DE3610298A1

DE3610298A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern eines stroms von feinen partikeln

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Publication number: DE3610298A1
Application number: DE19863610298
Authority: DE
Inventors: Kenji Ando; Yuji Chiba; Osamu Kamiya; Tatsuo Masaki; Kuniji Osabe; Masao Sugata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1986-10-02
Also published as: DE3610298C2; GB2175413A; GB2175413B; GB8607602D0; CA1272662A; US4911805A

Description

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Be schre ibung

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Stroms von feinen Partikeln

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines Stroms feiner Partikel. Solche Ströme werden dazu verwendet, feine Partikel zu transportieren oder mitzuführen, um aus den Partikeln oder mit den Partikeln Schichten zu bilden, einen zusammengesetzten Stoff herzustellen, zu dotieren, oder um ein Feld aus feinen Partikeln zu erzeugen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen die "feinen Partikel" Atome, Moleküle, ultrafeine Partikel und allgemeine feine Partikel. Mit dem Begriff "ultrafeine Partikel" werden hier solche Teilchen bezeichnet, die kleiner als 0,5 um sind und die man z. B. durch Verdampfung in einem Gas, durch Plasmaverdampfung, durch chemische Reaktion in der Dampfphase, durch Kolloidniederschlag in einer Flüssigkeit oder durch Pyrolyse eines Flüssigsprays erhält. Mit "allgemein feinen Partikeln" sind solche feinen Teilchen

gemeint, die man durch übliche Verfahren wie das mechanische Quetschen, durch Kristallisation oder durch Ausfällen erhält. Der Begriff "Strahl" bedeutet hier einen Strom oder eine Strömung mit in Strömungsrichtung unabhängig von der Geometrie des Querschnitts etwa konstantem Querschnitt.

Im allgemeinen werden feine Partikel in einem Trägergas dispergiert und mitgeführt, um durch den Strom des Trägergases transportiert zu werden. Bislang wurde die Steuerung des Stroms von feinen Partikeln bei deren Transport lediglich dadurch erreicht, daß der durch die mit dem Trägergas strömenden feinen Partikel gebildete Gesamtstrom mit Hilfe eines Rohrs oder eines Gehäuses definiert wurde, wozu der Druckunterschied zwischen stromaufwärts gelegener und stromabwärts gelegener Seite ausgenutzt wurde. Demzufolge hat sich der Strom der feinen Partikel unvermeidlich über das gesamte Rohr oder Gehäuse, durch das der Strömungsweg definiert wurde, zerstreut, obwohl innerhalb des Stroms eine gewisse Verteilung gegeben ist.

Wenn die feinen Partikel auf ein Substrat geblasen werden, werden sie im allgemeinen zusammen mit dem Trägergas von einer Düse ausgestoßen. Die für ein solches Ausblasen von feinen Partikeln eingesetzte Düse ist eine gestreckte oder

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eine konvergierende Düse, und der Strömungsquerschnitt der feinen Partikel ist unmittelbar nach dem Ausstoß entsprechend der Querschnittsfläche des Düsenauslasses beschränkt. Gleichzeitig wird die Strömung aber am Auslaß der Düse zerstreut, so daß die Einschnürung oder Verengung nur vorrübergehend erfolgt und die Strömungsgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht übersteigt.

Wenn der gesamte Strömungsweg der feinen Partikel durch ein Rohr oder ein Gehäuse definiert wird und die feinen Partikel zusammen mit dem Trägergas entlang dem Strömungsweg mittels der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite transportiert werden, ruft ein an der stromabwärts gelegenen Seite zur Erzeugung des Druckunterschieds ausströmendes Gas nicht nur das Ausströmen der feinen Partikel hervor, sondern ist darüber hinaus nicht in der Lage, eine sehr hohe Transportgeschwindigkeit zu bewirken. Außerdem gelangen die Partikel unvermeidlich mit den Wänden des Rohrs oder des Gehäuses, durch das der Strömungsweg definiert wird, in Berührung, und zwar über den gesamten Transportweg hinweg. Wenn daher aktive feine Partikel zu einer gewünschten Stelle transportiert werden, kann es mit verstreichender Transportzeit oder durch die Berührung mit den Wänden des Rohrs oder des Gehäuses zu einem Verlust der Aktivität kommen. Außerdem kann sich dadurch, daß der

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gesamte Strömungsweg für die feinen Partikel durch ein Rohr oder ein Gehäuse definiert wird, z. B. durch die Ausbildung eines Totraums innerhalb der Strömung, eine reduzierte Auffangrate der Partikel sowie ein herabgesetzter Wirkungsgrad des Trägergases für den Transport der Partikel ergeben.

Auf der anderen Seite erzeugt die herkömmliche gestreckte oder konvergierende Düse einen gestreuten Strom, in welchem die Partikel eine große Dichteverteilung aufweisen. Im Fall des Aufblasens von feinen Partikeln auf ein Substrat ist es deshalb schwierig, ein gleichförmiges Aufblasen zu erreichen und die Fläche, in der dieses gleichförmige Aufblasen stattfindet, zu steuern.

Die US-PS 4 200 264 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen von metallischem Mg oder Ca mit Hilfe des Kohlenstoffreduktionsverfahrens .

In der Vorrichtung wird dadurch eine Reduktionsreaktion hervorgerufen, daß ein Mg- oder Ca-Oxid in einer Reaktionskammer mit Kohlenstoff erwärmt und das sich daraus ergebende Gasgemisch in eine divergierende Düse eingeführt wird, um zum Zwecke der Abkühlung eine adiabatische Expansion zu veranlassen und dadurch feine Partikel aus Mg oder Ca zu erhalten.

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Die in der Patentschrift vorgeschlagene divergierende Düse ist auf den Betrieb unter einer Unter-Expansionsbedingung beschränkt.

Die Verwendung einer solchen Düse unter einer solchen Bedingung gestattet sicherlich die Erzeugung einer Überschallgeschwindigkeit in dem durchströmenden Gas, allerdings wird der durchströmende Gasstrom an der Düsenöffnung verteilt, so daß man nicht eine Strömung mit im wesentlichen konstanten Querschnitt erreicht.

Dadurch ergibt sich eine geringe Auffang-Ausbeute, wenn man die sich ergebenden feinen Partikel beispielsweise auf einem Substrat einfängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben aufgezeigten Probleme zu beseitigen oder doch zumindest zu mildern. Insbesondere sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen werden zur Erzeugung eines Stroms feiner Partikel mit im wesentlichen konstantem Querschnitt bei minimaler Zerstreuung.

Außerdem soll die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren schaffen, die bzw. das das Einfangen feiner Partikel begrenzter Lebensdauer gestattet, z. B. das Einfangen

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aktiver Partikel, ohne daß ein Aktivitätsverlust der Partikel erfolgt.

