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Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung
und ein Verfahren zur Plasmabeschichtung von Werkstücken, insbesondere
eine Beschichtungsvorrichtung mit mehreren Beschichtungsplätzen und ein
Verfahren zur gleichzeitigen Beschichtung mehrerer Werkstücke.
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Die Barriereeigenschaften von Kunststoffbehältern wie
etwa Kunststoffflaschen können
durch Barriereschichten auf der Innen- oder Außenoberfläche solcher Behälter erheblich
verbessert werden. Auf diese Weise können beispielsweise Lebensmittel vor
den Einwirkungen von Sauerstoff geschützt werden, welcher durch die
meisten Kunststoffarten verhältnismäßig gut
hindurchdiffundiert.
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Derartige Beschichtungen können unter
anderem mittels verschiedener CVD-Verfahren (CVD: "Chemical Vapor Deposition", chemische Dampfphasenabscheidung)
auf den Behälterwandungen
abgeschieden werden. Das Plasma wird dazu im allgemeinen bei niedrigem
Druck in einer Gasatmosphäre
gezündet,
welches einen Precursor-Gas aufweist. Die im Plasma entstehenden
Reaktionsprodukte schlagen sich dann auf dem zu behandelnden Werkstück als Beschichtung
nieder. Die für
die Zündung
des Plasmas notwendige Niederdruckatmosphäre erfordert es, die Umgebung
des Werkstückes
zu evakuieren. Dies kann beispielsweise durch geeignete Schleusen
geschehen, oder auch indem das Werkstück in den Reaktorraum unter
Normaldruck eingebracht und dieser dann anschließend evakuiert wird. Die Gestaltung
der Überführung des
Werkstücks
von einer Normaldruck-Atmosphäre
in eine Niederdruckatmosphäre
oder ein Vakuum ist dementsprechend ein Kernproblem hinsichtlich
der Prozeßgeschwindigkeit
und der Kosten für
eine CVD-Beschichtung.
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Aus der WO 01/31680 A1 ist eine Vorrichtung
für die
Niederdruck-Plasmabehandlung von Behältern bekannt, bei welcher
die Behandlungsstation einen feststehenden Hohlraum beinhaltet,
welcher mit einem abnehmbaren Deckel verschlossen und geöffnet werden
kann, wobei der Deckel einen Verbindungskanal aufweist, der in geschlossenem
Zustand der Behandlungsstation eine Verbindung zu einem Vakuumkreislauf
herstellt. Dabei werden die zu beschichtenden Behälter in
den feststehenden Hohlraum eingesetzt und dann der Deckel verschlossen, woraufhin
der Hohlraum evakuiert werden kann.
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Diese Konstruktion ist jedoch insofern
nachteilig, als der zu beschichtende Behälter mit einer komplizierten
Bewegung entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen in den
Hohlraum befördert werden
muß. Zudem
ist der Behälter
im Hohlraum bis auf die in geschlossenem Zustand vom Deckel abgedeckte Öffnung allseitig
von den Hohlraumwandungen umgeben und läßt sich so nach erfolgter Beschichtung
für eine
Weiterbeförderung
nur schwer greifen. Weiterhin ist der mögliche Durchsatz durch eine
derartige Vorrichtung begrenzt, da der Bewegungsablauf für jeden
einzelnen Behälter
pro Beschichtungsvorgang wiederholt werden muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Beschichtungsvorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen,
mit welchen die Beförderung von
Werkstücken
aus und in den Beschichtungsreaktor vereinfacht und einen großen Durchsatz
ermöglicht
wird. Diese Aufgabe wird bereits in überraschend einfacher Weise
durch eine Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, sowie ein Verfahren zur
Plasmabeschichtung von Werkstücken
gemäß Anspruch
19 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Dementsprechend umfaßt eine
erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung
zur Plasmabeschichtung von Werkstücken mit
- – einen
Reaktor mit einem beweglichen Hülsenteil und
einer Grundplatte, wobei zwischen Hülsenteil und Grundplatte in
aneinandergefügter
Position zumindest eine abgedichtete Beschichtungskammer definiert
wird, sowie
- – einer
Einrichtung zur Einleitung elektromagnetischer Energie in die zumindest
eine Beschichtungskammer. Der Reaktor weist außerdem zumindest zwei Beschichtungsplätze auf.
