DE10036809A1

DE10036809A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen

Info

Publication number: DE10036809A1
Application number: DE2000136809
Authority: DE
Inventors: Helmut Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-14
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: DE10036809B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Gegenstandes beschrieben, die eine Arbeitskammer (10, 40, 42) zur Aufnahme des Gegenstandes und ein Mittel (34) zur Erzeugung eines Plasmas in der Arbeitskammer (10, 42) verwenden. Die Arbeitskammer (10, 40) beinhaltet ein weiteres Mittel (21, 22, 24), über das der Arbeitskammer (10, 40) ein Lösungsmittel zuführbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen ei nes Gegenstandes nach dem Oberbegriff der unabhängigen An sprüche.

Es ist bekannt, die Oberflächen von Gegenständen durch Spü lung mit einem Lösungsmittel zu reinigen. Dabei können so wohl wäßrige Reinigungslösungen unter Zusatz eines entspre chenden Neutralreinigers oder auch nichtwässrige Reiniger wie beispielsweise das von der Dow Chemical Company vertrie bene Dowclene zum Einsatz kommen. Eine Modifizierung der Oberflächen ist mit diesen Anlagen nicht möglich.

Aus der US-PS 5,773,360 ist bekannt, die Oberfläche eines Gegenstandes einem Plasma auszusetzen, wobei diese Methode sowohl zur Reinigung wie auch zur Modifizierung der Oberflä chen dient; die Reinigungswirkung eines Plasmas ist jedoch auf den Abtrag dünner und homogener Schichten beschränkt. Um auch Verunreinigungen größerer Schichtdicke abtragen zu kön nen, wird ein vorgeschalteter CMP-Prozeß (Chemical- Mechanical Polishing) vorgeschlagen, bei dem es allerdings zu einer Schädigung einer empfindlichen Oberfläche kommen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine schonende Reinigung, Feinreinigung und/oder Modifizierung der Oberflächen auch stär ker verschmutzter Gegenstände gestatten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, daß eine schonende Reinigung, Feinreinigung und/oder Modifizierung der Oberflächen eines Gegenstandes mittels ein und derselben Vorrichtung ermög licht wird. Dies wird durch die Kombination einer Reini gungseinheit mit einer plasmaerzeugenden Einheit erreicht, wobei die Reinigungseinheit ein Mittel für die Zufuhr eines Lösungsmittels umfaßt und eine Oberflächenreinigung mit Lö sungsmitteln ermöglicht. Die plasmaerzeugende Einheit umfaßt ein Mittel zur Erzeugung eines Plasmas und dient der Fein reinigung und Modifizierung der Oberflächen.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen möglich.

So kann sowohl das Mittel für die Zufuhr des Lösungsmittels als auch das plasmaerzeugende Mittel in ein und derselben Arbeitskammer angeordnet sein, in der sich der zu reinigende Gegenstand befindet. Die Reinigung mit einem Lösungsmittel sowie die Plasmabehandlung werden nacheinander ausgeführt.

Andererseits können das Mittel für die Zufuhr des Lösungs mittels und das plasmaerzeugende Mittel auch in zwei ver schiedenen Arbeitskammern derselben Vorrichtung angebracht sein, wobei die Arbeitskammern durch eine Schleuse miteinan der verbunden sind. Da die Spülung mit einem Lösungsmittel und die Plasmabehandlung bei unterschiedlichen Luftdrücken durchgeführt werden, entfällt dabei gegenüber der ersten Va riante eine Evakuierung der Arbeitskammer zwischen Lösungs mittelreinigung und Plasmabehandlung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spülung mit einem Lö sungsmittel unter Ultraschalleinwirkung durchgeführt wird, da die Reinigungswirkung so um ein Vielfaches höher ist.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit einer Arbeitskammer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und Fig. 2 eine Vorrichtung mit zwei Arbeitskammern gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung.

Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese enthält eine Arbeitskammer 10, in die ein Gegenstand, dessen Ober flächen behandelt werden sollen, eingebracht werden kann. Die Arbeitskammer 10 kann dazu eine oder mehrere, hier nicht dargestellte Beladungsöffnungen sowie Halterungen, Drehtel ler oder andere dem Fachmann geläufige Mittel zur Befestigung des Gegenstandes aufweisen. Um der Arbeitskammer 10 ein Lösungsmittel zuführen zu können, enthält die Vorrichtung einen Vorratsbehälter 12, der über eine nicht dargestellte Befülleinheit mit Lösungsmittel versorgt werden kann und der über eine Rohr- oder Schlauchverbindung 21 mit der Arbeits kammer 10 in Kontakt steht. Um das Lösungsmittel unter Druck der Arbeitskammer 10 zuzuführen, kann in der Rohr- oder Schlauchverbindung 21 eine Pumpe 14a vorgesehen sein.

