DE10045958A1 - Vorrichtung zum Leiten eines gasförmigen Mediums in eine und/oder aus einer Prozesskammer - Google Patents

Vorrichtung zum Leiten eines gasförmigen Mediums in eine und/oder aus einer Prozesskammer

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Leiten eines gasförmigen Mediums in eine und/oder aus einer Prozeßkammer, insbesondere einer Plasmaanlage, mit mindestens einem Anschluß für eine Quelle oder Senke des Mediums und mit Mündungen in der Prozeßkammer, sind die Mündungen mit dem Anschluß über Leitungen derart verbunden, daß zwischen dem Anschluß und jeweils einer Mündung im wesentlichen gleiche Strömungswiderstände vorliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Leiten eines gasförmigen Mediums in eine und/oder aus einer Prozeßkammer, insbesondere einer Plasmaanlage mit mindestens einem Anschluß für eine Quelle oder Senke des Mediums und mit Mündungen in der Prozeßkammer.
Insbesondere bei der Plasmabehandlung von großen Behandlungsgütern oder bei der Behandlung von vielen kleineren auf einem Fließband angeordneten Behandlungsgütern ist eine homogene Verteilung der Prozeßbedingungen erforderlich. Dazu sind durch DE 195 03 205 C1 Plasmaerzeuger in Rohren, welche die ganze Breite der Prozeßkammer umfassen, bekanntgeworden. Zur Einhaltung homogener Behandlungsbedingungen ist außer einer homogenen Mikrowellenanregung auch eine gleichmäßige Verteilung der zur Reaktion dienenden gasförmigen Medien erforderlich.
Durch DE 198 41 777 C1 ist eine Vorrichtung zur plasmatechnischen Abscheidung von polykristallinem Diamant bekanntgeworden, bei welchem Gaszuleitungs- und Gasableitungsrohre mit Austritts- und Abzugsöffnungen vorgesehen sind, die mit Gaszuleitungs- und Gasabzugsrohren verbunden sind, die keine homogene Verteilung des Gases gewährleisten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zuführung von gasförmigen Medien in die Prozeßkammer und soweit erforderlich auch das Entfernen von Gasen aus der Prozeßkammer homogen verteilt durchzuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mündungen mit dem Anschluß über Leitungen derart verbunden sind, daß zwischen dem Anschluß und jeweils einer Mündung im wesentlichen gleiche Strömungswiderstände vorliegen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Leitungen eine Baumstruktur aufweisen.
Insbesondere lassen sich die gleichen Strömungswiderstände dadurch erzielen, daß die Leitungen zwischen dem Anschluß und der jeweiligen Mündung gleich lang sind und gleiche Querschnitte aufweisen, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß die Leitungen zwischen dem Anschluß und der jeweiligen Mündung eine gleiche Anzahl von Umlenkungen aufweisen.
Eine einfache und sich leicht an die jeweiligen Verhältnisse anpaßbare Vorrichtung ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, daß die Leitungen aus Rohren gebildet sind.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Leitungen in einer Platte angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Leitungen als Nuten in einer Platte vorliegen, die von einer weiteren Platte abgedeckt sind. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch ihre Robustheit aus, wobei zur Zuführung von mehreren Gasen oder zur Ableitung von Gasen vorgesehen sein kann, daß mehrere Platten mit Leitungen und Mündungen aufeinander angeordnet sind.
Diese Ausgestaltung kann an sich an geeigneter Stelle in einer Prozeßkammer angeordnet sein. Es ist jedoch häufig vorteilhaft, wenn gemäß einer Weiterbildung die Platte als Deckel der Prozeßkammer ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Leitungen in einem rohrförmigen Träger angeordnet sind. Diese Weiterbildung kann insbesondere dann in einfacher Weise hergestellt werden, wenn die Leitungen als Nuten in dem rohrförmigen Träger vorliegen und von einem weiteren Rohr abgedeckt sind.
Diese weitere Ausgestaltung kann parallel zu rohrförmigen Plasmaerzeugern in der Prozeßkammer angeordnet und mit einer geeigneten Anzahl von Mündungen versehen werden, aus denen das gasförmige Medium ausströmt.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Enden der von Nuten gebildeten Leitungen zum Einsetzen von die Mündungen bildenden Rohren ausgebildet sind. Diese können beispielsweise mit einem Gewinde versehen sein, so daß sie je nach Erfordernissen des jeweiligen Prozesses oder der Prozeßkammer gegen längere oder kürzere ausgetauscht werden können.
Zur Erzielung einer besonders homogenen Gasverteilung ist bei der plattenförmigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise vorgesehen, daß die Mündungen rasterförmig angeordnet sind, wobei vorzugsweise das Rastermaß an den Abstand von rohrförmigen Plasmaerzeugern angepaßt ist.
Eine besonders homogene Plasmaverteilung ergibt sich wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung die Länge der Rohre derart gewählt ist, daß zum Einleiten des gasförmigen Mediums dienende Mündungen zwischen den Plasmaerzeugern liegen.