Hierzu schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern eines Stroms feiner Partikel, die gekennzeichnet ist durch eine in einem Strömungsweg angeordnete konvergierende/divergierende Düse.

Außerdem schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Steuern eines Stroms feiner Partikel, die gekennzeichnet ist durch eine konvergierende/divergierende Düse in dem
Strömungsweg, bei dem auf der stromaufwärts gelegenen Seite eine Gasanregungseinrichtung vorgesehen ist.

Weiterhin schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Steuern eines Stroms feiner Partikel, die gekennzeichnet
ist durch eine konvergierende/divergierende Düse in einem Strömungsweg, bei dem auf der stromabwärts gelegenen Seite eine Evakuierung erfolgt, wobei ein Querschnitt des Halses der Düse so festgelegt wird, daß der Durchsatz der Düse
im wesentlichen genauso groß ist wie die Evakuierungsrate.

Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Steuern
eines Stroms feiner Partikel, bei welchem die stromabwärts gelegene Seite einer in einem Strömungsweg befindlichen

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konvergierenden/divergierenden Düse evakuiert wird, so daß die Partikel durch die Düse hindurchströmen.

Schließlich schafft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Stroms feiner Partikel, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der stromaufwärts gelegenen Seite einer in einem Strömungsweg befindlichen konvergierenden/divergierenden Düse ein Druck aufrechterhalten wird, der gleich oder größer ist als der atmosphärische Druck.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Skizze zur Veranschaulichung des Grundprinzips der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Bildung einer Schicht mit ultrafeinen Partikeln,

Fig. 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B Ausführungsformen einer Gasanregungsvorrxchtung,

Fig. 6A bis 6D unterschiedliche Formen einer konvergierenden/ divergierenden Düse,

Fig. 7A und 7B unterschiedliche Ausfuhrungsformen einer Abstreifvorrichtung,

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Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung mit einer Düsen-Verschlußanordnung, und

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer mit einem Reservoir ausgestatteten Vorrichtung.

Eine erfindungsgemäß verwendete konvergierende/divergierende Düse 1 besitzt einen Öffnungsquerschnitt, der, wie in Fig. gezeigt ist, von einem Einlaß 1a bis zu einem Zwischen-HaIs 2 nach und nach abnimmt und dann auf einen Auslaß 1b zu nach und nach größer wird. Der besseren Anschaulichkeit halber ist in Fig. 1 der Einlaß bzw. der Auslaß der konvergierenden/divergierenden Düse 1 angeschlossen an eine geschlossene, stromaufwärts gelegene Kammer 3 bzw. eine geschlossene, stromabwärts gelegene Kammer 4. Der Einlaß und der Auslaß der erfindungsgemäßen konvergierenden/divergierenden Düse 1 können jedoch sowohl an geschlossene als auch offene Systeme angeschlossen sein, solange die feinen Partikel veranlaßt werden, zusammen mit einem Trägergas aufgrund eines zwischen Einlaß und Auslaß herrschenden Druckunterschieds die Düse zu passieren.

Mit dem Ausdruck "optimale Expansionsbedingung" ist hier gemeint, daß der Druck P₁ am Düsenauslaß 1b genauso groß

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ist wie der Druck P in der stromabwärts gelegenen Kammer 4, wodurch der von der Düse kommende Strom die Eigenschaft
eines Strahls hat.

Unter einer Expansionsbedingung P₁> P divergiert der ausgestoßene Strom nach außen hin sehr rasch, beginnend am Auslaß der Düse, so daß ein gleichförmiger Strom nicht erzielt wird. Andererseits wird bei einer Überexpansionsbedingung
P. >P der Strom so, daß er in der Düse ein Ablösen bewirkt, so daß er instabil wird und außerdem die Neigung hat, Stoßwellen zu erzeugen und mithin nicht für die vorliegende
Aufgabe geeignet ist.

Um einen optimalen Expansionsstrom zu erhalten, können beispielsweise Drucksensoren an dem Auslaß oder um den Auslaß
der Düse herum bzw. in der stromabwärts befindlichen Kammer angeordnet werden, während man den Druck P im stromaufwärts gelegenen Abschnitt und den Druck P in dem stromabwärts gelegenen Abschnitt so steuert, daß die von den Sensoren festgestellten Drücke etwa gleich groß sind.

Erfindungsgemäß wird zwischen der stromaufwärts befindlichen Kammer 3 und der stromabwärts gelegenen Kammer 4 gemäß
Fig. 1 eine Druckdifferenz dadurch erzeugt, daß in die

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stromaufwärts gelegene Kammer 3 ein Trägergas eingespeist wird, in der die feinen Partikel im Schwebezustand dispergiert sind, während die stromabwärts gelegene Kammer mit Hilfe einer Vakuumpumpe 5 evakuiert wird, so daß das die feinen Partikel enthaltende, eingespeiste Trägergas von der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 durch die konvergierende/divergierende Düse 1 zu der stromabwärts gelegenen Kammer 4 strömt.

Die konvergierende/divergierende Düse 1 hat nicht nur die Punktion, die feinen Partikel entsprechend dem Druckunterschied zwischen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Seite zusammen mit dem Trägergas auszustoßen, sondern dient außerdem dazu, den aus Trägergas und feinen Partikeln bestehenden Strom gleichmäßig auszustoßen. Ein solcher gleichförmiger Strom von feinen Partikeln läßt sich dazu verwenden, die Partikel gleichförmig auf ein Substrat 6 zu blasen.

Die konvergierende/divergierende Düse 1 ist in der Lage, den mit dem Trägergas ausgestoßenen Strom feiner Partikel durch geeignete Auswahl eines Druckverhältnisses P/P des Drucks P in der stromabwärts gelegenen Kammer 4 bezüglich des Drucks P in der stromaufwärts gelegenen Kammer, sowie eines Verhältnisses A/A* des Öffnungsquerschnitts A des

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Auslasses 1b bezüglich der Querschnittsfläche A* des Halses 2 zu beschleunigen. Wenn das Verhältnis P/Po der Drücke in der stromaufwärts bzw. in der stromabwärts gelegenen Kammer 3 bzw. 4 ein kritisches Druckverhältnis übersteigt, nimmt die Geschwindigkeit des Massestroms am Ausgang der Düse 1 einen Wert unterhalb der Schallgeschwindigkeit an, und das aus feinen Partikeln und Trägergas bestehende Gemisch wird mit verringerter Geschwindigkeit ausgestoßen. Wenn andererseits das Druckverhältnis P/Po weniger beträgt als das kritische Druckverhältnis, nimmt die Geschwindigkeit des Massestroms an dem Auslaß der Düse einen Wert oberhalb der Schallgeschwindigkeit an, so daß die Partikel und das Trägergas mit Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen werden.