Die Vorrichtung weist darüber hinaus eine zweite Rohr- oder Schlauchverbindung 22 auf, über die der Arbeitskammer 10 entnommenes Lösungsmittel mittels eines Filters 16 gereinigt und unter Druck der Arbeitskammer 10 wieder zugeführt wird. Die Rohr- oder Schlauchverbindung 22 enthält dazu eine zwei te Pumpe 14b.

Des weiteren umfaßt die Vorrichtung beispielsweise eine De stillationsvorrichtung 18, die der Reinigung des in der Ar beitskammer 10 befindlichen Lösungsmittels dient. Über die Destillation werden außer Schmutzpartikel auch organische Verunreinigungen wie Fette und Öle abgetrennt und als De stillationssumpf entfernt. Das verunreinigte Lösungsmittel gelangt über eine dritte Rohr- oder Schlauchverbindung 23, die eine dritte Pumpe 14c beinhaltet, in die Vorlage 18a der Destillationsvorrichtung 18 und wird verdampft. Das gerei nigte Lösungsmittel kann in gasförmiger oder kondensierter Form der Arbeitskammer 10 über eine vierte Rohr- oder Schlauchverbindung 24 zugeführt oder über eine fünfte Rohr- oder Schlauchverbindung 25 in kondensierter Form in den Vor ratsbehälter 12 transferiert werden.

Um eine gleichmäßige Druckverteilung innerhalb der funktio nellen Komponenten und der Rohr- oder Schlauchverbindungen der Vorrichtung zu erzielen, weist die Vorrichtung eine oder mehrere nicht dargestellte, einen Unterdruck erzeugende Einheiten wie beispielsweise Vakuumpumpen auf, die über sechste Rohr- oder Schlauchverbindungen 26, 26a, 26b, 26c beispiels weise mit dem Vorratsbehälter 12, der Destillationsvorrich tung 18 und/oder der Arbeitskammer 10 verbunden sind. Dabei werden zwangsläufig mit der Abluft auch Lösungsmitteldämpfe abgezogen, die je nach Lösungsmittel nicht in die Umwelt ge langen dürfen. Diese werden in einer der Unterdruck erzeu genden Einheit vorgeschalteten, in die Rohr- oder Schlauch verbindung 26 integrierten Tieftemperatureinheit 30 bei ei ner tiefen Temperatur von vorzugsweise -20°C auskondensiert. Über eine siebte Rohr- oder Schlaucheinheit 27, die einen Auffangbehälter 32 für das Kondensat enthalten kann, wird das abgetrennte Lösungsmittel der Destillationsvorrichtung 18 zugeführt.

Um eine Plasmabehandlung der Oberflächen eines Gegenstandes in der Arbeitskammer 10 zu ermöglichen, enthält diese eine Hochfrequenzantenne 34, mit deren Hilfe eine Ionisierung der in der Kammer befindlichen Gase ermöglicht wird. Die Hoch frequenzantenne 34 kann Strahlung einer Frequenz im Kilo hertz-, Megahertz- oder Gigahertzbereich erzeugen, wobei die Hochfrequenzantenne 34 beim Betrieb im Kilohertz- bzw Mega hertzbereich innerhalb der Arbeitskammer 10 angeordnet ist, dagegen bei Betrieb im Gigahertzbereich außerhalb der Ar beitskammer 10. Die Arbeitskammer weist dann ein für die hochfrequente Strahlung durchlässiges, hier nicht darge stelltes Quarzfenster auf.

Die Behandlung des Gegenstandes erfolgt in der Arbeitskammer 10, in die der Gegenstand zunächst eingebracht und fest ver ankert wird. Daraufhin erfolgt eine Reinigung mit einem oder mehreren Lösungsmitteln, die entweder druckunterstützt über die Rohr- oder Schlauchverbindung 22 mit einem Druck von bis zu 15 bar erfolgt oder über die Zufuhr von Lösungsmittel dampf über die Rohr- oder Schlauchverbindung 24. Die Spülung mit einem Lösungsmittel wird über einen Zeitraum von 2 bis 12 Minuten ausgeführt; ihr kann eine vorzugsweise einminüti ge Dampfentfettung mit Lösungsmitteldampf nachgeschaltet werden.

