DE69216637T2

DE69216637T2 - Verfahren zur oberflächenbehandlung eines werkstückes

Info

Publication number: DE69216637T2
Application number: DE69216637T
Authority: DE
Inventors: Vladimir V Ivanov; Pavel P Kulik
Original assignee: OPA OVERSEAS PUBLISHERS ASS AM
Current assignee: OPA OVERSEAS PUBLISHERS ASS AM
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: EP0610392A1; DE69216637D1; JPH07500635A; EP0610392B1; US5562841A; WO1993009261A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung einer Werkstückoberfläche.
Die Erfindung findet besondere Anwendung bei der Bearbeitung von Werkstoffoberflächen mittels eines Gasplasmas bei der Abschirmung von sehr reinen Oberflächen und beim Aufbringen einer Schicht oder Beschichtung auf eine Oberfläche. Solche Anwendungen treten in vielen Branchen der elektrischen, elektronischen und mechanischen Industrie sowie bei medizinischen Behandlungen auf, beispielsweise bei einer Bakterienkammer.
Bekannt sind Plasmabearbeitungs-Verfahren und -Anlagen, bei denen kontrollierbare gasartige Medien in einer speziell abgedichteten Kammer verwendet werden. Die Kammer wird zuerst vollständig ausgepumpt und dann entweder mit einem reinen Gas oder einer benötigten Mischung von Gasen gefüllt. Das Plasma wird durch Hochfrequenz oder Ultrahochfrequenz, Glimm- oder Bogenentladung aktiviert, die in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Gasmischung oder der Materialien der Kathode oder der Anode, die benötigte Zusammensetzung des Plasmas zum Reinigen, Beizen (Pickeln) oder Aufbringen eines Films ausbilden (siehe beispielsweise V.I. Orlov und V.M. Garan, "Plasmabogensprüh-Deposition von Beschichtungen, Technologie und Ausstattung", in der "Überblicke über Elektronikausstattungen" -Reihe, "Technologie, Produktion, Management und Ausstattung", 1981, Heft 18 (833), S.46- 47.
Die Kammer ist bei solchen Anlagenfunktionen unter niedrigem Druck. Ein höheres Vakuum führt zu einer Verringerung der unerwünschten Verunreinigungen im Plasma. Jedoch führt ein höheres Vakuum auch zu einer geringeren Dichte von wirksamen Teilchen und zu einer geringeren Dichte ihres Stromes (Flusses) zur Werkstückoberfläche hin, was die Zeitdauer einer Behandlung wie etwa das Bearbeiten der Oberfläche erhöht. Dies stellt einen der Gründe für eine vergleichsweise niedrige Leistung solch einer Anlage dar. Ferner ist die niedrige Leistung auch eine Funktion des Bedürfnisses für ein bestimmtes Vakuumniveau, das kontinuierlich aufrechtzuerhalten ist, was erfordert, daß die Kammer ausgepumpt wird. Es ist im Verlaufe des Auffüllens des plasmaerzeugenden Gases insbesondere wichtig, daß die Kammer vollständig von jeglichen Teilchen entleert wird, um unerwünschte Verunreinigungen loszuwerden, welche im Verlaufe zukünftigem Bearbeitens einer Werkstückoberfläche Probleme verursachen könnten. Diese Anforderung zieht eine verlängerte Vorbereitung der Anlage für den Betrieb nach sich. Ferner kann die Verwendung von Gasen, die aggressiv wirkende Komponenten wie etwa Fluor oder Chlor enthalten, Reaktionen an den Kammerwänden induzieren, so daß ihre Abnutzung beschleunigt wird. Falls solche Anlagen für kontinuierliche Bearbeitungsprozesse verwendet werden, müssen besondere Schleusenkammern eingerichtet werden, um zu ermöglichen, daß dort eine Verbindung mit der Umgebung besteht. Jedoch ist dieses Erfordernis dafür verantwortlich, daß eine Substratkontamination herbeigeführt wird, die beispielsweise auf dem elektronischen Gebiet absolut unzulässig ist.
Ein zuvor vorgeschlagenes Verfahren und Gerät zur Bearbeitung eines Festkörpers ohne eine Vakuumkammer, bei dem das Werkstück in einen Plasmastrom (-fluß) eingeführt wird und im Verlaufe des Bearbeitens im Plasmastrom bewegt und anschließend über mehrere Arbeitsgänge entfernt wird, wurde von B.S. Danilin und V. Yu Kireyev in einem Artikel beschrieben, der den Titel trägt "Verwendung von Niedertemperatur- Plasma zum Beizen (Pickeln) und Reinigen von Materialien", 1987, Energatomizdat (Moskau), auf den Seiten 38-50. Jedoch macht eine derartige Betriebsweise eine Werkstückoberfläche empfänglich für Kontamination und ist überhaupt nicht annehmbar für den Einsatz bei ultrareinen Oberflächen wie etwa sehr hoch-integrierte Schaltkreise (VLSI Schaltkreise).
Bei einer weiteren zuvor vorgeschlagenen Anordnung, die in der Veröffentlichung mit dem Titel "Reine Wohnanlagenumgebungsluft" 1990 erwähnt ist, welche von I. Khayakava herausgegeben wurde und von MIR Publishers (Moscow) veröffentlicht wurde, ist auf den Seiten 58 und 59 ein Verfahren zur Herstellung eines laminaren Stroms (Flusses) oberhalb einer abgeschirmten Oberfläche beschrieben, wobei der Strom aus einem ultra-reinen Medium hergestellt wird. Das Verfahren ist offen, erfordert keine Abschirmkammer (Schutzkammer) und kann deshalb vergleichsweise einfach in einen fortlaufenden automatisierten Prozeß integriert werden. Das beschriebene Verfahren ist jedoch nicht ausreichend zuverlässig für den praktischen Einsatz und neigt zu Turbulenzeffekten.
US-A-3 470 347 offenbart ein Verfahren zum Substratbeschichten unter Verwendung einer Plasmabogenfackel. Ein koaxialer Schutzgasstrom (- fluß) wird zur Verfügung gestellt, der den Bogenausfluß umgibt, welcher das Beschichtungsmaterial enthält.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren, welche entweder einen abgeschirmten Bereich um eine Werkstückoberfläche schaffen oder einen Schutzgasstrahl auf kontrollierte Weise zur Verfügung stellen.
Ausführungen der und zur Anwendung der Erfindung werden nun beispielhaft beschrieben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein schematischer Querschnitt durch eine Plasmastrahlvorrichtung ist,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht, teilweise abgeschnitten, einer zweiten Vorrichtung ist,
