Verfahren zum Plasmareinigen eines Werkstücks und zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plasmareinigen eines Werkstücks, bei dem das Werkstück in einer Reinigungskammer platziert wird, die Reinigungskammer unter Einstellen eines vorgegebenen Druckes mit einem Arbeitsgas gefüllt wird und ein das Werkstück reinigendes Plasma in dem Arbeitsgas gezün¬ det wird, wobei das Werkstück ein Hohlkörper ist und das Ar¬ beitsgas unter Ausbildung des vorgegebenen Druckes durch den Hohlkörper geleitet wird.

Ein Verfahren zum Plasmareinigen ist beispielsweise in der US 2003/0047191 Al beschrieben. Danach kann ein Werkstück in einer Reinigungskammer platziert werden, wobei diese nach Verschluss evakuiert und anschließend unter Einhaltung eines vorgegebenen Druckes mit Wasserstoff als Arbeitsgas befüllt wird. Anschließend wird in dem Wasserstoff ein Plasma gezün¬ det, indem die Ionenenergie so eingestellt wird, dass die Io¬ nen zur Reinigung der Werkstückoberfläche von Rückständen ge¬ eignet sind.

Gemäß dem Abstract der JP 03-108234 A ist ein weiteres Ver¬ fahren offenbart, bei dem ein rohrförmiger Lampenkörper zwecks Generierung eines reinigenden Plasmas im Inneren mit dem Ein- und Ausgang an zwei Anschlussleitungen angeschlossen wird. Ein Plasmagas wird über einen Vorratsbehälter über die eine Anschlussleitung eingespeist, wobei mittels einer an die andere Anschlussleitung angeschlossenen Pumpe der in dem Lam¬ penkörper herrschende Druck kontrolliert wird. Der Lampenkör¬ per taucht in eine an sich von Reaktionsgas freie Reaktions- kammer ein, in der durch Mikrowellen in dem im Lampenkörper enthaltenen Reaktionsgas ein reinigendes Plasma entzündet werden kann.

Gemäß der US 5,342,233 ist ein Verfahren zum Reinigen des In¬ nenraums einer Gasentladungslampe beschrieben, bei dem mit¬ tels einer geeigneten Apparatur über eine einzige Öffnung im Lampenkörper ein Reaktionsgas sowohl eingeführt als auch wie¬ der abgesaugt werden kann. Die Elektroden der Gasentladungs- lampe werden währenddessen dazu verwendet, im Inneren des Lampenkörpers ein die Innenwände des Lampenkörpers reinigen¬ des Plasma zu zünden. Eine Reaktionskammer, in die der Lam¬ penkörper zur Erzeugung eines Plasmas eingelegt werden müss¬ te, ist nicht vorgesehen.

Gemäß der DE 697 06 573 T2 ist ein Verfahren zur Behandlung eines ringförmigen Hohlkörpers beschrieben, bei dem dieser Hohlkörper in eine geeignete Aufnahme in eine Reaktionskammer eingelegt wird. Die Aufnahme ist derart an das zu behandelnde Bauteil angepasst, das im Bereich der Aufnahme sowohl eine Zuführung wie auch eine Absaugung für das Reaktionsgas vorge¬ sehen sind. An die Absaugung ist eine Vakuumpumpe angeschlos¬ sen, mit deren Hilfe der Druck im Behandlungsbehälter auf dem für die Plasmareinigung erforderlichem Niveau gehalten wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Plasmareinigen von Werkstücken anzugeben, welches auch für Werkstücke mit Hohlräumen geeignet ist und mit vergleichswei¬ se geringem Aufwand durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit dem in den Hohlkörper eingeleiteten Arbeitsgas in diesem ein Staudruck aufgebaut wird. Dies wird dadurch erreicht, dass dem Arbeitsgas beim Ausströmen aus dem Hohlkörper ein genü¬ gend hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt wird, bevor dieses aus dem Hohlkörper in die Reinigungskammer entweicht. Sollte der aus der Geometrie des Hohlkörpers resultierende Strömungswiderstand nicht ausreichen, so kann besonders vor¬ teilhaft die Ausbildung eines Staudrucks im Hohlkörper da¬ durch verstärkt werden, dass ein Drosselelement in den Flie߬ weg des Arbeitsgases eingebracht wird. Der Staudruck führt dazu, dass sich zwischen dem Hohlraum des Hohlkörpers und dessen Umgebung in der Reinigungskammer ein Druckgefälle aus¬ bildet, welches vorteilhaft dazu genutzt werden kann, dass die Druckverhältnisse des Arbeitsgases lediglich im Hohlraum dazu geeignet sind, ein Plasma zu zünden. Hierdurch kann da¬ her mit minimalem Energieaufwand der Hohlkörper selektiv im Innenraum gereinigt werden, während in der Umgebung des Hohl¬ körpers das Ausbilden eines Plasmas im Arbeitsgas verhindert wird.

