專(zhuān)利名稱(chēng)：以等離子體支持工藝處理帶形材料的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照獨(dú)立權(quán)利要求1的前序部分的裝置。本裝置用于以等離子體-支持工藝處理一種帶形材料的一個(gè)上表面，特別是借助于等離子體-支持的氣相化學(xué)淀積來(lái)把柔軟的、帶形材料涂層，例如以二氧化硅把帶形塑料薄膜涂層來(lái)改善薄膜材料的防護(hù)性能。
所述形式的裝置例如在出版物EP-0605534(或者US-5224441.BOC)中有所說(shuō)明。這種裝置具有一個(gè)通電的、旋轉(zhuǎn)滾筒形的電極和一個(gè)接地的防護(hù)蓋，其具有約為半個(gè)空心圓柱的形狀并且其與滾筒共同形成了一個(gè)空腔，該空腔的寬度在1厘米和30厘米之間。在防護(hù)蓋的背對(duì)滾筒的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置了多個(gè)永久磁鐵使得它們的磁極磁性交替地對(duì)準(zhǔn)滾筒。為了把一種過(guò)程氣體或者過(guò)程氣體混合物輸入到滾筒和防護(hù)蓋之間的空腔內(nèi)，該裝置具有一個(gè)氣體輸入導(dǎo)管，該導(dǎo)管本身在防護(hù)蓋的中間平行于滾筒軸線(xiàn)延伸。滾筒、具有磁鐵的防護(hù)蓋和氣體輸入導(dǎo)管設(shè)置在真空腔內(nèi)，其中真空腔具有這樣的機(jī)構(gòu)，其用于從真空腔中排出過(guò)程氣體并且保持真空腔內(nèi)處于恒定的、減少后的壓力下。
帶形的柔軟材料通過(guò)滾筒和防護(hù)蓋之間的空腔來(lái)輸送，即滾筒支撐和傳輸材料，也就是材料貼靠在滾筒的部分圓周表面上。等離子體在這個(gè)空腔內(nèi)的保持通過(guò)以一種高頻交變電壓的形式給滾筒供給電能和給等離子體供給一種過(guò)程氣體混合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所述的出版物中說(shuō)明的等離子體-支持工藝是把二氧化硅氣相化學(xué)淀積到一種塑料薄膜上，為此使用了一種由有機(jī)硅-化合物、氧氣和一種惰性氣體構(gòu)成的過(guò)程氣體混合物。
另外一種用于以一種等離子體-支持工藝處理帶形的柔軟材料的裝置在出版物US-4968918中有所說(shuō)明(Kondo等人)。本裝置具有多個(gè)固定的天線(xiàn)電極(Antennenelektrode)，其徑向從一個(gè)中間的能量輸入機(jī)構(gòu)延伸設(shè)置在一個(gè)基本圓柱形的真空腔內(nèi)。在每?jī)蓚€(gè)相鄰的天線(xiàn)電極之間分別設(shè)置一個(gè)接地的反向電極。氣體輸入導(dǎo)管軸向例如沿著接地電極的外邊緣延伸。帶形的柔軟材料以一個(gè)之字形路徑(Zick-Zack-Weg)穿過(guò)天線(xiàn)電極和接地電極之間，其中該材料或者靠在天線(xiàn)電極上或者靠在反向電極上。借助于本裝置實(shí)施的工藝是一種使用氧氣作為過(guò)程氣體的蝕刻工藝、一種等離子體聚合工藝、一種化學(xué)氣相淀積工藝或者類(lèi)似工藝。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種借助于等離子體-支持工藝處理一種帶形材料的裝置，其中該裝置應(yīng)該比已知的實(shí)施相同工藝的裝置更有效率并且更加可靠。此外，本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作并且易于保養(yǎng)。
本任務(wù)通過(guò)如在權(quán)利要求書(shū)中限定的裝置來(lái)解決。