Wenn man davon ausgeht, daß der Strom der feinen Partikel ein eindimensionaler Druckstrom mit adiabatischer Expansion ist, wird die Machsche Zahl M, die von dem Strom erreicht werden kann, bestimmt durch den Druck Po der stromaufwärts gelegenen Kammer und dem Druck P der stromabwärts gelegenen Kammer, und zwar nach folgender Formel:

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wobei u die Geschwindigkeit des Fluids, a die lokale Schallgeschwindigkeit an dem Auslaß und γ* das Verhältnis der Werte der spezifischen Wärme des Fluid ist. M überschreitet den Wert 1 wenn das Verhältnis P/Po unterhalb des kritischen Druckverhältnisses ist.

Die Schallgeschwindigkeit läßt sich durch folgende Formel angeben:

a =

wobei T die lokale Temperatur und R die Gaskonstante ist. Außerdem gilt folgende Beziehung zwischen den Öffnungsquerschnitten A, A* des Auslasses 1b und des Halses 2 und der Machschen Zahl M:

a —!CIl

Es ist deshalb möglich, die Strömungsgeschwindigkeit der aus der Düse 1 ausgestoßenen feinen Partikel dadurch zu regulieren, daß man das Öffnungsverhältnis A/A* nach Maßgabe der Machschen Zahl M bestimmt, wobei die Machsche Zahl M durch die Gleichung (1) aus dem Druckverhältnis P/Po der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Kammer berechnet wird. Außerdem kann die Regelung dadurch erfolgen,

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daß man das Verhältnis P/Po entsprechend dem nach Gleichung (2) aus dem Öffnungsverhältnis A/A* bestimmten Wert von M reguliert. Die Geschwindigkeit u der Strömung der feinen Partikel läßt sich durch folgende Gleichung (3) bestimmen:

u = M /pT_o (1 + Vf)* (3)

wobei T die Temperatur der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 ist.

Der Zustand des Stroms von feinen Partikeln läßt sich in einem Zustand aufrechterhalten, der bestimmt wird durch das Öffnungsflächenverhältnis A/A*_f falls das Druckverhältnis P/Po der stromaufwärts gelegenen Kammer 3 und der stromabwärts gelegenen Kammer 4 konstant gehalten wird. Folglich muß die Vakuumpumpe 5 zum Evakuieren der stromabwärts gelegenen Seite oder Kammer 4 in der Lage sein, die Kammer 4 unabhängig davon auf konstantem Druck zu halten, wie der Strom von feinen Partikeln durch die konvergierende/ divergierende Düse 1 verläuft, wenn die stromaufwärts gelegene Kammer 3 auf einem konstanten Druck gehalten wird.

Die Masse, die von der Vakuumpumpe evakuiert werden kann, hängt im allgemeinen von der Pumpenkapazität ab. Wenn

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allerdings der Strömungsdurchsatz durch die Düse kleiner gewählt wird als die Evakuierungs-Volumengeschwindigkeit der Pumpe, läßt sich der Druck in der stromabwärts gelegenen Kammer 4 dadurch konstant halten, daß der Durchsatz der Pumpe im wesentlichen genauso groß eingestellt wird wie der Durchsatz durch die Düse, ζ. Β. mit Hilfe eines Ventils. Speziell durch Auswählen der Querschnittsfläche des Halses 2 der konvergierenden/divergierenden Düse dahingehend, daß der Durchsatz durch die Düse 1 gleich der effektiven Evakuierungsgeschwindigkeit der Pumpe entspricht, wird der Strom feiner Partikel einer optimalen Expansion am Düsenausgang 1b unterworfen, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit durch das Ventil oder dergleichen reguliert wird, und es läßt sich im Leistungsbereich der Pumpe eine maximale Strömungsgeschwindigkeit stabil einstellen.

Die Strömungsmenge durch die Düse sowie die Strömungsmenge (Durchsatz) bei der Evakuierung werden beide durch Massenströmungsmengen angegeben.

Die Massenströmungsmenge oder der Durchsatz m in der konvergierenden/divergierenden Düse 1 bestimmt sich durch folgende Gleichung (4) :

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Der Durchsatz bestimmt sich nach der Öffnungs-Querschnittsflache A* des Halses 2, wenn der Druck Po und die Temperatur To in der stromaufwärts gelegenen Kammer konstant sind.

Bei einem Ausstoß mit einem Druckverhältnis, welches das kritische Verhältnis übersteigt, wie oben erläutert wurde, bilden Trägergas und feine Partikel einen gleichförmigen sich zerstreuenden Strom, so daß die feinen Partikel gleichförmig über einer relativ großen Fläche aufgeblasen werden können.

Wenn andererseits Trägergas und Partikel in Form einer Hochgeschwindigkeitsströmung in eine Richtung ausgestoßen werden, bilden sie einen Strahl, bei dem der Querschnitt unmittelbar nach dem Ausstoß im wesentlichen beibehalten wird. Demzufolge bilden auch die von dem Trägergas mitgeführten feinen Partikel einen Strahl, der mit Hochgeschwindigkeit in die stromabwärts gelegene Kammer 4 bei minimaler Zerstreuung und ohne räumliche Beeinflussung durch die Wände der Kammer 4 transportiert, so daß die Evakuierung der Partikel durch die Pumpe 5 leicht verhindert werden kann.

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Es ist daher möglich, auf dem Substrat 6 innerhalb der stromabwärts gelegenen Kammer 4 aktive feine Partikel in einem zufriedenstellend aktiven Zustand aufzufangen, indem die aktiven feinen Partikel in der stromaufwärts gelegenen Kammer erzeugt und durch die Düse 1 transportiert werden, oder indem die aktiven feinen Partikel in oder unmittelbar nach der Düse 1 erzeugt und in Form eines räumlich unabhängigen Überschallstrahls transportiert werden. Auch die Auffangzone läßt sich in einfacher Weise steuern, da die feinen Partikel in Form eines Strahls mit einem entlang dem Strahl etwa gleichförmigen Querschnitt auf das Substrat 6 geblasen werden.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung bei einer Vorrichtung zur Schichtbildung mit ultrafeinen Partikeln, wobei eine konvergierende/divergierende Düse 1, eine stromaufwärts gelegene Kammer 3, eine erste stromabwärts gelegene Kammer 4a und eine zweite stromabwärts gelegene Kammer 4b vorhanden sind. Im folgenden soll die konvergierende/divergierende Düse 1 abgekürzt als KD-Düse bezeichnet werden.

Die stromaufwärts gelegene Kammer 3 und die erste stromabwärts gelegene Kammer 4a sind als einstückige Einheit aufgebaut, wobei an die erste Kammer 4a abnehmbar eine Ab-

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streifVorrichtung 7, ein Absperrventil 8 und die zweite stromabwärts gelegene Kammer 4b mit Hilfe von Flanschen gleichen Durchmessers, die im folgenden als gemeinsame Flansche bezeichnet werden, befestigt sind. Die stromaufwärts gelegene Kammer 3, die erste stromabwärts gelegene Kammer 4a und die zweite stromabwärts gelegene Kammer 4b werden mit einem unten noch näher zu erläuternden Vakuumsystem auf sukzessive höherem Vakuum gehalten. Im folgenden soll die stromaufwärts gelegene Kammer vereinfacht mit "obere Kammer" und die stromabwärts gelegene Kammer vereinfacht mit "untere Kammer" bezeichnet werden.