Fig. 3 ein schematischer Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung ist, die in Fig. 2 gezeigt wird, und
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer anderen Vorrichtungsform ist, die zur Erläuterung der geometrischen Verhältnisse nützlich ist.
In Fig. 1, die eine einfache Version einer Plasmastrahlvorrichtung veranschaulicht, ist ein Plasmastrahlerzeuger bei Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) dargestellt, der aus zwei Elektrodeneinheiten 1 besteht, die mit einem System zur Zuführung von plasmaerzeugendem Gas und mit einer Versorgungsquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden sind. Die Elektrodeneinheiten 1 durchlaufen abgedichtete Öffnungen in einer gasdichten Trennwand 2. Eine Zufuhreinrichtung 3 zur Zuführung von Arbeitsmaterial durchläuft ebenfalls eine abgedichtete Öffnung in der Trennwand 2. Die Zufuhreinrichtung 3 ist in der Gestalt einer Leitung, deren geometrische Achse vertikal zur Zeichenebene steht. Die Elektrodeneinheiten 1 sind symmetrisch zu dieser Achse angeordnet. Die Achsen der Elektrodeneinheiten 1 sind in spitzen Winkeln zur Achse der Zufuhreinrichtung 3 angebracht. Ein ringartiger Formgeber 4 zur Herstellung einer strahlenartigen Schutzgasabschirmung wird in der Gestalt einer geschlossenen Leitung oder Rohres von rechtwinkligem Querschnitt zur Verfügung gestellt, welche starr über ihren gesamten Umfang hinweg mit der gasdichten Trennwand 2 verbunden ist, so daß die Trennwand 2 vollständig den Raum innerhalb des durch den Formgeber 4 ausgebildeten Rings überdeckt. Der Formgeber 4 ist zusammen mit der Trennwand 2 in der Lage, sich sowohl in der horizontalen als auch vertikalen Ebene zu bewegen. Der Formgeber 4 steht in Verbindung mit einem Schutzgaszuführungssystem (in der Zeichnung nicht dargestellt) durch eine Leitung 5. Der Formgeber 4 ist oberhalb eines Halters 6 eines Werkstücks 7 befestigt. Der Halter 6 ist in der Gestalt einer Fördereinrichtung, die an einem Ende mit dem Werkstück 7 bestückt ist, das nach Bearbeitung von dem anderen Ende der Fördereinrichtung entfernt wird. Über die Länge der Wand des Formgebers 4 hinweg, der der Ebene des Halters 6 gegenübersteht, gibt es einen Schlitz 8, der sich so über die gesamte Ringfläche des Formgebers 4 erstreckt. Der Schlitz 8 ist von einem aus einem porösen Material hergestellten Element 9 bedeckt.
Nun soll die Arbeitsweise der Vorrichtung in Bezug auf das Aufbringen eines Kupferfilmes auf die Oberfläche des Werkstücks 7 betrachtet werden, das in der Gestalt eines Glaskeramik-Substrats ist.
Elektrische Spannung und plasmaerzeugendes Gas in Form von Argon werden den Elektrodeneinheiten 1 zugeführt. Die Argonplasmastrahlen der Elektrodeneinheiten 1 bilden einen zusammengefaßten Strahl 10 aus. Dann wird das Arbeitsmaterial in Form von gasartigem Freon in das Zentrum des zusammengefaßten Pasmastrahls 10 durch die Zufuhreinrichtung 3 zugeführt. Gleichzeitig strömt das Schutzgas in Form von gereinigtem Argon durch die Leitung 5 in den Formgeber 4. Indem das Schutzgas, das in diesem Beispiel in der Form von Argon ist, das Element 9 durchläuff, bildet es eine einheitliche kreisförmige Schutzgasabschirmung 11 aus, die den Raum innerhalb der kreisförmigen Abschirmung 11 abschirmt, die vom Schutzgas gegen die Durchdringung des Raumes durch kontaminierende Teilchen und Sauerstoff aus dem Umgebungsmedium ausgebildet wird.
Das auf dem Halter 6 befestigte Glaskeramik-Substrat 7 wird in den Bearbeitungsbereich, d.h. in den Bereich des zusammengefaßten Plasmastrahls 10 gebracht. Hier spaltet sich das durch die Zufuhreinrichtung 3 zugeführte Freon in angeregte Atome und Ionen aus Kohlenstoff und Fluor auf. Die angeregten Atome und Ionen werden durch den Plasmastrahl 10 auf das Substrat 7 gerichtet, dessen Oberfläche praktisch immer mit organischen Vertinreinigungen beladen (belastet) ist, die die Adhäsion jeglicher aufgebrachter Schichten beeinträchtigt.
Die Wechselwirkung der wirksamen Atome und Ionen mit dem Substrat 7 reinigt die Oberfläche des Substrats.
Bei Beendigung des Reinigungsprozesses werden Teilchen aus fein verteiltem Kupferpulver oder Dämpfe aus heteroorganischer Kupfer enthaltender Substanz durch die Zufuhreinrichtung 3 in den Plasmastrahl 10 zugeführt.
Die Substanz wird im Plasmastrahl 10 aufgespalten, und die Kupferatome werden auf die Oberfläche des Substrats 7 aufgebracht. Da die kreisförmige Schutzgasabschirmung 11 den Sauerstoff davon abhält, in den Betriebs- oder Bearbeitungsbereich einzudringen, wird das Substrat 7 in die Lage versetzt, mit einer reinen Kupferfilmschicht ohne jegliche Verunreinigung in der Form von Kupferoxiden beispielsweise beschichtet zu werden.
Wie bei jedem Strahl neigt der Plasmastrahl dazu, um sich herum ein Vakuum aufzubauen, so daß Luft aus dem Umgebungsmedium angesaugt wird. Um sicherzustellen, daß keine Infiltration von Luft oder anderen Verunreinigungen aus einem Bereich außerhalb der Trennwand 2 auftritt, werden die Elektrodeneinheiten 1 und die Zufuhreinrichtung 3 in druckdichten Abdichtungen in der gasdichten Trennwand 2 mittels verschließender Dichtungen 12 befestigt, die beispielsweise aus Fluorkunststoffmaterial hergestellt werden können.