Die Restgase werden besonders homogen abgeleitet, wenn dabei zum Ableiten der Restgase dienende Mündungen zwischen einer von den Plasmaerzeugern gebildeten Ebene und dem in der Prozeßkammer vorhandenen Behandlungsgut angeordnet sind.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß weitere Mündungen über weitere Leitungen mit einem weiteren Anschluß verbunden sind. Damit können gegebenenfalls erforderliche Abweichungen der Gasmenge in Teilbereichen eingestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, die durch eine vorgegebene Struktur der Mündungen und Leitungen gebildete Fläche einer homogenen Gasverteilung zu erweitern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein aus einzelnen Rohrabschnitten und Winkelstücken aufgebautes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit in Platten eingebrachten Kanälen,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Art,
Fig. 4 ein rohrförmiges Ausführungsbeispiel und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Prozeßkammer.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das gasförmige Medium von einer nicht dargestellten Quelle über ein Zuführungsrohr 1, ein Umlenkstück 2 und ein Rohrstück 3 einer Verzweigung 4 zugeführt, an die zwei Rohre 5 und 6 angeschlossen sind, die sich nach Umlenkstücken 7, 8 wieder bei 9, 10 verzweigen. Die dort angeschlossenen Rohre verzweigen sich bei 11 bis 14 nochmals, so daß schließlich acht Rohre 21 bis 28 mit Mündungen 31 bis 38 zur Einbringung des Gases in die Prozeßkammer zur Verfügung stehen. Wie leicht erkennbar, sind von dem Zuführungsrohr 1 zu jeder der Mündungen 31 bis 38 gleiche Wege vom Gas zurückzulegen, so daß das Gas an allen Mündungen 31 bis 38 mit gleicher Menge austritt.
Das in Fig. 2 dargestellte plattenförmige Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, daß es - abgesehen von der Robustheit - für die Verteilung selbst eine geringe Bauhöhe benötigt, so daß es leicht oberhalb der Plasmaerzeuger angeordnet werden kann, wobei sich Rohre zum Zu- und/oder Ableiten von Gasen in den unteren Bereich erstrecken. Dieses Ausführungsbeispiel besteht aus drei Platten 41, 42 und 43, wobei die Platte 41 in Fig. 2a, die Platte 42 in Fig. 2e sowie Querschnitte der Platten jeweils in den Fig. 2b, 2c und 2d dargestellt sind. Als Werkstoff für die Platten sind Stahl oder Aluminium geeignet.
Die Leitungen sowie die Öffnungen sind in beiden Platten gegeneinander versetzt angeordnet, so daß das in der Platte 42 verteilte Gas durch geeignete Bohrungen in der Platte 41 hindurchtreten kann. Die Platte 41 trägt ein Verteilsystem mit einem Anschluß 44, Leitungen 45, die sich baumartig verzweigen, und Öffnungen 46. Die Leitungen 45 sind teilweise gekröpft, beispielsweise bei 47, um Platz für Durchleitungsöffnungen 48 für das auf der Platte 42 angeordnete Verteilsystem zu schaffen.
Dieses weist ebenfalls einen Anschluß 49, Leitungen 50 und Öffnungen 51 auf. In die Öffnungen sind Rohre einschraubbar, von denen in Fig. 2b zwei Rohre 52 und 53 dargestellt sind. Die Leitungen der Platte 42 sind mit einer weiteren Platte 43 (Fig. 2d) abgedeckt. Verschiedene Bohrungen 54 dienen zur Verschraubung der Platten untereinander, was bei 55 angedeutet ist. Außerdem befinden sich in den Platten Bohrungen 56 zur Befestigung der Platten, gegebenenfalls als Deckel auf der Prozeßkammer.
Die Fig. 3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel in zwei Ansichten, das ebenfalls plattenförmig ausgebildet ist, jedoch anstelle von acht Reihen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 neun Reihen von Öffnungen aufweist. Die untere Reihe 61 mit Mündungen 67 und Leitungen 68 ist nicht an das symmetrische Verteilsystem angeschlossen, sondern ist ebenfalls symmetrisch mit einem eigenen Anschluß 62 verbunden. Wegen der später im Zusammenhang mit Fig. 5 erläuterten Anordnung der Plasmaerzeuger kann eine nur schwer für eine symmetrische Anordnung zugängliche Zahl von Reihen erforderlich sein. Die Öffnungen der Reihe 61 können jedoch dadurch, daß ein einstellbares Ventil zusätzlich in eine nicht dargestellte Zuleitung zum Anschluß 62 angeordnet ist, auf gleiche Gasmenge eingestellt werden. Dies erfordert jedoch ein gewisses Maß an Bedienungsaufwand, ist jedoch wesentlich günstiger als ein Abgleich bei einer nicht symmetrischen Verteilung des Gases ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen. Zusätzlich kann das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 noch verwendet werden, um bewußt einen Randbereich mit mehr oder weniger Gas zu versorgen.