按照本發(fā)明的裝置在真空腔內(nèi)具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的滾筒(或者類(lèi)似的機(jī)構(gòu))，其用于支撐和傳輸部分靠在該滾筒的圓周表面上的帶形材料并且應(yīng)該用于兩個(gè)電極的一個(gè)功能，即在這兩個(gè)電極之間產(chǎn)生等離子體。此外，本裝置在真空腔內(nèi)具有多個(gè)用于一種電磁管-功能的其它電極，也就是說(shuō)電極具有產(chǎn)生一個(gè)適于保持等離子體的交變電場(chǎng)的機(jī)構(gòu)以及產(chǎn)生磁場(chǎng)的機(jī)構(gòu)，該磁場(chǎng)適于帶電粒子、特別是電子至少部分地在等離子體中被捕獲。電磁管-電極與滾筒一同形成一個(gè)空腔，該空腔在滾筒的部分圓周表面上延伸并且穿過(guò)該空腔把帶形材料傳輸?shù)綕L筒上表面上。
等離子體-電極具有矩形的電磁管-前面，該前面對(duì)準(zhǔn)滾筒并且與滾筒的圓周表面間隔距離，其中它的長(zhǎng)平行于滾筒軸線(xiàn)并且它的寬基本上與滾筒相切。電磁管-電極相互靠近地設(shè)置并且與滾筒的圓周表面共同形成了上述空腔，該空腔具有基本上為部分空心圓柱的形狀。每個(gè)電磁管-電極與一個(gè)自己的電源相連。滾筒-電極接地，沒(méi)有連接一個(gè)限定的參考電壓(浮動(dòng)的)，或者連接一個(gè)負(fù)偏壓。
氣體輸入導(dǎo)管或者在相鄰的電磁管-前面之間或者在電磁管-前面內(nèi)平行于滾筒軸線(xiàn)延伸。此外，真空腔具有把氣體從空腔中排出并且保持空腔內(nèi)處于一個(gè)恒定的、減小后的壓力下的機(jī)構(gòu)。
按照本發(fā)明的裝置不限于使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的滾筒來(lái)支撐和傳輸帶形的材料。滾筒的作用(支撐和傳輸帶形材料和作為電磁管-電極的反向電極)可以例如通過(guò)一個(gè)循環(huán)的傳送帶來(lái)實(shí)現(xiàn)，其在這種情況下與一個(gè)直線(xiàn)排電磁管-前面對(duì)置。
試驗(yàn)表明，在一種帶形材料上進(jìn)行等離子體-支持的氣相化學(xué)淀積在使用按照本發(fā)明的裝置時(shí)比使用已知的裝置更有效率并且更加可靠。利用按照本發(fā)明的裝置產(chǎn)生的涂層也具有更少的質(zhì)量波動(dòng)。這顯然歸因于，借助于相互獨(dú)立和相互靠近設(shè)置的等離子體-電極產(chǎn)生的等離子體比類(lèi)似的、只是在相應(yīng)大面積的兩個(gè)電極之間產(chǎn)生的等離子體具有更均勻的特性。例如在按照上述出版物EP-0605534的裝置中清楚的看到，等離子體-強(qiáng)度從帶形材料進(jìn)入等離子腔的區(qū)域到其離開(kāi)的區(qū)域逐漸增大。相應(yīng)的試驗(yàn)表明，在帶形材料穿過(guò)等離子體區(qū)域時(shí)涂層具有很大的強(qiáng)度等級(jí)，其中在第一個(gè)三分之一路徑中淀積涂層的10％，在中間的三分之一路徑中淀積涂層的20％并且在最后三分之一路徑中淀積涂層的70％，淀積路徑在出口處中止。與此相反，由多個(gè)單獨(dú)供電的電磁管-電極產(chǎn)生的等離子體沿著帶形材料的整個(gè)路徑保持相同的強(qiáng)度并且沿整個(gè)路徑保持基本相同的淀積速度。
試驗(yàn)也表明，在使用按照本發(fā)明的具有多個(gè)單獨(dú)供電的電磁管-電極(這些電極面對(duì)待涂層的上表面)的裝置的情況下，等離子體-支持的氣相化學(xué)淀積比在按照EP-0605534的裝置的接地防護(hù)蓋上的涂層帶來(lái)明顯更少的電磁管-電極的涂層。這不僅意味著在帶形材料上高效率的淀積，還意味著按照本發(fā)明的裝置需要較少的維護(hù)，例如清潔電極，也就是說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)中斷運(yùn)行和/或需要更少的保養(yǎng)時(shí)間。為此，當(dāng)每個(gè)電磁管-電極單獨(dú)具有較小的重量并且在軸向延伸的導(dǎo)軌上可以移動(dòng)地安裝，使得所述電極易于從它面對(duì)滾筒的位置取出并且可以再次定位時(shí)，清潔和保養(yǎng)工作非常簡(jiǎn)單。