Wie oben erläutert, weist die Schutzgasabschirmung 11 drei Bereiche auf, zwei von diesen sind von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die oben erläuterten Erfordernisse. Der innere Anfangsbereich 13 ist von Bedeutung, da er frei von Verunreinigungen aus dem Umgebungsmedium ist. Der Bereich 14 ist von Bedeutung, sowohl dort, wo sich der Strahl 10 mit dem Umgebungsmedium im Raum innerhalb des Rings als auch außerhalb des Rings mischt, indem dieser als ein Puffer gegenüber dem Bereich 13 wirkt. Die Abschirmung 11 muß den Bearbeitungsraum oder -bereich sowohl vor kontaminierenden Teilchen als auch vor dem Eindringen von Luft aus dem Umgebungsmedium abschirmen. Dies wird am besten erreicht, wenn das Vermischen des Schutzgasstromes 11 mit dem Umgebungsmedium durch Verringerung der Turbulenz verringert wird, von der der Strom sonst beim Vermischen mit dem Umgebungsmedium auf chaotische und starke Weise beeinflußt wird.
Das Element 9, das den Gasstrom im Formgeber 4 ausgleicht, ist bei der Verringerung des turbulenten Mischens von Bedeutung, wobei das Element 9 aus einem porösen Material mit einer geordneten Struktur hergestellt ist. Solch ein Element 9 kann beispielsweise aus einem Satz hintereinander angeordneter feinmaschiger Elemente oder Filter hergestellt werden.
Die Gleichförmigkeit des inneren Bereichs 13 des Stroms wird jedoch über eine beschränkte Länge hin aufrecht erhalten. Es wurde herausgefunden, daß es für ein gutes Resultat praktikabel ist, daß ein Abstand L zwischen der Ebene des Schlitzes 8 und der Oberfläche des Substrats 7 die Länge des Bereichs 13 nicht überschreiten sollte und anhand folgender Beziehung bestimmt werden kann:
L = R²V/D (1),
wobei V = Geschwindigkeit des Schutzgasstrahls 11;
R = Breite des Leitungsschlitzes 8; und
D = Diffusionskoeffizient der Umgebungsmediumsteilchen im Schutzgasstrom 11.
In der Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die Breite des Schlitzes R = 10- 2 m, die Geschwindigkeit des Argongases V = 0,5 m/s und der Diffusionskoeffizient unter Normalbedingungen bei einem gleichförmigen Strom D = 10&supmin;&sup4;m²/s. Einsetzen dieser Werte in die Formel für L ergibt:
L = (10²)² x 0,5/10&supmin;&sup4; = 0,5 m
Infolgedessen beträgt der Abstand zwischen der Oberfläche des bearbeiteten Substrats 7 und dem Schlitz 8 0,45 m.
In Fig. 2 ist nun eine andere Vorrichtung dargestellt, anhand derer es möglich sein wird, ein weiteres Verfahren zur Anwendung bei der Abschirmung und Bearbeitung einer Oberfläche kennenzulernen.
In Fig. 2 weist die Vorrichtung einen Erzeuger 21 eines Plasmastrahls bei Umgebungsdruck auf, der zur Durchführung verschiedener Tätigkeiten geeignet ist wie etwa dem Reinigen, Beizen (Pickeln), dem Aufbringen von Schichten und der Aktivierung einer Oberfläche, etc. in Abhängigkeit von der Art der wirksamen Teilchen, die von dem System zur Zuführung des plasmaerzeugenden Gases (in der Zeichnung nicht gezeigt) zugeführt werden. Ein Werkstückträger 22, der mit einem Halter 23 für ein Werkstück 24 ausgestattet ist, besitzt einen Antrieb 25 zum Einführen des Werkstücks 24 in und Entfernen aus dem Betriebs- oder Bearbeitungsbereich eines Plasmastrahls 26 des Erzeugers 21. Beim Träger 22 befindet sich ein Strahlformgeber in der Gestalt einer Leitung 27 mit kreisförmigem Querschnitt, deren Auslaßloch einen Durchmesser von 2 x 10&supmin;²m aufweist. Die Leitung 27 steht mit einer Schutzgasquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) in Verbindung, beispielsweise kalter Stickstoff. Das Auslaßloch der Leitung 27 steht dem Halter 23 des Werkstücks 24 gegenüber. Die Achse des Schutzgasstrahls, die von dem Auslaß der Leitung 27 weggerichtet ist, verläuft parallel zur Oberfläche des Werkstücks 24. Im Auslaßloch der Leitung 27 ist ein gasdurchlässiges Element 28 eingerichtet, das aus einem Satz durchlöcherter Blenden hergestellt ist. Das Element 28 schafft einen gleichförmigen Gasstrom am Auslaß der Leitung 27. Ein Abstand 5 zwischen dem entgegengesetzten Rand 24 und dem Auslaßloch der Leitung 27 wird so gewählt, daß:
S < Vgb²/D (2),
wobei V = die gasdynamische Geschwindigkeit des aus 28 heraustretenden Schutzgasstrahls ist;
b = Auslaßlochdurchmesser der Leitung 27; und
D = Diffusionskoeffizient der Atome und Moleküle des Umgebungsmediums im Schutzgasstrahl.
Es soll die Arbeitsweise der in Fig. 2 offenbarten Vorrichtung betrachtet werden, um das wesentliche des Verfahrens zum Plasmabearbeiten einer Werkstückoberfläche zu erläutern.
Die zu bearbeitende Platte 24 wird auf dem Halter 23 befestigt, und das Schutzgas (kalter Stickstoff) wird in die Leitung 27 bei einer Geschwindigkeit von Vg = 0,25 m/s geleitet. Bei Kenntnis des Leitungsdurchmessers 2 x 10&supmin;² m und des Diffusionskoeffizienten für kalten Stickstoff D = 10&supmin;&sup4; m²/s läßt sich die Größe L des Anfangsbereichs des Schutzgasstrahls anhand folgender Formel bestimmen:
L = VgR²/D (3),
wobei Vg = Geschwindigkeit des Gases im Schutzstrahl;
R = Breite des Schutzgasstrahls; und
D = Diffusionskoeffizient der Umgebungsmediumsmaterie im Strahl.
So ist L = 0,25 x (2 x 10&supmin;²/10&supmin;&sup4; = 1 m.
Infolgedessen wird zuverlässiger Schutz (Abschirmung) der bearbeiteten Platte 24 gewährleistet, indem ein Abstand 5 von weniger als 1 m zwischen dem Auslaßloch der Leitung 27 und dem der Leitung 27 gegenüberliegenden Ende des Halters 23, beispielsweise 5 = 0,7 m, eingestellt wird, wobei in diesem Falle die Achse des Schutzgasstrahls in der von der Oberfläche der bearbeiteten Platte 24 gebildeten Ebene liegt. Somit ist die Platte 24 im Anfangsbereich des Schutzgasstrahls vollkommen umhüllt.
Bevor der Erzeuger 21 angeschaltet wird, muß dieser so angeordnet werden, daß ein Bearbeiten der Platte 24 durch den Anfangsbereich des Plasmastrahls erfolgt.
Im folgenden soll ein Bearbeiten des Werkstücks unter Verwendung von Argonplasma betrachtet werden.
Es betragen im folgenden der Düsendurchmesser des Generators 21 d = 10&supmin;³m, die Geschwindigkeit des Plasmastroms Vp = 100 m/s und der Diffusionskoeffizient für Argonplasma bei einem Druck von 10&sup5; Pa und einer Temperatur von 10&sup4; K D = 10&supmin;³ m²/s. Um die geeignete Länge des Anfangsbereichs des Plasmastrahl zu bestimmen, werden diese Werte in die folgende Gleichung eingesetzt:
= Vpd²/D (4),
wobei V = Geschwindigkeit des Plasmastrahls;
d = Durchmesser des Plasmastrahls;
D = Diffusionskoeffizient.
So beträgt = 100 x (10&supmin;³)²/10&supmin;³ = 10 cm.
Von jetzt an wird ein Abstand von 7 cm gewählt. Dies ist der Abstand a zwischen der Oberfläche der Platte 24 und der Ebene des Auslaßloches der Düse des Erzeugers 21.
Nach Einschalten des Erzeugers 21 wird der Antrieb in Bewegung gesetzt, und der Träger 22 bewegt die Platte 24 auf dem Halter 23 in den Plasmastrahl-Bearbeitungsbereich des Erzeugers 21. Die Plattenoberfläche wird bearbeitet, indem diese durch den Plasmastrahl 26 des Generators 21 bewegt wird. Der Plasmastrom wird vom Schutzgasstrahl nicht gebrochen, welcher aus der Leitung 27 heraustritt, da die Kopfgeschwindigkeit des Plasmastroms beträchtlich höher ist als die des Gasstrahls. Sobald die bearbeitete Platte 24 aus dem Plasmastrahl 26 heraustritt, wird diese wieder mit einem Schutzgasstrahl angeblasen (überblasen), und der Bearbeitungszyklus kann wiederholt werden.
Ein Merkmal dieser Ausführung ist es, daß das Werkstück im Anfangsbereich des Plasmastroms bearbeitet wird im Verlaufe der fortlaufenden Bewegung des Werkstücks im Plasmastrom, wobei die bearbeitete Oberfläche vom Schutzgasstrahl angeblasen (überblasen) wird, bevor diese in den Plasmastrom eingeführt wird, und nachdem diese aus dem Plasmastrom mit dem Schutzgasstrahl parallel zur bearbeiteten Oberfläche entfernt wird, wird das Werkstück im Anfangsbereich des Schutzgasstrahls gehalten.
Im folgenden soll Fig. 3 betrachtet werden, die es ermöglicht, die Eigenschaften des formgegebenen Schutzgasstrahls deutlicher zu erläutern. Wenn Gas in die Leitung 27 geleitet wird, die das gasdurchlässige Element 28 an ihrem Ende aufweist, ist die Geschwindigkeit des Gasstroms am Auslaß der Leitung 27 einheitlich. Es wurde herausgefunden, daß bei diesen Verhältnissen der ausgeströmte Gasstrahl drei verschiedene Bereiche aufweist, deren Grenzen in Fig. 3 sichtbar sind, nämlich einen Anfangsbereich 29, einen Bereich 30, in dem der Gasstrahl mit dem Umgebungsmedium vermischt ist, und einen Hauptbereich 31. In diesem besonderen Fall hat der Anfangsbereich 29 die Form eines Kegels. Der Kegel wird ausgebildet infolge der Neigung der Gasteilchen des Umgebungsmediums, in den Schutzgasstrahl bei einer Geschwindigkeit Vd in senkrechter Richtung zur Strahlachse zu diffundieren, und infolge der Neigung der Schutzgasteilchen, sich aufgrund von Trägheit bei einer Geschwindigkeit Vg in der axialen Richtung zu bewegen. Indem diese zwei Geschwindigkeitsvektoren addiert werden, erhält man einen resultierenden Geschwindigkeitsvektor Vr. Dies ist die eigentliche Richtung, die von dem Teilchen, das in den Gasstrahl eingedrungen ist, eingeschlagen wird.
Infolgedessen kann ein Gasteilchen des Umgebungsmediums, das sich im Mischbarkeitsbereich 30 befindet, auf die Achse des Schutzgasstrahls lediglich an Punkten gelangen, die sich rechts von dem Punkt 32 in der Figur befinden. Der Punkt 32 bestimmt die Länge des Schutzbereichs (Abschirmbereichs) von der Ebene des Auslaßlochs der Leitung 27. Wie aus dem obenstehenden entnommen werden konnte, sind Teilchen des Umgebungsmediums im Bereich 29 nicht vorhanden. Ähnliche Schlußfolgerungen können angewendet werden bei der Bestimmung des Abstands 1 für die Plasmaströmung, der anhand Beziehung (4) bestimmt werden kann.
Durch Anordnen der bearbeiteten Platte 24 (Fig. 2) in einem Abstand S < L von der Leitung 27 und in einem Abstand a < vom Plasmastromerzeuger 21 kann das Eindringen (die Durchdringung) von kontaminierenden Teilchen aus dem Umgebungsmedium ausgeschlossen werden.
Das mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 beschriebene Verfahren zur Plasmabearbeitung einer Werkstückoberfläche schafft qualitativ hochwertige Gegenstände (Produkte) bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Es ist insbesondere wertvoll bei der Herstellung von sehr hochintegrierten Schaltkreisen (VLSI). Durch Variation der wirksamen, in den Plasmaerzeuger eingeführten Komponenten sorgt das Verfahren für einen vollständigen Herstellungszyklus von VLSI-Schaltkreisen, vom vorbereitenden Reinigen bis hin zum Aufbringen von Schichten unter hydrodynamischen Abschirmungsbedingungen, die das Eindringen von kontaminierenden Teilchen bis zur Oberfläche des Werkstücks ausschließen. Die vollständige Isolierung der Werkstückoberfläche von der Kontaminationswirkung des Umgebungsmediums ermöglicht ein Plasmabearbeiten, das in gasartigen Medien, einschließlich Luft, durchgeführt wird.
Nun zu Fig. 4, in der noch eine weitere Vorrichtung gezeigt ist, anhand derer es möglich ist, eine weitere Abschirmungs- und Behandlungsweise einer Oberfläche kennenzulernen.
Die Vorrichtung von Fig. 4 weist eine Einheit 41 zum Formgeben eines ultrareinen Gasstrahls auf, welche eine Leitung 42 mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Außendurchmesser von Z = 10&supmin;² m besitzt.
Vor dem Auslaß der Leitung 42 befindet sich ein Halter 43, der ein abzuschirmendes Werkstück, beispielsweise eine Platte 44, trägt. Die geometrische Achse der Leitung 42 liegt in der Ebene, die von der Oberfläche der Platte 44 gebildet wird, und das Werkstück ist in der Mitte eines Gasstrahls 45 angeordnet, das von der Leitung 42 angeblasen wird. Die Vorrichtung der Fig. 4 funktioniert wie folgt.