Auf diese Weise wird es erreicht, daß zumindest zwei Werkstücke gleichzeitig
zugeführt,
beschichtet und wieder herausgenommen werden können. Die erfindungsgemäße Anordnung
mit beweglichem Hülsenteil
erleichtert dabei den Bewegungsablauf für das Einsetzen und Herausnehmen
der Werkstücke.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Plasmabeschichtung
von Werkstücken,
welches insbesondere in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Reaktor
mit einem beweglichen Hülsenteil
und einer Grundplatte durchgeführt
werden kann, sieht entsprechend vor,
- – zumindest
zwei zu beschichtende Werkstücke auf
der Grundplatte anzuordnen,
- – das
Hülsenteil
mit der Grundplatte durch Bewegen des Hülsenteils zusammenzufügen, so
daß in aneinander-
oder zusammengefügter
Position zumindest eine abgedichtete Beschichtungskammer zwischen
Hülsenteil
und Grundplatte definiert wird, in welcher sich wenigstens eines
der Werkstücke
befindet,
- – die
Beschichtungskammer zu evakuieren,
- – Prozeßgas einzuleiten,
und
- – ein
Plasma durch Einleiten elektromagnetischer Energie zu erzeugen.
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Dadurch, daß der Beschichtungsvorgang gleichzeitig
für zwei
oder mehr Werkstücke
durchgeführt
wird, kann der Durchsatz durch die Vorrichtung um einen entsprechenden
Faktor erhöht
werden. Da das Hülsenteil
beweglich gegenüber
einer feststehenden Grundplatte ausgeführt ist, sind die Beschichtungsplätze für die Werkstücke gut
zugänglich. Die
Werkstücke
müssen
aufgrund des beweglichen Hülsenteils
nicht in dieses eingeführt
werden, sondern können
in einfacher Weise an oder auf der Grundplatte angeordnet werden,
wobei sich Hülsenteil
dann beim Schließen über die
Werkstücke
stülpt.
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Die Erfindung erlaubt außerdem eine
Konstruktion einer Beschichtungsanlage mit geringen bewegten Massen,
da lediglich das Hülsenteil
bewegt werden muß.
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Vorteilhaft kann das Hülsenteil
zum Öffnen und
Verschließen
der Beschichtungskammer im wesentlichen senkrecht mittels einer
entsprechenden Führung
des Hülsenteils
zur Grundplatte bewegt werden, um eine möglichst freie Zugänglichkeit
zu den Beschichtungsplätzen
zu schaffen..
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Besonders vorteilhaft ist es außerdem,
wenn die Grundplatte Versorgungskanäle aufweist und das Evakuieren
und/oder Belüftung
und/oder das Zuführen
von Prozessgas durch diese Versorgungskanäle erfolgt. Da die Grundplatte
beim Öffnen
und Schließen
des Reaktors bezüglich
der Beschichtungsvorrichtung in Ruhe bleibt, können auf diese Weise dynamische, beziehungsweise
bewegte Vakuumverbindungen, wie zum Beispiel Wellschläuche, und
bewegte Dichtungen weitestgehend vermieden werden. Gerade diese
Anordnung ermöglicht
eine robuste, wartungsarme Konstruktion mit wenigen beweglichen
Teilen. Außerdem
können
so Ventile, die zur Steuerung und Schaltung der Gaszuflüsse und
Abfuhren eingesetzt werden, direkt an der Grundplatte nahe den Beschichtungskammern
angeordnet werden. Daraus ergibt sich ein geringes Totvolumen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform
werden zumindest zwei voneinander getrennte Beschichtungskammern
zwischen Hülsenteil
und Grundplatte definiert. Durch getrennte Beschichtungskammern
können
sich die in den einzelnen Beschichtungsplätzen gezündeten Plasmen nicht gegenseitig
beeinflussen und stören.
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Es ist aber gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung auch möglich,
eine gemeinsame Beschichtungskammer für zumindest zwei Beschichtungsplätze vorzusehen.
Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Werkstücke in einem
gemeinsamen Plasma beschichtet werden.
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Die Einrichtung zur Einleitung elektromagnetischer
Energie weist bevorzugt wenigstens einen Zuführungsleiter auf, welcher die
elektromagnetischen Felder in die Beschichtungskammer leitet. Dieser
kann zum Beispiel in eine Öffnung
im Hülsenteil eingreifen.
Zur Abdichtung der Öffnung
kann deren Rand und/oder der Leiter, etwa an einem Dichtungskragen
mit einer Dichtung versehen sein.
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Für
das Zünden
und Aufrechterhalten des Plasmas werden im allgemeinen Mikrowellen
oder Hochfrequenzfelder verwendet. Um diese Wellen transportieren
zu können,
umfaßt
der zumindest eine Zuführungsleiter
bevorzugt einen Hohlleiter und/oder einen Koaxialleiter.
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Vorteilhaft kann das Hülsenteil
zum Öffnen und
Schließen
der Beschichtungskammer entlang des oder der Zuführungsleiter beweglich ausgestaltet sein,
beziehungsweise zum Öffnen
und Schließen entlang
des Zuführungsleiters
zur Zuführung
elektromagnetischer Energie bewegt werden. Auf diese Weise kann
der Zuführungsleiter
gleichzeitig als Führung
für das
Hülsenteil
dienen.
