DE10114115A1 - Anordnung zur Erzeugung von Plasma in einem Behandlungsraum - Google Patents

Abstract

Bei einer Anordnung zur Erzeugung von Plasma in einem Behandlungsraum, dem von außen Mikrowellen zugeführt werden, sind die Mikrowellen durch mindestens eine Öffnung in einer den Behandlungsraum mindestens teilweise umgebenden für Mikrowellen wirksamen Abschirmung zuführbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Plasma in einem Behandlungsraum, dem von außen Mikrowellen zugeführt werden.

Plasma wird unter anderem zur Aktivierung, Reinigung und Beschichtung von Oberflächen verschiedener Werkstücke und Materialien benötigt. Dazu wird meist ein mit geeignetem Gas gefüllter Behandlungsraum, in welchem Unterdruck herrscht, mit Mikrowellen beaufschlagt. Von manchen Werkstücken oder Werkstückhalterungen wird jedoch Mikrowellenenergie absorbiert, die zur Plasmabildung dann nicht mehr zur Verfügung steht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Erzeugung von Plasma in einem Behandlungsraum anzugeben, bei welcher auch unter den genannten ungünstigen Bedingungen die zugeführte Mikrowellenenergie weitgehend vollständig zur Plasmabildung genutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mikrowellen durch mindestens eine Öffnung in einer den Behandlungsraum mindestens teilweise umgebenden für Mikrowellen wirksamen Abschirmung zuführbar sind. Vorzugsweise haben die Öffnungen eine langgestreckte Form. Die erfindungsgemäße Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß Plasma dort erzeugt wird, wo es für die Behandlung jeweils benötigt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß der Behandlungsraum zylindrisch ist und daß die Abschirmung die Form eines Zylindermantels aufweist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Öffnung in Umfangsrichtung verläuft. Diese Form der Abschirmung ermöglicht zylinderförmige Wände des Behandlungsraumes, die gegen den von außen wirkenden Druck widerstandsfähig sind. Außerdem verteilt sich innerhalb der runden Abschirmung in der Ebene, die durch eine Öffnung gebildet wird, das Plasma relativ gleichmäßig.

Eine Weiterbildung dieser vorteilhaften Ausgestaltung besteht darin, daß mehrere über die Höhe verteilte Öffnungen vorgesehen sind. Dadurch ist eine weitgehend unabhängige Bildung von Plasma in mehreren Ebenen möglich. Dabei können die Abstände zwischen den Öffnungen gleich sein oder sich von Ebene zu Ebene ändern.

Aus konstruktiven Gründen ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Öffnung von Stegen unterbrochen ist. Es sind jedoch auch umlaufende Öffnungen denkbar, wobei die einzelnen Teile der Abschirmung dann über die Wand des Behandlungsraumes verbunden sein können.

Im Falle von Stegen ist es gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung günstig, wenn auf den Stegen Gasleitungen verlaufen. Damit können sowohl Leitungen für die Zuleitung als auch für die Ableitung von Gasen in die oder von den einzelnen Ebenen der Plasmabildungen vorgesehen sein. Diese Leitungen können ebenso wie die Abschirmung aus Aluminium bestehen, wobei übliche runde Rohre in Frage kommen oder in die Abschirmung eingearbeitete und abgedeckte Kanäle.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß der Behandlungsraum von einem mikrowellen-transparenten Gefäß gebildet ist und daß die Abschirmung innen an der Gefäßwand anliegt. Dies hat den Vorteil, daß die relativ dünnwandige Abschirmung an der ohnehin wegen der Druckverhältnisse stabilen Gefäßwand gehalten wird. Dies ist in besonders einfacher Weise möglich, wenn gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung die zylinderförmige Abschirmung durch eine achsparallele Fuge geteilt und derart ausgebildet ist, daß sie federnd an der Wand des Behandlungsraumes anliegt. Dabei ist vorzugsweise an der Fuge eine Verzahnung vorgesehen.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Behandlungsraum von einem mikrowellen-transparenten Gefäß gebildet ist und daß die Abschirmung außen an der Gefäßwand anliegt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß der Behandlungsraum von einem mikrowellen-transparenten Gefäß gebildet ist und daß die Abschirmung aus einer auf die Gefäßwand aufgebrachten metallischen Schicht besteht. Das Aufbringen der metallischen Schicht kann beispielsweise durch Galvanisieren oder Aufdampfen erfolgen. Die Schicht kann außen oder innen aufgebracht sein.

Eine günstige Einleitung von Mikrowellen ist dadurch möglich, daß die Breite der mindestens einen Öffnung wesentlich kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellen ist und/oder daß die Abstände von mehreren Öffnungen größer oder gleich einer halben Wellenlänge der Mikrowellen sind.

Diejenige Weiterbildung, bei welcher Öffnungen in mehreren Ebenen vorgesehen sind, kann durch eine bewegliche Werkstückhalterung ergänzt werden, welche mindestens ein zu behandelndes Werkstück nacheinander in Bereiche mehrerer Öffnungen transportiert.

Bei dieser Ausführungsform können in vorteilhafter Weise Mittel zur Erzeugung einer Gasströmung entgegen der Transportrichtung des mindestens einen Werkstückes vorgesehen sein.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn Mittel zur Steuerung der Zufuhr und/oder Abfuhr von Gasen in Abhängigkeit von der Stellung des Werkstückes vorgesehen sind.

Eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Plasmabildung in Umfangsrichtung ergibt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung dadurch, daß die Abschirmung von einer Kammer mit mindestens einer Mikrowellen-Zuführung umgeben ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 einen Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 die Abschirmung bei dem ersten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Die Ausführungsbeispiele sind schematisch dargestellt, wobei nicht zum Verständnis der Erfindung erforderliche Teile, insbesondere Zu- und Ableitungen, Evakuierungseinrichtungen und Dichtungen, nicht im einzelnen gezeigt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem mikrowellen-dichten Gehäuse 1, in welchem der Behandlungsraum aus mikrowellen-durchlässigem Material, beispielsweise Quarzglas, angeordnet ist. Der Behandlungsraum wird von einem Zylindermantel 2 und jeweils oben und unten von einer Scheibe 3 und 4 gebildet. An der Innenseite der zylindermantelförmigen Wand 2 liegt eine Abschirmung 5 an. Diese besteht aus Aluminiumblech, wobei die Blechstärke zum Verständnis der Zeichnung übertrieben dargestellt ist. In mehreren Ebenen weist die Abschirmung 5 Öffnungen 6, 7, 8, 9 auf, die jeweils von Stegen 10 unterbrochen sind.

Innerhalb des Behandlungsraumes steht die Abschirmung 5 auf "Füßen" 11, die unterhalb der Abschirmung eine weitere Öffnung 12 bilden. Ferner ist in dem Ausführungsbeispiel oberhalb der Abschirmung 5 eine weitere Öffnung 13 vorgesehen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Antennen 14, 15, 16, 17 vorgesehen, die jeweils achsparallel verlaufen und von denen in Fig. 1 nur zwei Anschlüsse 16' und 17' sichtbar sind.

Damit sich die Abschirmung 5 ohne weitere Maßnahmen an die Innenseite der Wand 2 fest anlegt und somit von der Wand gestützt wird, ist die Abschirmung in Längsrichtung bei 18 (Fig. 3) geschlitzt, so daß sie zur Einführung in den Behandlungsraum zusammengedrückt werden kann und sich dann aufgrund der Federkraft an die Wand 2 anlegt. Um eine Verschiebung der beiden Ränder des Schlitzes 18 zu vermeiden, sind die Ränder mit einer Verzahnung 19, 20 versehen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Werkstücke 25 durch mehrere Ebenen der erfindungsgemäßen Anordnung transportiert werden und dabei verschiedenen Prozessen unterworfen sind. Dazu ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel der Behandlungsraum 21 jeweils um einen Bereich 22, 23 zum Be- und Entladen einer Werkstückhalterung 24 erweitert. Die Werkstückhalterung 24 wird mit einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung in Pfeilrichtung durch den Behandlungsraum transportiert, so daß die Werkstücke 25 nach und nach einzelne Ebenen - im folgenden auch Behandlungszonen 26 bis 29 genannt - durchlaufen. An der Innenwand der Abschirmung 5 führen Gaszu- und -ableitungsrohre 30 in die einzelnen Behandlungszonen, wobei jeweils Gasaustrittsöffnungen oberhalb der Öffnungen 6 bis 9 und Absaugöffnungen unterhalb der Öffnungen 6 bis 9 vorgesehen sind. Die Gasaustrittsöffnungen und die Absaugöffnungen sind durch Pfeilspitzen gekennzeichnet. Im Bedarfsfall kann oben an der durch die Pfeilspitze 31 angegebenen Stelle ein Hintergrundgas zugeführt werden, das von oben nach unten strömt und unten abgesaugt wird. In den einzelnen Behandlungszonen 26 bis 29 können Prozesse, wie beispielsweise Reinigung, Aktivierung der Oberflächen und Beschichtung stattfinden.

Claims (18)

1. Anordnung zur Erzeugung von Plasma in einem Behandlungsraum, dem von außen Mikrowellen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen durch mindestens eine Öffnung (6, 7, 8, 9) in einer den Behandlungsraum (2, 3, 4) mindestens teilweise umgebenden für Mikrowellen wirksamen Abschirmung (5) zuführbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine langgestreckte Form aufweist.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum (2, 3, 4) zylindrisch ist und daß die Abschirmung (5) die Form eines Zylindermantels aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öffnung (6, 7, 8, 9) in Umfangsrichtung verläuft.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über die Höhe verteilte Öffnungen (6, 7, 8, 9) vorgesehen sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Öffnung (6, 7, 8, 9) von Stegen (10) unterbrochen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stegen (10) Gasleitungen (30) verlaufen.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum von einem mikrowellen-transparenten Gefäß (2, 3, 4) gebildet ist und daß die Abschirmung (5) innen an der Gefäßwand anliegt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmige Abschirmung (5) durch eine achsparallele Fuge (18) geteilt und derart ausgebildet ist, daß sie federnd an der Wand (2) des Behandlungsraumes anliegt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Fuge (18) eine Verzahnung (19, 20) vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum von einem mikrowellen-transparenten Gefäß gebildet ist und daß die Abschirmung außen an der Gefäßwand anliegt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum von einem mikrowellen-transparenten Gefäß gebildet ist und daß die Abschirmung aus einer auf die Gefäßwand auf gebrachten metallischen Schicht besteht.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der mindestens einen Öffnung (6, 7, 8, 9) wesentlich kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellen ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände von mehreren Öffnungen (6, 7, 8, 9) größer oder gleich einer halben Wellenlänge der Mikrowellen sind.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bewegliche Werkstückhalterung (24), welche mindestens ein zu behandelndes Werkstück (25) nacheinander in Bereiche (26, 27, 28, 29) mehrerer Öffnungen (6, 7, 8, 9) transportiert.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Gasströmung entgegen der Transportrichtung des mindestens einen Werkstückes (25) vorgesehen sind.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Steuerung der Zufuhr und/oder Abfuhr von Gasen in Abhängigkeit von der Stellung des Werkstückes vorgesehen sind.

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (5) von einer Kammer (1) mit mindestens einer Mikrowellen-Zuführung (14, 15, 16, 17) umgeben ist.