Gereinigtes Gas, beispielsweise Argon, wird durch die Formgebungseinheit 41 über die Leitung 42 zur abzuschirmenden Platte 44 geleitet. Der ausgeströmte Gasstrahl besitzt drei verschiedene Bereiche, deren Grenzen in Fig. 4 erscheinen, nämlich einen Anfangsbereich 45, einen Bereich 46, in der sich der Gasstrahl mit dem Umgebungsmedium vermischt, und einen Hauptbereich 47. Der Anfangsbereich 45 ist in diesem besonderen Falle kegelförmig. Der Kegel wird ausgebildet infolge der Neigung der Gasteuchen des Umgebungsmediums, in den Schutzgasstrahl bei einer Geschwindigkeit Vd in eine senkrechte Richtung zur longitudinalen Achse des Strahls zu diffundieren, und infolge der Neigung der Schutzgasteilchen, sich aufgrund der Trägheit in die Richtung der Längsachse des Strahls bei einer Geschwindigkeit Vg zu bewegen. Daher können Gasteuchen des Umgebungsmediums im Mischungsbereich 46 auf die Achse des Schutzgasstrahls lediglich an den Punkten gelangen, die sich rechts vom Punkt 48 auf der Zeichnung befinden. Der Punkt 48 bestimmt die Länge des Abschirmbereichs ab der Ebene des Auslasses der Leitung 42. Es kann dem Obenstehenden entnommen werden, daß der Bereich 45 frei von Teilchen des Umgebungsmediums ist.
Für den Schutzgasstrahl, nämlich Argon, bei einem Druck P = 10&sup5; Pa, T 300 K, Z = 102 m, V = 1 m/s, erhält man unter Verwendung einer gewöhnlichen Zustandsgleichung zur Berechnung der Konzentration n und der Formel der molekularen Physik zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten n = 10²&sup5; m&supmin;³, D = 10&supmin;&sup4; m²/s und durch Einsetzen dieser Werte in die Formel für die Höhe des Kegels:
L = VZ²/D (5),
wobei V = Geschwindigkeit des Gasstrahls;
Z = Querabmessung des Gasstrahls; und
D = Diffusionskoeffizient,
erhält man das Ergebnis L = 1 m.
Aus der obigen Beschreibung der Anordnung von Fig. 4 wird klar, daß die zur Abschirmung von ultrareinen Oberflächen offenbarten Verfahrensmerkmale die Schaffung eines Strahls eines ultrareinen Gasmediums und ein Anordnen der abgeschirmten Oberfläche bezüglich des Strahls nach sich ziehen, so daß der Anfangsbereich des Strahls über die Länge des Bereichs des Strahls bläst, der über die abgeschirmte Oberfläche bläst, wobei die Länge aus folgender Beziehung bestimmt wird:
L = VZ²/D,
wobei V = die Geschwindigkeit des Gasstrahls;
Z = die Querabmessung des Gasstrahls; und
D = der Diffusionskoeffizient.
Das Verfahren von Fig. 4 zur Abschirmung einer Werkstückoberfläche minimiert das Auftreten von Verunreinigungen, die auf die Werkstückoberfläche gelangen, und schließt unerwünschte chemische Reaktionen aus. Das Verfahren von Fig. 4 ist besonders bedeutend für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen (VLSI). Es gestattet, daß der gesamte VLSI-Herstellungszykius, vom vorbereitenden Reinigen bis hin zum Aufbringen von Schichten, unter hydrodynamischen Abschirmungsbedingungen durchgeführt wird, was das Eindringen von kontaminierenden Partikeln und unerwünschte chemische Reaktionen auf der Werkstückoberfläche ausschließt. Vollständige Isolierung der Werkstückoberfläche vor kontaminierenden und chemischen Wirkungen des Umgebungsmediums gestattet es, daß ein Bearbeiten in jedem gasartigen Medium, einschließlich Luft, durchgeführt werden kann.
Es kann der Beschreibung von Fig. 1 entnommen werden, daß es bei der speziellen Vorrichtung, wie beschrieben, eine gasartige Abschirmung eines Werkbereichs (Werkstückbereichs) gibt, die das Durchführen einer Plasmabehandlung einer Oberfläche ermöglicht. Bei der speziellen Vorrichtung gibt es einen Erzeuger eines Plasmastrahls bei Umgebungsdruck mit einem System zur Zuführung von plasmaerzeugendem Gas, eine Zufuhreinrichtung, die das Arbeitsmaterial zuführt, und einen Werkstückhalter, der mit der Vorkehrung für relative Bewegung zueinander ausgestattet ist, um es einen Werkstück zu ermöglichen, in den Behandlungs- oder Bearbeitungsbereich eingeführt und aus diesem entfernt zu werden, wobei die Vorrichtung Einrichtungen zum zur Verfügungstellen einer strahlenartigen Gasschutzabschirmung um einen Werkstückhalter herum aufweist, wobei der Raum, der durch die Einrichtungen zum zur Verfügungstellen der Gasabschirmung definiert ist, eine gasdichte Abdeckung besitzt, durch die ein Plasmaerzeuger und eine Zufuhreinrichtung des plasmaerzeugenden Gases hindurchgehen.
Ein Vorteil der mit Bezug auf Figur 1 beschriebenen Anordnung ist es, daß ein abgeschirmter Behandlungs- oder Bearbeitungsbereich ohne das Erfordernis für Vakuumkammern zur Verfügung gestellt werden kann. Dies ermöglicht es, eine voreingestellte Zusammenstellung der Behandlungs- oder Bearbeitungsanordnung zu schaffen, die die technologischen Fähigkeiten der Vorrichtung steigert, insbesondere durch Minimierung des Auftretens von chemischen Wechselwirkungen zwischen dem Umgebungsmedium und der Oberfläche des Werkstücks. Infolgedessen macht es der zur Verfügung gestellte Abschirmungsbereich weniger wahrscheinlich, daß aufgebrachte Filme aus reinen Metallen durch Sauerstoff aus der Luft oxidiert werden oder daß eine Wechselwirkung zwischen lichtunempfindlichen Masken mit Sauerstoff eintritt, wodurch ihre Haltbarkeit verbessert wird. Die mit Bezug auf Figur 1 beschriebene Anordnung schließt ebenfalls das Eindringen von mikroskopischen Teilchen aus dem Umgebungsmedium aus, die sonst die Zerstörung der Gegenstände verursachen würden, beispielsweise durch das Eindringen von Teilchen, die vergleichbar mit den Abmessungen der Strukturen sind, die bei der Herstellung von hochintegrierten und sehr hochintegrierten Schaltkreisen VSI und VLSI verwendet werden.
Für eine rationelle Gestaltung und für die Einfachheit des Entwurfs ist es wünschenswert, jedoch nicht wesentlich, daß der Erzeuger und die Zufuhreinrichtung des Gasplasmas in Öffnungen in der gasdichten Trennwand angeordnet werden. Der Erzeuger und die Zufuhreinrichtung sollten gut in der Trennwand abgedichtet sein, um das Eindringen von Gas aus dem Umgebungsmedium durch lockere Verbindungen zu verhindern und folglich das Eindringen von kontaminierenden Teilchen in den Bearbeitungsbereich zu verhindern. Solch eine Gestaltung ist einfach und kompakt.
