BE1021300B1 - Plasma diffuser - Google Patents

Abstract

Plasma diffuser Uittreksel 5 De huidige uitvinding gaat over een methode om op zijn minst gedeeltelijk de verkleuring van een substraat als gevolg van een plasma depositie proces te verhinderen, waarbij het plasma verspreid wordt voor en/of tijdens depositie van het plasma op het substraat teneinde een deklaag te bekomen. De huidige uitvinding gaat ook over een plasma depositie apparaat dat een plasma diffuser 10 bevat om een plasma dichtheid rondom een te behandelen substraat te homogeniseren. 2014/0436

Description

Plasma diffuser

Technisch domein

De huidige uitvinding heeft betrekking op verbeterde manieren om plasma deklagen af te zetten op substraten die gevoelig zijn aan kleurveranderingen, bij voorkeur d.m.v. plasma polymerisatie en bij voorkeur bij verlaagde druk.

Achtergrond

Plasma deklagen, en lage druk plasma deklagen in het bijzonder, worden vandaag de dag veel gebruikt om functionaliteiten toe te voegen aan materialen, zoals hydrofiele, hydrofobe, oleofobe, krasbestendige eigenschappen en/of barrière deklagen. Op sommige substraten, in het bijzonder donkere substraten, zoals zwarte, grijze, donkerblauwe, donkergroene, of donkerpaarse substraten, maar ook substraten die een sterk glanzend oppervlak of een lage oppervlakteruwheid hebben (bvb. gladde of gepolijste oppervlakken), is het een ongewenst fenomeen dat deze substraten de neiging vertonen om donkerder in kleur te worden na behandeling. Soms wordt een regenboogachtige verkleuring zichtbaar.

In de gevallen waar het substraat een materiaal of object is dat op zich door de eindklant gebruikt wordt, is het ongewenst dat deze kleurverandering, of het nu een verdonkering is of het verschijnen van een regenboogeffect, zichtbaar wordt voor de eindgebruiker.

Om dit probleem op te lossen, heeft de aanvrager een zogenaamde "plasma diffuser" uitgevonden, welke toelaat om nanodeklagen af te zetten met grote reductie tot zelfs afwezigheid van verkleuring terwijl tegelijk de eigenschappen van het substraat niet negatief worden beïnvloed. Deze uitvinding laat toe om producten te behandelen zowel op het einde van het productieproces als tijdens fabricage.

De aanvrager heeft gemerkt dat het effect van verkleuring het sterkst is bij halogeenhoudende deklagen, zoals fluor-houdende deklagen die gebruikt worden om hydrofobe en oleofobe eigenschappen te bekomen op substraten. Het effect is het meest uitgesproken op zwarte, donkerblauwe, donkergroene en donkergrijze oppervlakken. Het effect is ook uitgesproken op sterk glanzende, sterk reflecterende oppervlakken en ook op oppervlakken die een eerder glad oppervlak hebben op macroscopisch niveau, zoals vlakke plastic onderdelen, zoals de behuizing van elektronische apparaten, of doeken of kledij gemaakt van textiel.

De aanvrager heeft gemerkt dat verkleuring meer uitgesproken is voor zgn. "batch" processen, waarbij de substraten op een statische manier voorzien worden van een deklaag. In statische processen worden stukken textiel en kledingstukken bijvoorbeeld in een vaste verticale positie gehangen, of worden plastic onderdelen en elektronica voorzien van een deklaag in een horizontaal gepositioneerd systeem met lades.

In het begin van de ontwikkeling van plasma processen waren de gebruikte systemen beperkt in volume, bijvoorbeeld minder dan 10 liter, zelfs minder dan 5 liter of minder dan 1 liter. Zulke kleine systemen zijn ontworpen voornamelijk voor gebruik in de semiconductor industrie, met een goede uniformiteit van het plasma en een goede plasmadichtheidsdistributie dankzij de beperkte afmetingen van het systeem en dankzij goed controleerbare procesparameters. Het ontwerp van de systemen was geoptimaliseerd en vaak complex, om zo kleine en/of beperkte hoeveelheden producten te behandelen met grote precisie. Verkleuring was geen probleem in dit type apparaat aangezien de te behandelen stukken en het systeem beide klein zijn.

Yasuda, H. and Hsu, T. beschrijven het gebruik van een cilindervormige glazen kamer van 4 mm diameter en 10 cm lang, met een kamervolume van 1.26 cm3, of 0.00126 I ("Some aspects of Plasma Polymerization Investigated by Pulsed R.F. Discharge", Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, vol. 15, 81-97 (1977); en "Some Aspects of Plasma Polymerization of Fluorine-Containing Organic Compounds", Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition, vol. 15, 2411-2425 (1977)).

Panchalingam V. et al. beschrijven het gebruik van een cilindervormige glazen kamer van 10 cm diameter en 30.5 cm lang, met een kamervolume van ongeveer 2.4 liter ("Pulsed Plasma Discharge Polymer Coatings", ASAIO Journal, 1993, M305-309).

Hynes, A.M et al. beschrijven het gebruik van een cilindervormige glazen kamer van 5 cm diameter en een volume van 490 cm3 (0.49 liter) ("Plasma Polymerization of Trifluoromethyl-substituted Perfluorocycloheane Monomers", Macromolecules 1996, 29, 18-21, en "Pulsed Plasma Polymerization of Perfluorocyclohexane", Macromolecules 1996, 29, 4220-4225). US Patent 4,737,379 (Energy Conversion Devices Ine.) beschrijven bijvoorbeeld een klein plasma apparaat bestaande uit een buisvormige kamer of tank, gebruikt om harde legeringen, vrij van waterstof, af te zetten in de vorm van een deklaag, o.a. voor passivatie doeleinden, op bijvoorbeeld semiconductors. US Patent 4,686,113 (Fairchild Semiconductor Corporation) beschrijft een plasma apparaat dat bestaat uit een kwartsbuis als kamer om op inductieve wijze siliciumsubstraten te voorzien van een deklaag, bijvoorbeeld gebruikt in semiconductor toepassingen. GB Patent applicatie 2,220,006 (Philips Electronic Associated) beschrijft het gebruik van een plasma apparaat om deklagen af te zetten op substraten, bvb. semiconductor substraten, of om substraten te etsen. De beschrijving vermeldt dat de elektroden ongeveer 15 cm x 15 cm zijn, en dat de substraten behandeld in de voorbeelden een diameter hebben van 100 mm, wat wijst op een klein systeem om kleine objecten te behandelen.

Andere voorbeelden van kamers die gebruikt worden bij verlaagde druk zijn kamers voor "Atomic Layer Déposition" (ALD). Deze processen zijn erg complex, en verschillende documenten uit de vakkennis handelen over het ontwerp va ALD vacuüm kamers teneinde een goed proces te garanderen. Deze systemen hebben typisch een beperkt volume aangezien grotere systemen leiden tot minder goed controleerbare procesparameters en dus tot minder performante behandelingen. US Patent applicatie 2009/255,470 (Beneq Oy) beschrijft bijvoorbeeld een ALD reactor om kleine objecten te behandelen volgens een ALD proces, waarbij het ontwerp zo gekozen is dat het monomeer de kamer binnenkomt langs alle kamerwanden om zo de gasdistributie in de kamer te optimaliseren. Pagina 3 vermeldt een kamer met een binnendiameter van 230 mm, om één of meerdere silicium stukken met diameter 200 mm te behandelen. US Patent 4,389,973 (Oy Lohja AB) beschrijft meerdere complexe systemen voor een ALD reactor om het proces en de resulterende deklaag te optimaliseren. Het proces gebruikt gasfase diffusiebarrières om de individuele reactiestappen van het ALD proces te scheiden. Het systeem is, zoals andere, ontworpen om een beperkt aantal stukken met beperkte afmetingen te behandelen. US Patent applicatie 2010/166,955 (Cambridge NanoTech Ine.) beschrijft een systeem dat bestaat uit één of meerdere rechthoekige reactiekamers die verticaal boven elkaar geplaatst worden, waarbij één substraat per reactiekamer behandeld wordt. Typische kamervolumes zijn 20 liter, en worden gebruikt om dunne deklagen af te zetten op substraten voor gebruik in LCDs, via ALD (atomic layer déposition) of ALE (atomic layer epitaxy). Het ontwerp van de kamer is geoptimaliseerd om een substantieel uniforme stroomrichting en -snelheid te hebben. Het is een complex ontwerp en zowel de afmetingen van de substraten die behandeld kunnen worden, als de doorstroom, zijn beperkt.

De huidige uitvinding hangt samen met reactiekamers, bijvoorbeeld voor plasma processen, die een groter volume hebben zodat meerdere producten in een enkel proces behandeld kunnen worden. Dit laat toe om een hoge doorstroom te hebben in combinatie met een uitstekende kwaliteit van de behandeling. De huidige uitvinding draagt bij tot de verbetering van de uniformiteit van de processen op vlak van visuele aspecten, terwijl tegelijk de andere kenmerken van de behandeling, bvb. het afzetten van een plasma deklaag, behouden blijven. Tegenwoordig is een van de kritische parameters om een technologie te implementeren de doorstroom, het aantal stukken dat behandeld kan worden op één dag, in één week, één maand of één jaar. Om hieraan te voldoen, in verschillende marktsegmenten, werden grotere systemen ontwikkeld. Kleine R&D systemen van minder dan 1 liter werden opgeschaald naar systemen van enkele honderden tot duizenden liters, dankzij uitvoerig onderzoek. Zo heeft de aanvrager bijvoorbeeld "batch" systemen ontwikkeld van 500 liter - waarin bvb. tot 300 smartphones behandeld kunnen worden in één enkel proces - en zelfs nog groter, tot 10 000 liter voor rol-tot-rol systemen die gebruikt worden om deklagen af te zetten op textielrollen.

De voornaamste uitdaging voor deze systemen op productieschaal is hoe de plasma densiteit of de plasma intensiteit gelijkmatig en uniform over de volledig beschikbare ruimte verdeeld kan worden. Het is algemeen geweten dat de plasma uniformiteit en plasma distributie van zulke grote systemen minder is dan bij kleine R&D systemen. Onderzoek is gedaan naar het optimaliseren van de uniformiteit, maar het is heel moeilijk tot zelfs onmogelijk om een 100% uniforme plasma distributie te hebben door het feit dat er verscheidene componenten van het apparaat zich in de kamer bevinden: pompopeningen, gasinlaten, lades/hangers, elektroden, enz.

Bijgevolg kwam verkleuring op substraten die donker zijn en/of sterk glanzend en/of glad naar voor door niet-uniform plasma in de kamer. Optimalisatie van de procesparameters bracht geen oplossing voor deze verkleuring. Verkleuring beperkt de toepassingen en markten waar plasmaprocessen gebruikt kunnen worden als toegevoegde waarde aan producten. Het gebruik van plasma deklagen is in het bijzonder gelimiteerd voor toepassing op afgewerkte producten aangezien deze producten bedoeld zijn voor directe verkoop aan de consument. En consumenten zijn natuurlijk niet geneigd om producten te kopen die verkleuring hebben, zoals een niet-homogene kleur of een regenboogachtige schijn.

