on a wall of a plasma chamber.
  • the plasma chamber does not have a rotationally symmetrical cross section.
  • Two oppositely disposed walls may also be convexly curved so as to have an elongated elliptical cross section. Units with magnetrons and the slot antennas can then be arranged on these walls.
  • the two other end walls can be configured as parallel plates.
  • At least two units are present on the plasma chamber, which on two opposite sides of the Plasma chamber, ie diametrically opposite, are arranged. They are each formed with at least one magnetron and a slot antenna.
  • the Magentrons are operated pulsed, this being done alternately. It is off with two existing magnetrons one, if at the same time, the other is turned on. Thereby, the problem of extinction of electromagnetic waves due to phase shift, which leads to energy loss, can be avoided.
  • the operation can also be carried out in such a way that breaks occur during pulsed operation.
  • a magnetron is switched on for a time of 3 ms and the other magnetron is switched on for a time of 3 ms again after a pause of 2 ms, in which both stomach trunks are switched off, etc.
  • microwave with slot antenna more than two such units (magnetron with slot antenna) can be used on a microwave plasma source. Then, a plurality of such units are arranged on the plasma chamber in series opposite each other. In the case of four units, two are thus arranged together on one side of the plasma chamber.
  • the plasma chamber preferably has a rectangular or square cross-section. It is dimensioned so that a linearly elongated plasma can be formed in the plasma chamber, whose longitudinal axis extends between the oppositely arranged units or the magnetron or slot antennas.
  • These cross-sectional data relate at least to the width and length of a plasma chamber.
  • the distances of plasma discharge nozzles arranged next to one another should be the same as their free cross sections from which the plasma formed can escape in the direction of the substrate surface to be modified. They should also be located on the wall of the plasma chamber, from which the gas is introduced into the plasma chamber to form the plasma. This gas should flow along the wall of the plasma chamber along and be deflected on the opposite wall. After the deflection, it then enters the sphere of influence of the radiation and the plasma can be formed thereby. With such a flow, the wall of the plasma chamber can be protected, favorable conditions for plasma formation and its expulsion from the plasma chamber can be maintained.
  • microwave plasma source should be at least on the walls of the plasma chamber on which the units are arranged with magentron and slot antennas, outwardly facing hollow resonance chambers are present.
  • the magnetrons used in the microwave plasma source according to the invention should have a power of at least 0.5 kW, preferably at least 2 kW. Due to the pulsed operation they can be operated actively with a higher power, which is at least twice as large. So can a magnetron with a designed continuous power or rated power 2 kW are also operated at an active pulse, for example, with a power of 5 kW.
  • the pulsation of the magnetrons should be chosen with a frequency of at least 5 Hz.
  • magnetrons are present at a microwave plasma source and these are arranged at a sufficiently large distance from one another, several magnetrons can also be switched on at the same time and operated actively. These can also be operated overlapping in time, so at least two magnetrons are simultaneously switched on during pulsed operation such that a phase shift occurs during the pulsing and magnetron is switched on when another is already switched on, but switched off again before the second magnetron becomes.
  • the distance should be so large that a suppression leading to interference can be avoided by a phase shift, but at least kept small. This can be advantageous in particular in the case of large-volume, elongated plasmas.
  • magnetrons It can also be used inexpensive magnetrons. It is possible to scale up by arranging several units of magnetron with slot antenna in row arrangements, so that the length of plasma formed in a plasma chamber increases and, of course, the respective size of the surface can be increased even with simultaneous relative movement of microwave plasma source and substrate to be modified.
  • the relative movement can take place in particular perpendicular to the longitudinal axis of the plasma formed in the plasma chamber in an elongate shape.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plan view of an example of a microwave plasma source according to the invention.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through an example of a microwave plasma source according to the invention.
  • FIG. 1 shows a highly schematic example of a microwave plasma source according to the invention.
  • a plasma chamber 7 with a rectangular cross-section is present whose dimensions have been selected to be (L * B * H) 600 mm * 120 mm * 100 mm.
  • a plasma chamber 7 is arranged on two opposite sides of a cavity 4, in which a plasma chamber 7 is arranged (see Fig. 2), three units are present, of which in each case only the magnetrons 5.1 to 5.6 are shown. These are operated at a frequency of 2.45 GHz.
  • the continuous power of the magnetrons 5.1 to 5.6 is designed for 2 kW. They can be operated with a frequency of 10 Hz.