還可以的是，當(dāng)一個(gè)或者甚至多個(gè)電磁管一電極損壞時(shí)，當(dāng)為了實(shí)現(xiàn)相同的處理時(shí)間，滾筒的轉(zhuǎn)速相應(yīng)地減少時(shí)，按照本發(fā)明的裝置工作質(zhì)量不變。
按照本發(fā)明裝置的示例實(shí)施形式借助于附圖示出。附圖為

圖1是按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)示例實(shí)施方式垂直于滾筒軸線(xiàn)的示意截面圖，圖2和圖3是按照本發(fā)明裝置里電磁管-電極布置的兩種示例實(shí)施方式，圖4和圖5是在按照本發(fā)明裝置里可使用的電磁管-電極的一個(gè)示例實(shí)施方式的前面和一個(gè)垂直于前面的截面圖，圖6和7是在按照本發(fā)明裝置里可使用的電磁管-電極的另外兩個(gè)示例實(shí)施方式的前面，圖1以非常示意的方式示出按照本發(fā)明裝置的重要組件。這些重要的組件是具有用于把氣體從真空腔排出和保持真空腔1處于一種恒定的、減小了的壓力下的機(jī)構(gòu)2的真空腔；一個(gè)設(shè)置在真空腔中的旋轉(zhuǎn)的滾筒3，其用于支撐和傳輸帶形的待處理材料；兩個(gè)用于供給待處理的材料和用于接收材料4的滾子5，其中滾子優(yōu)選地設(shè)置在真空腔中；多個(gè)面對(duì)滾筒3的圓周表面的電磁管-電極6，其中每個(gè)電極連接一個(gè)合適的電源7(連接電源的相位)；還有氣體輸入導(dǎo)管8，其基本上平行于滾筒軸線(xiàn)并且例如與提供過(guò)程氣體或者過(guò)程氣體混合物的共同的氣體供給機(jī)構(gòu)9相連。
等離子體封閉在電磁管-電極6和滾筒3的圓周表面之間的空前10內(nèi)。
圖2和圖3示出在按照本發(fā)明裝置里電磁管-電極的兩種布置方式。電磁管-電極圍繞著滾筒的部分圓周表面并且每個(gè)電極由自己的電源7來(lái)供電。電磁管-電極是矩形的，其中它的長(zhǎng)平行于滾筒軸線(xiàn)，它的寬基本上與滾筒相切。每個(gè)電磁管-前面的寬度例如為15厘米；它的長(zhǎng)至少與待加工的帶形材料的寬度相當(dāng)。
按照?qǐng)D2，氣體輸入導(dǎo)管(例如具有一排氣體出口的氣體管道)設(shè)置在每?jī)蓚€(gè)電磁管-前面之間并且氣體主要沿著最外面的電磁管-電極的長(zhǎng)度方向在切向排出并且在滾筒的端面上在軸向排出。也可以這樣，例如每?jī)蓚€(gè)空腔在相鄰的電磁管-前面之間沒(méi)有氣體輸入導(dǎo)管，使得氣體也可以通過(guò)著這個(gè)空腔排出。電磁管-電極例如是圖4和5中所述的那種型號(hào)并且是借助于附圖進(jìn)行描述。
按照?qǐng)D3，電磁管-電極具有氣體輸入導(dǎo)管，該導(dǎo)管例如在電磁管-前面的中間縱向延伸。氣體在相鄰的電磁管-前面和在軸向上排出。如圖所示還可以這樣，即等離子體和過(guò)程氣體封閉在電磁管-前面和滾筒的空腔內(nèi)，方法是設(shè)置側(cè)面的壁板元件，其沿著每個(gè)電磁管-前面的長(zhǎng)度延伸并且封閉在電磁管-前面和滾筒中間的空腔，使得只有一條在側(cè)面的壁板元件20和滾筒之間的窄縫使帶形材料不受阻礙的通過(guò)。過(guò)程氣體在這種情況下主要軸向排出并且只有一小部分穿過(guò)所謂的側(cè)面縫隙。電磁管-電極例如是如圖6或者7所述的型號(hào)并且借助于附圖進(jìn)行描述。