Als Lösungsmittel eigenen sich vor allem Isoparaffine und Alkoxyalkohole, jedoch auch sonstige Kohlenwasserstoffgemi sche, Glycolether, Polyglycole, Pflanzenölester, Terpene, oder N-Methylpyrrolidon. Auch wäßrige Reinigungssysteme mit einem in Wasser gelösten Reiniger sind denkbar. Hier ist je doch die Aufarbeitung der verunreinigten Reinigungslösung mittels Destillation unvorteilhaft, da dabei der Reiniger abgetrennt wird. Darüber hinaus sind auch Kombinationen von wässrigen Medien und Lösungsmitteln möglich.

Die Spülung mit einem Lösungsmittel wird bei einem verrin gerten Innendruck von 50 bis 120 mbar durchgeführt, um bei Verwendung organischer Lösungsmittel die Gefahr einer Ver puffung zu minimieren. Darüber hinaus wird so die Siedetem peratur der verwendeten Lösungsmittel deutlich gesenkt und die Redestillation des Lösungsmittels ist wirtschaftlich ausführbar. Während der Spülung mit einem Lösungsmittel wird in der Kammer je nach Lösungsmittel eine Temperatur von 60 bis 150°C eingestellt. Die Beheizung erfolgt aus Sicher heitsgründen indirekt beispielsweise mittels Heißwasser oder durch einen keramischen Heizer.

Es können beliebige Gegenstände, deren Geometrie von der räumlichen Auslegung der Arbeitskammer 10 abhängt, mit be liebiger Oberflächenausgestaltung hinsichtlich Material und Profil behandelt werden. Auch Werkstücke mit engen Vertie fungen und schwierigen Geometrien sind so effektiv zu reini gen.

Der mittels der Spülung mit Lösungsmittel vorbehandelte und gereinigte Gegenstand wird zunächst über eine Absenkung des Innendrucks der Arbeitskammer 10 getrocknet, alternativ kann die Trocknung auch durch eine zusätzliche Spülung der Ar beitskammer 10 mit einem trockenen Gasstrom erfolgen.

Der getrocknete Gegenstand wird in derselben Arbeitskammer 10 einer Plasmabehandlung für 5 bis 20 Minuten bei einem In nendruck von 0.01 bis 1 mbar unterzogen. Die Plasmabehand lung ermöglicht eine Feinreinigung des Gegenstandes und dar über hinaus eine Modifizierung seiner Oberflächen. So kann durch eine Zufuhr von Sauerstoff in die Arbeitskammer 10 nicht nur ein effektiver Abtrag aller organischer Verunrei nigungen bewirkt werden, sondern darüber hinaus eine Passi vierung beispielsweise einer Metalloberfläche durch Bildung der entsprechenden Metalloxide. Dies stellt im Falle von Ge genständen aus Aluminium oder Silizium einen effektiven Kor rosionsschutz dar. Wird Wasserstoff verwendet, so kann eine Reduktion von oxidischen Verunreinigungen auf den Oberflä chen des Gegenstandes erreicht werden. Eine weitere Möglich keit stellt die Zufuhr gasförmiger Monomere für eine Polyme risation dar, da unter der ionisierenden Wirkung der Strah lung eine radikalische Polymerisation auf den Oberflächen stattfindet. So führt beispielsweise die Zufuhr von Hexafluorethan zu einer Polymerschicht auf den zu behandeln den Oberflächen und somit zu einem sehr wirkungsvollen Ver schleißschutz. Auch eine Kombination verschiedener Gase in nerhalb eines oder mehrerer Prozeßschritte ist denkbar.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrich tung dargestellt, wobei die Bezugszeichen der bereits im er sten Ausführungsbeispiel beschriebenen Komponenten beibehal ten werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung weist zwei Arbeits kammern 40, 42 auf, wobei die eine Arbeitskammer 40 die Rohr- oder Schlauchverbindungen 21, 22, 24 für die Zufuhr eines Lösungsmittels aufweist und die andere Arbeitskammer 42 die Hochfrequenzantenne 34. Dies ermöglicht eine Entkopp lung von Lösungsmittel- und Plasmabehandlung des Gegenstan des. Die Arbeitskammern 40, 42 sind durch eine Schleuse 44 miteinander verbunden, die einen Transfer des Gegenstandes von der Arbeitskammer 40 in die Arbeitskammer 42 auch bei voneinander abweichenden Innendrücken der Arbeitskammern 40, 42 ermöglicht.