Voorbeelden van afgewerkte producten waar het gebruik van plasma deklagen beperkt kan zijn ten gevolge van verkleuringsproblemen zijn elektronische apparaten in de retailmarkt, bvb. smartphones, gsm's, tabletten, persoonlijke digitale hulpmiddelen (personal digital assistants - PDAs), navigatiesystemen, luidsprekers, koptelefoons, oortjes, enz. Andere voorbeelden zijn textiel voor kleding, zoals sportkledij en outdoor kledij, schoenen en accessoires, en schoenen, kleding en accessoires voor gebruik als persoonlijke beschermimiddelen - in medische toepassingen, cleanroom, en voor brandweer, politie, postbodes, enz.

Samenvatting van de uitvinding

De aanvrager heeft verrassend een manier ontdekt om de verkleuring grotendeels te verminderen, en in sommige gevallen volledig te vermijden. De reductie in verkleuring wordt mogelijk door het gebruik van een zogenaamde "plasma diffuser", waarbij een "diffuser" materiaal (of een diffuseermateriaal) geplaatst wordt in de ruimte tussen de producten of objecten en minstens de elektrode of elektroden, bijvoorbeeld de of elke radiofrequente (RF) elektrode. Het diffuseermateriaal verspreidt het plasma, wat leidt tot een meer uniforme en homogene distributie, en verrassend tot een vermindering van de verkleuring.

De huidige uitvinding beschrijft dus een methode om op z'n minst gedeeltelijk de verkleuring van een substraat door een plasma depositie proces te vermijden, door het plasma te verspreiden voor en/of tijdens het afzetten van het plasma op het substraat.

In een uitvoeringsvorm wordt het substraat voorbehandeld tijdens een voorbehandeling met plasma, waarbij dit plasma verspreidt wordt voor en/of tijdens reactie van het plasma met het substraat, waarbij het substraat bij voorkeur gereinigd, geactiveerd en/of geëtst wordt.

De huidige uitvinding omvat dus verder een methode om een substraat voor te behandelen tijdens een voorbehandeling met plasma, bij voorkeur voorafgaand aan een methode om een plasma deklaag af te zetten op een substraat, waarbij het plasma van de voorbehandeling verspreidt wordt voor en/of tijdens reactie van het plasma met het substraat, waarbij het substraat bij voorkeur gereinigd, geactiveerd en/of geëtst wordt.

De huidige uitvinding omvat verder ook een plasma apparaat voor depositie van deklagen, geschikt voor, en bij voorkeur ontworpen om, een methode volgens de huidige uitvinding uit te voeren. Hiervoor omvat de huidige uitvinding een plasma apparaat voor depositie om een plasma deklaag af te zetten op een substraat, bij voorkeur op verlaagde druk en bij voorkeur een plasma polymerisatie deklaag, waarbij het apparaat een plasmakamer omvat die een geaarde (M) elektrode, een radiofrequente (RF) elektrode en een plasma diffuser voor het homogeniseren van een plasma distributie dichtbij het substraat bevat, waarbij de plasma diffuser bij voorkeur tussen de elektroden geplaatst wordt.

De huidige uitvinding beschrijft verder een plasma diffuser, geschikt voor, en bij voorkeur ontworpen voor gebruik in een plasma depositie apparaat volgens de huidige uitvinding, het gebruik van een apparaat volgens de huidige uitvinding om een methode volgens de huidige uitvinding uit te voeren, en een product, dat bij voorkeur een textielmateriaal bevat, behandeld volgens een methode en/of met een apparaat volgens de huidige uitvinding.

In een uitvoeringsvorm bevat het plasma monomeren en de deklaag is bij voorkeur een polymere deklaag.

In een uitvoeringsvorm wordt het plasma gegenereerd bij verlaagde druk, bij voorkeur bij een druk lager dan atmosfeerdruk, liever lager dan 1000 mTorr en/of bij voorkeur hoger dan 5 mTorr.

In een uitvoeringsvorm wordt het plasma verspreid door een plasma diffuseermateriaal, bij voorkeur omvattende de stappen van verwijderen, plaatsen, terugplaatsen en/of herpositioneren van het diffuseermateriaal.

In een uitvoeringsvorm wordt de performantie van de deklaag niet beïnvloed in termen van olie afstootbaarheid, spray test en wasbaarheid.

In een uitvoeringsvorm wordt een deklaag afgezet op een substraat in een plasma apparaat voor deklagen, bestaande uit een plasmakamer die een geaarde (M) elektrode, een radiofrequente (RF) elektrode en een plasma diffuser bevat die bij voorkeur bestaat uit één of meerdere plasma diffuseermaterialen die tussen de elektroden worden geplaatst, teneinde de plasma densiteit rond een substraat te homogeniseren om de verkleuring na behandeling te reduceren, waarbij de plasma difuseermaterialen bij voorkeur in de vorm van een vel zijn, waarbij het vel vlak, gebogen of geplooid kan zijn.

In een uitvoeringsvorm is één of een combinatie van de volgende kenmerken aanwezig:

Plasma diffuseermateriaal is geplaatst tussen het substraat of de substraten waarop een deklaag afgezet dient te worden, en de radiofrequente elektrode;

Plasma diffuseermateriaal is geplaatst tussen het substraat of de substraten waarop een deklaag afgezet dient te worden, en de geaarde elektrode; Plasma diffuseermateriaal is geplaatst tussen het substraat of de substraten waarop een deklaag afgezet dient te worden, en de geaarde elektrode, en tussen het substraat of de substraten waarop een deklaag afgezet dient te worden, en de radiofrequente elektrode;

Plasma diffuseermateriaal is geplaatst ter hoogte van minstens één bijkomende zijde van het substraat, waarbij deze zijde parallel is met een wand van de plasma kamer zodat een balkvormige plasma diffuser bekomend wordt; en/of

Een vel plasma diffuseermateriaal wordt op cilindrische wijze gewikkeld rond het substraat of de substraten waarop een deklaag afgezet dient te worden. In een uitvoeringsvorm wordt de plasma diffusie uitgevoerd op een selectieve wijze, zoals door plasma diffuseermateriaal toe te voegen of weg te halen op bepaalde plaatsen om daar de plasma densiteit te reduceren ofte verhogen.

In een uitvoeringsvorm omvat de plasma diffuser een plasma diffuseermateriaal dat geplaatst wordt in de plasmakamer, waarbij het plasma diffuseermateriaal bij voorkeur in de vorm van een vel is.

In een uitvoeringsvorm bestaat het plasma diffuseermateriaal uit een open cel polymeerstructuur, zoals een niet-geweven stof, een weefsel, een breisel, een membraan, een film of een folie; en/of een open cel metaalstructuur, zoals een net- of roosterstructuur.

In een uitvoeringsvorm wordt de plasma diffuser in de kamer geplaatst zonder het gebruik van een frame of de ondersteuning van een frame.

In een uitvoeringsvorm bevat de plasma diffuser manieren om geopend te kunnen worden, zoals een rits, knopen, Velcro, of kleefband.

De aanvrager heeft verder ontdekt dat het gebruik van een plasma diffuser is nog gelimiteerd tot één plasma kamer, of tot een set van plasma processen of lage druk plasma processen. De plasma diffuser kan gebruikt worden in kleinere systemen, maar is in het bijzonder geschikt voor grotere systemen waar de plasma distributie in de plasmakamer minder uniform is.

De plasma diffuser kan gebruikt worden voor een groot bereik van proces parameters, waardoor de plasma diffuser bruikbaar is in een groot aantal processen, systemen en substraten. Voorbeelden van proces parameters zijn -zonder beperkingen op te leggen:

Lagere en hogere monomeerdebieten, bvb. van 1 sccm tot 500 sccm, zoals 5 sccm tot 150 sccm;

Vermogen aangebracht op gepulste of in continue mode, bvb. wanneer aangebracht in gepulste mode, kan de pulsatiefrequentie gekozen worden tussen 100 Hz en 10 kHz, met een schakelduur van ongeveer 0.05 tot 50 %, waarbij de optimale parameters afhangen van het monomeer dat gebruikt wordt;

Lagere en hogere basisdruk en werkdruk, bvb. een basisdruk van 5 mTorr tot 200 mTorr en een werkdruk van 10 mTorr tot 500 mTorr;

Korte en lange processen, bvb. van 5 seconden tot 120 minuten.

Een kenner in het vakdomein zou de plasma diffuser niet gebruiken om het probleem van verkleuring op te lossen, aangezien hij zou verwachten dat de performantie van de deklagen zou dalen doordat de plasma diffuser tot op zekere hoogte blootstelling van de producten aan het plasma afschermt. Indien een vermindering in de performantie - dikte van de deklaag, olie afstootbaarheid, watercontacthoek, spray test, wasbaarheid, enz - te verwachten is, zal men de plasma diffuser niet gebruiken aangezien de belangrijk is de performantie te behouden en tegelijk de verkleuring op te lossen.

De aanvrager heeft verrassend ontdekt dat ondanks de verspreiding van het plasma in de plasmakamer de performantie van de plasmabehandeling, zoals - in het geval van water en/of olie afstotende deklagen - de graad van olie afstootbaarheid, watercontacthoek en wasbaarheid, behouden blijft op hetzelfde niveau. Dit is een onverwacht voordeel van de plasma diffuser, aangezien een kenner in het vakdomein het tegenovergestelde zou verwachten, namelijk het dalen van de performatie door een zekere graad van afscherming veroorzaakt door het plasma diffuseermateriaal tussen minstens de RF elektrode of elektroden en de te behandelen producten te plaatsen.

Korte beschrijving van de tekeningen

Figuren IA - 1H illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal geplaatst wordt tussen een radiofrequente (RF) elektrode en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden.

Figuren 2A - 2H illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal geplaatst wordt tussen een geaarde (M) elektrode en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden.

Figuren 3A - 3J illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal geplaatst wordt tussen een radiofrequente (RF) elektrode en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden, en bijgevolg, tegelijk of alternerend, tussen een geaarde (M) elektrode en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden.

Figuren 4A - 4F illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal minstens gedeeltelijk tussen de elektroden en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden, geplaatst wordt, en waarbij de elektroden in een horizontale en substantieel evenwijdige set-up geplaatst worden, en waarbij het diffuseermateriaal verder minstens gedeeltelijk rond het substraat en/of de lade geplaatst wordt in een richting die substantieel loodrecht is t.o.v. de elektroden. Figuren 5A - 5C illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal minstens gedeeltelijk tussen de elektroden en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten geplaatst wordt, en waarbij de elektroden in een verticale en substantieel evenwijdige set-up geplaatst worden, en waarbij het diffuseermateriaal verder minstens gedeeltelijk rond het substraat geplaatst wordt in een richting die substantieel loodrecht is t.o.v. de elektroden. Figuren 6A - 6D illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal minstens gedeeltelijk rond de elektroden en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden, geplaatst wordt op een cilindervormige wijze. Figure 7A - 7B illustreren uitvoeringsvormen volgens de huidige uitvinding waarbij diffuseermateriaal minstens gedeeltelijk rond de elektroden en het te behandelen substraat of de te behandelen substraten en/of een lade waarin het substraat of de substraten geplaatst kunnen worden, geplaatst wordt op een bolvormige wijze. Figuren 8 - 9B illustreren uitvoeringsvormen van 3D-plasma diffusers volgens de huidige uitvinding met een andere vorm dan balkvormig of cilindervormig, welke gebruikt kunnen worden wanneer deze meer geschikt geacht worden.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding en te verkiezen uitvoeringsvormen

Het concept van de plasma diffuser wordt verder in deze beschrijving en in de conclusies uitgelegd, en de veelzijdigheid, aanpasbaarheid en gemak in gebruik worden aangetoond met voorbeelden en Figuren.