按照?qǐng)D3的系統(tǒng)或者適于實(shí)施一種專(zhuān)門(mén)的等離子體-支持工藝或者，尤其是當(dāng)具有側(cè)面的壁板元件20時(shí)，對(duì)于連續(xù)的不同等離子體-支持工藝，使用了不同的過(guò)程氣體或者過(guò)程氣體混合物。這種連續(xù)的工藝?yán)缡且粋€(gè)初步的清潔或者蝕刻步驟、一個(gè)隨后的涂層步驟和一個(gè)最后的步驟，其中涂層的上表面獲得所期望的可浸潤(rùn)性。
用于一種按照?qǐng)D2或者3的裝置的典型運(yùn)行參數(shù)例如是電功率大約10-20千瓦每平方米電磁管-前表面；功率40千赫茲或者13.56兆赫茲；穿過(guò)等離子體的帶形材料的處理路徑的整個(gè)長(zhǎng)度0.5至1米；帶形材料的速度0.5-20米每秒。為了以二氧化硅涂層把帶形材料用以改善防護(hù)特性，處理時(shí)間只有很少幾秒；過(guò)程氣體混合物包含有機(jī)硅-化合物和氧氣并且壓力保持在幾個(gè)帕斯卡的范圍內(nèi)保持恒定。
圖4和圖5示出前面(圖4)和垂直于電磁管-電極的一個(gè)示例實(shí)施方式的一個(gè)前面(圖5)的橫截面，電極可以應(yīng)用在按照本發(fā)明的裝置中，特別是如圖2所示的一種裝置中。
電磁管-前面具有永久磁極系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)中間磁極30和一個(gè)外圍磁極31，外圍磁極31圍繞著中間磁極30設(shè)置并且具有相反的極性。磁極例如是帶形的永久磁鐵32的磁極，它的磁極設(shè)置在兩個(gè)相互對(duì)置的縱側(cè)面上。永久磁鐵的背對(duì)電磁管-前面的磁極通過(guò)一個(gè)磁性元件33，例如由軟鐵制成的磁性元件連接起來(lái)。電磁管-前面通過(guò)一個(gè)非磁性的電極元件34來(lái)覆蓋，例如由不銹鋼、鋁或者銅制成的電極元件34來(lái)覆蓋。電極元件連接一個(gè)電源7。有利的是，電極元件34用于冷卻，其例如具有通道35，這些通道連接到一個(gè)使一種冷卻劑循環(huán)的機(jī)構(gòu)。如在圖2中所示的那樣，氣體輸入導(dǎo)管8沿著電磁管-前面的縱向邊緣設(shè)置。氣體輸入導(dǎo)管例如是具有多排氣體出口或者噴嘴的管道，設(shè)置該導(dǎo)管是為了在基本上垂直于電磁管-前面的方向上輸入氣體(實(shí)施例8，如圖5中電磁管-電極的左側(cè)所示)，或者在基本上平行于電磁管-前面的方向上輸入氣體(實(shí)施例8′，如圖5中電磁管-電極的右側(cè)所示)。
如上深入討論的那樣，電磁管-電極6有利地安裝在軌道36上，使得其為了清潔或者更換可以簡(jiǎn)單地從它的工作位置上取出并且可以再次定位。
形成電磁管-前面的中間和外圍的磁極30和31有利地這樣設(shè)計(jì)尺寸，使得中間磁極具有一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，該磁場(chǎng)強(qiáng)度與外圍磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，也就是說(shuō)，電磁管不平衡。這意味著，不是所有的場(chǎng)力線(xiàn)從電磁管-前面的北極延伸到電磁管-前面的南極并且在極與極之間的空腔上形成一個(gè)通道37，由于這些原因，不是所有在極與極之間的電子可以環(huán)形地限制住，而是部分地位于通道之外。一個(gè)適合于等離子體-支持的氣相化學(xué)淀積的電磁管-效應(yīng)例如通過(guò)使用用于中間和外圍磁極的相同的、上述桿形永久磁鐵來(lái)獲得。由此產(chǎn)生一個(gè)中間磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度，該磁場(chǎng)強(qiáng)度大約是外圍磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度的一半。