  • the pulsed operation of the magnetrons 5.1 to 5.6 takes place in such a way that a magnetron is switched on for a time of 3 ms. All others are inactive during this time. active and off. After an inactive pause of 2 ms in which all magnetrons 5.1 to 5.6 are switched off, another magnetron is switched on for the same time and after another pause of 2 ms another magnetron is switched on, and so on.
  • a plasma chamber 7 which is arranged in a cavity 4, arranged Magentrons 5, which can be operated as in the example of Figure 1.
  • the plasma chamber 7 likewise has a cross-sectional geometry analogous to FIG. 1. Hollow spaces are respectively arranged on the outer sides of the plasma chamber 7 and are formed between the wall of the cavity 4 and quartz glass walls 3, through which a coolant, which absorbs the radiation only slightly, is guided can.
  • the plasma chamber 7 is separated from the cavity 4 by the quartz glass walls 3.
  • the cavity 4 is formed in this example as an aluminum housing.
  • Plasma chamber 7 can be fed. It flows from the upper end wall on the quartz glass walls 3 along to the bottom 8 of the plasma chamber 7. There, the flow direction changes and the plasma gas enters the sphere of influence of the magnetrons 5 by means of the slot antennas in the plasma chamber 7 emitted radiation and plasma can be formed.
  • This plasma can be expelled via the plasma discharge nozzles 1 arranged here again on the upper end wall and utilized for a surface modification on substrates under atmospheric pressure conditions.
  • the plasma discharge nozzles 1 can be designed as slot dies or arranged in a row arrangement or so.
  • the orientation of slot nozzles or a row arrangement should be such that it corresponds to a direction perpendicular to the plane of the drawing. As shown in FIG. 1, this would be a horizontal alignment between the magnetrons 5.1 to 5.6 arranged in two rows.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenplasmaquelle und ein Verfahren zur Bildung eines linear langgestreckten Plasma bei Atmosphärendruckbedingungen. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten für eine großflächige Modifizierung von Substratoberflächen mit einem bei Atmosphärendruckbedingungen gebildeten Plasma zu schaffen, bei denen konstante Bedingungen über die gesamte zu modifizierende Oberfläche eingehalten werden können. Bei einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle sind an einer Plasmakammer mindestens eine Plasmaaustrittsdüse und mindestens eine Zuführung für ein Plasmagas vorhanden. An einer Plasmakammer mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt sind mindestens zwei Einheiten, die mit jeweils mindestens einem Magnetron und einer Schlitzantenne gebildet sind, außerhalb der Plasmakammer an zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Die Magentrons sollen alternierend gepulst betrieben werden.

Description

Mikrowellenplasmaquelle und Verfahren zur Bildung eines linear langgestreckten Plasma bei
Atmosphärendruckbedingungen
Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenplasmaquelle und ein Verfahren zur Bildung eines linear langgestreckten Plasma bei Atmosphärendruckbedingungen.
So sind Plasmaquellen, die mit Mikrowellen unter Atmosphärendruckbedingungen arbeiten, bisher nur geeignet kugelförmige oder zylinderscheibenförmige Plasmen langzeitstabil zu bilden. Dabei ist jeglicher Wandkontakt des gebildeten Plasmas innerhalb einer Plasmakammer zu vermeiden, da dies zu einer Zerstörung führen würde .
In WO 98/59359 Al sind Mikrowellenplasmaquellen beschrieben. Dabei ist eine Plasmakammer, die in Form eines Hohlzylinders, also rotationssymmetrisch, ausgebildet ist, von einem Mikrowellen-Resonator um- schlössen, über den Mikrowellen eines Mikrowellengenerators unter Einhaltung von Resonanzbedingungen, zumindest jedoch annähernd Resonanzbedingungen über verteilte Schlitzantennen in die Plasmakämmer eingekoppelt werden. Die Mikrowellen werden dabei phasengleich eingekoppelt. Dadurch kann nur ein einziger Mikrowellengenerator an einer solchen Plasmaquelle eingesetzt werden. Dadurch ist die maximal nutzbare Leistung limitiert. Dies trifft auch auf das erreichbare Plasmavolumen, wegen der Selbstabschirmung, zu.
Mit einem in die Plasmakammer zugeführtem Plasmagas ■ kann durch die zugeführte Mikrowellenenergie ein Plasma gebildet werden, das aus einer oder bevorzugt auch mehreren Plasmaaustrittsdüsen, die in einer Stirnfläche der Plasmakammer ausgebildet sind, ausgetrieben und dann das Plasma für eine Oberflächenmodifizierung von Substraten oder zur Bildung von Nano- partikeln in der Gasphase genutzt werden kann.