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Bevorzugt kann ferner die Einrichtung
zur Einleitung elektromagnetischer Energie außerdem zumindest eine Einrichtung
zur Erzeugung von elektromagnetischer Energie umfassen. Die für die Plasmaerzeugung
verwendeten Felder werden so direkt in der Beschickungsvorrichtung
erzeugt, so daß eine Zuführung von
Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen, die unter Umständen über schlecht
handhabbare flexible Leiter geschehen müßte, entfallen kann. Dies ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn die Beschichtungsvorrichtung
auf einer Transporteinrichtung einer Beschichtungsanlage bewegt
wird.
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Vorzugsweise umfaßt das Einleiten elektromagnetischer
Energie das Einleiten von Mikrowellen, um große Energiemengen in das Plasma
einbringen zu können.
Dazu kann die Einrichtung zur Erzeugung von elektromagnetischer
Energie vorteilhaft zumindest einen Mikrowellenkopf umfassen. Dieser
kann beispielsweise ein Magnetron als Mikrowellenquelle aufweisen.
Besonders geeignet ist für
die vom Mikrowellenkopf erzeugten Mikrowellen dabei eine Frequenz
von 2,45 GHz.
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Mit Vorteil kann die Einrichtung
zur Einleitung elektromagnetischer Energie außerdem auch eine Einrichtung
zur Aufteilung der elektromagnetischen Energie, beispielsweise in
Form einer Hohlleiter- oder Impedanzstruktur umfassen. Mit einer
solchen Einrichtung kann die von einer Quelle erzeugte Energie auf
mehrere Beschichtungsplätze
oder Beschichtungskammern verteilt werden. Eine solche Einrichtung
kann beispielsweise eine Hohlleiter- oder Impedanzstruktur umfassen,
wie sie in der früheren
deutschen Patentanmeldung mit der Nummer 101 38 693.1-52, deren
Offenbarung vollständig
auch zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird, beschrieben ist
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ein gepulstes Plasma durch Zuführen gepulster
elektromagnetischer Energie erzeugt. Dementsprechend umfaßt die Einrichtung
zur Erzeugung von elektromagnetischer Energie bei dieser Ausführungsform
der Erfindung eine Einrichtung zur Erzeugung gepulster elektromagnetischer
Energie. Mittels gepulster elektromagnetischer Energie läßt sich
ein gepulstes Plasma zur Anwendung des Plasmaimpuls-CVD- oder PICVD-Verfahrens
(PICVD = Pulse Induced Chemical Vapor Deposition als Beschichtungsverfahren
erzeugen. Gegenüber
der plasmaunterstützten
chemischen Dampfphasenabscheidung (PECVD), bei welcher das Plasma
kontinuierlich aufrechterhalten wird, ist das PICVD-Verfahren unter
anderem deshalb vorteilhaft, weil sich mit diesem Verfahren die
Aufheizung der temperaturempfindlichen Kunststoffe reduzieren läßt. Außerdem wird
während
der Zeitphasen außerhalb
der Pulse, in denen kein Plasma angeregt ist, ein Gasaustausch ermöglicht.
Dies führt
zu besonders reinen Schichten, da unerwünschte Reaktionsprodukte in den
Pulspausen abgeführt
und neues Precursor-Gas zugeführt
werden können.
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Eine Hauptanwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
liegt in der Beschichtung hohlkörperförmiger Werkstücke, wobei
dazu die Beschichtungsplätze
vorteilhaft zur Aufnahme solcher Werkstücke ausgebildet sein können. Die
Beschichtungsplätze können dabei
insbesondere zur Aufnahme von Flaschen, Ampullen, Kalotten oder
Glühbirnenkörpern ausgebildet
sein. Ebenso ist aber auch eine Beschichtung massiver Körper, wie etwa
massiver Kunststoff-Formteile mit der Beschichtungsvorrichtung möglich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere
auch zur Innenbeschichtung hohlkörperförmiger Werkstücke ausgelegt
sein. Demgemäß wird nach
der Evakuierung in den Innenraum Prozeßgas eingeleitet, so daß es bei
Einstrahlung oder Zuführung
elektromagnetischer Energie dort zu einer Zündung eines Plasmas und dem
Abscheiden einer Beschichtung an den Innenwandungen der Werkstücke kommt.
Dazu ist es auch von Vorteil, wenn die Beschichtungsplätze Dichtungen
zur Abdichtung des Innenraums der hohlkörperförmigen Werkstücke aufweisen.
Durch die Abdichtung des Innenraums von der Umgebung wird die Möglichkeit
geschaffen, im Innenraum der Werkstücke und deren Umgebung unterschiedliche
Atmosphären
und/oder Drücke
bereitzustellen. Beispielsweise kann die Umgebung des Werkstücks und
dessen Innenraum simultan evakuiert werden, wobei der Innenraum
bis zu einem Basisdruck, typischerweise < 0,1mbar, evakuiert wird und die Umgebung
des Werkstücks
entweder i) ebenfalls unterhalb des Basisdrucks oder ii) auf einen festen
Außendruck
zwischen 10 und 100mbar abgepumpt wird.