Zoals hierin gebruikt hebben de volgende termen de volgende betekenissen: "Een", "de" en "het" zoals hierin gebruikt verwijzen naar zowel enkelvoud als meervoud behalve indien de context het duidelijk anders aanduidt. Bijvoorbeeld, "een elektrode" verwijst naar één of meerdere elektroden, "een substraat" verwijst naar één of meerdere substraten, "een lade" verwijst naar één of meerdere lades. "Ongeveer" zoals hierin gebruikt verwijst naar een meetbare waarde zoals een parameter, een hoeveelheid, een tijdsduur, en zo verder, en wordt gebruikt om variaties te omvatten van +/-20%, liever +/-10% of minder, nog liever +/-5% of minder, nog liever +/-1% of minder, en nog liever +/-0.1% of minder t.o.v. de gespecifieerde waarde, in zoverre zulke variaties toepasselijk zijn om uitgevoerd te worden in de huidige uitvinding. Echter, het moet begrepen worden dat de waarde waarnaar "ongeveer" verwijst wel specifiek vermeld wordt. "Omvatten", "omvattend" en "omvat" zoals hierin gebruikt zijn synoniemen voor "bevatten", "bevattend", "bevat", en "bestaan uit", "bestaand uit", "bestaat uit" en zijn inclusieve termen die de aanwezigheid van wat volgt specifiëren, bvb. een component, en sluiten de aanwezigheid van bijkomende, niet-opgesomde componenten, aspecten, elementen, leden, onderdelen of stappen, gekend in de vakkennis of hierin vermeld, niet uit.

De numerieke intervallen, opgesomd door eindwaarden, bevatten alle waarden en fracties binnen dat bereik, alsook de vermelde eindwaarden.

Het ontwerp van de plasma diffuser kan gekozen worden zodanig dat de plasma diffuser een vaste positie heeft in de kamer voor gebruik bij elke batch, of zodanig dat de plasma diffuser enkel in de kamer geplaatst wordt samen met de producten die baat hebben bij het gebruik van de plasma diffuser, bvb. d.m.v. het gebruik van een laadrek. Dit reduceert de handelingen komende van het gebruik van de plasma diffuser, zodat in massaproductie de doorstroom gegarandeerd wordt en niet gelimiteerd is door te veel bijkomende handelingen en verlies van tijd.

Verder kan de plasma diffuser gebruikt worden in een groot bereik van procescondities en plasmakamers. De plasma diffuser kan bijvoorbeeld gebruikt worden in zowel gepulste processen als continue processen, aangezien beide manieren om het vermogen aan te brengen de neiging hebben verkleuring te vertonen op donkere substraten, zoals zwarte, grijze, donkerblauwe, donkergroene, donkerpaarse substraten, maar ook op substraten met een sterk reflecterend oppervlak of een lage oppervlakteruwheid (bvb. zacht aanvoelende oppervlakken of gepolijste oppervlakken).

Dankzij het concept van de plasma diffuser, die verrassend goede resultaten geeft, gemakkelijk in gebruik is en aanpasbaar is aan de noden van de klant of de producten die plasma behandeld worden, kunnen meer toepassingen en markten voordeel halen uit plasma processen.

Donkere en zwarte substraten zien er donker of zwart uit voor het menselijk oog omdat de golflengtes van het invallend licht - daglicht, direct zonlicht, TL licht, enz. - voor het overgrote deel geabsorbeerd worden. Slechts een minimale fractie van het invallend licht wordt gereflecteerd van het oppervlak. Alle substraten hebben een zekere topologie of vlakheid. De verkleuring ontstaat op vlakke oppervlakken na depositie omdat kleine (nano)variaties in de dikte van de deklaag aanwezig zijn. Dit leidt tot nanoruwheid van het oppervlak, wat leidt tot een meer diffuse weerkaatsing van de fractie licht die weerkaatst wordt. Aangezien het licht in een niet-regelmatige diffuse manier weerkaatst wordt, kunnen de verschillende golflengtes waaruit het licht is opgebouwd breken, wat leidt tot een regenboogachtige verkleuring.

Het effect is meer uitgesproken voor langere procestijden, waarbij deklagen worden afgezet die algemeen genomen dikker zijn dan met gereduceerde plasmatijden. Wanneer de deklaag dikker is, kan ook de nanoruwheid groter zijn, wat op zijn beurt kan leiden tot een meer uitgesproken verkleuring. Daarom is in een uitvoeringsvorm de deklaag die afgezet wordt op het oppervlak dikker dan 20 nm, liever dikker dan 50 nm, nog liever dikker dan 100 nm.

De verkleuring is ook meer uitgesproken voor deklagen die een dikte hebben vergelijkbaar met de golflengte van zichtbaar licht, bvb. diktes tussen een tiende van de laagste golflengte die zichtbaar is en 10 maal hoger dan de hoogste golflengte die zichtbaar is. Daarom is in een uitvoeringsvorm de deklaag die afgezet wordt dikker dan 10 nm, liever dikker dan 20 nm, nog liever dikker dan 100 nm, en/of dunner dan 5000 nm, liever dunner dan 2500 nm, nog liever dunner dan 1000 nm.

De aanvrager heeft een zogenaamde "plasma diffuser" ontwikkeld die de effecten van ongelijke plasma distributie in de plasmakamer reduceert, wat leidt tot een meer homogene plasma verdeling en plasma densiteit over de hele kamer. Hierdoor wordt de nanoruwheid van de deklaag op het substraat gereduceerd, wat leidt tot een minder diffuse weerkaatsing van de weerkaatste fractie van het invallend licht. Bijgevolg kunnen de regenboogachtige kleuren en/of andere kleurveranderingen gereduceerd worden tot 100% reductie.

De plasma diffuser en/of de methode van de huidige uitvinding kan gebruikt worden voor alle types substraten en materialen, in verschillende vormen en afmetingen.

Het effect van verkleuring is meer uitgesproken in grote opstellingen. Bij kleine opstellingen kan het effect van verkleuring gecompenseerd worden tot een aanvaardbare portie door aanpassing van de procesparameters en het ontwerp van de reactiekamer. Dit is echter niet altijd mogelijk in grotere opstellingen door het grote volume en de aanwezigheid van verschillende componenten in de kamer, zoals elektroden, laden, gas inlaten, pompopeningen, enz. Daarom is in een uitvoeringsvorm de methode van de huidige uitvinding toegepast in een reactiekamer die een volume heeft van meer dan 0.1 I, liever meer dan 0.2 I, nog liever meer dan 0.3 I, nog liever meer dan 0.4 I, of meer dan 0.5 I, of zelfs meer dan 0.6 I, nog liever meer dan 0.8 I, meer dan 1 I, nog liever meer dan 2 I, nog liever meer dan 51, nog liever meer dan 10 I, en nog liever meer dan 20 I.

De huidige uitvinding laat toe om grote substraten te behandelen, of meerdere substraten tegelijk, bvb. verschillende items kunnen op een lade in de kamer geplaatst worden. Daarom, in een te verkiezen uitvoeringsvorm, hebben het substraat, de substraten, de lade die één of meerdere substraten bevat en/of de gecombineerde afmetingen van alle substraten minstens één dimensie groter dan 10 cm, liever groter dan 20 cm, nog liever meer dan 30 cm.

Een ander effect dat opgemerkt werd is dat de verkleuring erger wordt als de afstand tussen het substraat en één of meerdere elektroden vermindert. Dit kan toegedragen worden aan kleine onregelmatigheden in de plasma densiteit die kunnen ontstaan door de geometrie van de elektroden of smalle onregelmatigheden in deze geometrie of door andere effecten. Wanneer het substraat dicht bij één of meerdere elektroden geplaatst wordt, zullen deze onregelmatigheden leiden tot onregelmatigheden in de dikte van de deklaag, en dus tot vermeerderde verkleuring. Het gebruik van een plasma diffuser en/of een methode volgens de huidige uitvinding laat toe om het substraat dicht bij één of meerdere elektroden te plaatsen waarbij op zijn minst gedeeltelijk de verkleuring vermeden wordt. Dit laat het gebruik van een kleinere reactiekamer toe om een deklaag af te zetten op een bepaalde hoeveelheid substraten of om substraten van bepaalde afmetingen te voorzien van een deklaag. Dit laat ook het behandelen van een grotere hoeveelheid substraten van bepaalde afmetingen toe in een kamer met gegeven afmetingen. Daarom heeft in een uitvoeringsvorm de reactiekamer een volume van minder dan 10 000 I, liever minder dan 5000 I, nog liever minder dan 3000 I, nog liever minder dan 2500 I.

Textiel in de vorm van lappen of kledij die delen heeft in donkere kleuren, zoals outdoor, sport en vrijetijdskledij, of technische kledij voor beschermkledij (PPE), zal bijvoorbeeld geen kleurverandering vertonen tussen het materiaal met en zonder deklaag. Kledij zijn kledingstukken zoals, maar niet beperkt tot, jassen, broeken, mutsen, handschoenen, vesten. Andere textielproducten kunnen 3D stukken zijn, zoals schoenen, veters, zakken, rugzakken, tenten, sjaals, etc.

Het textiel kan gemaakt zijn van een natuurlijk, een man-made, een synthetisch materiaal, of een mengsel vanvoorgaande. Voorbeelden van materialen zijn, zonder hiertoe te limiteren:

Synthetisch : polypropyleen (PP), polyethyleen (PE), Polyvinylchloride (PVC), polystyreen (PS), polyphenyleen sulfide (PPS), polyacrylonitrile (PAN), polyurethaan (PUR), polyurea, polytetrafluoroethyleen (PTFE) en geëxpandeerd polytetrafluoroethyleen (ePTFE), polyester (PES) - zoals polyethyleen terephthalaat (PET), gerecycleerd PET en polybutyleen terephthalate (PBT), polyamide (PA) - zoals PA6, PA66, en PA12, polyaramide, elastaan (polyurethaan-polyurea copolymeer).

Natuurlijke en man-made: katoen, cellulose, cellulose acetate, zijde, wol, enz. Mengsels: katoen/PES 50:50, PES/koolstof 99:1, gerecycleerd PES/elastaan 92:8, PA6/elastaan 80/20, enz.