Weiter auf diese Lösung aufbauend, wird in DE 102 39 875 Al darauf hingewiesen, dass neben dem Plasmagas ein weiterer Gasstrom in die Plasmakammer eingeführt werden kann, mit dem eine Spülung und Kühlung innerhalb der Plasmakammer erreichbar ist. Diese Gasströmung soll bevorzugt parallel zur inneren Mantelfläche einer zylindrischen Plasmakammer, ausgehend von einer der beiden Stirnseiten der Plasmakammer geführt werden. Auch hier ist wieder eine Plasmakammer, die als Hohlzylinder ausgebildet ist, vorhanden.
Wegen der Gestalt und des begrenzten Volumens des gebildeten Plasma kann eine modifizierende Bearbeitung großer Oberflächenbereiche mit dem gebildeten Plasma auch bei einer Relativbewegung von Plasmaquelle und einem zu modifizierenden Substrat, nicht ohne weite- res erreicht werden. Dies trifft zumindest für die Einhaltung konstanter Verhältnisse bzw. Parameter über den jeweils mit Plasma beaufschlagten Oberflächenbereich zu. So können keine gleichen Plasmaparameter über eine größere Fläche eingehalten werden, da auch das in den bekannten Plasmaquellen gebildete Plasma nicht homogen austreten kann. Für eine Modifizierung werden häufig auch Precusoren zugegeben, die mit dem zur Bildung des Plasma eingesetzten Gas und dem gebildeten Plasma beeinflusst werden. Es ist dabei häufig nicht möglich eine konstante Konsistenz des gebildeten Plasma, mit dem die jeweilige zu modifizierende Oberfläche beeinflusst wird, im gesamten Plasmavolumen einhalten zu können. So sind beispielsweise Beschichtungen über die Fläche nicht homogen. Bei einer Ätzbehandlung können ebenfalls Ungleichförmigkeiten auftreten.
Durch geschickte Wahl von Geometrien von Plasmaaustrittsdüsen und deren Anordnung können Bearbeitungsbreiten von maximal 150 mm mit einer Plasmaquelle abgedeckt werden. Dafür ist aber ein hoher und daher kostentreibender Anteil an Argon erforderlich.
Auch beim gleichzeitigen Einsatz mehrerer Mikrowel- lenplamsmaquellen, die nebeneinander und ggf. auch mit Überdeckung betrieben werden ist die Einhaltung konstanter Bedingungen bei der Modifizierung größerer Flächen nicht ohne weiteres möglich. Außerdem sind die Kosten für eine Mehrzahl von Plasmaquellen ebenfalls nachteilig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten für eine großflächige Modifizierung von Substratoberflächen mit einem bei Atmosphärendruckbedingungen gebildeten Plasma zu schaffen, bei denen konstante Bedin- gungen über die gesamte zu modifizierende Oberfläche eingehalten werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Mikrowellenplasmaquelle gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Dabei kann mit einem Verfahren nach Anspruch 6 gearbeitet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Mikrow.ellenplasmaquelle kann bei Atmosphärendruckbedingungen betrieben werden. Es ist also weder eine Erhöhung des Druckes und insbesondere keine Absenkung des Umgebungsdruckes erforderlich, wie dies bei den unter zumindest nahezu Vakuumbedingungen betriebenen Plasmaquellen der Fall ist.
An der Mikrowellenplasmaquelle ist mindestens eine Zuführung für Plasmagas und mindestens eine Plasma- austritssdüse vorhanden, die bevorzugt gemeinsam an einer Wand einer Plasmakammer .angeordnet sind.
Abweichend vom Stand der Technik weist die Plasmakammer keinen rotataionsymmetrischen Querschnitt auf. Es sind bevorzugt parallele Wände als Begrenzung der Plasmakammer vorhanden. Zwei gegenüberliegend angeordnete Wände können auch konvex gekrümmt sein, so dass ein langgestreckter elliptischer Querschnitt vorhanden ist. An diesen Wänden können dann Einheiten mit Magnetrons und den Schlitzantennen angeordnet sein. Die beiden anderen Stirnwände können dabei aber als parallele Platten ausgebildet sein.