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Anschließend kann beispielsweise im
Innenraum das Prozessgas eingefüllt
werden. Für
eine reine Innenbeschichtung wird entsprechend nur dem Innenraum
Prozeßgas
zugeführt.
Auf diese Weise kann beispielsweise selektiv nur im Innenraum ein Plasma
erzeugt werden, da die Gasdichte in der Umgebung für die Plasmabildung
nicht ausreicht.
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Um solche separat kontrollierbaren
atmosphärische
Bedingungen schaffen zu können,
ist es von Vorteil, wenn beispielsweise die Grundplatte separate
Versorgungskanäle
zur Evakuierung und/oder Belüftung
und/oder Zuführung
von Prozessgas für den
Innenraum und die Umgebung der hohlkörperförmigen Werkstücke aufweist.
Dabei können
auch beispielsweise die Versorgungskanäle zwei oder mehrerer Beschichtungsplätze über gemeinsame weitere
Versorgungskanäle
oder Versorgungsleitungen zusammengeschaltet sein. Dies reduziert
die effektive Gesamtlänge
und Wandfläche
der Versorgungskanäle
und erhöht
dadurch die Pumpleistung und den Gasdurchfluss.
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Ebenso günstig für den Gasdurchfluss, hier speziell
für den
Durchfluss von Prozessgas ist es, wenn die Zuführung oder Einleitung von Prozessgas in
eine Beschichtungskammer über
zumindest eine Gaslanze erfolgt. Die Gaslanze kann so angeordnet sein,
dass sich deren eine oder mehrere Öffnung sich im Plasma befinden.
Auf diese Weise werden die Transportwege des Precursorgases im Plasma
kurz gehalten, so dass es sich in möglichst kurzer Zeit möglichst
gleichmäßig verteilt.
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Die Gaslanze kann herein- und herausfahrbar
ausgestaltet sein. Dies ist beispielsweise bei Innenbeschichtungen
von Hohlkörpern
sinnvoll, wenn die Gaslanze in das Innere des hohlkörperförmigen Werkstücks hineinragt
und so beim Einsetzen oder Herausnehmen behindern würde. In
diesem Fall kann die Gaslanze aus dem Innenraum des Werkstücks vor
dem Herausnehmen herausgezogen und nach dem Einsetzen eines weiteren
Werkstücks
wieder in dieses eingeführt
werden.
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In besonders einfacher Weise kann
die Bewegung der Gaslanze und auch insbesondere des Hülsenteils über mechanische
Steuerkurven vermittelt werden. Diese können an einer Beschichtungsanlage
angebracht sein und beispielsweise die Bewegung von Hülsenteil
und/oder Gaslanze über
an diesen angebrachte Kurvenrollen vermitteln. Die Steuerung des Öffnungs-
und Schließvorgangs
eines Beschichtungsreaktors mit mechanischen Steuerkurven, sowie
weitere konstruktive Details sind außerdem ausführlich in der deutschen Anmeldung
mit der Nummer 102 28 898.4 beschrieben, deren Offenbarung vollumfänglich auch
zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird.
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Im folgenden wird die Erfindung näher anhand
bevorzugter Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
Teile.
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Es zeigen:
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1A eine
Querschnittansicht durch eine Ausführungsform der Erfindung,
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1B eine
Variante der in 1A gezeigten
Ausführungsform
mit einzelnem Mikrowellenkopf zur gemeinsamen Versorgung der Beschichtungskammern,
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2 eine
weitere Variante der in 1A gezeigten
Ausführungsform
mit gemeinsamer Beschichtungskammer für zwei Beschichtungsplätze,
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3 eine
Querschnittansicht durch eine Ausführungsform der Erfindung mit
Steuerung des Öffnungs-
und Schließvorganges
durch mechanische Steuerkurven,
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4 eine
schematische Aufsicht auf eine Beschichtungsanlage mit einer Vielzahl
von erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtungen.
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In 1 ist
eine schematische Querschnittansicht durch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung
dargestellt, die als Ganzes mit 1 bezeichnet ist. Die Beschichtungsvorrichtung 1 umfasst
einen Reaktor 18 mit einer Grundplatte 33 und
einem beweglichen Hülsenteil 19,
sowie eine Einrichtung 2 zur Einleitung elektromagnetischer
Energie.
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In aneinandergefügter Position, wie sie in 1 dargestellt ist, werden
zwischen Hülsenteil 19 und
Grundplatte 33 zwei abgedichtete Beschichtungskammern 15, 17 gebildet,
welche jeweils einen Beschichtungsplatz 12, beziehungsweise 14 für ein Werkstück darstellen
und in welche für
die Beschichtung zum Zünden
des Plasmas elektromagnetische Energie eingeleitet wird. Dementsprechend
können bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform
zwei Werkstücke
gleichzeitig behandelt werden. Durch die Trennung der Kammern wird
eine gegenseitige Beeinflussung der Plasmen während der Beschichtung vermieden.