Um Turbulenzen zu verringern, wird der Schlitz 8 in dem Formgeber 4, der die strahlenartige Schutzgasabschirmung zur Verfügung stellt, über seine Länge hinweg völlig mit einem aus einem porösen Material hergestellten Element 9 bedeckt, welches eine regelmäßig geordnete Struktur aufweist, das dem zugeführten Schutzgasstrom gestattet, ausgeglichen zu werden, und einen gleichmäßigen Strom am Formgeberauslaß zu erhalten ermöglicht, wobei der Strom als eine strahlenartige Schutzgasabschirmung wirkt.
Als eine Konsequenz dieser Anordnung sinkt die Geschwindigkeit der kontaminierenden Teilchen und des Staubs, die die Schutzgasabschirmung durchlaufen, proportional mit einer Verringerung der Strömungsturbulenz. Infolgedessen wird es durch Einrichten solch eines Elements 9 im Schlitz 8 des Formgeberrohrs 4 möglich, durch geeignetes Variieren des Verhältnisses zwischen der Diffusionsgeschwindigkeit der kontaminierenden Teilchen und der Geschwindigkeit des Stroms den Bereich zu vergrößern, in dem das technologisch geeignete Medium mit der erforderlichen Zusammensetzung zur Durchführung des Plasmabearbeitungsprozesses gebildet wird.
Der aus dem Formgeber 4 der strahlenartigen Schutzgasabschirmung ausgeströmte Schutzgasstrom teilt sich grundsätzlich in drei Bereiche, nämlich einen Anfangsbereich, in dem es keine kontaminierenden Teilchen aus dem Umgebungsmedium gibt und dessen molekulare Zusammensetzung vollkommen der Anfangszusammensetzung des Schutzgases entspricht, einen Bereich, in dem sich der Schutzgasstrahl mit dem Umgebungsmedium vermischt, und dem Hauptbereich des Strahls, in dem anfängliches Gas vollständig mit dem umgebenden gasförmigen Medium vermischt wird. Die Grenzen dieser Bereiche werden durch die Ausströmungsgeschwindigkeit des Stroms, die geometrischen Abmessungen des Formgeberschlitzes und dem Diffusionskoeffizienten der Umgebungsmediumsteilchen im Schutzgasstrahl bestimmt.
Um das Eindringen von mikroskopischen Teilchen, Atomen und Molekülen aus dem Umgebungsmedium in den Plasmastrom infolge der Diffusion durch den Schutzgasstrom zu minimieren, kann der Abstand zwischen der Ebene des Werkstückhalters und des Schlitzes eingestellt werden, um die Länge L des Anfangsbereichs nicht zu überschreiten, die anhand der folgenden Beziehung bestimmt wird:
L = VR²/D,
wobei V = Geschwindigkeit des Schutzgasstrahls;
R = Breite des Leitungsschlitzes;
D = Diffusionskoefflzient der Umgebungsmediumsteilchen im Schutzgasstrahl.
Es kann der Beschreibung der Figuren 2 und 3 entnommen werden, daß ein wichtiges Merkmal der beschriebenen Anordnung das zur Verfügungstellen eines Verfahrens zum Einsatz beim Plasmabearbeiten einer Werkstückoberfläche ist, bei dem das Werkstück von einem Gasstrom abgeschirmt wird, der das Auftreten von kontaminierenden, in dem Umgebungsmedium enthaltenen Teilchen, die sich auf der Werkstückoberfläche absetzen, minimiert.
In der mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 beschriebenen Anordnung umfaßt das Verfahren zum Reinigen und Bearbeiten einer Werkstückoberfläche das Einführen des Werkstücks in einen Plasmastrom, die fortlaufende Bewegung des Werkstücks im Plasmastrom und das Entfernen des Werkstücks aus dem Plasmastrom, wobei, bevor das Werkstück in den Plasmastrom eingeführt und nachdem das Werkstück aus dem Plasmastrom entfernt wird, ein Schutzgasstrahl, der so gerichtet wird, daß er parallel zur Werkstückoberfläche ist, über die Oberfläche des Werkstückes geblasen wird, wobei das Werkstück in einem Anfangsbereich des Schutzgasstrahls vor Beginn des Hauptbereichs des Strahls angeordnet wird.
Ein Vorteil des in den Figuren 2 Lind 3 offenbarten Verfahrens zur Plasmabearbeitung einer Werkstückoberfläche ist es, daß der Bearbeitungsstandard verbessert wird, da dieses Verfahren in der Lage ist, das Eindringen von kontaminierenden Teilchen aus dem Umgebungsmedium bis zum Werkstück zu minimieren. Die Abschirmwirkung wird effeicht, da der Anfangsbereich des Strahls, in dem sich die bearbeitete Oberfläche befindet, frei von Staubteilchen und irgendwelchen anderen Teilchen ist, die im Umgebungsmedium enthalten sein könnten. Teilchen, die in der Lage sind, den Strahl aufgrund von Diffusion zu durchdringen, besitzen eine Geschwindigkeit, die von der Strahlumgebung auf dessen Zentrum gerichtet ist und die Addition der Gasstrahl- und Teilchendiffusionsgeschwindigkeiten im Strahl führt zur Bildung eines kegelartigen Anfangsbereichs des Strahls, der frei von kontaminierenden Teilchen ist, die aus dem Umgebungsmedium kommen könnten. Diese Wirkung wird sowohl bei turbulenter und laminarer Gasströmung im Anfangsbereichs des Strahls erzielt, obgleich im Falle des laminaren Stroms die Diffusionsgeschwindigkeit beträchtlich geringer ist als die Geschwindigkeit des richtigen (geeigneten) Stroms und die Länge des Anfangsbereichs des Strahls wesentlich größer ist. Die Länge L des Anfangsbereichs kann, wie oben erwähnt, anhand der folgenden Beziehung bestimmt werden:
L = VgR²/D,
wobei Vg = Gasgeschwindigkeit im Schutzstrahl;
R = Querabmessung des Schutzgasstahls;
D = Diffusionskoeffizient der Umgebungsmediumsmaterie im Strahl.
Wenn der Strom des Anfangsbereichs des Schutzstrahls von turbulenter Art ist, muß ein Wert für turbulente Diffusion (Wirbeldiffusion) verwendet werden, während im Falle des laminaren Stroms ein gewöhnlicher Molekulardiffusionskoefflzient verwendet werden muß. Bei Kenntnis der Beziehung zwischen den Abmessungen und den Geschwindigkeiten kann ein Anordnen der Werkstückoberfläche im Hauptbereich des Strahls vermieden werden, in dem turbulentes Mischen gewöhnlich vorherrscht und in dem kontaminierende Teilchen aus dem Umgebungsmedium aufleichte Weise auf die bearbeitete Oberfläche transportiert werden können.