In Fig. 3b, welche die Platten 63, 64, 65 zeigt, wurde der Übersichtlichkeit halber nur das Verteilsystem in der Platte 64 mit Rohren versehen. Zur Sichtbarmachung einiger Details ist die Platte 65 teilweise geschnitten dargestellt. Je nach Erfordernissen im einzelnen können jedoch beide Verteilsysteme mit Rohren versehen sein. Außerdem können beide Verteilsysteme zur Gaszufuhr oder eines zur Zufuhr und eines zum Ableiten benutzt werden. Im übrigen können im Rahmen der Erfindung mehr als zwei Verteilsysteme in entsprechend vielen Ebenen angeordnet werden.
Fig. 4 zeigt ein rohrförmiges Ausführungsbeispiel im Längsschnitt (Fig. 4a) und Teile davon persepktivisch (Fig. 4b). Soweit der Übersichtlichkeit halber in Fig. 4 keine Einzelheiten dargestellt sind, wird auf die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 3 hingewiesen, von denen man zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 durch ein Aufwickeln der ebenen Darstellung gelangt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ein inneres Rohr 71 mit Leitungen 72, 73 versehen. An in Fig. 4 nicht sichtbaren Enden der Leitungen 72 sind in einem äußeren Rohr 74 Öffnungen 75 vorgesehen. Wie in Fig. 4 angedeutet, können entsprechend den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 mehrere der Rohre nach Fig. 4b ineinander angeordnet werden, was in Fig. 4a angedeutet ist.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das etwa demjenigen nach Fig. 2 entspricht und als Deckel 81 einer Prozeßkammer 82 ausgebildet ist. Durch die Prozeßkammer 82 verlaufen Plasmaerzeuger 83, die jeweils aus einem Quarzrohr und einem dazu koaxialen Leiter bestehen.
Zur Zuführung des Reaktionsgases sind in einer Ebene des Deckels 81 Leitungen angeordnet, die in Rohre 84 münden, welche in der Höhe der Plasmaerzeuger 83 Austrittsöffnungen bilden. In einer weiteren Ebene des Deckels 81 sind Kanäle zum Ableiten des Gases vorgesehen, an welche längere Rohre 85 angeschlossen sind, die dicht oberhalb des Behandlungsgutes 86 enden. Dadurch wird weitgehend eine horizontale Strömung vermieden, was wesentlich zu einer homogenen Behandlung über die gesamte Fläche des Behandlungsgutes 86 beiträgt.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Leiten eines gasförmigen Mediums in eine und/oder aus einer Prozeßkammer, insbesondere einer Plasmaanlage, mit mindestens einem Anschluß für eine Quelle oder Senke des Mediums und mit Mündungen in der Prozeßkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (31 bis 38; 46; 51; 75) mit dem Anschluß (1; 44; 49) über Leitungen (1, 5, 6; 45; 50; 72, 73) derart verbunden sind, daß zwischen dem Anschluß (1; 44; 49) und jeweils einer Mündung (31 bis 38; 46; 51; 75) im wesentlichen gleiche Strömungswiderstände vorliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (1, 5, 6; 45; 50; 72, 73) eine Baumstruktur aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (1, 5, 6; 45; 50; 72, 73) zwischen dem Anschluß (1; 44; 49) und der jeweiligen Mündung (31 bis 38; 46; 51; 75) gleich lang sind und gleiche Querschnitte aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (1, 5, 6; 45; 50; 72, 73) zwischen dem Anschluß (1; 44; 49) und der jeweiligen Mündung (31 bis 38; 46; 51; 75) eine gleiche Anzahl von Umlenkungen (2, 4, 7, 8) aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen aus Rohren (1, 3, 5, 6, 21 bis 28) gebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (45; 50) in einer Platte (41, 42; 64, 65) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen als Nuten (45; 50) in einer Platte (41, 42; 64, 65) vorliegen, die von einer weiteren Platte (43; 63) abgedeckt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Platten (41, 42; 64, 65) mit Leitungen (45; 50) und Mündungen (46; 51) aufeinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte als Deckel (81) der Prozeßkammer (82) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (72, 73) in einem rohrförmigen Träger (71) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen als Nuten (72, 73) in dem rohrförmigen Träger (71) vorliegen und von einem weiteren Rohr (796) abgedeckt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (46; 51; 75) der von Nuten (45; 50; 72, 73) gebildeten Leitungen zum Einsetzen von die Mündungen bildenden Rohren (52, 53; 66) ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen rasterförmig angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastermaß an den Abstand von rohrförmigen Plasmaerzeugern (83) angepaßt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Rohre (84) derart gewählt ist, daß die zum Einleiten des gasförmigen Mediums dienenden Mündungen zwischen den Plasmaerzeugern (83) liegen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ableiten der Restgase dienende Mündungen zwischen einer von den Plasmaerzeugern gebildeten Ebene und dem in der Prozeßkammer vorhandenen Behandlungsgut angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Mündungen (67) über weitere Leitungen (68) mit einem weiteren Anschluß (132) verbunden sind.
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