Die Abdichtung der Beschichtungskammern 15, 17 des
Reaktors 2 gegenüber
der Umgebung wird dazu durch Dichtungen 29 und 31 hergestellt,
welche zwischen Grundplatte 33 und Hülsenteil 19 angeordnet
sind.
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Um Werkstücke 15 und 17,
zu beschichten, werden diese auf der Grundplatte 33 angeordnet,
das Hülsenteil 19 anschließend mit
der Grundplatte 33 durch Bewegen des Hülsenteils 19 zusammengeführt, so
daß in
zusammengefügter
Position beider Teile abgedichtete Beschichtungskammern 15, 17 zwischen
Hülsenteil 19 und
Grundplatte 33 definiert werden, in welcher sich die Werkstücke 25, 27 befinden,
die Beschichtungskammern 15, 17 evakuiert, Prozeßgas eingeleitet,
und schließlich
ein Plasma durch Einleiten elektromagnetischer Energie erzeugt, so
daß sich
eine CVD-Beschichtung auf den an das Plasma angrenzenden Oberflächen der
Werkstücke ausbildet.
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Die Einrichtung 2 zur Einleitung
elektromagnetischer Energie umfaßt außerdem eine Einrichtung zur
Erzeugung elektromagnetischer Energie aus zwei Mikrowellenköpfen 3 und 5,
einen Rechteckhohlleiter 4 und zwei von diesem abzweigende
Zuführungsleitungen 7 und 9 auf,
die bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
als Koaxialleiter ausgebildet sind. Die Mikrowellenköpfe erzeugen
bevorzugt Mikrowellen mit der postalisch zugelassenen Frequenz 2,45
GHz.
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Eine Variante der in 1A dargestellten Ausführungsform ist in 1B dargestellt. Diese Variante
weist nur einen einzelnen Mikrowellenkopf 3 auf. Dabei
sind beide Beschichtungskammern 15, 17 an den
einzigen Mikrowellenkopf angeschlossen. Mittels einer Impedanzstruktur
oder Hohlleiterstruktur 10, wie sie beispielsweise in der
deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 101 38 693.1-52 beschrieben ist,
wird dann die Mikrowellenenergie auf die einzelnen Beschichtungskammern 15, 17 verteilt.
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Das Hülsenteil 19 wird bei
den in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsformen
zum Öffnen
und Verschließen
der Beschichtungskammer im wesentlichen senkrecht zur Grundplatte 33 entlang der
Richtung A bewegt. Die Richtung A verläuft dabei entlang der Zuführungsleiter 7 und 9,
so dass das Hülsenteil
entlang der Zuführungsleiter
beweglich ist. Die Leiter dienen dabei gleichzeitig als Führung für das Hülsenteil.
Zum Öffnen
und Schließen
der Beschichtungskammern 15, 17 wird dementsprechend das
Hülsenteil 19 bewegt,
während
die Grundplatte 33 festgehalten wird.
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Das Hülsenteil 19 weist
ferner Öffnungen 6 und 8 auf,
in welche die Zuführungsleiter 7 und 9 der Einrichtung 2 zur
Einleitung elektromagnetischer Energie eingreifen. Die Koaxialleiter,
beziehungsweise Zuführungsleiter 7 und 9 sind
mit Dichtungskragen 71 und 91 versehen, welche
beim Schließen
der Beschichtungskammern 15, 17 gegen Dichtungen 21 und 23 gepresst
werden, die am Hülsenteil 19 angebracht
sind und so die Beschichtungskammern 15 und 17 vakuumdicht
verschließen.
Die Koaxialleiter 7, 9 sind außerdem mit dielektrischen Fenstern 11 und 13 für die Einkopplung
der Mikrowellen in den Niederdruck- oder Vakuumbereich des Reaktors 18 versehen.
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Die in 1 gezeigte
Ausführungsform
ist speziell für
die Beschichtung von hohlkörperförmigen Werkstücken 25 und 27 ausgebildet,
wobei in 1 beispielhaft
Flaschen als Werkstücke
dargestellt sind. Die Grundplatte 33 weist Dichtungen 51 und 53 auf,
welche das Innere der hohlkörperförmigen Werkstücke 25 und 27 gegenüber der
Umgebung vakuumdicht abschließen.
Damit können
innen und außerhalb
des Werkstücks
unterschiedliche Drücke
eingestellt werden, beispielsweise um eine reine Innenbeschichtung
oder auch eine reine Außenbeschichtung oder
unterschiedliche Beschichtungen im Innenraum und auf der Außenoberfläche der
Werkstücke 25, 27 herstellen
zu können.