An die obere Kammer 3 ist mit einem gemeinsamen Flansch eine Gasanregungseinrichtung 9 angeschlossen, die durch Plasma ultrafeine Partikel erzeugt und diese Partikel zusammen mit einem Trägergas wie Wasserstoff, Helium, Argon oder Stickstoff zu der gegenüberliegenden KD-Düse 1 schickt. Die obere Kammer 3 kann an ihren Innenwänden eine Antihaftbehandlung erfahren haben, um das Haftenbleiben der so erzeugten ultrafeinen Partikel an den Innenwänden zu vermeiden. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen der oberen Kammer und der ersten unteren Kammer 4a, verursacht durch das höhere Vakuum in der unteren Kammer, strömen die erzeugten ultrafeinen Partikel zusammen mit dem Trägergas durch die Düse 1 zu der ersten unteren Kammer 4a.

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Wie Fig. 3A und 3B zeigen, enthält die Gasanregungseinrichtung 9 eine erste, rohrförmige Elektrode 9a, die eine zweite, stabförmige Elektrode 9b aufnimmt, so daß zwischen den beiden Elektroden eine elektrische Entladung induziert wird, während das Trägergas und das Rohmaterialgas in die erste Elektrode 9a eingegeben werden. Beispiele für im Rahmen der Erfindung einsetzbare Gasanregungsverfahren sind die Gleichspannungs-Glimmentladung und die Hochfrequenz-Glimmentladung. Außerdem kann in der Gasanregungseinrichtung 9 gemäß Fig. 4A und Fig. 4B die erste Elektrode 9a als zweite Elektrode eine Elektrode 9c mit einer Vielzahl von Poren beinhalten, so daß das Trägergas in das Innere der ersten Elektrode 9a gelangt, während das Rohmaterialgas in das Innere der zweiten Elektrode 9c eingegeben wird. Ein solcher Aufbau gestattet die Anregung von Gas, während das Trägergas sowie das Rohmaterialgas in dem Rohr gleichförmig gemischt werden.

Fig. 5A ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für die Gasanregungseinrichtung, und Fig. 5B ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 5A. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, bilden eine erste, einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisende Elektrode 9d und eine zweite Elektrode 9e ähnlicher Gestalt,

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die über Isolatoren 9f aus beispielsweise Quarz oder Porzellan zusammengebaut sind, Rohre für das Trägergas und das Rohmaterialgas, die über einen gemeinsamen Flansch miteinander verbunden sind.

Die KD-Düse 1 ist mit einem gemeinsamen Flansch an eine in Richtung auf die obere Kammer 3 gerichtete Seite der ersten unteren Kammer 4a montiert, so daß sie in die obere Kammer 3 hineinragt, wobei ihr Einlaß 1a sich in die obere Kammer 3 öffnet und der Auslaß 1b sich in die erste untere Kammer 4a öffnet. Die Düse 1 kann auch so montiert sein, daß sie in die erste untere Kammer 4a hineinragt. Die Richtung des Vorspringens der Düse 1 bestimmt sich durch ihre Größe und die Menge und Beschaffenheit der zu transportierenden ultrafeinen Partikel.

Wie oben bereits erläutert wurde, reduziert sich der Querschnitt der KD-Düse 1 vom Einlaß 1a aus zu dem Hals 2 hin nach und nach, um sich dann zum Auslaß 1b hin nach und nach aufzuweiten, und der Differentialquotient der Kurve des Strömungswegs ändert sich kontinuierlich, um an dem Hals 2 den Wert Null zu erreichen, so daß dadurch das Wachstum von Strömungsgrenzschichten in der Düse 1 minimiert wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet die Kurve des Strömungswegs in der Düse 1 den Krümmungsverlauf der Innenwand, betrachtet im Querschnitt entlang der Strö-

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mungsrichtung. Auf diese Weise ist es möglich, den wirksamen Querschnitt des Stroms in der Düse 1 so zu wählen, daß er dem Entwurfswert sehr nahe kommt und die Leistungsfähigkeit der Düse 1 vollständig ausnützt. Wie in Fig. 6A vergrößert dargestellt ist, verläuft der Innenumfang in der Nähe des Auslasses 1b vorzugsweise etwa parallel zur Mittelachse oder besitzt einen Differentialkoeffizienten gleich Null, um die Ausbildung eines parallelen Stroms zu erleichtern, da die Stromrichtung des ausgestoßenen Trägergases und der ausgestoßenen feinen Partikel bis zu einem gewissen Ausmaß beeinflußt wird durch die Richtung der Innenwand in der Nähe des Auslasses 1b. Wenn aber der Winkel (X der Innenwand von dem Hals 2 zu dem Auslaß 1b bezüglich der Mittelachse kleiner als 7° gewählt wird, vorzugsweise 5° oder weniger, wie in Fig. 6B gezeigt ist, ist es möglich, das Abschäloder Ablöse-Phänomen zu verhindern und einen im wesentlichen gleichförmigen Zustand des ausgestoßenen Trägergases mit den ultrafeinen Partikeln beizubehalten. Folglich kann in einem solchen Fall auf die oben erwähnte parallele innere ümfangswand verzichtet werden, so daß sich die Herstellung der Düse 1 durch Wegfall des parallelen Wandabschnitts vereinfacht. Außerdem läßt sich durch Verwendung einer rechteckigen Düse 1 gemäß Fig. 6C ein schlitzförmiger Ausstoß des Trägergases und der ultrafeinen Partikel erreichen.