Die Kontamination der bearbeiteten Oberfläche mit Teilchen aus dem Umgebungsmedium und unerwünschte chemische Reaktionen auf der Oberfläche können am besten nicht nur durch Anordnen des Werkstücks im Anfangsbereich des Schutzgasstrahls sowohl vor als auch nach Einführung des Werkstücks in den Plasmastrahl sondern auch im Verlaufe 3 des Bearbeitens minimiert werden, für welchen Zweck das Werkstück im Anfangsbereich des Plasmastrahls bearbeitet wird, dessen Länge anhand der folgenden Beziehung bestimmt werden kann:
1 = Vgd²/D,
wobei Vp = Geschwindigkeit des Plasmastrahls;
d = Durchmesser des Plasmastrahls;
D = Diffusionkoeffizient.
Bei dieser Art der Bearbeitung kann jegliche unerwünschte chemische Raktionen auf der bearbeiteten Oberfläche, beispielsweise ein Oxidieren der aufgebrachten Schicht, vermieden werden, indem ein inertes Schutzgas verwendet wird.
Das in den Figuren 2 und 3 offenbarte Verfahren kann mittels der beschriebenen Plasmabearbeitungsvorrichtung verwirklicht werden, die einen Erzeuger des Plasmastrahls bei Umgebungsdruck mit einem System zur Zuführung von plasmaerzeugendem Gas und einen mit einem Werkstückhalter ausgestatteten Träger besitzt, wobei sowohl der Erzeuger als auch der Träger mit der Vorkehrung für relative Bewegung ausgestattet sind, um das Werkstück in die Lage zu versetzen, in den Bearbeitungsbereich hineingebracht und aus diesem entfernt zu werden, wobei die Vorrichtung einen Schutzgasstrahlformgeber in der Gestalt einer Leitung oder eines Rohres besitzt, die (das) mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht und die (das) auf dem Träger mit ihrem (seinem) Auslaß angeordnet ist, welcher zum Werkstückhalter gerichtet ist, wobei der Abstand 5 vom Leitungsauslaßloch zum gegenüberliegenden Rand des Werkstückhalters anhand der folgenden Beziehung gewählt wird:
S ≤ Vgb²/D,
wobei Vg = Geschwindigkeit des Schutzgasstrahls;
b = Diagonale oder Durchmesser des Leitungsauslaßlochs;
D = Diffusionskoeffizient des Umgebungsmediums im Schutzgasstrahl.
Aus der Beschreibung von Figur 4 ist zu entnehmen, daß ein bedeutendes Merkmal der in der Figur beschriebenen Anordnung darin liegt, daß es möglich ist, ultrareine Oberflächen durch Anblasen mit einem Gasstrahl abzuschirmen, der nicht durch Turbulenzen im Umgebungsmedium über den Oberflächen beeinflußt wird, und daß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Realisierung dieser Abschirmanordnung zur Verfügung gestellt werden.
Das Verfahren zur Abschirmung einer ultrareinen Oberfläche, das mit Bezug auf Figur 4 beschrieben wurde, bedingt die Schaffung eines Strahls aus ultrareinem Gasmedium, das über die abzuschirmende Oberfläche geblasen wird, wobei das abzuschirmende Werkstück in einem Anfangsbereich des Strahls angeordnet wird, der über die Oberfläche geblasen wird, wobei die Länge des Anfangsbereichs des Strahls anhand der folgenden Relation bestimmt wird:
L = VZ²/D,
wobei V = Geschwindigkeit des Gasstrahls;
Z = Querabmessung des Gasstrahls an seinem Ursprungspunkt;
D = Diffusionskoeffizient des Umgebungsmediums.
Ein Vorteil des mit Bezug auf Figur 4 offenbarten Verfahrens zur Abschirmung von ultrareinen Oberflächen liegt in seiner Zuverlässigkeit, da das abgeschirmte Werkstück mit dem Anfangsbereich des Strahls angeblasen wird, wie hierin definiert, was nicht von der Art des Strahlstroms abhängt. Der Anfangsbereich des Strahls wird durch den Sachverhalt bestimmt, daß der Geschwindigkeitsvektor, mit dem Gasteilchen und - moleküle aus dem Umgebungsmedium eindringen, der resultierende zweier Vektoren ist, beispielsweise der Diffusionsgeschwindigkeit der Teilchen und Moleküle und der Geschwindigkeit des Gasstrahls, wobei diese Vektoren orthogonal zueinander stehen. Deswegen wird die Diffusionsrate von Partikeln und Molekülen im laminaren Hauptstrahlstrom bei einem Minimum liegen; die Länge des Anfangsbereichs des Strahls wird folglich bei einem Maximum liegen. Umgekehrt wird die Diffusionsrate in einem turbulenten Strahlstrom hoch sein, während die Länge des Anfangsbereichs bei einem Minimum liegen wird. Ohne Berücksichtigung der Art des Strahlstroms wird jedoch immer ein Bereich frei von aus dem Umgebungsmedium stammenden Verunreinigungen sein, wobei die Zusammensetzung des Gases in diesem Bereich alleine durch die Zusammensetzung und den Grad der Reinheit des ausgeströmten Schutzgases beherrscht wird.
Das in Figur 4 offenbarte Verfahren kann ausgeführt werden, indem die dargestellte Vorrichtung zur Abschirmung von ultrareinen Oberflächen verwendet wird, welche eine Einheit zum Formgeben eines ultrareinen Gasstrahls mit einer Leitung aufweist, die an ihrem Auslaß angebracht ist, wobei das Auslaßloch der Leitung dem Werkstückhalter gegenübersteht, der Werkstückhalter in einem durch einen Kegel bestimmten Bereich angeordnet wird, dessen Basis von dem Auslaßloch der Leitung gebildet wird, und die Höhe des Kegels L anhand folgender Beziehung bestimmt wird:
L = VZ²/D,
wobei V = Geschwindigkeit des Gasstrahls;
Z = Querabmessungen des Gasstrahls;
D = Diffusionskoeffizient.
Diese Anordnung zur Abschirmung von ultrareinen Oberflächen, die mit Bezug auf Figur 4 beschrieben wurde, macht die Realisierung des oben beschriebenen Verfahrens auf sehr einfache Weise mit den Merkmalen und Vorteilen des oben beschriebenen Verfahrens möglich.
Es versteht sich von selbst, daß, obgleich die Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungen beispielhaft beschrieben wurde, Änderungen und Varianten an dieser vorgenommen werden können und andere Ausführungen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche vorstellbar sind.