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Für
die Außenbeschichtung
können
dazu Versorgungskanäle 46 vorgesehen
sein, welche in die Beschichtungskammern 15, 17 der
Beschichtungsplätze 12, 14 einmünden und über ein
Ventil 74 mit einer nicht dargestellten Gasversorgung verbunden
sind. Nach der Evakuierung der Beschichtungskammern 15, 17 kann
dann über
die Kanäle 46 Prozeßgas auch
der Umgebung der Werkstücke
zugeführt
und durch Zündung
eines Plasmas in diesem Bereich auch eine äußere Beschichtung vorgenommen
werden.
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Um die Beschichtungskammern 15, 17 evakuieren
und belüften
zu können,
sind in der Grundplatte Versorgungskanäle 35, 37, 39, 41, 43 und 45 vorgesehen.
Die Anordnung der Versorgungskanäle im
feststehenden Teil der Beschichtungsanlage, und zwar der Grundplatte 33,
werden dynamische Dichtungen oder bewegte Zuleitungen vermieden.
Die Versorgungskanäle 5, 37, 39, 41, 43 und 45 können dabei
sowohl als Abpumpkanäle
zur Evakuierung und Abfuhr von Prozeßgas, als auch als Belüftungskanäle zur Belüftung der
Beschichtungskammern vor dem Herausnehmen der Werkstücke dienen.
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Damit sich unterschiedlichen Drücke oder Gasatmosphären im Innenbereich
und der Umgebung der Werkstücke
herstellen lassen, weist die Grundplatte separate Versorgungskanäle zur Evakuierung
und Belüftung
für den
Innenraum 22, 24 der Werkstücke einerseits und die Umgebung
der hohlkörperförmigen Werkstücke 25, 27 andererseits
auf. Im einzelnen dienen dabei die Versorgungskanäle 43 und 45 zur
Evakuierung und Belüftung
der Umgebung und die Versorgungskanäle 37, 39 zur
Evakuierung und Belüftung
des Innenraums 22, 24 der Werkstücke 15, 17.
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Ferner sind die Versorgungskanäle 43, 45 für die Umgebung
und die Versorgungskanäle 37, 39 für den Innenbereich
beider Beschichtungsplätze
jeweils zusammengeschaltet und münden
in einen gemeinsamen Versorgungskanal 41 für die Umgebung,
beziehungsweise einen Versorgungskanal 35 für die Innenräume 22, 24 der
Werkstücke.
Dies reduziert die erforderlichen Biegungen in den Versorgungskanälen, sowie
deren Gesamtlänge
und erhöht
dementsprechend den Leitwert.
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Die Zuführung des Prozeßgases für die Innenbeschichtung
der Werkstücke 25, 27 erfolgt über Gaslanzen 55 und 57,
die während
der Beschichtung in das Innere der Werkstücke hineinragen. Diese sind bei
der in 1A dargestellten
Ausführungsform
mittels dynamischer, an der Grundplatte 33 angeordneter
Dichtungen 47, beziehungsweise 49 gegenüber der
Umgebung der Beschichtungsvorrichung 1 abgedichtet. Der
Fluß des
Prozeßgases
wird durch ein Ventil 60 ein- und ausgeschaltet und geregelt.
Bei der in 1B dargestellten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die Dichtungen 47, 49 an den Gaslanzen 55, 57 befestigt
und die Dichtungsringe der Dichtungen 47, 49 axial
angeordnet, so daß die
Gaslanze bei Aus- und Einfahren nicht am Dichtungsring reibt. Dementsprechend
erfolgt hier keine dynamische Dichtung, sondern der Dichtring dichtet
beim Hereinfahren der Gaslanze dann ab, wenn er in herangefahrener
Position der Gaslanzen angedrückt
wird.
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An den Zuführungskanal 35 für die Evakuierung
der Innenräume 22, 24 der
Werkstücke 25, 27 sind
außerdem
Pumpeinrichtungen 63, 65 und 67 über Ventile 62, 64 und 66 angeschlossen.
Dabei dient die Pumpeinrichtung 63 für die Abfuhr von Prozeßgas und
die Pumpeinrichtungen 65 und 67 für die Evakuierung,
wobei die Pumpeinrichtungen unterschiedliche Enddrücke erreichen
können
und zur Evakuierung und der Abfuhr von Prozeßgas nacheinander zugeschaltet
werden, so daß ein
mehrstufiges Pumpsystem realisiert wird. Selbstverständlich können aber
auch einstufige Pumpsysteme oder Systeme mit noch mehr Stufen verwendet
werden. Vorteilhaft kann die erste Pumpstufe unter Verwendung der
Pumpeinrichtung 67 für
eine Evakuierung ausgehend von Atmosphärendruck bis auf etwa 50 mBar
ausgelegt sein. Als weitere Pumpstufe kann dann mittels der Pumpeinrichtung 65 dann
ausgehend von dem mit der ersten Pumpstufe erreichten Druck bis
auf den Basisdruck abgepumpt werden, der typischerweise in einem
Bereich zwischen 0,1 bis 0,3 liegt. Alternativ kann, insbesondere
um nur eine Innenbeschichtung der Werkstücke vorzunehmen, der Innenraum 22, 24 der
Werkstücke 15, 17 bis
zu einem Basisdruck < 0,1mbar
und die Umgebung der Werkstücke 15, 17 auf
einen festen Außendruck
zwischen 10 und 100mbar abgepumpt werden. Auf diese Weise muß außen nicht
der Basisdruck erreicht werden. Dadurch läßt sich unter anderem die Pumpzeit
durch Verringern des Pumpvolumen nach Erreichen des Außendruck-Niveaus verkürzen, da
ab diesem Punkt nur noch der Innenraum gepumpt werden braucht.