An der Plasmakammer sind mindestens zwei Einheiten vorhanden, die an zwei gegenüberliegenden Seiten der Plasmakammer, also sich diametral gegenüberliegend, angeordnet sind. Sie werden jeweils mit mindestens einem Magnetron und einer Schlitzantenne gebildet. Die Magentrons werden dabei gepulst betrieben, wobei dies alternierend erfolgt. Es ist bei zwei vorhandenen Magnetrons eines ausgeschaltet, wenn zur gleichen Zeit, das andere eingeschaltet ist. Dadurch kann das durch Phasenverschiebung auftretende Problem einer Auslöschung von elektromagnetischen Wellen, das zu Energieverlusten führt, vermieden werden.
Der Betrieb kann dabei auch so durchgeführt werden, dass beim gepulsten Betrieb Pausen auftreten. So kann z.B. ein Magnetron für eine Zeit von 3 ms eingeschaltet und das andere Magnetron nach einer Pause von 2 ms, in der beide Magentrone ausgeschaltet sind, für eine Zeit von wieder 3 ms eingeschaltet werden usw.
Wie bereits zum Ausdruck gebracht können aber auch mehr als zwei solcher Einheiten (Magnetron mit Schlitzantenne) an einer Mikrowellenplasmaquelle eingesetzt werden. Dann sind mehrere solcher Einheiten an der Plasmakammer in Reihenanordnung sich gegenüberliegend angeordnet. Bei vier Einheiten sind also jeweils zwei gemeinsam an einer Seite der Plasmakammer angeordent.
Die Plasmakammer weist bevorzugt einen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt auf. Sie ist dabei so dimensioniert, dass ein linear lang gestrecktes Plasma in der Plasmakammer ausgebildet werden kann, dessen Längsachse zwischen den sich gegenüberliegend angeordneten Einheiten bzw. den Magnetrons oder Schlitzantennen verläuft. Diese Querschnittsangaben beziehen sich zumindest auf die Breite und Länge einer Plasmakammer. Es kann eine Plasmaaustrittsdüse als Schlitzdüse vorhanden sein. Werden mehrere Plasmaaustrittsdüsen vorgesehen, sollten sie in einer Reihe angeordnet sein, die bevorzugt in der Ebene der Längsachse des in der Plasmakammer gebildeten Plasma oder dazu parallelen Ebenen liegen. Die Abstände von nebeneinander angeordneten Plasmaaustrittsdüsen sollten ebenso gleich sein, wie ihre freien Querschnitte aus denen das gebildete Plasma in Richtung zu modifizierender Substratoberfläche austreten kann. Sie sollten auch an der Wand der Plasmakammer angeordnet sein, von der aus das Gas zur Bildung des Plasma in die Plasmakammer eingeführt wird. Dieses Gas sollte dabei an der Wandung der Plasmakammer entlang einströmen und an der gegenüberliegenden Wand umgelenkt werden. Nach der Umlenkung gelangt es dann in den Einflussbereich der Strahlung und das Plasma kann dadurch gebildet werden. Mit einer solchen Strömung können die Wandung der Plasmakammer geschützt, günstige Verhältnisse für die Plasmabildung und dessen Austreiben aus der Plas- makammer eingehalten werden.
Bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle sollte zumindest an den Wänden der Plasmakammer, an denen die Einheiten mit Magentron und Schlitzantennen angeordnet sind, nach außen weisend hohle Resonanzräume vorhanden sind.
Die bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle eingesetzten Magnetrons sollten eine Leistung von mindestens 0,5 kW, bevorzugt mindestens 2 kW aufweisen. Durch den gepulsten Betrieb können sie aktiv mit einer höheren Leistung betrieben werden, die mindestens doppelt so groß ist. So kann ein Magnetron mit einer konzipierten Dauerleistung bzw. Nennleistung von 2 kW auch bei einem aktiven Puls beispielsweise mit einer Leistung von 5 kW betrieben werden.
Die Pulsung der Magnetrons sollte mit einer Frequenz von mindestens 5 Hz gewählt sein.
Sind an einer Mikrowellenplasmaquelle auch mehr als zwei, bevorzugt mehr als vier Magnetrons vorhanden und diese in einem ausreichend großen Abstand zueinander angeordnet, können gleichzeitig auch mehrere Magnetrons eingeschaltet sein und aktiv betrieben werden. Diese können sich auch zeitlich überlappend betrieben werden, also während des gepulsten Betriebes mindestens zwei Magnetrons gleichzeitig so eingeschaltet sind, dass bei der Pulsung eine Phasenverschiebung auftritt und dabei Magnetron eingeschaltet wird, wenn ein anderes bereits eingeschaltet ist, das aber vor dem zweiten Magnetron wieder ausgeschaltet wird. Der Abstand sollte so groß sein, dass durch eine Phasenverschiebung eine zur Auslöschung führende Beeinflussung vermieden, zumindest jedoch klein gehalten werden kann. Dies kann insbesondere bei großvolumigen lang gestreckten Plasmen vorteilhaft sein.
