DE19628952C5

DE19628952C5 - Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma

Info

Publication number: DE19628952C5
Application number: DE1996128952
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-Ing. Räuchle; Horst Mügge; Fritz Konstantin Räuchle
Original assignee: Muegge Electronic GmbH
Current assignee: Muegge GmbH
Priority date: 1995-02-02
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: DE19628952B4; DE19628954A1; DE19628952A1; DE19503205C1; DE19628954B4

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist, wobei das Rohr an beiden Enden durch Wände des Unterdruckbehälters gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist und wobei mindestens auf einem Teil der Länge des Rohres eine leitende Abschirmung den Leiter auf einem Teil des Umfangs umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (4) an beiden Enden an Quellen zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselfelder angeschlossen ist, dass der Durchmesser der Abschirmung (5, 6, 7, 8) etwa dem Durchmesser des Rohres (1) entspricht, dass die Abschirmung (8) auf mindestens einem Teil (12, 13) der Länge des Rohres (1) den Leiter (4) ganz umschließt, dass sich die Abschirmung (5, 6, 7, 8) an der Innenwand des Rohres (1) befindet...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist, wobei das Rohr an beiden Enden durch Wände des Unterdruckbehälters gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist und mindestens auf einem Teil der Länge des Rohres eine leitende Abschirmung den Leiter auf einem Teil des Umfangs umgibt.
Die Vorrichtung nach DE 195 03 205 A1 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Erzeugung von Plasma, dessen Dichte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs weitgehend homogen verläuft, wobei die in Form von Mikrowellen zugeführte Leistung besonders günstig ausgenutzt wird, da der gesamte durch die Behandlungskammer gegebene Raum zur Behandlung genutzt werden kann.
Aus DE 24 39 961 C3 ist eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen von Energie bekannt, bei welcher eine in einer Richtung geöffnete Abschirmung im Abstand zu dem Rohr angeordnet ist. Aus DE 43 07 946 A1 ist eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen von Energie bekannt, bei welcher ein zweiteiliger Reflektor im Abstand zu dem Rohr angeordnet ist.
Aus DE 41 36 297 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern bekannt, wobei die elektromagnetischen Wechselfelder nicht an beiden Enden in den Koaxialleiter eingekoppelt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei geringem Raumbedarf eine noch bessere flexible Ausnutzung der zugeführten Mikrowellenleistung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Je nach zu bearbeitenden Werkstücken können Zonen mit geringerer Plasmadichte erforderlich sein. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Erzeugung von Plasma auf Bereiche konzentriert, in denen sich die Werkstücke befinden, während auf der von den Werkstücken abgewandten Seite der Vorrichtung kein Plasma erzeugt wird.
Der Teil des Umfangs, an welchem die Abschirmung den Leiter umgibt, kann je nach Voraussetzungen im Einzelnen gewählt werden. Bei einem Umfangswinkel von 180° verdoppelt sich die Plasmaleistung auf der einen Seite des Rohres. Für eine gegebene Leistung genügt also die Hälfte der zugeführten Leistung gegenüber einer Vorrichtung ohne Abschirmung. Es sind jedoch auch kleinere oder größere Umfangswinkel der Abschirmung möglich. Beispielsweise kann nur ein kleiner Spalt freigelassen werden, um ganz gezielt entlang einer Linie Plasma zu erzeugen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass sich die Abschirmung an der Innenwand des Rohres befindet. Dabei ist es günstig, wenn die Abschirmung nicht dauerhaft mit dem Rohr verbunden ist, so dass dieses ausgetauscht werden kann, wenn es durch die hohe Temperatur und die Aggressivität des Plasmas abgenutzt ist. Vorzugsweise besteht die Abschirmung aus Blech.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dadurch weitergebildet werden, dass sich die Abschirmung zwischen dem Rohr und einem den Zwischenraum zwischen dem Leiter und dem Rohr im übrigen ausfüllenden festen Dielektrikum befindet. Da das Dielektrikum eine wesentlich größere Dielektrizitätskonstante als die ansonsten sich innerhalb des Rohres befindliche Luft aufweist, ergeben sich bei gleicher Frequenz der Wechselfelder wesentlich kürzere Wellenlängen. Dieses trägt zur weiteren Homogenisierung der Plasmadichte bei.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen können bei großen Unterdruckbehältern beachtliche Längen von mehreren Metern einnehmen, während der Durchmesser der Rohre im Zentimeterbereich liegt. Zur Stabilisierung kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung daher vorgesehen sein, dass zwischen der Abschirmung und dem Leiter Stützelemente angeordnet sind.
Zur Anpassung von Bewegungen der Werkstücke unter den Rohren sowie gegebenenfalls zum Ausgleich von Inhomogenitäten, die beispielsweise durch vorgegebene Abstände zwischen mehreren Rohren entstehen, ist vorgesehen, dass die Abschirmung während des Betriebes um den Leiter drehbar und/oder längs des Leiters verschiebbar ist.