Het textiel kan een niet-geweven stof zijn, een weefsel, een breisel, membranen (microvezel een/of nanovezel), een film, een folie, of composieten gemaakt van minstens twee lagen niet-geweven stof, weefsel, breisel, membranen, film of folie, waarbij de lagen gemaakt kunnen zijn van dezelfde of een andere textielstructuur. Een voorbeeld van een dergelijke composiet is een laminaat bestaande uit een sandwich structuur van een weefsel, een membraan en een basislaag die een niet-geweven of geweven structuur kan zijn. Een ander voorbeeld van een dergelijke composiet is een laminaat dat bestaat uit een niet-geweven textiel gebruikt als basislaag, en een membraan dat geproduceerd wordt rechtstreeks op deze basislaag.

Andere substraten waarbij het gebruik van de plasma diffuser voordelen heeft aangetoond, zijn 3D plastic onderdelen, zoals de behuizing voor elektronische toestellen, zoals telefoons, smartphones, tabletten, laptops, GPS-systemen, en zo verder, of de behuizing voor glazen. Alle types polymeer gebruikt om zulke plastic delen te maken kunnen behandeld worden in de plasma diffuser volgens de huidige uitvinding om voor een groot deel de ongewenste kleurverandering te reduceren. Voorbeelden van polymeren zijn - zonder limiterend te zijn: polyolefinen zoals polypropyleen (PP) en polyethyleen (PE), Polyvinylchloride (PVC), polyamides (PA), polyesters (PES), polystyreen (PS), polytetrafluoroethyleen (PTFE), enz.

De plasma diffuser kan ook gebruikt worden om verkleuring te vermijden op elektronica, zoals een printbord (Eng. printed circuit board - PCB), hoorapparaten, oortjes, koptelefoon, luidsprekers, enz. De producten bestaan vaak uit een combinatie van materialen, zoals plastics en geleidende materialen.

De plasma diffuser kan ook gebruikt worden om verkleuring te vermijden op optische componenten, zoals lenzen, spiegels, en op glas, voor gebruik in verschillende toepassingen zoals camera's, elektronische toestellen zoals tabletten en smartphones, maar ook in sportapplicaties zoals duikbrillen, zwembrillen, kompassen, uurwerken, enz. Andere applicaties zijn spiegels in de automobielsector, langs de weg, in huis, enz. In het bijzonder kunnen grotere componenten, die gevoeliger zijn aan verkleuring door onregelmatigheden in de deklaag, en waarbij de verkleuring zoals een regenboogachtige schijn gemakkelijker zichtbaar is, baat hebben bij het gebruik van een plasma diffuser tijdens de plasma behandeling.

Het principe van de plasma diffuser is dus de spreiding van het plasma om een homogenere, minder oneven plasma verdeling te bekomen, wat leidt tot een meer uniforme behandeling, wat leidt tot minder verkleuring op het oppervlak of oppervlakken van de substraten.

Bij voorkeur bevat de plasma diffuser een diffuseermateriaal en bestaat de plasma diffuser bij voorkeur uit een diffuseermateriaal en optioneel een frame om het diffuseermateriaal te ondersteunen.

In een eerste uitvoeringsvorm bevat het diffuseermateriaal een open cel polymeerstructuur, zoals een textielstructuur, bijvoorbeeld een niet-geweven stof, een weefsel, een breisel, een membraan, of een vlakke polymere structuur zoals een folie of een film. De polymeerstructuur heeft bij voorkeur een zekere openheid en ademend karakter die toelaat dat plasma door de plasma diffuser passeert op een gecontroleerde wijze om zo de substraten waarop een deklaag afgezet dient te worden te bereiken.

De textielstructuur kan bestaan uit één polymeer of een combinatie van twee of meerdere polymeren. De polymeren die gebruikt kunnen worden zijn - zonder te limiteren: polyolefinen zoals polypropyleen (PP) en polyethyleen (PE),

Polyvinylchloride (PVC), polyamides (PA), polyesters (PES), polystyreen (PS), polytetrafluoroethyleen (PTFE), enz. Bij voorkeur wordt een polymeer met een laag vochtgehalte gebruikt, zoals een polyester, zoals polyethyleentereftalaat (PET).

In het algemeen kan een regelmatige textielstructuur gebruikt worden als plasma diffuser door gebruik te maken van routinematige technieken om de optimale Setup te bepalen, startend van het basisontwerp van de plasma diffuser.

In een andere uitvoeringsvorm bestaat het plasma diffuseermateriaal uit een metalen open cel structuur, zoals een metalen gaas of rooster. Het gaas of rooster kan open zijn van structuur, of dichter. Het gaas of rooster kan elk metaal bevatten, zoals aluminium, staal, roestvast staal, enz.

Wanneer de elektrodeopstelling in de plasmakamer horizontaal is, wordt het of elk substraat dat behandeld moet worden, bvb. van een deklaag voorzien moet worden, in substantieel horizontale positie geplaatst. Het of elk substraat kan in of op een lade of geperforeerde container geplaatst worden die zich in horizontale positie tussen en evenwijdig met de elektroden bevindt. Afhankelijk van de vorm en de afmetingen van de substraten, kunnen de substraten in horizontale, verticale of tussenliggende positie geplaatst worden. Deze opstelling kan bijvoorbeeld gebruikt worden om elektronische apparaten te behandelen, of elektronische componenten, assemblages of subassemblages. De horizontale opstelling kan ook gebruikt worden om textielproducten te behandelen, zoals schoenen, handschoenen, enz.

Wanneer de elektrodeopstelling in de plasmakamer verticaal is, wordt het of elk substraat dat behandeld moet worden, bvb. van een deklaag voorzien moet worden, in substantieel verticale positie geplaatst. Het of elk substraat kan bijvoorbeeld in de daartoe voorziene ruimte (een "slot") tussen de elektroden gehangen worden. Ze kunnen opgehangen worden d.m.v. klemmen of hangers of andere constructies die de beste blootstelling van de oppervlakken aan het plasma garanderen. Afhankelijk van de afmetingen van de substraten en de slots, kunnen één of meerdere substraten in één "slot" gehangen worden. De verticale opstelling kan bijvoorbeeld gebruikt worden om zowel textielproducten te behandelen, zoals kledij (sweater, jas, t-shirt, short, broek, sjaal), als stukken textiel en andere textielproducten, zoals rugzakken, koorden, enz.

Of een horizontale dan wel verticale opstelling gebruikt wordt, hangt af van de te behandelen substraten.

De aanvrager heeft verder ontdekt dat de porositeit of openheid van het plasma diffuseermateriaal een invloed kan hebben op de mate van vermindering van verkleuring. Hoe minder open (hoe dichter) de structuur, hoe meer de kleurverandering gereduceerd wordt, zoals zal blijken uit de voorbeelden. Een minder open diffuser kan bekomen worden met een dichter of dikker materiaal, of door verschillende lagen bovenop elkaar te plaatsen. Door meerdere lagen bovenop elkaar te gebruiken, kunnen enkele lagen gebruikt worden voor de gebieden die minder gevoelig zijn aan verkleuring, terwijl voor de meest gevoelige plaatsen en dubbele of zelfs drievoudige structuur gebruikt kan worden. Dit geeft de mogelijkheid om de opstelling van de plasma diffuser te variëren in functie van de te behandelen onderdelen en hun positie in de plasmakamer.

In sommige uitvoeringsvormen is het beter om niet de volledige oppervlakte af te schermen. Het plasma diffuseermateriaal kan bijvoorbeeld gedimensioneerd worden om slechts een deel van het blootgestelde substraat of lade-oppervlak af te schermen. Dit is wat de aanvragen bedoelt met een "selectieve plasma diffuser". Of het volledige oppervlak dan wel een deel ervan gebruikt wordt voor verspreiding, hangt af van de te behandelen substraten, van de configuratie van de plasma kamer, en van de procesparameters en moleculen die gebruikt worden.

Het kan bijvoorbeeld aangewezen zijn om in een horizontale opstelling om deklagen af te zetten via plasma polymerisatie op elektronische componenten enkel de hoeken van de laden of geperforeerde containers af te schermen, in plaats van grotere oppervlakken af te schermen.

In enkele uitvoeringsvormen waar er een sterke neiging is tot verkleuring, kan er overwogen worden om een dikker diffuseermateriaal te gebruiken, of om twee lagen diffuseermateriaal opeen te gebruiken.

Wanneer verder in de beschrijving van de huidige uitvinding "een lap" of "een zijde" gebruikt wordt, wordt hiermee plasma diffuseermateriaal bedoeld, ongeacht of het om een enkele laag of meerdere lagen boveneen gaat, en ongeacht of het over een lap op volle afmetingen of met beperkte afmetingen gaat (voor selectieve diffusie). Verder kan een selectieve plasma diffuser niet alleen bekomen worden door diffuseermateriaal weg te nemen op bepaalde plaatsen, maar ook door diffuseermateriaal toe te voegen. Het kan bijvoorbeeld aangewezen zijn om een dubbele laag diffuseermateriaal te gebruiken in bepaalde gebieden, bvb. aan de hoeken, om het plasma verder te verspreiden.

Bij voorkeur bestaat de plasma diffuser uit één of meerder plasma diffuseermaterialen die tussen de elektroden geplaatst worden, om de plasma densiteit homogener te maken dicht bij substraten teneinde de verkleuring van de substraten na behandeling te verminderen. Het plasma diffuseermateriaal is bij voorkeur in de vorm van een lap, die vlak, gebogen of geplooid kan zijn. De plasma diffuser kan ook meerdere verschillende materialen bevatten, bvb. materialen van verschillende dichtheid of openheid, die op verschillende hoogtes of posities geplaatst worden, bvb. voor selectieve plasma diffusie.

In zijn meest eenvoudige vorm bestaat de plasma diffuser uit een lap diffuseermateriaal, dat tussen het substraat of de substraten en de of elke elektrode geplaatst wordt. Dit type plasma diffuser kan gezien worden als een 2D-plasma diffuser.

Bij voorkeur worden de afmetingen van de 2D-plasma diffuser zodanig gekozen dat deze gelijk zijn aan of groter zijn dan het volledige oppervlak van het substraat of de substraten of lade zodanig dat het plasma over de volledige oppervlakte of over de volledige lade verspreid wordt.

Bij voorkeur wordt, in geval van een 2D-plasma diffuser, het diffuseermateriaal tussen de of elke radiofrequente elektrode en de of elk substraat geplaatst. Figuur IA toont een 2D-plasma diffuser in horizontale opstelling, waarbij slechts 1 lade 101, een enkele radiofrequente (RF) elektrode 102 en een enkele geaarde (M) elektrode 103 getoond worden. De te behandelen substraten worden in lade 101 geplaatst. Het diffuseermateriaal 104 is geplaatst tussen de lade 101 en de RF elektrode 102.

Figuur 1B toont een horizontale opstelling die bestaat uit twee maal de configuratie van Figuur IA, bijvoorbeeld voor gebruik in een grote plasmakamer die toelaat meer substraten te behandelen in een enkele procesrun. De te behandelen substraten, bvb. waarop een deklaag afgezet moet worden, worden in de laden 101 geplaatst, welke tussen bijvoorbeeld een RF elektrode 102 en een M elektrode 103 geplaatst worden. Het diffuseermateriaal 104 wordt geplaatst tussen elke lade 101 en RF elektrode 102.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het aangewezen het diffuseermateriaal niet tussen elke lade 101 en elke RF elektrode 102 te plaatsen, zoals weergegeven in Figuur IC.