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Schließlich wird einströmendes Prozeßgas mit
einer dritten Pumpstufe mit der Pumpeinrichtung 63 abgesaugt
und so ein Gasaustausch von Prozeßgas und eine Stabilisierung
des Drucks in den Beschichtungskammern erreicht.
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Der Versorgungskanal 41 ist
ferner über
eine mit einem Ventil 73 geschaltete Bypass-Leitung 75 mit
dem Versorgungskanal 35 verbunden. Auf diese Weise können auch
die Umgebungen der Werkstücke
in den Beschichtungskammern 15, 17 evakuiert werden.
Dazu wird während
des Abpumpvorgangs mittels des Ventils 73 die Bypass-Leitung 75 geöffnet, so
daß die
Pumpeinrichtungen 65 und 67 über diese Leitung mit den Versorgungskanälen 43 und 45 verbunden
werden. Nach Abschluß der
Evakuierung werden dann die Ventile 73, 66 und 64 geschlossen und
Prozeßgas
strömt
nach Öffnen
des Ventils 60 über
die Lanzen 55, 57 in die Innenräume der
Werkstücke
und wird nach Öffnen
des Ventils 62 durch die Pumpeinrichtung 63 kontinuierlich
abgepumpt. Ferner strömt
nach Zünden
des Plasmas ständig
frisches Gas über
die Gaslanzen 55 und 57 und/oder die Kanäle 46 ein
und verbrauchtes Gas und Reste von unverbrauchtem Prozessgas werden über das geöffnete Ventil 62 durch
die Pumpeinrichtung 63 abgepumpt.
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Nach abgeschlossener Beschichtung
können
dann durch Öffnen
der Ventile 61 und 77 sowohl die Innenräume, als
auch die umgebenden Beschichtungskammern 15, 17 belüftet werden.
Daraufhin herrscht Normaldruck in den Beschichtungskammern und den
Werkstücken
und der Reaktor kann ohne großen
Kraftaufwand geöffnet
werden.
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In 2 ist
eine Variante der in 1 gezeigten
Ausführungsform
dargestellt. Bei dieser Variante ist im Unterschied zu der anhand
von 1 beschriebenen
Ausführungsform
eine gemeinsame Beschichtungskammer 15 für zwei Beschichtungsplätze 12 und 14 vorgesehen.
Dazu weist das Hülsenteil 19 nicht
zwei getrennte Hülsen,
wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel,
sondern vielmehr eine gemeinsame Hülse auf, welche sich beim Schließen über beide
Werkstücke,
beziehungsweise über
beide Beschichtungsplätze stülpt. Dementsprechend
benötigt
die Beschichtungsvorrichtung auch nur einen Versorgungskanal 41 für die Evakuierung
und Belüftung
der Reaktorkammer oder Beschichtungskammer 15.
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In 3 ist
eine Querschnittansicht durch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei welcher das Öffnen
und Schließen
der Beschichtungskammern durch mechanische Steuerkurven bewerkstelligt
wird. Der Übersichtlichkeit
halber sind in 3 die
Zuführungskanäle, sowie
die Pumpen und Regelventile nicht dargestellt.
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Am Hülsenteil 19 der Beschichtungsvorrichtung 1 befindet
sich ein Arm 81. Am Arm 81 sind Kurvenrollen 84, 85 und 86 angeordnet.
Die Kurvenrollen 84, 85 und 86 umgreifen
eine mechanische Steuerkurve 80, an welcher die Beschichtungsvorrichtung 1 in
Transportrichtung vorbeigefahren wird. Die Steuerkurve 80 erstreckt
sich ebenfalls entlang der Transportrichtung und ist in geeigneter
Weise gebogen, so daß sich
deren Querschnittsprofil entlang der Richtung A verschiebt. Dadurch
wird beim Vorbeibewegen der Beschichtungsvorrichtung entlang der
Steuerkurve der Arm und das mit diesem verbundene Hülsenteil 19 ebenfalls
entlang der Richtung A bewegt, wodurch die Beschichtungskammern
zum Einsetzen von Werkstücken
in die Beschichtungsplätze 12 und 14 oder
zum Herausnehmen der Werkstücke
geöffnet
und geschlossen werden.