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Das oben erwähnte Ablöse-Phänomen bedeutet die Bildung einer vergrößerten Grenzschicht zwischen der Innenwand der Düse 1 und dem durchströmenden Fluid, verursacht beispielsweise durch einen Vorsprung der Innenwand, wodurch eine ungleichmäßige Strömung begünstigt wird. Dieses Phänomen tritt häufiger bei Strömen mit höherer Geschwindigkeit auf. Um dieses sogenannte Ablöse-Phänomen zu vermeiden, wird der oben erwähnte Winkel C* vorzugsweise kleiner gewählt, wenn die Innenwand der Düse 1 nicht so präzise endbearbeitet ist. Die Innenwand der Düse 1 sollte - entsprechend der Japanischen Industrienorm JIS B 0601 mit einer Feinheit endbearbeitet sein, die drei, vorzugsweise vier auf der Spitze stehenden Dreieckmarkierungen entspricht, Da das Ablöse-Phänomen in dem divergierenden Abschnitt der Düse 1 den Strom des Trägergases und der ultrafeinen Partikel anschließend signifikant beeinflußt, sollte der Oberflächenbearbeitung des divergierenden Abschnitts besondere Aufmerksamkeit gelten, um die Herstellung der Düse 1 zu vereinfachen. Außerdem ist es zum Verhindern des Ablöse-Phänomens notwendig, den Halsabschnitt 2 mit glatter Krümmung zu versehen und das Vorhandensein eines unendlich großen Differentialkoeffizienten bei der Änderung der Querschnittsfläche zu vermeiden. Allerdings ist das Entstehen einer durch das Ablöse-Phänomen verursachten Grenzschicht unvermeidlich, da es in der Praxis unmöglich ist,

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die Innenwand der Düse 1 als vollständige Spiegelfläche auszubilden. Die Bildung einer solchen Grenzschicht auf der stromabwärts gelegenen Seite des Halses 2 entspricht einer Verminderung des Verhältnisses A/A*, so daß dadurch die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit nicht erzielt wird. Aus diesem Grund ist die wirksame Querschnittsfläche am Auslaß gleich der Querschnittsfläche des Auslasses, abzüglich der Gesamtfläche der Grenzschicht in dem Auslaß, vorzugsweise mindestens 90 % der Querschnittsfläche des Auslasses.

Die Dicke der Grenzschicht sollte folglich einen Wert von 0,5 mm bei einem Auslaßdurchmesser von 20 mm und einen Wert von ca. 0,05 mm bei einem Auslaßdurchmesser von 2 mm nicht übersteigen. Da die genannte Dicke nicht unter einen gewissen Grenzwert abgesenkt werden kann, sollte der Durchmesser des Auslasses 1b im Fall eines Auslasses mit kreisförmigem Querschnitt mindestens 1 mm betragen, und bei einem Auslaß mit rechteckigem Querschnitt sollte der Spalt des Auslasses 1b mindestens etwa 1 mm betragen. Die Obergrenze hängt beispielsweise ab von der Kapazität der Vakuumpumpe 5b auf der stromabwärts gelegenen Seite. Außerdem sollte die Strömungslinie des Stroms mit der Krümmunq der Innenwand der Düse 1 so weit wie möglich übereinstimmen, da ansonsten die oben erwähnte Grenzschicht dicker wird.

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Zusätzlich zu den in den Fig. 6A, 6B und 6C gezeigten
Formen kann die KD-Düse 1 mit mehreren Halsabschnitten
2, 2' versehen sein, wie Fig. 6D zeigt. In diesem Fall
wird der beim Durchlauf durch den ersten Hals 2 beschleunigte Strom in einem Abschnitt mit sich verringernden
Durchmesser verzögert und bei dem zweiten Halsabschnitt
2¹ erneut beschleunigt. Bei einem solchen Aufbau steigt und fällt die Temperatur des Stroms wiederholt, entsprechend der Änderung der Geschwindigkeit in der Düse 1, und zwar infolge wechselseitiger Umsetzung der thermischen Energie und der kinetischen Energie, wie im folgenden noch näher erläutert wird. Dadurch kann ein interessierendes Reaktionsfeld gebildet werden. Die Anzahl von Halsabschnitten ist nicht auf zwei beschränkt, sondern es können auch drei oder noch mehr Halsabschnitte vorhanden sein.

Beispiele für das für die KD-Düse 1 zu wählende Material sind Metalle wie Eisen und rostfreier Stahl, Kunststoffe wie Acrylharz, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polystyren und Polypropylen, keramische Stoffe, Quarz, Glas und dergleichen. Das Material kann unter Berücksichtigung des
Fehlens einer Reaktion mit den zu erzeugenden ultrafeinen Partikeln ausgewählt werden, unter Berücksichtigung der
einfachen Bearbeitung und der Gasemission in dem Vakuumsystem. Außerdem kann die Innenwand der Düse 1 mit einem Material überzogen oder beschichtet sein, welches ein

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Haften oder eine Reaktion mit den ultrafeinen Partikeln verhindert. Ein Beispiel für ein solches Material ist eine Beschichtung aus Polyfluoräthylen.

Die Länge der KD-Düse 1 kann unter Berücksichtigung der Länge der Vorrichtung frei gewählt werden. Die in dem Trägergas enthaltene thermische Energie wird in kinetische Energie umgesetzt, wenn das Trägergas die KD-Düse durchströmt. Folglich verringert sich auch die thermische Energie der ultrafeinen Partikel spürbar, und die Strömungsgeschwindigkeit dieser Partikel folgt derjenigen des Trägergases. Wenn weiterhin in dem Trägergas ein kondensierbares Gas enthalten ist, kann dieses kondensierbare Gas in dem Strom aufgrund des durch die erwähnte Abnahme der thermischen Energie erfolgenden Abkühleffekts kondensieren.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht aufgrund der homogenen Kernbildung die Erzeugung homogener ultrafeiner Partikel, Für ein ausreichendes Kondensieren sollte auch in diesem Fall die KD-Düse 1 vorzugsweise länger gemacht werden. Auf der anderen Seite erhöht das Kondensieren die thermische Energie und reduziert die kinetische Energie. Um folglich eine hohe Ausstoßgeschwindigkeit beizubehalten, sollte die Düse 1 vorzugsweise kürzer sein.

Durch das Durchleiten des die ultrafeinen Partikel ent-

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haltenden Trägergasstroms durch die oben erläuterte KD-Düse 1 bei geeigneter Auswahl des Druckverhältnisses P/Po der oberen Kammer 3 und der unteren Kammer 4 sowie eines Öffnungsquerschnittverhältnisses A/A* des Halsabschnitts und des Auslasses 1b nimmt der Strom die Form eines Strahls an, der mit hoher Geschwindigkeit von der ersten unteren Kammer 4a in die zweite untere Kammer 4b gelangt.

Bei der Abstreifvorrichtung 7 handelt es sich um eine veränderliche Öffnung, die von außen verstellbar ist, so daß sich der Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten unteren Kammer 4a und der zweiten unteren Kammer 4b schrittweise ändert, um so in der zweiten unteren Kammer 4b ein höheres Vakuum aufrechtzuerhalten als in der ersten Kammer 4a. Speziell besteht die Abstreifvorrichtung gemäß Fig. 7A aus zwei Justierplatten 11 und 11', die mit Kerben 10 bzw. 10' versehen sind. Die Platten sind verschieblich derart angeordnet, daß sich die Kerben 10 und 10' gegenseitig überlagern. Die Justierplatten 11 und 11' lassen sich von außen bewegen, damit die Kerben 10 und 10' eine Öffnung definieren, die ein Passieren des Strahls gestatten und dennoch ein ausreichendes Vakuum in der zweiten unteren Kammer aufrechterhalten. Die Gestalt der Kerben 10, 10' der Abstreifvorrichtung 10 und die Form der Justierplatten 11, 11' ist nicht auf die in Fig. 7A dargestellte V-Form beschränkt, sondern die Form kann auch halbkreisförmig oder anders sein.