Mit der Erfindung können Inhomogenitäten des Plasmas vermieden und gleichzeitig größere Flächen mit dem austretenden Plasma modifiziert werden. Dabei kann mit höherer Leistung von Magentrons gearbeitet werden.
Es können auch kostengünstige Magnetrons eingesetzt werden. Es ist eine AufSkalierung durch Aneinanderreihung mehrerer Einheiten von Magnetron mit Schlitzantenne in Reihenanordnungen möglich, so dass die Länge von in einer Plasmakammer gebildetem Plasma vergrößert und dadurch natürlich auch bei gleichzeitiger Relativbewegung von Mikrowellenplasmaquelle und zu modifizierendem Substrat die jeweilige Größe der Oberfläche vergrößert werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Die Relativbewegung kann dabei insbesondere senkrecht zur Längsachse des in der Plasmakammer in lang gestreckter Form gebildeten Plasmas erfolgen.
Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle und
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle .
In Figur 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenplasmaquelle stark schematisiert dargestellt. Dabei ist eine Plasmakammer 7 mit rechteckigem Querschnitt vorhanden, deren Abmessungen mit (L*B*H) 600 mm * 120 mm * 100 mm gewählt worden sind. An zwei sich gegenüberliegenden Seiten einer Kavität 4, in der eine Plasmakammer 7 angeordnet ist (s. Fig. 2), sind jeweils drei Einheiten vorhanden, von denen jeweils lediglich die Magnetrons 5.1 bis 5.6 gezeigt sind. Diese werden mit einer Frequenz von 2,45 GHz betrieben. Die Dauerleistung der Magnetrons 5.1 bis 5.6 ist auf 2 kW ausgelegt. Sie können mit einer Frequenz von 10 Hz betrieben werden. Der gepulste Betrieb der Magnetrons 5.1 bis 5.6 erfolgt dabei so, dass ein Magnetron für eine Zeit von 3 ms eingeschaltet wird. Alle anderen sind während dieser Zeit inak- tiv und ausgeschaltet. Nach einer inaktiven Pause von 2 ms in der alle Magnetrons 5.1 bis 5.6 ausgeschaltet sind, wird ein anderes Magnetron für die gleiche Zeit eingeschaltet und nach einer weiteren Pause von 2 ms wiederum ein anderes Magnetron eingeschaltet usw.
Die Magnetrons 5.1 bis 5.6 können, da sie gepulst und dabei kurzzeitig aktiv geschaltet werden auch mit einer Leistung von 10 kW, also deutlich über der Nennleistung betrieben werden.
So kann z.B. zuerst das Magentron 5.2, dann das Magnetron 5.4, dann Magnetron 5.3, danach Magnetron 5.5, dann Magnetron 5.1 und in diesem Zyklus am Schluss Magnetron 5.6 eingeschaltet werden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen mehrere Magnetrons synchron zu betreiben, so dass gleichzeitig auch zwei Magnetrons, beispielsweise 5.1 mit 5.6 und 5.4 mit 5.3 eingeschaltet sind.
Mit der in Figur 2 gezeigten Schnittdarstellung kann der Aufbau erfindungsgemäßer Mikrowellenplasmaguellen weiter verdeutlicht werden.
Auch hier sind wieder an zwei gegenüberliegenden Seiten einer Plasmakammer 7, die in einer Kavität 4 angeordnet ist, Magentrons 5 angeordnet, die wie beim Beispiel nach Figur 1 betrieben werden können. Die Plasmakammer 7 hat ebenfalls eine Querschnittsgeometrie analog zu Figur 1. An den äußeren Seiten der Plasmakammer 7 sind jeweils hohle Räume angeordnet, zwischen der Wand der Kavität 4 und Quarzglaswänden 3 ausgebildet, durch die ein Kühlmittel, das die Strahlung nur geringfügig absorbiert, geführt werden kann. Die Plasmakammer 7 ist mit den Quarzglaswänden 3 von der Kavität 4 getrennt. Die Kavität 4 ist bei diesem Beispiel als Aluminiumgehäuse ausgebildet.'