Claims

1. Verfahren zur Plasmabearbeitung oder -behandlung einer Werkstückoberfläche (7), das folgende Schritte aufweist:

- Erzeugen eines Plasmastrahls (10) bei Umgebungsdruck durch Zuführen eines plasmaerzeugenden Gases,

- Zuführen von Arbeitsmaterial und Bewegen eines Werkstückhalters (6) relativ zur Zufuhreinrichtung (3) von Arbeitsmaterial, um das Werkstück in und aus einem Bearbeitungsbereich zu bewegen,

- Formgeben einer strahlenartigen Schutzgasabschirmung (13) mittels einer Leitung oder eines Rohres (4), das mit einer Quelle (5) eines Schutzgases in Verbindung steht, welches zum Plasmastrahl (10) koaxial ist und diesen umgibt,

wobei die Leitung oder das Rohr um den Werkstückhalter herum angeordnet wird und einen Schlitz (8) aufweist, der sich über deren (dessen) gesamte Länge hin erstreckt und dem Bearbeitungsbereich gegenübersteht, und wobei ein durch die Wände der Leitung oder des Rohres bestimmter Raum durch eine gasdichte Trennwand (2) bedeckt wird, die den Erzeuger (1) und die Zufuhreinrichtung (3) trägt,

- und Einrichten, daß der Abstand zwischen der Ebene des Werkstückhalters (6) und dem Schlitz (8) L nicht überschreitet, wie anhand folgender Beziehung bestimmt:

L = R²V/D,

wobei V = die Geschwindigkeit des Schutzgasstrahls ist;

R = die Breite des Schlitzes in der Leitung oder des Rohres ist;

und D = der Diffusionskoeffizient der Atome und Molekule des Umgebungsmediums im Schutzgasstrahl ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Erzeuger und die Zufuhreinrichtung mittels druckdichter Dichtungen in Hinblick auf Öffnungen in der gasdichten Trennwand abgedichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schlitz über seine Länge hinweg völlig von einem aus einem porösen Material hergestellten Element bedeckt wird, welches eine regelmaßige Struktur aufweist.

4. Verfahren zur Plasmabehandlung der Oberfläche eines Werkstücks, das folgende Schritte aufweist:

- Erzeugen eines Plasmastrahls (26), um einen Betriebs- oder Bearbeitungsbereich zu schaffen,

- Ausbilden (27, 28) eines zusätzlichen Stroms (29, 30, 31) eines Schutz- oder Abschirmgases am Betriebs- oder Behandlungsbereichs,

- Einbringen des Werkstücks (24) in den Betriebs- oder Behandlungsbereich,

- fortlaufendes Verlagern des Werkstücks im Betriebs- oder Behandlungsbereich, wobei das Werkstück (24) in diesen Bereich eingebracht und aus diesem mehr als einmal entfernt wird,

wobei, bevor das Werkstück in den Betriebs- oder Behandlungsbereich eingebracht oder nachdem es aus diesem entfernt wird, der zusätzliche Schutzgas- oder Abschirmgasstrom parallel zur Werkstückoberfläche gerichtet wird, um über die Oberfläche des Werkstücks, das behandelt wird, zu strömen,

- und Anordnen der Oberfläche des Werkstücks (24), das behandelt wird, in einem Anfangsbereich des Plasmastrahls (26), bei dem die Länge des Anfangsbereichs anhand der Beziehung

1 = Vpd²/D

bestimmt wird, wobei

Vp die gasdynamische Geschwindigkeit des Plasmastrahls ist, d der Durchmesser des Plasmastrahls ist und D der Diffusionskoeffizient der Atome und Moleküle aus der Umgebung im Plasmastrahl ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Oberfläche des Werkstücks, das behandelt wird, in einem Anfangsbereich des zusätzlichen Schutz- oder Abschirmgasstrom 5 parallel zu diesem angeordnet wird, wobei die Länge des Anfangsbereichs des zusätzlichen Stroms anhand der Beziehung

L = VgR²/D

bestimmt wird, wobei

Vg die gasdynamische Geschwindigkeit des parallelen Stromes des zusätzlichen Abschirmgasstroms ist,

R die Querabmessung des zusätzlichen Abschirmgasstroms, und

D der Diffusionskoeffizient der Atome und Moleküle aus der Umgebung im Abschirmgasstrom ist.