Damit wird erfindungsgemäß ein Verfahren angegeben, mit dem auch die Oberflächen in dem Hohlraum eines Hohlkörpers selek¬ tiv gereinigt werden können. Durch das ständige Spülen des Hohlkörpers mit Arbeitsgas wird dabei vorteilhaft gewährleis¬ tet, dass die von den Wänden sich lösenden Rückstände mit dem Arbeitsgas aus dem Hohlkörper herausgespült werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hohlkörper einen Eingang und einen Aus¬ gang aufweist und das Arbeitsgas vom Eingang zum Ausgang ge¬ leitet wird. Weist der Hohlkörper einen Eingang und einen Ausgang auf, so kann vorteilhaft das Arbeitsgas über einen definierten Strömungsweg durch den Hohlkörper geleitet wer¬ den. Selbstverständlich genügt im Prinzip auch eine einzige Öffnung im Hohlkörper, um die Durchleitung von Arbeitsgas zu gewährleisten. Dieses könnte dann beispielsweise mittels ei¬ nes in den Innenraum des Hohlkörpers hineinragenden Rohres eingeleitet und durch die einzige Öffnung wieder ausgeleitet werden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlkörper ein Lampenkolben für eine Gasentladungslampe. Bei Lampenkolben für Gasentladungslampen insbesondere für die Scheinwerfer von Kfz muss nämlich das Problem gelöst werden, dass im Inneren des Lampenkolbens angelagertes Wasser restlos entfernt werden muss, da dieses bei Betrieb der Gasentla¬ dungslampe die Lebensdauer signifikant verkürzen würde. Durch die Plasmareinigung des Lampenkolbens werden die Wassermole¬ küle im Plasma zerlegt und mit dem Arbeitsgas aus dem Lampen- kolben heraus transportiert. Hierdurch können vorteilhaft zeitraubende Trocknungsprozesse unterbleiben, bei denen ein Inertgas mit hohen Temperaturen von typischerweise 300 bis 4000C durch den Lampenkolben geleitet wird. Das erfindungsge¬ mäße Verfahren ist damit wirtschaftlicher wegen einer gerin- geren Behandlungszeit der Lampenkolben und einem geringeren Energieverbrauch.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Reinigungsprozess mit einem Emisionsspektroskop überwacht wird. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine Möglichkeit, den Reinigungsprozess des Hohlkörpers zu überwachen. Beispielsweise können bei der Be¬ freiung der Lampenkörper von Wasser die Emissionslinien von Wasserstoff- und/oder Sauerstoffradikalen überwacht werden. Sobald diese aus dem gemessenen Emissionsspektrum verschwin- den, ist dies ein Hinweis darauf, dass der Reinigungsprozess abgeschlossen ist, so dass die Reinigungszeit für die Lampen¬ kolben bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Plasmareinigungsvorrichtung mit einer Reinigungskammer, in der eine Aufnahme für ein zu reinigendes Werkstück vorgesehen ist. Die Plasmareinigungs¬ vorrichtung weist außerdem eine Zuführung und eine Absaugung für Arbeitsgas auf, wobei die Aufnahme mit der Zuführung für ein Arbeitsgas ausgestattet ist, derart, dass ein als Hohl¬ körper ausgestaltetes, in der Aufnahme platziertes Werkstück über die Zuführung mit dem Arbeitsgas durchströmt wird.

Eine Plasmareinigungsvorrichtung ist allgemein in der ein- gangs erwähnten US 2003/0047191 Al beschrieben. Diese weist eine Reinigungskammer auf, in der eine plattenförmige Aufnah¬ me für das zu reinigende Werkstück vorgesehen ist. Die Reini¬ gungskammer ist von einer Induktionsspule umgeben, welche zum Zünden eines Plasmas in dem in der Reinigungskammer befindli- chen Arbeitsgas ein hochfrequentes elektrisches Feld erzeugen kann.

Gemäß der DE 697 06 573 T2 ist eine Plasmareinigungsvorrich¬ tung mit einer Reaktionskammer beschrieben, in die ein Hohl- körper zur Reinigung in eine geeignete Aufnahme eingesetzt werden kann. Innerhalb dieser Aufnahme ist sowohl eine Zufüh¬ rung für das Reaktionsgas als auch eine Absaugung vorgesehen, wobei die zur Ausbildung eines Plasmas im Hohlkörper erfor¬ derlichen Druckverhältnisse über die Absaugleistung einer Va- kuumpumpe an der Absaugung reguliert werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vergleichsweise einfach aufgebaute Plasmareinigungsvorrichtung anzugeben, mit der Werkstücke mit Hohlräumen gereinigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Die Absaugung außerhalb der Aufnahme in die Reaktionskammer vor¬ gesehen ist. Hierdurch werden die bereits im Zusammenhang mitdem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile er¬ reicht, insbesondere, dass Rückstände des Reinigungsvorganges mit dem durchströmenden Gas aus dem Hohlkörper abtranspor¬ tiert werden können und durch Aufbau eines Staudruckes in dem Lampenkörper ein lokales Zünden des Plasmas nur im Innenraum des Hohlkörpers möglich ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Plasmareinigungsvorrichtung kann die Aufnahme auf einem auswechselbaren Werkstückträger mit einem zur Zuführung führenden Anschluss für das Arbeits¬ gas untergebracht sein. Damit können verschiedene Werkstück¬ träger vorteilhaft gleichsam als Adapter für Werkstücke un¬ terschiedlicher Geometrie zum Einsatz kommen, wobei die Werk¬ stückträger in einer entsprechend ausgestalteten Schnittstel- Ie in der Reinigungskammer eingesetzt werden. Dabei wird der Anschluss für das Arbeitsgas automatisch mit einer Einführ¬ öffnung in der Reinigungskammer zusammengeschlossen. Beson¬ ders vorteilhaft ist es, auf dem Werkstückträger mehrere Auf¬ nahmen mit zugehörigen Zuführungen unterzubringen, so dass jeweils mehrere Hohlkörper gleichzeitig gereinigt werden kön¬ nen. Hierdurch lässt sich die Wirtschaftlichkeit des Plasma¬ reinigungsverfahrens vorteilhaft weiter steigern.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt ein Aus¬ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Plasmareinigungsvor¬ richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Plasmareinigen im schematischen Schnitt.