An der hier oberen Stirnwand der Plasmakammer 7 sind in • der Nähe der radial außen angeordneten Quarzglaswand 3 Zuführungen 2 für ein Plasmagas vorhanden, das wie mit den Pfeilen angedeutet, in das Innere der. Plasmakammer 7 eingespeist werden kann. Es strömt dabei von der oberen Stirnwand an den Quarzglaswänden 3 entlang bis zum Boden 8 der Plasmakammer 7. Dort ändert sich die Strömungsrichtung und das Plasmagas gelangt in den Einflussbereich der von den Magnetrons 5 mit Hilfe der Schlitzantennen in die Plasmakammer 7 emittierte Strahlung und Plasma kann gebildet werden.
Dieses Plasma kann über die hier wieder an der oberen Stirnwand angeordneten Plasmaaustrittsdüsen 1 ausgetrieben und für eine Oberflächenmodifizierung an Substraten unter Atmosphärendruckbedingungen genutzt' werden.
Die Plasmaustrittsdüsen 1 können als Schlitzdüsen oder in einer Reihenanordnung ausgebildet bzw. so angeordnet sein. Die Ausrichtung von Schlitzdüsen bzw. einer Reihenanordnung sollte dabei so sein, dass sie einer senkrecht in die Zeichnungsebene gerichteten Richtung entspricht. Gemäß der Darstellung in Figur 1 wäre dies dort eine horizontale Ausrichtung zwischen den in zwei Reihen angeordneten Magnetrons 5.1 bis 5.6.
Dadurch kann ein linear und gleichzeitig lang gestrecktes Plasma ausgebildet werden, das nahezu über die gesamte Länge der Plasmakammer 7 geführt sein kann. Seine Länge kann also gemäß Beispiel nach Figur 1 fast 600 mm erreichen. Mit einer bereits angesprochenen AufSkalierung und einer größeren Anzahl an Magnetrons können auch größere Plasmalängen in einer entsprechend langen Plasmakammer 7 erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrowellenplasmaquelle, bei der an einer Plasmakammer mindestens eine Plasmaaustrittsdüse und mindestens eine Zuführung für ein Plasmagas vorhanden sind und das Plasma bei Atmosphärendruckbedingungen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Plasmakammer (7) mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt mindestens zwei Einheiten, die mit jeweils mindestens einem Magnetron (5.1 bis 5.6) und einer Schlitzantenne gebildet sind, außerhalb der Plasmakammer (7) an zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet und die Magentrons (5.1 bis 5.6) alternierend gepulst betreibbar sind.
2. Mikrowellenplasmaquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Plasmakammer (7) jeweils mindestens zwei Magnetrons (5.1 bis 5.4) mit Schlitzantenne in einer Reihenanordnung vorhanden sind.
3. Mikrowellenplasmaquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmakammer (7) einen rechteckigen, quadratischen oder langgestreckt elliptischen Querschnitt aufweist.
4. Mikrowellenplasmaquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Plasmaaustrittsdüse (n) (1) und die Zuführung für Plasmagas (2) an derselben Wand der Plasmakammer (7) angeordnet sind.
5. Mikrowellenplasmaquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) eine Leistung von mindestens 0,5 kW aufweisen.
6. Verfahren zur Bildung eines linear lang gestreckten Plasmas bei Atmosphärendruckbedingungen in einer Plasmakamiαer (7) mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt, bei dem ein Plasmagas über mindestens eine Zuführung (2) in die Plasmakammer (7) eingeführt und gebildetes Plasma über mindestens eine Plasmaaustrittsdüse (1) extrahiert wird; und das Plasma mit mindestens zwei Einheiten, die mit jeweils einem Magnetron (5.1 bis 5.6) und einer Schlitzantenne gebildet und sich diametral gegenüberliegend an der Plasmakammer (7) angeordnet sind, gebildet wird und dabei die Magnetrons (5. 1 bis 5.6) alternierend gepulst betrieben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) mit einer Frequenz von mindestens 5 Hz gepulst betrieben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) so gepulst werden, dass alle Magnetrons (5.1 bis 5.6) zeitweise zwischen aktiven Pulsen ausgeschaltet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens vier vorhandenen Magnetrons (5.1 bis 5.6) mindestens zwei nicht unmittelbar nebeneinander oder gegenüberliegend angeordnete Magnetrons synchron oder überlappend gepulst betrieben werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetrons (5.1 bis 5.6) während eines aktiven Pulses mit einer Leistung betrieben werden, die mindestens doppelt so groß, wie ihre normale Betriebsleistung ist .
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