Eine Umrüstung für verschiedene Werkstücke wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erleichtert, dass die Abschirmung austauschbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Abschirmung, die sich über den größten Teil der Länge erstreckt und einen Umfangswinkel von 180° aufweist,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem die Abschirmung lediglich auf einem Teil der Länge vorhanden ist und einen kleineren Umfangswinkel aufweist,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel, bei welchem zusätzlich zur Abschirmung ein Dielektrikum vorgesehen ist, und
4 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Abschirmung in Teilbereichen geschlossen ist.
Die Ausführungsbeispiele sind jeweils teilweise geschnitten in Längsansicht und als Querschnitt dargestellt, wobei die Länge der Rohre der Übersichtlichkeit halber im Verhältnis zum Durchmesser relativ klein gewählt wurde. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein Glasrohr 1 vorgesehen, das in zwei gegenüberliegenden Wänden 2, 3 eines im übrigen nicht dargestellten Unterdruckbehälters vakuumdicht gelagert ist. Das Glasrohr 1 wird von einem stabförmigen Leiter 4 durchlaufen, der von beiden Enden mit hochfrequenter Spannung beaufschlagt wird. Näheres ist hierzu im Hauptpatent angegeben. Eine Abschirmung 5, 6, 7, 8 ist mit ihrem äußeren Durchmesser an das Glasrohr 1 angepaßt und umschließt in Endbereichen 9, 10 den Leiter vollständig, um die Erzeugung von Plasma in der Nähe der Wände 2, 3 zu verhindern. Damit werden Verluste vermieden, die durch Entladen der eben erzeugten Ionen an den Wänden 2, 3 entstehen würden. Im übrigen Längenbereich umschließt die Abschirmung 5 einen Umfangswinkel von etwa 180°. Dadurch wird eine Konzentration der Wechselfelder unterhalb des Rohres 1 erreicht, um für Bearbeitungsvorgänge, die unterhalb des Rohres stattfinden, eine erhöhte Plasmadichte zu erzielen bzw. Energie einzusparen, die ansonsten für eine Erzeugung von Plasma oberhalb des Rohres 1 aufgewendet würde.
Die Abschirmung 6 beim Ausführungsbeispiel nach 2 erstreckt sich lediglich auf einen Teil der Länge des Rohres 1. Dies kann vorteilhaft sein, wenn beispielsweise der durch die Abschirmung erzielte Effekt lediglich auf diesem Teil der Länge gewünscht wird. Außerdem weist die Abschirmung 6 einen kleineren Umfangswinkel auf.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Abschirmung 7, die sich über einen größeren Umfangswinkel erstreckt. Zusätzlich ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 der Raum zwischen dem Leiter 4 und der Abschirmung 7 bzw. dem Glasrohr 1 mit einem Dielektrikum 11 aus Keramik gefüllt. Damit ergibt sich bei gleicher Frequenz eine kürzere Wellenlänge, so daß für den Fall, daß sich bei der Beaufschlagung mit dem Wechselfeld stehende Wellen ergeben, der Abstand der Maxima bzw. Minima der Menge des erzeugten Plasmas kleiner ist. Das Auffüllen der Minima durch die thermische Bewegung des Plasmas ist bei dem geringeren Abstand umso wirkungsvoller. Durch angebrachte Längsschlitze oder Längsbohrungen im Dielektrikum kann zur Kühlung ein Kühlmittel, beispielsweise Luft, strömen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist eine Abschirmung 8 vorgesehen, die gegenüber der Abschirmung nach 1 auf zwei Längenbereichen 12, 13 den Leiter 4 vollständig umschließt. Damit konzentriert sich die zugeführte Leistung auf die Erzeugung von Plasma in drei Längenbereichen. Ordnet man eine Reihe von Vorrichtungen nach 4 nebeneinander an, so entstehen drei Streifen mit höherer Plasmadichte, die von zu bearbeitenden Werkstücken auf einem Fließband durchlaufen werden können.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist, wobei das Rohr an beiden Enden durch Wände des Unterdruckbehälters gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist und wobei mindestens auf einem Teil der Länge des Rohres eine leitende Abschirmung den Leiter auf einem Teil des Umfangs umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (4) an beiden Enden an Quellen zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselfelder angeschlossen ist, dass der Durchmesser der Abschirmung (5, 6, 7, 8) etwa dem Durchmesser des Rohres (1) entspricht, dass die Abschirmung (8) auf mindestens einem Teil (12, 13) der Länge des Rohres (1) den Leiter (4) ganz umschließt, dass sich die Abschirmung (5, 6, 7, 8) an der Innenwand des Rohres (1) befindet und dass die Abschirmung (5, 6, 7, 8) während des Betriebes um den Leiter (4) drehbar und/oder längs des Leiters (4) verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmung (7) zwischen dem Rohr (1) und einem den Zwischenraum zwischen dem Leiter (4) und dem Rohr (1) im Übrigen ausfüllenden festen Dielektrikum (11) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abschirmung und dem Leiter Stützelemente angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (5, 6, 7, 8) austauschbar ist.