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Man kann auch einen Blendenraechanismus verwenden, ähnlich wie bei einer Kamera. Dies ist in Fig. 7B dargestellt. Mit einem solchen Mechanismus läßt sich eine feine Drucksteuerung erreichen.

Das Absperrventil 8 besitzt ein wehrähnliches Ventilteil 13, das mit Hilfe eines Handgriffs 12 geöffnet oder geschlossen werden kann. Bei vorhandenem Strahl wird es vollständig geöffnet. Durch Schließen des Absperrventils 8 ist es möglich, die Einheit der zweiten unteren Kammer 4b auszutauschen, während in der oberen Kammer 3 und in der ersten unteren Kammer 4a ein Vakuum aufrechterhalten bleibt. Handelt es sich bei den ultrafeinen Partikeln um leicht oxidierende Metallpartikel, so kann man die Einheit ohne Gefahr einer raschen Oxidation austauschen, indem man ein Kugelventil oder dergleichen als Absperrventil 8 einsetzt und die zweite untere Kammer 4b zusammen mit dem Kugelventil austauscht.

In der zweiten unteren Kammer 4b befindet sich ein Substrat 6, welches die ultrafeinen Partikel, die in Form eines Strahls transportiert werden, als Schicht auffängt. Das Substrat ist auf einem Substrathalter 16 am Ende einer Schiebestange 15 montiert. Die Schiebestange ist in der zweiten unteren Kammer 4b mit Hilfe eines gemeinsamen Flansches montiert und wird durch einen Zylinder 14 bewegt. Vor dem Substrat

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befindet sich ein Verschluß 17, um den Strahl bei Bedarf abzufangen. Außerdem kann der Substrathalter 16 das Substrat 6 erwärmen oder Abkühlen, um für das Auffangen der ultrafeinen Partikel optimale Bedingungen zu schaffen.

In der oberen und der unteren Wand der oberen Kammer 3 und der zweiten unteren Kammer 4b befinden sich Glasfenster 18, die mit gemeinsamen Flanschen in der in der Zeichnung dargestellten Weise montiert sind. Die Fenster gestatten die Beobachtung des Innenraums. Ähnliche Glasfenster sind (wenngleich hier nicht dargestellt) mit Hilfe gemeinsamer Flansche in der Vorder- und der Rückwand der oberen Kammer 3, der ersten unteren Kammer 4a und der zweiten unteren Kammer 4b vorhanden. Diese Glasfenster lassen sich abnehmen, so daß man verschiedene Meßinstrumente oder eine Last-Verriegelungskammer mit Hilfe der gemeinsamen Flansche montieren kann.

Die obere Kammer 3 ist über ein Druckregelventil 19 an ein Hauptventil 20a angeschlossen. Die erste untere Kammer 4a ist direkt an das Hauptventil 20a angeschlossen, welches seinerseits an die Vakuumpumpe 5a angeschlossen ist. Die zweite untere Kammer 4b ist an ein Hauptventil 20b angeschlossen, welches an eine Vakuumpumpe 5b angeschlossen ist. Vorpumpen 21a, 21b sind an die stromaufwärts gelegene Seite der Hauptventile 20a, 20b über Vorvakuumventile 22a, 22b

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und außerdem über Hilfsventile 23a, 23b an die Vakuumpumpen 5a, 5b angeschlossen. Die Vorpumpen 21a und 21b werden zur Vorevakuierung der oberen Kammer 3, der ersten unteren Kammer 4a und der zweiten unteren Kammer 4b verwendet. Für die Kammern 3, 4a, 4b sowie die Pumpen 5a, 5b, 21a, 21b sind Leck/Entleerungs-Ventile 24a-24h vorgesehen.

Zunächst werden die Vorvakuuraventile 22a, 22b und das Druckregelventil 19 geöffnet, um eine Vorevakuierung der oberen Kammer 3 und der. ersten und zweiten unteren Kammer 4a, 4b mit Hilfe der Vorpumpen 21a und 21b zu erreichen. Dann werden die Vorvakuumventile 22a, 22b geschlossen, und die Hilfsventile 23a, 23b sowie die Hauptventile 20a, 20b werden geöffnet, um die obere Kammer 3 und die erste und die zweite untere Kammer 4a, 4b mit Hilfe der Vakuumpumpen 5a, 5b ausreichend zu evakuieren. In diesem Zustand wird das Öffnungsmaß des Druckregelventils 19 so gesteuert, daß in der ersten unteren Kammer 4a ein höheres Vakuum erreicht wird als in der oberen Kammer 3. Dann werden das Trägergas und das Rohstoffgas eingespeist, und die Abstreifvorrichtung 7 wird so eingestellt, daß in der zweiten unteren Kammer 4b ein stärkeres Vakuum erhalten wird als in der ersten unteren Kammer 4a. Die Einstellung kann auch über das Hauptventil 20b erfolgen. Außerdem erfolgt die Steuerung so, daß in jeder der Kammern 3, 4a, 4b während der Erzeugung der ultrafeinen Partikel und der Schichtbildung durch den

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ausgestoßenen Strahl ein konstantes Vakuum vorhanden ist. Diese Steuerung läßt sich entweder von Hand oder automatisch dadurch erreichen, daß die Drücke in den Kammern 3, 4a und 4b ermittelt und dementsprechend das Druckregelventil 19, die Hauptventile 20a und 20b und die Abstreifvorrichtung 7 eingestellt werden. Wenn außerdem das Trägergas und die feinen Partikel, die der oberen Kammer 3 zugeführt werden, unmittelbar über die Düse 1 zur stromabwärts gelegenen Seite transportiert werden, läßt sich die Evakuierung während des Transports nur durch die erste und die zweite untere Kammer 4a und 4b durchführen.

Die obere Kammer 3 und die erste untere Kammer 4a können mit separaten Vakuumpumpen ausgestattet sein, um die oben erwähnte Einstellung des Vakuums zu erreichen. Verwendet man allerdings eine einzige Vakuumpumpe 5a, wie es oben angesprochen wurde, so läßt sich zur Evakuierung in Richtung des Strahlstroms zum Steuern der Vakuumwerte in der oberen Kammer 3 und der ersten unteren Kammer 4a die Druckdifferenz zwischen den Kammern konstant halten, selbst wenn die Vakuumpumpe 5a bis zu einem gewissen Maß pulsierend arbeitet. Deshalb ist es einfacher, einen konstanten Strömungszustand aufrechtzuerhalten, der in einfacher Weise beeinflußt wird durch eine Änderung der Druckdifferenz.