試驗(yàn)表明，尤其對(duì)于一種涂層工藝有利的是，待涂層的上表面直接定位在通道37外，優(yōu)選與電磁管-前面保持距離d，該距離大約大于在電磁管-前面上的通道37的高度2％和20％。通道37作為在等離子體空腔內(nèi)的暗區(qū)可以更清晰地識(shí)別。待涂層的上表面靠近通道的上表面定位，但是使得在通道37的暗區(qū)和待涂層的上表面之間分布一條可視的更亮的等離子體帶，這條帶向著待涂層的上表面具有一個(gè)均勻的亮度，也就是說(shuō)亮度是在通道上和在通道之間的空腔之上的亮度。
圖6和圖7示例示出電磁管-前面，該前面例如可以應(yīng)用于一個(gè)按照本發(fā)明的裝置中，如其在圖3中示出的那樣。兩個(gè)在圖6和圖7中示出的電磁管-磁極具有集成的氣體輸送導(dǎo)管8，該導(dǎo)管平行于長(zhǎng)度方向在中間穿過(guò)電磁管-前面延伸。圖6示出一個(gè)簡(jiǎn)單的電磁管-前面，在這個(gè)前面上分布著在中間磁極兩半之間的氣體輸入導(dǎo)管，圖7示出一個(gè)雙電磁管-前面，其在氣體輸入導(dǎo)管8的每一個(gè)側(cè)面上在中間和外圍磁極之間分別具有一個(gè)圓形磁道(Rundtrack)。
權(quán)利要求
1.以一種等離子體-支持工藝處理帶形材料的裝置，其具有一個(gè)真空腔(1)并且在真空腔內(nèi)設(shè)置用于支撐和傳輸帶形材料的一個(gè)機(jī)構(gòu)，所述裝置還具有一個(gè)電磁管-機(jī)構(gòu)和一個(gè)氣體輸入機(jī)構(gòu)，其中真空腔(1)具有保持真空腔處于一個(gè)恒定的、減小后的壓力的機(jī)構(gòu)，其中電磁管-機(jī)構(gòu)面對(duì)著被支撐和傳輸機(jī)構(gòu)支撐和傳輸?shù)膸尾牧喜⑶移渲袣怏w輸入機(jī)構(gòu)用于把氣體輸入在支撐和傳輸機(jī)構(gòu)和電磁管-機(jī)構(gòu)之間的空腔(10)中，其特征在于，電磁管-機(jī)構(gòu)具有多個(gè)具有矩形電磁管-前面的獨(dú)立電磁管-電極(6)，其中每個(gè)電磁管-電極(6)通過(guò)一個(gè)自己的交變電壓電源(7)來(lái)供電并且其中電磁管-前面相互平行并且相鄰支撐和傳輸機(jī)構(gòu)間隔設(shè)置，并且支撐和傳輸機(jī)構(gòu)接地，不連接限定的參考電壓，或者連接一個(gè)負(fù)偏壓。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，支撐和傳輸機(jī)構(gòu)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的滾筒(3)并且電磁管-前面的長(zhǎng)平行于滾筒軸線(xiàn)，它的寬基本上與滾筒相切。
3.按照權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，氣體輸入機(jī)構(gòu)具有氣體輸入導(dǎo)管(8，8′)，該導(dǎo)管在相鄰的電磁管-前面之間延伸。
4.按照權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，氣體輸入機(jī)構(gòu)具有氣體輸入導(dǎo)管(8，8′)，該導(dǎo)管本身在電磁管-前面中并且平行于它的長(zhǎng)度延伸。
5.按照權(quán)利要求3或4的裝置，其特征在于，氣體輸入導(dǎo)管(8，8′)具有多排氣體出口，該出口為了排出氣體基本上垂直于或者基本上平行于電磁管-前面設(shè)置。