Afhankelijk van de afmetingen van de te behandelen substraten kan het diffuseermateriaal 104 op de bovenkant van de lade 101 geplaatst worden (Figuur 1D) - bijvoorbeeld wanneer de hoogte van de substraten zoals ze in lade 101 geplaatst zijn niet hoger is dan de bovenkant van lade 101. In een andere uitvoeringsvorm kan het diffuseermateriaal 104 op een bepaalde afstand van lade 101 geplaatst worden (Figuur IE). De afstand tussen de substraten of de lade en het diffuseermateriaal, en tussen het diffuseermateriaal en de RF elektrode is variabel en wordt bepaald in functie van de performantie van de deklaag na het proces, en in functie van de nodige afname van de verkleuring.

Figuur 1F toont een verticale opstelling waarbij een te behandelen substraat 111 in een "slot" geplaatst wordt, waarbij het slot bepaald wordt door de ruimte tussen een RF elektrode 112 en een M elektrode 113. Een diffuseermateriaal 114 wordt tussen het substraat 111 en de RF elektrode 112 geplaatst.

Figuur 1G toont een verticale opstelling waarbij de configuratie van 1F repetitief achtereen geplaatst wordt. Drie te behandelen substraten 111 worden in eenzelfde slot geplaatst, bepaald door RF elektrode 112 en M elektrode 113. Een diffuseermateriaal 114 wordt tussen de substraten 111 en de RF elektrodes 112 geplaatst.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het aangewezen het diffuseermateriaal niet in elk slot te plaatsen, zoals weergegeven in Figuur 1H.

In een andere uitvoeringsvorm wordt het diffuseermateriaal tussen de of elke M elektrode en de of elk substraat geplaatst.

Figuur 2A toont een 2D-plasma diffuser in een horizontale opstelling, waarbij slechts 1 lade 201, een enkele radiofrequente (RF) elektrode 202 en een enkele geaarde (M) elektrode 203 getoond worden. De te behandelen substraten worden in lade 201 geplaatst. Het diffuseermateriaal 204 is geplaatst tussen de lade 201 en de M elektrode 203.

Figuur 2B toont een horizontale opstelling die bestaat uit twee maal de configuratie van Figuur 2A, bijvoorbeeld voor gebruik in een grote plasmakamer die toelaat meer substraten te behandelen in een enkele procesrun. De te behandelen substraten, bvb. waarop een deklaag afgezet moet worden, worden in de laden 201 geplaatst, welke tussen bijvoorbeeld een RF elektrode 202 en een M elektrode 203 geplaatst worden. Het diffuseermateriaal 204 wordt geplaatst tussen elke lade 201 en M elektrode 203.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het aangewezen het diffuseermateriaal niet tussen elke lade 201 en elke M elektrode 203 te plaatsen, zoals weergegeven in Figuur 2C.

Afhankelijk van de afmetingen van de te behandelen substraten kan het diffuseermateriaal 204 aan de onderkant van de lade 201 geplaatst worden (Figuur 2D). In een andere uitvoeringsvorm kan het diffuseermateriaal 204 op een bepaalde afstand van lade 201 geplaatst worden (Figuur 2E). De afstand tussen de substraten of de lade en het diffuseermateriaal, en tussen het diffuseermateriaal en de M elektrode is variabel en wordt bepaald in functie van de performantie van de deklaag na het proces, en in functie van de nodige afname van de verkleuring. Figuur 2F toont een verticale opstelling waarbij een te behandelen substraat 211 in een "slot" geplaatst wordt, waarbij het slot bepaald wordt door de ruimte tussen een RF elektrode 212 en een M elektrode 213. Een diffuseermateriaal 214 wordt tussen het substraat 211 en de M elektrode 213 geplaatst.

Figuur 2G toont een verticale opstelling waarbij de configuratie van 2F repetitief achtereen geplaatst wordt. Drie te behandelen substraten 211 worden in eenzelfde slot geplaatst, bepaald door RF elektrode 212 en M elektrode 213. Een diffuseermateriaal 214 wordt tussen de substraten 211 en de M elektrodes 213 geplaatst.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het aangewezen het diffuseermateriaal niet in elk slot te plaatsen, zoals weergegeven in Figuur 2H.

In een andere uitvoeringsvorm wordt een diffuseermateriaal tussen de of elke RF elektrode en de of elk substraat, en tussen de of elke M elektrode en de of elk substraat geplaatst. Aangezien beide stukken diffuseermateriaal evenwijdig aan elkaar in de plasmakamer geplaatst worden, wordt deze opstelling nog steeds als een 2D-plasma diffuser beschouwd.

Figuur 3A toont een 2D-plasma diffuser in horizontale opstelling, waarbij een enkele lade 301, een enkele RF elektrode 302 en een enkele M elektrode 303 worden getoond. De te behandelen substraten worden in lade 301 geplaatst. Het diffuseermateriaal 304 wordt tussen lade 301 en RF elektrode 302, en tussen lade 301 en M elektrode 303 geplaatst.

Figuur 3B toont een horizontale opstelling die bestaat uit twee maal de configuratie van Figuur 3A, bijvoorbeeld voor gebruik in een grote plasmakamer die toelaat meer substraten te behandelen in een enkele procesrun. De te behandelen substraten, bvb. waarop een deklaag afgezet moet worden, worden in de laden 301 geplaatst, welke tussen bijvoorbeeld een RF elektrode 302 en een M elektrode 303 geplaatst worden. Het diffuseermateriaal 304 wordt geplaatst tussen elke lade 301 en RF elektrode 302, en tussen elke lade 301 en M elektrode 303.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het aangewezen het diffuseermateriaal niet tussen elke lade 301 en elke RF elektrode 302 en tussen elke lade 301 en elke M elektrode 303 te plaatsen, zoals weergegeven bij wijze van voorbeeld in Figuur 2C. Afhankelijk van de afmetingen van de te behandelen substraten kan het diffuseermateriaal 304 op de bovenkant van lade 301 en aan de onderkant van de lade 301 geplaatst worden (Figuur 3D). In een andere uitvoeringsvorm kan het diffuseermateriaal 304 aan beide kanten op een bepaalde afstand van lade 301 geplaatst worden (Figuur 3E). In nog een andere uitvoeringsvorm kan het diffuseermateriaal op de bovenkant van lade 301 en op een bepaalde afstand van lade 301 in de richting van de M elektrode 303 geplaatst worden (Figuur 3F). In nog een andere uitvoeringsvorm kan het diffuseermateriaal 304 op een bepaalde afstand van lade 301 in de richting van de RF elektrode 302, en aan de onderkant van lade 301 geplaatst worden (Figuur 3G). De afstand tussen de substraten of de lade en het diffuseermateriaal, en tussen het diffuseermateriaal en de resp. RF elektrode en M elektrode is variabel en wordt bepaald in functie van de performantie van de deklaag na het proces, en in functie van de nodige afname van de verkleuring.

Figuur 3H toont een verticale opstelling waarbij een te behandelen substraat 311 in een "slot" geplaatst wordt, waarbij het slot bepaald wordt door de ruimte tussen een RF elektrode 312 en een M elektrode 313. Een diffuseermateriaal 314 wordt tussen het substraat 311 en de RF elektrode 312, en tussen het substraat 311 en de M elektrode 313 geplaatst.

Figuur 31 toont een verticale opstelling waarbij de configuratie van 3H repetitief achtereen geplaatst wordt. Drie te behandelen substraten 311 worden in eenzelfde slot geplaatst, bepaald door RF elektrode 312 en M elektrode 313. Een diffuseermateriaal 314 wordt tussen de substraten 311 en de RF elektrodes 312, en tussen de substraten 311 en de M elektrodes 313 geplaatst.

In bepaalde uitvoeringsvormen is het aangewezen het diffuseermateriaal niet in elk slot te plaatsen, zoals weergegeven in Figuur 3J.

De afstand tussen de substraten en de 3D-plasma diffuser is bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever tussen 2 mm en 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever tussen 10 mm en 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen de 2D-plasma diffuser en de elektrode of elektroden van de plasmakamer is bij voorkeur van 5 mm tot 250 mm, liever van 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm. 2D-plasma diffusere zijn gemakkelijk in gebruik maar kunnen in bepaalde gevallen slechts beperkte diffusie voorzien. In de gevallen waar meer diffusie nodig is, kan een 3D-plasma diffuser gebruikt worden. 3D-plasma diffusere kunnen variëren in afmetingen en aantal zijden, maar in het algemeen is minstens één zijde van de plasma diffuser niet volledig evenwijdig aan het vlak van de elektroden. 3D-plasma diffusere kunnen rondom een frame opgebouwd zijn, maar in bepaalde uitvoeringsvormen wordt geen frame gebruikt en bestaat de plasma diffuser uit enkel diffuseermateriaal. Of een frame al dan niet aangeraden is, hangt af van de vorm, de opstelling en de afmetingen van de plasma diffuser.

Het frame is bij voorkeur een stijve of semi-stijve structuur die gebruikt wordt als het lichaam waarrond het diffuseermateriaal wordt geplaatst. Het frame kan een zekere flexibiliteit hebben, maar moet sterk genoeg zijn om het plasma diffuseermateriaal te kunnen dragen zonder het risico te lopen dat de diffuser in elkaar zakt en contact maakt met de te behandelen substraten.

Het frame kan gemaakt zijn van alle materialen die typisch in een lage druk plasmakamer voorkomen, zoals - zonder beperkend te zijn - aluminium, staal, zoals roestvast staal, polymeren zoals HDPE, PS, PP en PTFE (ook gekend onder de naam Teflon), en combinaties van voorgaande.

Het frame kan bestaan uit een buizenconstructie, met buizen die een cirkelvormige, rechthoekige of vierkante doorsnede hebben. De doorsnede heeft bij voorkeur een oppervlakte van 1 cm2 of minder.

In bepaalde horizontale uitvoeringsvormen kan de lade op zich als een frame fungeren.

In de meest eenvoudige uitvoeringsvorm kan een 3D-plasma diffuser gezien worden als een 2D-plasma diffuser waarbij bijkomend diffuseermateriaal is toegevoegd.