Eine Plasmareinigungsvorrichtung gemäß der einzigen Figur weist eine Reinigungskammer 11 auf, in der ein Werkstückträ¬ ger 12 mit Aufnahmen 13 für Hohlkörper 14 eingesetzt ist. Bei den Hohlkörpern 14 handelt es sich um gläserne Lampenkolben, wie sie beispielsweise in Gasentladungslampen für Kfz-Schein- werfer zum Einsatz kommen. Diese Hohlkörper werden derart in den Aufnahmen 13 platziert, dass sie mit ihrem einen einen Eingang 15 bildenden Ende oberhalb einer Zuführung 16 für ein Arbeitsgas, beispielsweise Argon befinden. Die Zuführungen 16 des Werkstückträgers 12 sind über ein Kanalsystem 17 zu einem Anschluss 18 geführt, über den die zentrale Einleitung des Arbeitsgases erfolgen kann.

Das jeweilige andere Ende der Hohlkörper 14 mündet in den In¬ nenraum der Reinigungskammer 11 und bildet damit einen Aus¬ gang 19 für das Arbeitsgas. Diese Ausgänge 19 der Hohlkörper können zur Unterstützung der Ausbildung eines Staudrucks in den Hohlkörpern 14 mit einem Drosselelement 20 versehen wer- den, das beispielsweise die Gestalt eines durchbohrten Stop¬ fens aufweisen kann.

Zur Durchführung des Reinigungsverfahrens wird der Werkstück¬ träger 12 mit den Hohlkörpern 14 in der beschriebenen Weise in der Reinigungskammer 11 platziert, derart, dass der An¬ schluss 18 mit einem Vorratsbehälter 21 für das Arbeitsgas Argon verbunden wird. Anschließend wird die Reinigungskammer 11 geschlossen (nicht dargestellt) und durch Öffnen eines Ventils 22a mit einer Vakuumpumpe 23 evakuiert. Durch Öffnen eines Ventils 22b kann das Arbeitsgas über das Kanalsystem kontrolliert durch die Hohlkörper 14 in die Reinigungskammer 11 eingeleitet werden. Dabei stellt sich in den Hohlkörpern ein vorgegebener Druck des Arbeitsgases (10~3mbar bis 10 mbar) ein, der die Zündung eines Plasmas in den Hohlkörpern ermöglicht. Hierzu wird mittels eines Hochfrequenzgenerators 24 und einer die Reinigungskammer 11 umlaufenden, geerdeten Induktionsspule 25 ein hochfrequentes elektrisches Feld mit einer Frequenz von beispielsweise 13 bis 14 MHz erzeugt. Um die Ausbildung eines Plasmas in der Reinigungskammer 11 zu verhindern, kann mittels der Vakuumpumpe 23 das kontaminierte Arbeitsgas ständig abgesaugt werden, so dass der Druck in der Reinigungskammer außerhalb der Hohlkörper zur Zündung eines Plasmas nicht ausreicht.

Mit dem Plasma in den Hohlkörpern 14 wird ein Wasserfilm (nicht dargestellt) von den Innenwänden der Hohlkörper 14 entfernt. Mittels eines Emissionsspektroskopes 26 wird das mit Wasserbestandteilen (Sauerstoff- und/oder Wasserstoffra¬ dikale) kontaminierte Arbeitsgas untersucht. Sobald das Vor¬ liegen von Wasserbestandteilen im Arbeitsgas nicht mehr nach¬ gewiesen werden kann, wird der Reinigungsvorgang abgebrochen und die gereinigten Hohlkörper 14 einer Weiterverarbeitung zugeführt. Beispielsweise könnten die als Lampenkörper ausge¬ bildeten Hohlkörper 14 über eine Schleuse in eine nachgela¬ gerte PVD-Beschichtungseinrichtung überführt werden, wo auf den Lampenkörper weitere, die Funktion beeinflussende Be- schichtungen aufgebracht würden (nicht dargestellt) .