6.按照權(quán)利要求4或5的裝置，其特征在于，設(shè)置了壁板元件(20)，該壁板元件沿著電磁管-前面的縱向邊緣延伸并且面對(duì)著支撐和傳輸機(jī)構(gòu)。
7.按照權(quán)利要求4至6中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于，電磁管-電極(6)是一個(gè)雙電磁管。
8.按照權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于，電磁管-電極和用于支撐和傳輸?shù)臋C(jī)構(gòu)布置成可以在軸向和/或在相鄰的電磁管-前面之間排出氣體，所述氣體排入電磁管-前面和用于支撐和傳輸?shù)臋C(jī)構(gòu)之間的空腔(10)中。
9.按照權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于，在電磁管-前面上設(shè)置由一種非磁性材料制成的電極元件(34)，該元件覆蓋電磁管-前面的磁極。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，電磁管-前面的電極元件(34)具有通道(35)，該通道連接一個(gè)通過(guò)該通道(35)循環(huán)冷卻劑的機(jī)構(gòu)。
11.按照權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于，電磁管-電極是一種不平衡的型號(hào)。
12.按照權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，電磁管-前面具有一個(gè)具有永久磁性的中間和外圍磁極(30和31)，其中中間磁極(30)大約是外圍磁極(31)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的一半。
全文摘要
本發(fā)明涉及以一種等離子體－支持工藝處理帶形材料的裝置，其具有一個(gè)真空腔(1)，其中真空腔(1)具有保持真空腔處于一個(gè)恒定的、減小后的壓強(qiáng)的機(jī)構(gòu)并且在真空腔內(nèi)設(shè)置用于支撐和傳輸帶形材料(4)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)的滾筒(3)，所述裝置還具有面對(duì)著被滾筒(3)支撐和傳輸?shù)牟牧?4)的一個(gè)電磁管－機(jī)構(gòu)和一個(gè)氣體輸入機(jī)構(gòu)，其中氣體輸入機(jī)構(gòu)用于把一種過(guò)程氣體或者一種過(guò)程氣體混合物輸入滾筒(3)和電磁管－機(jī)構(gòu)之間的空腔(10)中，在這個(gè)空腔(10)中保持等離子體。電磁管－機(jī)構(gòu)具有多個(gè)相互獨(dú)立的電磁管－電極(6)，其具有矩形的、相鄰并且相互平行設(shè)置的電磁管－前面。每個(gè)電磁管－電極(6)單獨(dú)地由一個(gè)交變電壓電源(7)供電。滾筒(3)接地，不連接一個(gè)限定的參考電壓(浮動(dòng)的)，或者連接一個(gè)負(fù)偏壓。本裝置特別適合于通過(guò)等離子體－支持的氣相化學(xué)淀積把一種柔軟的帶形材料(4)涂層，例如以二氧化硅把塑料薄膜涂層來(lái)改善防護(hù)特性。利用本裝置涂層，其可靠性高并且質(zhì)量非常恒定，而且需要少量可易于實(shí)施的保養(yǎng)。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1689133SQ03823599
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月3日
發(fā)明者P·法耶特, B·亞庫(kù)德 申請(qǐng)人:利樂(lè)拉瓦爾集團(tuán)及財(cái)務(wù)有限公司