Das Ansaugen durch die Vakuumpumpen 5a und 5b erfolgt vor-

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zugsweise von der Oberseite her, speziell in der ersten und der zweiten unteren Kammer 4a und 4b, da dieses Ansaugen von der Oberseite her bis zu einem gewissen Maß das Abfallen des Strahls aufgrund der Schwerkraft verhindert.

Die oben erläuterte Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in folgender Weise modifiziert werden:

Zunächst kann die KD-Düse 1 vertikal oder horizontal geneigt werden. Sie kann außerdem so aufgebaut sein, daß sie über einen gewissen Bereich eine Abtastbewegung vollzieht, um über einen größeren Flächenbereich eine Schicht aufzubauen. Eine solche Neigung oder Abtastbewegung ist dann vorteilhaft, wenn die in Fig. 6C gezeigte Düse mit rechteckigem Querschnitt verwendet wird.

Außerdem ist es möglich, die Düse 1 aus einem Isolator, wie z. B. Quarz, herzustellen, um durch Zuführen von Mikrowellenenergie aktive ultrafeine Partikel in der Düse zu erzeugen. Die Düse kann auch aus durchscheinendem Material gefertigt sein, so daß der Strom in der Düse mit Licht verschiedener Wellenlängen, z. B. mit UV-Licht, IR-Licht oder Laserlicht bestrahlt werden kann. Außerdem können mehrere Düsen 1 zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Strahlen vorhanden sein. Speziell die Verbindung mehrerer Düsen 1 mit

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unabhängigen oberen Kammern 3 ermöglicht die gleichzeitige Erzeugung von Strahlen unterschiedlicher feiner Partikel, so daß man eine Laminierung oder ein gemischtes Auffangen unterschiedlicher Partikel erreichen kann und darüber hinaus auch die Möglichkeit besteht, sogar neue feine Partikel durch Kollision von sich kreuzenden Strahlen zu erzeugen.

Das Substrat 6 kann vertikal oder horizontal bewegbar oder drehbar gelagert sein, um den Strahl in einem großen Flächenbereich aufzufangen. Außerdem läßt sich ein Substrat für die Aufnahme des Strahls von einer Rolle abziehen und weitertransportieren, so daß ein band- oder tuchförmiges Substrat mit feinen Partikeln behandelt werden kann. Außerdem kann die Behandlung mit feinen Partikeln auch angewendet werden auf ein sich drehendes, trommelförmiges Substrat 6.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassen die obere Kammer 3, die erste untere Kammer 4a und die zweite untere Kammer 4b, man kann aber auch auf die zweite untere Kammer 4b verzichten oder zusätzliche untere Kammern zu der zweiten unteren Kammer hinzufügen. Die erste untere Kammer 4a kann in einem offenen System betrieben werden, wenn die obere Kammer 3 unter Druck steht, oder die obere Kammer 3 kann in einem offenen System betrieben werden, wenn die erste untere Kammer 4a unter verringertem Druck steht.

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Es ist ebenfalls möglich, die obere Kammer 3 wie einen Autoklaven unter Druck zu setzen und die erste und nachfolgende untere Kammern unter Unterdruck zu setzen.

Bei dieser Ausführungsform ist es ferner möglich, eine Verschlußvorrichtung 25 zu verwenden, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, um den Strömungsweg der KD-Düse zu öffnen oder zu schließen und dadurch vorübergehend die feinen Partikel in der oberen Kammer 3 zu speichern und den Ausstoß aus der Düse durch intermittierendes Öffnen und Schließen der Verschlußvorrichtung zu pulsen.

Die Verschlußvorrichtung läßt sich vor, hinter oder in der Düse anordnen, vorzugsweise befindet sie sich jedoch vor der Düse, um deren Eigenschaften voll ausnutzen zu können. Die Verschlußvorrichtung kann z. B. aus einem Kugelventil oder einem Flügelventil bestehen, vorzugsweise handelt es sich bei der Verschlußvorrichtung wegen der raschen Ansprechzeigt jedoch um ein elektromagnetisches Ventil.

Die Verschlußvorrichtung kann auch synchron mit der Energiezufuhr durch den Laserstrahl oder der Bestrahlung mit Licht verschiedener Wellenlängen in dem Halsabschnitt 2 der Düse 1 oder an deren stromabwärts gelegenen Seite geöffnet und geschlossen werden, so daß sich dadurch die Be-

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lastung des Vakuumsysterns deutlich verringert und unnötiges Ausstoßen von Material vermieden wird. Dadurch läßt sich der Rohstoff effektiver nutzen, indem man einen pulsierenden Strom der feinen Partikel erhält. Außerdem erleichtert bei einem gegebenen Vakuumsystem das erwähnte intermittierende öffnen die Erzielung eines stärkeren Vakuums auf der stromabwärts gelegenen Seite.

Nach der obigen Beschreibung werden die aktiven ultrafeinen Partikel in der oberen Kammer 3 erzeugt, sie können jedoch auch an einer anderen Stelle erzeugt und zusammen mit dem Trägergas der Kammer zugeführt werden.

Fig. 9 zeigt ein Reservoir 28 für die vorübergehende Speicherung ultrafeiner Partikel oberhalb der oberen Kammer 3. Die Partikel werden über eine am Ende des Reservoirs vorhandene Düse in der Nähe des Eingangs der KD-Düse 1 eingespeist. Die Innenwände der oberen Kammer 3 können in geeigneter Weise behandelt sein, um die Ablagerung von feinen Partikeln zu verhindern. Weil die erste untere Kammer 4a ein höheres Vakuum hat als die obere Kammer 3, strömen die von dem Reservoir 28 eingespeisten ultrafeinen Partikel sofort zusammen mit dem Trägergas zu der ersten unteren Kammer 4a, und zwar durch die KD-Düse 1 hindurch.

Es ist ferner möglich, mehrere Düsen 1 in Serie zu verwenden

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und das Druckverhältnis zwischen stromaufwartiger und stromabwärtiger Seite jeder Düse zu regeln, um eine konstante Strahlgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Außerdem läßt sich zur Vermeidung von Toträumen eine kugelförmige Kammer verwenden.

In einer Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Innere der oberen Kammer 3 auf atmosphärischem Druck oder höherem Druck gehalten werden. Wenn die stromaufwärts gelegene Seite auf Atmosphärendruck gehalten wird, läßt sich die stromabwärts gelegene Seite auf einem niedrigeren Druck halten, und falls die obere Kammer auf einem Druck gehalten wird, der größer ist als der Atmosphärendruck, läßt sich die stromabwärts gelegene Seite auf Atmosphärendruck halten oder kann in einem Bereich auf über- oder Unterdruck gehalten werden, der den Druck in der oberen Kammer nicht übersteigt.