Figuur 4A toont een plasma diffuser voor een horizontale elektrodeopstelling. Deze plasma diffuser kan opgebouwd worden vertrekkende van de diffuser getoond in Figuur 3A. Het te behandelen substraat of de te behandelen substraten worden op een lade of geperforeerde container 401 geplaatst, die tussen de RF elektrode 402 en de M elektrode 403 geplaatst wordt. Een plasma diffuser 404 wordt rondom lade 401 gepositioneerd, en bevat een bovenzijde 405 tussen de lade 401 en de RF elektrode 402, een onderzijde 406 tussen de lade 401 en de M elektrode 403 (wat dus identiek is aan de diffuser van Figuur 3A), en bestaat verder uit een achterzijde 407. De achterzijde 407 is loodrecht op het vlak van de elektroden 402 en 403, en verbindt de bovenzijde 405 met de onderzijde 406. De voorzijde blijft open, wat eenvoudig laden en lossen van de substraten op lade 401 toelaat. Zijden 405 en 406 van de plasma diffuser 404 worden op een bepaalde afstand van de lade 401 (of de substraten) en de elektroden geplaatst, en achterzijde 407 wordt op een bepaalde afstand tussen de lade 401 en de achterwand van de plasmakamer geplaatst. In deze uitvoeringsvorm wordt een frame gebruikt om het diffuseermateriaal op zijn plaats te houden.

In een andere uitvoeringsvorm heeft de plasma diffuser geen achterzijde maar een voorzijde.

In nog een andere uitvoeringsvorm, voorgesteld door Figuur 4B, wordt de plasma diffuser 404 opnieuw rond lade of geperforeerde container 401 gepositioneerd, en zowel de plasma diffuser 404 en de lade 401 worden tussen een RF elektrode 402 en een M elektrode 403 geplaatst. De plasma diffuser 404 heeft een bovenzijde 405, een onderzijde 406, een achterzijde 407 en een voorzijde 408. Enkel de linker- en de rechterzijde zijn niet opgevuld met diffuseermateriaal. Deze uitvoeringsvorm kan gebruikt worden om het plasma te verspreiden, weg van de elektroden, terwijl op hetzelfde moment de ingang van de precursor moleculen in de ruimte tussen de plasma diffuser en de substraten (of laden) mogelijk is. Zijden 405 en 406 van de plasma diffuser 404 worden op een bepaalde afstand tussen de lade (of substraten) en de elektroden geplaatst, zijde 407 kan op een bepaalde afstand tussen de lade 401 en de achterwand van de plasmakamer geplaatst worden, en zijde 408 kan op een bepaalde afstand tussen de lade 401 en de voorwand van de plasmakamer geplaatst worden. In deze uitvoeringsvorm wordt een frame gebruikt om het diffuseermateriaal op zijn plaats te houden.

Figuur 4C toont de plasma diffuser van Figuur 4B, waarbij nu ook de linkerzijde 409 en de rechterzijde 410 opgevuld zijn met diffuseermateriaal. De plasma diffuser heeft nu de vorm van een balk, met 6 zijden (alle zijden) gevuld met diffuseermateriaal. Zijden 405 en 406 van de plasma diffuser 404 worden op een bepaalde afstand tussen de lade (of substraten) en de elektroden geplaatst, zijde 407 kan op een bepaalde afstand tussen de lade 401 en de achterwand van de plasmakamer geplaatst worden, zijde 408 kan op een bepaalde afstand tussen de lade 401 en de voorwand van de plasmakamer geplaatst worden, zijde 409 kan op een bepaalde afstand tussen de lade en de linkerwand van de plasmakamer geplaatst worden, en zijde 410 kan op een bepaalde afstand tussen de lade en de rechterwand van de plasmakamer geplaatst worden. In deze uitvoeringsvorm wordt een frame gebruikt om het diffuseermateriaal op zijn plaats te houden.

Voor de uitvoeringsvormen weergegeven in Figuren 4A tot 4C is de afstand tussen de substraten geplaatst in de plasma diffuser en het diffuseermateriaal bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever 2 mm tot 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever van 10 mm tot 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen de zijden van de plasma diffuser evenwijdig met het vlak van de elektroden en de elektroden van de plasmakamer is bij voorkeur van 5 mm tot 250 mm, liever van 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm.

De afstand tussen de zijden van de plasma diffuser loodrecht op het vlak van de elektroden en de wanden van de plasmakamer evenwijdig aan deze zijden van de plasma diffuser is bij voorkeur van 5 mm tot 250 mm, liever van 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm. Figuur 4D toont de plasma diffuser van Figuur 4C, waarbij de lade 401 gebruikt wordt als frame. Dit is mogelijk voor substraten die afmetingen hebben die de afmetingen van de lade 401 niet overschrijden (in het bijzonder de hoogte). Bijgevolg is de afstand tussen de substraten in de lade en de plasma diffuser gelijk aan de afstand tussen de substraten en de lade - met andere woorden, er is geen afstand tussen de lade en het diffuseermateriaal.

Voor substraten die hoger zijn dan de hoogte van de lade 401 kan een frame gemaakt worden dat een zekere afstand tussen de substraten en de bovenzijde 407 van de plasma diffuser 404 voorziet. Voor de andere zijden 406, 407, 408, 409 en 410 van de plasma diffuser kan de lade gebruikt worden als frame - zie Figuur 4E.

Andere variaties kunnen eveneens beschouwd worden, bvb. het plaatsen van de zijden 409 en 410 tussen de lade 401 en de zijwanden. De keuze om al dan niet de lade te gebruiken als frame voor één of meerdere zijden hangt af van de te behandelen substraten - vorm, afmetingen en samenstelling - hun positionering en verder ook van het ontwerp van de plasmakamer en de laden.

Alhoewel het te verkiezen is om plasma diffuseermateriaal te plaatsen tussen het substraat/de substraten en de RF elektrode, kan er in sommige situaties, bvb. wanneer de dikte van de deklaag van belang is, voor gekozen worden om geen diffuseermateriaal tussen de RF elektrode en het substraat te plaatsen, maar elders. Wanneer elektronische componenten, subassemblages, assemblages en apparaten plasma behandeld worden, bvb. voorzien worden van een deklaag, is het aangewezen om een horizontale opstelling te gebruiken waar de elektronische componenten, subassemblages, assemblages en apparaten op een lade of geperforeerde container geplaatst worden. Voor de depositie van een deklaag op zulke substraten kan het voordelig zijn om geen diffuseermateriaal tussen de laden en de RF elektroden te plaatsen teneinde een zekere dikte van de deklaag te garanderen. Toch wordt bij voorkeur een plasma diffuser gebruikt die enkel in bepaalde gebieden wordt geplaatst, wat neerkomt op zogenaamde "selectieve plasma diffusie".

Figuur 4F toont een schematische voorstelling van een mogelijke selectieve plasma diffuser. Het plasma diffuseermateriaal wordt in de vorm van een balk gemonteerd, zonder bovenzijde en onderzijde en met een gereduceerd diffuseeroppervlak ter hoogte van de andere vier zijden (linker-, rechter-, voor- en achterzijde). De graad van selectieve plasma diffusie - dus hoe veel diffuseermateriaal er wordt weg genomen - hangt af van de te behandelen substraten, hun afmetingen, vorm, materialen en samenstelling, van de procesparameters, de opstelling van de plasmakamer, enz. Figuur 4F gebruikt een selectieve plasma diffuser die enkel gemonteerd wordt in de vier hoeken van de lade, teneinde het plasma ter hoogte van de vier hoeken - waar typisch een hogere plasma dichtheid genoteerd wordt -te verspreiden, wat leidt tot vermindering van de verkleuring.

Een manier om het openen van de plasma diffuser te vergemakkelijken kan voorzien worden voor de opstellingen schematisch weergegeven in Figuren 4B tot 4E, namelijk een rits, knopen, Velcro of kleefband.

De plasma diffuser in de uitvoeringsvormen weergegeven in Figuren 4A tot 4C kan een vaste positie hebben in de plasmakamer dankzij een frame dat een vast positie heeft binnen de plasmakamer. Tussen twee runs of batches door wordt de diffuser geopend (Figuren 4B tot 4E), en de laden 401 kunnen uit de kamer genomen worden, geleegd, opnieuw gevuld en opnieuw in de plasmakamer geplaatst worden. Indien de lade gedeeltelijk of volledig als frame voor de plasma diffuser gebruikt wordt, zal typisch de plasma diffuser 404 samen met de laden 401 uit de plasmakamer gehaald worden tussen twee runs/batches door. Hierna worden de behandelde substraten uit de lade gehaald via één of meerdere zijden zonder diffuseermateriaal (bvb. de voorzijde van Figuur 4A), of door de diffuser te openen via een rits, knopen, Velcro of kleefband.

Figuur 5A toont een plasma diffuser voor een verticale elektrodeopstelling. Deze plasma diffuser kan bekomen worden vertrekkende van de plasma diffuser getoond in Figuur 3H. Het te behandelen substraat of de te behandelen substraten 501 worden in een slot afgebakend door RF elektrode 502 en M elektrode 503 geplaatst. Een plasma diffuser 504 wordt geplaatst rond het substraat/de substraten 501 en bestaat uit een linkerzijde 505 tussen het substraat 501 en de RF elektrode 502, uit een rechterzijde 506 tussen het substraat 501 en de M elektrode 503 (wat dus identiek is aan de diffuser van Figuur 3H), en bestaat verder uit een achterzijde 507. De achterzijde 507 is loodrecht op het vlak van de elektroden 503 en 503 en verbindt de linkerzijde 405 met de rechterzijde 406. De voorzijde blijft open, wat toelaat dat substraten gemakkelijk in en uit het slot gehaald kunnen worden.

Zijden 505 en 506 van de plasma diffuser 504 worden op zekere afstand geplaatst tussen de substraten en de elektroden, en zijde 507 wordt op een bepaalde afstand van de substraten en de achterwand van de plasmakamer geplaatst. In deze uitvoeringsvorm kan een frame gebruikt worden om het diffuseermateriaal op zijn plaats te houden, maar de plasma diffuser 504 kan eveneens aan de bovenzijde van de plasmakamer bevestigd worden zonder dat het gebruik van een frame nodig is om de plasma diffuser 504 op zijn plaats te houden, aangezien het diffuseermateriaal een hangende positie heeft.

In een andere uitvoeringsvorm heeft de plasma diffuser geen achterzijde maar een voorzijde.

In nog een andere uitvoeringsvorm, voorgesteld door Figuur 5B, wordt de plasma diffuser 504 opnieuw rond de substraten 501 gepositioneerd, en zowel de plasma diffuser 504 als de substraten 501 worden tussen een RF elektrode 502 en een M elektrode 503 gehangen. De plasma diffuser 504 heeft een linkerzijde 505, een rechterzijde 506, een achterzijde 507 en een voorzijde 508. Enkel het bovenvlak en het ondervlak zijn niet opgevuld met diffuseermateriaal. Deze uitvoeringsvorm kan gebruikt worden om het plasma te verspreiden, weg van de elektroden, terwijl op hetzelfde moment de ingang van de precursor moleculen in de ruimte tussen de plasma diffuser en de substraten mogelijk is. Zijden 505 en 506 van de plasma diffuser 504 worden op een bepaalde afstand tussen de substraten 501 en de elektroden geplaatst, zijde 507 kan op een bepaalde afstand tussen de substraten 501 en de achterwand van de plasmakamer geplaatst worden, en zijde 508 kan op een bepaalde afstand tussen de substraten 501 en de voorwand van de plasmakamer geplaatst worden. In deze uitvoeringsvorm wordt een frame gebruikt om het diffuseermateriaal op zijn plaats te houden, maar dit is niet noodzakelijk aangezien de diffuser een hangende positie heeft en dus op zichzelf zijn vorm en positie kan behouden.