Die Arbeitskammer 42 kann eine achte Rohr- oder Schlauchver bindung 28 aufweisen, die eine separate Entlüftung und die Einstellung eines niedrigen Innendrucks von 0.01 bis 1 mbar in der Arbeitskammer 42 zuläßt. Der Vorteil dieser Ausfüh rungsform ist darin zu sehen, daß das in beiden Arbeitskam mern unterschiedliche Druckniveau dauerhaft gehalten werden kann und die Taktzeit für die Behandlung eines Gegenstandes durch das Wegfallen einer Evakuierung der Arbeitskammer nach der Spülung mit einem Lösungsmittel und vor der Plasmabe handlung verkürzt wird.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei spiel beschränkt, sondern es sind je nach Verwendungszweck neben den beschriebenen auch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung denkbar. So kann beispielsweise eine kontinuierliche Beschickung der Arbeitskammern 40, 42 vorge sehen sein. Des weiteren kann auch eine Anwendung von Normaldruckplasmaverfahren zum Einsatz kommen.

Bei der Verwendung mehrerer Lösungsmittel bzw. wässriger Reinigungsmedien zur Lösungsmittelbehandlung eines Gegen standes kann beispielsweise für jedes Agens ein separater Vorratstank, ein Filter und/oder eine Destillationsvorrichtung vorgesehen sein, die über entsprechende Rohr- oder Schlauchverbindungen mit der Arbeitskammer verbunden sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Gegenstandes bei Unterdruck, mit wenig stens einer Arbeitskammer zur Aufnahme des Gegenstandes und mit Mitteln zur Erzeugung eines Plasmas in der Arbeitskam mer, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Mittel (21, 22, 24) vorgesehen ist, über das der Arbeitskammer (10, 40) ein Lösungsmittel zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das weitere Mittel (21) der Arbeitskammer (10, 40) ein Lösungsmittel aus einem Vorratstank (12) zuführbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß durch das weitere Mittel (22) der Arbeitskam mer (40) entnommenes und mittels eines Filters (16) gerei nigtes Lösungsmittel der Arbeitskammer (10, 40) zuführbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das weitere Mittel (24) der Ar beitskammer (10, 40) entnommenes und mittels einer Destillationsvorrichtung (18) gereinigtes Lösungsmittel der Arbeits kammer (10, 40) zuführbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel der Arbeitskammer (10, 40) gasförmig zuführbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Arbeitskammern (40, 42) vorgesehen sind, wobei sich in der einen Arbeitskammer (42) die Mittel zur Erzeugung eines Plasmas befinden und die wei tere Arbeitskammer (40) das weitere Mittel (21, 22, 24) auf weist, und daß beide Arbeitskammern (40, 42) über eine Schleuse (44) miteinander verbunden sind.

7. Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Ober flächen eines Gegenstandes, insbesondere mittels einer Vor richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Gegenstand zunächst einer Arbeitskammer (10, 40) der Vorrichtung zugeführt wird, dann einer Spülung mit Lösungsmittel unterzogen und getrocknet wird, und daß der Gegenstand anschließend innerhalb der Vorrichtung einer Plasmabehandlung unterzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülung mit Lösungsmittel und die Plasmabehandlung nacheinander in derselben Arbeitskammer (10) durchgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Spülung mit Lösungsmittel in einer ersten Arbeitskammer (40) durchgeführt wird und der Gegenstand an schließend über eine Schleuse (44) einer weiteren Arbeits kammer (42) zugeführt und der Plasmabehandlung unterzogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein Kohlenwasserstoff gemisch, ein Glycolether, ein Polyglycol, ein Pflanzenöl ester, ein Terpen, N-Methylpyrrolidon oder ein Alkoxyalkohol ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spülung mit Lösungsmittel für 5 bis 10 Mi nuten bei einem Druck von 0.05 bis 0.5 bar, insbesondere bei 0.1 bar durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß während der Spülung mit Lösungsmittel eine Be handlung mit Ultraschall erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Plasmabehandlung für 5 bis 20 Minuten bei einem Druck von 1 . 10^-5 bis 1 . 10^-3 bar durchgeführt wird.