Man kann also ein festes Reaktionsprodukt erhalten, welches in einer unter Druck stehenden flüssigen Phase auf der stromaufwärts gelegenen Seite gebildet wird, ohne daß es der Atmosphäre ausgesetzt ist. Außerdem läßt sich ein solches Reaktionsprodukt in größeren Mengen unter höherem Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite kondensieren und folglich mit höherer Konzentration erhalten.

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Erfindungsgemäß können feine Partikel als gleichförmig gestreuter, ausgestoßener Strom oder als überschallstrahl transportiert werden. Der mit Hochgeschwindigkeit erfolgende Transport von feinen Partikeln läßt sich in einem räumlich unabhängigen Zustand erreichen, und es ist einfacher, den Verlust von feinen Partikeln beim Austritt des Stroms auf der stromabwärts gelegenen Seite zu verhindern. Es ist ferner möglich, die aktiven feinen Partikel zu der Auffangstelle sicher im aktiven Zustand zu transportieren, und den Auffangquerschnitt durch Steuern der Auffangfläche exakt zu steuern. Es steht außerdem zu erwarten, daß man ein neues Reaktionsfeld erhält, realisiert durch das Vorhandensein eines Strahls in Form einer ultraschnellen, strahlförmigen Strömung und durch die Umsetzung der thermischen Energie in kinetische Energie bei der Strahlbildung, so daß die feinen Partikel in einem energetisch eingefrorenen Zustand gehalten werden. Außerdem ist durch Ausnutzung des genannten energetisch eingefrorenen Zustands die erfindungsgemäße Strömungssteuereinrichtung in der Lage, einen mikroskopischen Zustand der Moleküle in dem Fluid zu definieren, um einen Übergang von einem Zustand in den anderen zu bewirken. Es eröffnet sich die Möglichkeit einer neuen chemischen Gasreaktion, bei der die Moleküle durch ihr Energieniveau definiert sind und sie eine dem Energieniveau entsprechende Energie erhalten. Es ergibt sich ein neues Gebiet von

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Energieübertragung, welches sich in einfacher Weise dazu ausnutzen läßt, Molekülverbindungen bei relativ schwachen Zwischenmolekülkräften wie z. B. der Wasserstoffbindung oder der Van-der-Waal-Kraft zu erhalten. Außerdem ist die mit Hilfe der Anregung durch einen gepulsten Laser bewirkte intermittierende Bestrahlung durch einen Lichtstrahl wirksam in Kombination mit einem Prozeß zur Erzeugung von feinen Partikeln aus einem Rohstoffgas. Diese intermittierende Bestrahlung ist ebenfalls wirksam im Fall einer Lichtquelle, bei der die Intensität des kurzwelligen Bereichs durch gepulsten Betrieb deutlich höher ist, z. B. bei einer Quecksilberlampe.

Der Strahlausstoß kann unterbrochen werden, wenn er nicht benötigt wird, z. B. während der Bewegung des Substrats, so daß man eine effiziente Ausnutzung der Rohstoffe und die Bildung bestimmter Muster erreicht.

Ferner kann die im Rahmen der Erfindung eingesetzte Gasanregungseinrichtung in der Lage sein, wirksam feine Partikel zu erzeugen, da sie die Gase in einem Rohr gleichmäßig mischen und ohne Diffusion der Gase eine elektrische Entladung vornehmen kann.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Steuern eines Stroms von feinen Partikeln, gekennzeichnet durch eine in dem Strömungsweg angeordnete, konvergierende/ divergierende Düse (1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Düse unter einer optimalen Expansionsbedingung betrieben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Differentialkoeffizient der Strömungslinie des Kanals innerhalb der Düse sich kontinuierlich ändert und in einem Halsabschnitt (2) der Düse den Wert Null hat.

Radeckestraüe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/383604 Telex 5212315 Telegramme Patentconsult

Sonnencerge' Slraße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121, 56:943/561598 Teiex 418623? Telegramme Palenlconsult

Telefax (CCITT 2) München und Wiesbaden !089, 3 34 4618 Attention Patentconsult

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß

auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Düse (1) ein Speicherreservoir für die feinen Partikel vorgesehen ist, aus dem die Partikel in den Strömungsweg eingespeist werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

eine Verschlußvorrxchtung (25) für die Düse (1).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß

auf der stromabwärts aelegenen Seite der Düse eine als Prallblende dienende Abstreifvorrichtung (7) mit veränderlicher Öffnung angeordnet ist.

7. Vorrichtung zum Steuern eines Stroms von feinen Partikeln, dadurch gekennzeichnet , daß

in einem Strömungsweg, in welchem stromaufwärts eine Gasanregungsvorrichtung angeordnet ist, eine konvergierende/divergierende Düse angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

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9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Differentialkoeffizient der Strömungslinie des Kanals innerhalb der Düse sich kontinuierlich ändert und an einem Halsabschnitt der Düse den Wert Null hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

gekennzeichnet durch eine Verschlußvorrichtung für die Düse.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß auf der stromabwärts gelegenen Seite der Düse eine Abstreifvorrichtung mit veränderlicher Öffnung angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasanregungseinrichtung eine rohrförmige, erste Elektrode und eine stabförmige, zweite Elektrode aufweist, wobei die zweite Elektrode in der Mitte der ersten Elektrode angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß

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die Gasanregungseinrichtung eine erste und eine zweite Elektrode mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, die über Isolatoren unter Bildung eines Rohrs miteinander verbunden sind.

14. Vorrichtung zum Steuern eines Stroms feiner Partikel, dadurch gekennzeichnet , daß in einem Strömungsweg, an den stromabwärts eine Evakuierung gegeben ist, eine konvergierende/divergierende Düse angeordnet ist, und daß der Querschnitt eines Halses der Düse so bestimmt ist, daß der Durchsatz des Stroms durch die Düse etwa so groß ist wie der Durchsatz bei der Evakuierung.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Differentialkoeffizient der Strömungslinie des Kanals im Inneren der Düse sich kontinuierlich ändert und an einem Halsabschnitt der Düse den Wert Null annimmt,

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß auf der stromabwärts gelegenen Seite der Düse eine Abstreichvorrichtung mit variabler Öffnung angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch eine Gasanregungseinrichtung, die stromaufwärts bezüglich der Düse angeordnet ist.

19. Verfahren zum Steuern eines Stroms feiner Partikel, dadurch gekennzeichnet , daß die stromabwärts gelegene Seite einer in einem Strömungsweg befindlichen konvergierenden/divergierenden Düse evakuiert wird, so daß die feinen Partikel durch die Düse hindurch strömen.

20. Verfahren nach Anspruch 19,

21. Verfahren zum Steuern der Strömung feiner Partikel, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts gelegene Seite einer in einem Strömungs-

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weg gelegenen konvergierenden/divergierenden Düse auf einem Druck gehalten wird, der gleich oder größer ist als der atmosphärische Druck.

22. Verfahren nach Anspruch 21,