Figuur 5C toont de plasma diffuser van Figuur 5B, waar nu ook de bovenzijde 509 en de onderzijde 510 met diffuseermateriaal gevuld zijn. De plasma diffuser is nu balkvormig met 6 zijden (alle zijden) gevuld met diffuseermateriaal. Zijden 505 en 506 van de plasma diffuser 504 worden op een bepaalde afstand tussen de substraten en de elektroden geplaatst, zijde 507 wordt op een bepaalde afstand tussen de substraten en de achterwand van de plasmakamer geplaatst, zijde 508 wordt op een bepaalde afstand tussen de substraten en de voorwand van de plasmakamer geplaatst, zijde 509 wordt op een bepaalde afstand tussen de substraten en de bovenwand van de plasmakamer geplaatst, en zijde 510 wordt op een bepaalde afstand tussen de substraten en de onderwand van de plasmakamer geplaatst. In deze uitvoeringsvorm wordt een frame gebruikt om het diffuseermateriaal op zijn plaats te houden, maar dit is niet noodzakelijk aangezien de diffuser een hangende positie heeft en dus op zichzelf zijn vorm en positie kan behouden.

Een manier om het openen van de plasma diffuser te vergemakkelijken kan voorzien worden voor de opstellingen schematisch weergegeven in Figuren 5B en 5C, namelijk een rits, knopen, Velcro of kleefband.

De plasma diffuser in de uitvoeringsvormen weergegeven in Figuren 5A tot 5C kan een vaste positie hebben in de plasmakamer dankzij een frame dat een vast positie heeft binnen de plasmakamer. Tussen twee runs of batches door wordt de diffuser geopend (Figuren 5B en 5C), en de substraten 501 worden uit de kamer genomen en nieuwe substraten worden in de plasmakamer gehangen.

In een andere uitvoeringsvorm kan de plasma diffuser 504 zodanig worden gepositioneerd dat deze uit de plasmakamer gehaald kan worden indien nodig.

Voor de uitvoeringsvormen weergegeven in Figuren 5A tot 5C is de afstand tussen de substraten geplaatst in de plasma diffuser en het diffuseermateriaal bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever 2 mm tot 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever van 10 mm tot 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen de zijden van de plasma diffuser evenwijdig met het vlak van de elektroden en de elektroden van de plasmakamer is bij voorkeur van 5 mm tot 250 mm, liever van 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm.

De afstand tussen de zijden van de plasma diffuser loodrecht op het vlak van de elektroden en de wanden van de plasmakamer evenwijdig aan deze zijden van de plasma diffuser is bij voorkeur van 5 mm tot 250 mm, liever van 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm. Een andere vorm van 3D-plasma diffuser is een cilindervormige opstelling. Een stuk diffuseermateriaal wordt geplooid zodanig dat een buisvormige opstelling bekomen wordt, bijvoorbeeld door de linkerzijde en de rechterzijde van het diffuseermateriaal met elkaar te verbinden.

Figuur 6A toont een cilindervormige plasma diffuser 604 die in horizontale opstelling rond een lade 601 gebruikt kan worden. Een zekere afstand tussen het diffuseermateriaal 604 en de lade 601 wordt behouden. De plasma diffuser 604 past in de ruimte tussen de horizontaal gepositioneerde RF elektrode 602 en M elektrode 603. De linkerzijde en rechterzijde van de plasma diffuser zijn open zodat precursor molécules de ruimte tussen de diffuser en de substraten 601 op een gecontroleerde manier kan binnengaan. Een rits, knopen, Velcro strips of kleefband kan voorzien worden om de plasma diffuser gemakkelijk te kunnen openen. De plasma diffuser wordt bij voorkeur op een frame gemonteerd en kan een vaste positie in de plasmakamer hebben, of kan samen met de lade uit de plasmakamer gehaald worden na elk proces.

Figuur 6B toont de plasma diffuser van Figuur 6A, waarbij nu ook de linkerzijde 605 en de rechterzijde 606 opgevuld zijn met diffuseermateriaal. Substraatlade 601 wordt in het interne volume van de plasma diffuser 604 geplaatst. De plasma diffuser 604 is gepositioneerd tussen de RF elektrode 602 en de M elektrode 603. Een rits, knopen, Velcro strips of kleefband kan voorzien worden om de plasma diffuser gemakkelijk te kunnen openen. De plasma diffuser wordt bij voorkeur op een frame gemonteerd en kan een vaste positie in de plasmakamer hebben, of kan samen met de lade uit de plasmakamer gehaald worden na elk proces.

Hoewel de cilindervormige plasma diffuser gebruikt kan worden voor een horizontale opstelling van de plasmakamer (horizontaal gepositioneerde elektroden), wordt liefst een balkvormige plasma diffuser gebruikt voor de horizontale opstelling. De cilindervormige plasma diffuser is goed geschikt voor gebruik in verticale elektrode-opstelling aangezien een stuk diffuseermateriaal gemakkelijk rond de hangende substraten gewikkeld kan worden.

Figuur 6C toont een schematische voorstelling van een cilindervormige plasma diffuser 614 die rond één of meerdere substraten 611 gewikkeld is, en geplaatst is binnen het slot afgebakend door de verticaal gepositioneerde RF elektrode 612 en M elektrode 613. De boven- en onderzijde van de plasma diffuser 614 zijn open zodat precursor molécules de ruimte tussen de diffuser en de substraten 601 op een gecontroleerde manier kan binnengaan. Een rits, knopen, Velcro strips of kleefband kan voorzien worden om de plasma diffuser gemakkelijk te kunnen openen. De plasma diffuser kan op een frame gemonteerd worden maar kan evengoed zonder frame gebruikt worden door de diffuser vast te maken aan de bovenwand van de plasmakamer. De plasma diffuser 614 kan een vaste positie in de plasmakamer hebben, of kan samen met de substraten uit de plasmakamer gehaald worden na elk proces.

Figuur 6D toont een schematische voorstelling van een cilindervormige plasma diffuser 614 die rond één of meerdere substraten 611 gewikkeld is, en geplaatst is binnen het slot afgebakend door de verticaal gepositioneerde RF elektrode 612 en M elektrode 613. De bovenzijde 615 en de onderzijde 616 van de plasma diffuser 614 zijn gevuld met diffuseermateriaal. Een rits, knopen, Velcro strips of kleefband kan voorzien worden om de plasma diffuser gemakkelijk te kunnen openen. De plasma diffuser kan op een frame gemonteerd worden maar kan evengoed zonder frame gebruikt worden door de diffuser vast te maken aan de bovenwand van de plasmakamer. De plasma diffuser 614 kan een vaste positie in de plasmakamer hebben, of kan samen met de substraten uit de plasmakamer gehaald worden na elk proces.

Voor de uitvoeringsvormen schematisch weergegeven in Figuren 6A tot 6C is de afstand tussen de substraten geplaatst in de plasma diffuser en het diffuseermateriaal niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever 2 mm tot 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever van 10 mm tot 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen de zijden van de plasma diffuser en de elektroden en/of wanden van de plasmakamer is bij voorkeur van 5 mm tot 250 mm, liever van 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm. Aangezien het diffuseermateriaal een gebogen vorm heeft, kan de afstand van punt tot punt variëren. 3D-plasma diffusers met een andere vorm dan een balk of een cilinder kunnen eveneens gebruikt worden indien deze beter geschikt worden geacht. Figuren 7A, 7B, 8, 9A en 9B geven enkele schematische voorstellingen, maar het is duidelijk dat variaties op deze vormen ook mee beschouwd worden.

Figuur 7A toont een plasma diffuser 704 die de vorm heeft van een halve bol. Deze plasma diffuser wordt bij voorkeur gebruikt voor de horizontale opstelling, zoals getoond in Figuur 7A. De plasma diffuser 704 wordt bovenop lade 701 geplaatst, welke tussen RF elektrode 702 en M elektrode 703 wordt geplaatst. Liefst wordt een frame gebruikt om de plasma diffuser op zijn plaats te houden. De onderzijde van de lade 701 kan ook bedekt worden met diffuseermateriaal, maar in sommige gevallen is dit niet aangewezen. Of onderzijde van lade 701 al dan niet bedekt wordt, hangt af van de opstelling, de te behandelen substraten, enz.

Figuur 7B toont een plasma diffuser 704 die de vorm heeft van een bol rondom lade 701. Deze plasma diffuser wordt bij voorkeur gebruikt voor de horizontale opstelling, zoals getoond in Figuur 7B. Lade 701 wordt binnenin de plasma diffuser 704 geplaatst, welke op zijn beurt tussen RF elektrode 702 en M elektrode 703 wordt geplaatst. Liefst wordt een frame gebruikt om de plasma diffuser op zijn plaats te houden.

Verwijzend naar Figuren 7A en 7B wordt een rits, knopen, Velcro strips of kleefband voorzien om de plasma diffuser gemakkelijk te kunnen openen. De plasma diffuser 704 wordt bij voorkeur uit de plasmakamer gehaald na elk proces, samen met de lade 701, en wordt dan geopend om te behandelde substraten uit de lade 701 te halen. Lade 701 wordt hierna opnieuw gevuld met te behandelen substraten, de plasma diffuser 704 wordt gesloten en wordt samen met lade 701 terug in de plasmakamer geplaatst.

De afstand tussen de substraten geplaatst in de plasma diffuser en het diffuseermateriaal is niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever 2 mm tot 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever van 10 mm tot 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen het plasma diffuseermateriaal en de elektroden en/of wanden van de plasmakamer is niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 5 mm tot 250 mm, liever 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm.

Figuur 8 toont een plasma diffuser 804 die een koepelvormige vorm heeft. Deze plasma diffuser wordt bij voorkeur gebruikt voor de horizontale opstelling, zoals getoond in Figuur 8. De plasma diffuser 804 wordt bovenop lade 801 geplaatst, welke tussen RF elektrode 802 en M elektrode 803 wordt geplaatst. Liefst wordt een frame 805 gebruikt om de plasma diffuser op zijn plaats te houden. De onderzijde van de lade 801 kan ook bedekt worden met diffuseermateriaal, maar in sommige gevallen is dit niet aangewezen. Of onderzijde van lade 801 al dan niet bedekt wordt, hangt af van de opstelling, de te behandelen substraten, enz.

De afstand tussen de substraten geplaatst in de plasma diffuser en het diffuseermateriaal is niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever 2 mm tot 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever van 10 mm tot 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen het plasma diffuseermateriaal en de elektroden en/of wanden van de plasmakamer is niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 5 mm tot 250 mm, liever 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm.