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In gleicher Weise kann auch die Bewegung der
Gaslanzen 55 und 57 gesteuert werden. Dazu sind
die Gaslanzen an einem Träger 78 befestigt,
an welchem ebenfalls ein Arm 83 angebracht ist. Der Arm 83 ist
wiederum mit Kurvenrollen 87, 88 und 98 versehen,
welche eine weitere mechanische Steuerkurve 82 umgreifen.
Die Bewegung der Gaslanzen erfolgt in analoger Weise, wie oben anhand
der Bewegung des Hülsenteils 19 beschrieben
wurde. Die Kanäle
in der Grundplatte 33, in denen sich die Gaslanzen 55 und 57 bewegen,
werden dabei durch dynamische Dichtungen 47 und 49 mit
einer Leckrate < 0,1
mbar l/s gasdicht gegen Atmosphäre
abgedichtet, so daß im
Rahmen der Leckrate kein Gas aus der Umgebung in das Innere der
hohlkörperförmigen Werkstücke 25 und 27 gelangen
kann. Anders als in 3 dargestellt,
können
auch nicht dynamische, an den Gaslanzen 55, 57 befestigten
Dichtungen 47, 49 mit axialem Dichtring verwendet
werden, wie sie anhand von 1B beschrieben
wurden.
-
In 4 ist
eine schematische Aufsicht auf eine Beschichtungsanlage 90 zum
Beschichten von Werkstücken 25 dargestellt,
die mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtungen 1 ausgestattet
ist. Die Beschichtungsanlage 90 umfasst eine Rundlauf-Transporteinrichtung
oder einen Rundläufer 91,
an welchem beispielhaft zwölf
der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtungen 1 angeordnet
sind. Die Beschichtungsanlage umfasst ferner eine feststehend montierte
Steuerkurve 80 zur Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs
der Beschichtungseinrichtungen 1.
-
Die Beschichtungseinrichtungen 1 weisen außerdem jeweils
Arme 81 auf, die wie anhand von 3 dargestellt wurde, an den jeweiligen
Hülsenteilen
der Reaktoren befestigt sind und durch Vorbeibewegen an der Steuerkurve 80 bewegt
werden.
-
Die Werkstücke 25 werden über eine
Förderschiene 94 einem
Zuteilrad 92 zugeführt,
welches dann die Werkstücke
zu den Beschichtungsplätzen der
Beschichtungsvorrichtungen 1 transportiert. Die Werkstücke werden
dann in geeigneten Aufnahmen in den Beschichtungsplätzen der
Beschichtungsvorrichtungen fixiert. Bei Drehung des Rundläufers werden
die Hülsenteile
durch Vorbeibewegen an der Steuerkurve wie oben beschrieben geschlossen
und die Beschichtungskammern der Reaktoren evakuiert. Im Falle hohlkörperförmiger Werkstücke können dann
ebenfalls über
eine Steuerkurve gesteuert Gaslanzen in die Werkstücke eingeführt werden.
Daraufhin wird Prozessgas eingelassen und die Beschichtung durch
Einstrahlung von Mikrowellen vorgenommen, während sich der Rundläufer 91 weiterdreht.
-
Nach abgeschlossener Behandlung der Werkstücke werden
dann, wieder vermittelt durch die Steuerkurve 80, die Hülsenteile
der Beschichtungsvorrichtungen 1 angehoben und die Kammern
geöffnet,
woraufhin die beschichteten Werkstücke 25 von einem Förderrad 93 abgenommen
und einer Transportschiene 96 für den Weitertransport zugeführt werden.
-
- 1
- Beschichtungsvorrichtung
- 2
- Einrichtung
zur Einleitung elektromagnetischer Energie
- 3,
5
- Mikrowellenköpfen
- 6,
8
- Öffnungen
in Hülsenteil
- 7,
9
- Zuführungsleiter,
Koaxialleiter
- 11,
13
- dielektrische
Fenster
- 12,
14
- Beschichtungsplätze
- 15,
17
- Beschichtungskammer
- 18
- Reaktor
- 19
- Hülsenteil
-
-
- 21,
23, 29, 31, 47, 49, 51, 53
- Dichtungen
- 22,
24
- Innenraum
hohlkörperförmiger Werkstücke
- 25,
27
- Werkstücke
- 33
- Grundplatte
-
-
- 35,
37, 39, 41, 43, 45, 46
- Versorgungskanäle
- 55,
57
- Gaslanze
-
-
- 60,
61, 62, 64, 66, 73, 74, 77
- Ventil
- 63,
65, 67
- Pumpeinrichtungen
- 71,
91
- Dichtungskragen
- 75
- Bypass-Leitung
- 78
- Träger für Gaslanzen
- 80,
82
- mechanische
Steuerkurven
- 81,
82
- Führungsarm
- 84–89
- Kurvenrollen
- 90
- Beschichtungsanlage
- 92,
93
- Zuteilrad
- 94,
96
- Förderschiene