Figuren 9A en 9B tonen een schematische voorstelling van een tunnelvormige plasma diffuser 904. De kromtestraal kan variëren afhankelijk van de afmetingen van de te behandelen substraten. Deze plasma diffuser wordt bij voorkeur gebruikt voor de horizontale opstelling, zoals getoond in Figuren 9A en 9B. De plasma diffuser 904 wordt bovenop lade 901 geplaatst, welke tussen RF elektrode 902 en M elektrode 903 wordt geplaatst. Liefst wordt een frame 905 gebruikt om de plasma diffuser op zijn plaats te houden. De onderzijde van de lade 901 kan ook bedekt worden met diffuseermateriaal, maar in sommige gevallen is dit niet aangewezen. Of onderzijde van lade 901 al dan niet bedekt wordt, hangt af van de opstelling, de te behandelen substraten, enz.

De afstand tussen de substraten geplaatst in de plasma diffuser en het diffuseermateriaal is niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 1 mm tot 150 mm, liever 2 mm tot 100 mm, zoals 5 mm tot 75 mm, nog liever van 10 mm tot 50 mm, zoals 50, 45, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, of 10 mm.

De afstand tussen het plasma diffuseermateriaal en de elektroden en/of wanden van de plasmakamer is niet overal gelijk als gevolg van het gebogen oppervlak van het plasma diffuseermateriaal, en is bij voorkeur 5 mm tot 250 mm, liever 10 mm tot 200 mm, zoals 15 mm tot 150 mm, zoals 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, of 15 mm.

Voordelen van de huidige uitvinding zijn: afname, tot zelfs eliminatie, van ongewenste verkleuring die typisch te zien is op donkere oppervlakken - zoals donkergroene, donkerblauwe, donkergrijze en zwarte objecten - of op substraten die een hoog glanzend oppervlak hebben of een lage oppervlakteruwheid (bvb. zachte, gladde oppervlakken of gepolijste oppervlakken); veelzijdige opstelling van de plasma diffuser in functie van de afmetingen van de te behandelen objecten of van de vereiste afname van verkleuring, door het plasma diffuseermateriaal te variëren, of de vorm van de plasma diffuser, het aantal zijden dat gevuld is met diffuseermateriaal, of de graad van diffusie (selectieve plasma diffusie) door meerdere lagen diffuseermateriaal te gebruiken of door diffuseermateriaal weg te halen op bepaalde stukken; geen impact op de watercontacthoek, spray test, olie level; geen impact of de wasbaarheid; geen verplichting om het machineontwerp aan te passen; eenvoudige implementatie in bestaande plasmakamers; eenvoudig manipuleerbaar door een vast of verwijderbare positionering te gebruiken in de plasmakamer, en door fixatiemiddelen te gebruiken die toelaten de plasma diffuser gemakkelijk te openen.

De huidige uitvinding zal nu geïllustreerd en verder beschreven worden aan de hand van de volgende voorbeelden. Deze voorbeelden worden ter referentie gegeven en impliceren geen enkele beperking op de hiervoor vermelde aspecten van de huidige uitvinding. VOORBEELDEN Voorbeeld 1

Voorbeeld 1 demonstreert de impact van de openheid van het plasma diffuseermateriaal. Drie verschillende diffuseermaterialen werden gebruikt: een niet-geweven stof, een geweven textiel en een folie. Alle drie deze materialen werden in dezelfde horizontale opstelling gebruikt zoals weergegeven in Figuur 4E maar met een open linker- en rechterzijde, welke evenwijdig zijn aan de kamerwanden waar de monomeerinlaten gemonteerd zijn. De niet-geweven stof werd gebruikt met een enkele laag, en met een dubbele laag (selectieve plasma diffusie). Met elke plasma diffuser opstelling werd hetzelfde plasma polymerisatie proces uitgevoerd in een 490 I grote plasmakamer, volgens Tabel 1:

Tabel 1: Procesparameters volgens Voorbeeld 1 De data en resultaten worden weergegeven in Tabel 2:

Tabel 2: Overzicht van testen uitgevoerd met vier verschillende plasma I diffuseermaterialen

Uit Tabel 2 blijkt duidelijk dat de afname in verkleuring het beste is voor de dichtere materialen (enkele laag niet-geweven -> dubbele laag niet-geweven -> geweven stof -> folie), terwijl tegelijk de dikte van de afgezette deklaag niet wezenlijk verschilt van de ene plasma diffuser tot de andere. De dikte van de deklaag is echter voor allevier de plasma diffusers lager dan indien geen plasma diffuser gebruikt werd.

De test met de enkele en de dubbele laag niet-geweven stof toont aan dat de verkleuring minder is indien twee lagen bovenop elkaar gebruikt worden.

Voorbeeld 2

Voorbeeld 2 toont de impact van de openheid van de twee zijden evenwijdig met de kamerwanden waarin de monomeerinlaten gemonteerd zijn. De enkele laag niet-geweven stof van Voorbeeld 1 werd gebruikt met 100% open zijden, en met zijden die slechts voor 25% open waren. De processen werden uitgevoerd volgens de parameters van Tabel 1. De resultaten staan in Tabel 3:

Tabel 3: Overzicht van testen gedaan met verschillende graad van openheid Uit Tabel 3 blijkt duidelijk dat minder open zijden een positieve impact hebben op de vermindering van de verkleuring, en dat het olie level niet beïnvloed wordt. De afgezette deklagen met de meer gesloten plasma diffuser zijn echter minder dik, wat de afwezigheid van verkleuring zou kunnen verklaren. In de situaties waar een bepaald olie level behaald moet worden, kan er overwogen worden deze meer gesloten plasma diffuser te gebruiken. Indien echter een combinatie van een minimale dikte van de deklaag en een zekere vermindering van de verkleuring gevraagd wordt, is het beter om een minder open diffuser te gebruiken waarbij twee zijden 100% open zijn - zie Voorbeeld 1.

Voorbeeld 3

Voorbeeld 3 demonstreert het feit dat de wasbaarheid van de stalen niet beïnvloed wordt door het gebruik van de plasma diffuser. Textielstalen gemaakt van 100% gerecycleerde PES, geweven, werden verticaal binnen de plasma diffuser gehangen.

De boven- en onderzijde, die evenwijdig zijn met de zijden waar de monomeerinlaten gepositioneerd zijn, zijn 100% open. Een proces van 5 minuten voorbehandeling en 10 minuten depositie werd uitgevoerd op deze stalen, met en zonder de plasma diffuser. De procesparameters worden weergegeven in Tabel 4.

Table 4: Procesparameters volgens Voorbeeld 3

De behandelde textielstalen warden hierna inudstrieel gewassen volgens ISO 15797 (2002). Eén volledige wascyclus bestaat uit de volgende stappen: 1. Wassen op 75°C met 20 g IPSO HF 234 per kilogram drooggewicht, zonder optische witmaker; 2. Drogen in een droogkabinet.

Na één wascyclus werd een spray test uitgevoerd volgens ISO 9073 - sectie 17 en ISO 4920. Hierna werden 4 bijkomende wascycli uitgevoerd en het olie level en de spray test werden opnieuw opgemeten (waarden na 5 wascycli).

Uit Tabel 5 blijkt duidelijk dat er geen verschil merkbaar was in de spray test resultaten van de stalen behandeld met en zonder plasma diffuser.

Tabel 5: Wasresultaten Voorbeeld 4

Een selectieve plasma diffuser volgens Figuur 4F werd gebruikt in een 490 I plasmakamer met 5 laden. Het diffuseermateriaal, in dit voorbeeld Teflon, werd in alle vier de hoeken van alle vijf de laden geplaatst, over lengtes van 20 cm. Een tweede diffuser werd gemaakt door diffuseermateriaal, opnieuw Teflon, in alle vier de hoeken van alle vijf de laden te plaatsen over lengtes van 10 cm. De procesparameters staan in Tabel 6. Hetzelfde proces werd ook uitgevoerd zonder plasma diffuser.

Het doel van deze test was om te kijken of de verkleuring op printborden (PCBs) verminderd kon worden, en om na te gaan of de uniformiteit van de deklaag in termen van dikte verbeterd kon worden. De resultaten staan in Tabel 7.

Tabel 6: Procesparameters volgens Voorbeeld 4

Uit Tabel 7 blijkt duidelijk dat voor alle laden, behalve voor de vijfde (onderste), de StDev (%) sterk gereduceerd wordt bij gebruik van de plasma diffuser, wat wijst op een betere uniformiteit van de dikte van de deklaag. Er dient opgemerkt te worden dat voor alle laden de dikte van de deklaag lager is indien een plasma diffuser gebruikt wordt, zoals al bleek uit Voorbeelden 1 en 2.

Tabel 7: Dikte en standaardafwijking (%) voor verschillende opstellingen

Claims (15)

1. Conclusies

   1. Methode om op zijn minst gedeeltelijk verkleuring van een substraat door een plasma depositie proces te vermijden, door een plasma te verspreiden voor en/of tijdens depositie van het plasma op het substraat waarbij een deklaag afgezet wordt.
2. 2. Methode volgens conclusie 1, waarbij het substraat voorbehandeld wordt voor een voorbehandelingsplasma, waarbij het voorbehandelingsplasma verspreid wordt voor en/of tijdens reactie van het voorbehandelingsplasma met het substraat, waarbij bij voorkeur het substraat gereinigd, geactiveerd en/of geëtst wordt.
3. 3. Methode volgens conclusie 1 of 2, waarbij het plasma monomeren bevat en waarbij de deklaag bij voorkeur een polymere deklaag is.
4. 4. Methode volgens één der conclusies 1 tot 3, waarbij het plasma voorzien wordt bij lage druk, bij voorkeur bij een druk lager dan atmosfeerdruk, nog liever minder dan 1000 mTorr en/of bij voorkeur hoger dan 5 mTorr.
5. 5. Methode volgens één der conclusies 1 tot 4, waarbij de performatie van de deklaag niet negatief beïnvloed wordt in termen van olie afstootbaarheid, spray test en wasbaarheid.
6. 6. Methode volgens één der conclusies 1 tot 5, waarbij een deklaag afgezet wordt op het substraat in een plasma depositie apparaat dat een plasmakamer bevat die een geaarde (M) elektrode, een radiofrequente (RF) elektrode en een plasma diffuser bevat, waarbij de plasma diffuser bij voorkeur bestaat uit één of meerdere plasma diffuseermaterialen die tussen de elektroden geplaatst worden, om de homogeniteit van een plasma dichtheid rondom het substraat te verbeteren, teneinde de verkleuring van het substraat na behandeling te verminderen, en waarbij de plasma diffuseermaterialen bij voorkeur lappen stof zijn die vlak, gebogen of geplooid zijn.
7. 7. Methode volgens conclusie 6 waarbij één of een combinatie van de volgende kenmerken aanwezig is: Plasma diffuseermateriaal is tussen het substraat of de substraten, waarop een deklaag afgezet moet worden, en de radiofrequente elektrode geplaatst; Plasma diffuseermateriaal is tussen het substraat of de substraten, waarop een deklaag afgezet moet worden, en de geaarde elektrode geplaatst; Plasma diffuseermateriaal is tussen het substraat of de substraten, waarop een deklaag afgezet moet worden, en de radiofrequente elektrode geplaatst, en tussen het substraat of de substraten, waarop een deklaag afgezet moet worden, en de geaarde elektrode geplaatst; Plasma diffuseermateriaal is langs minstens één extra zijde van het substraat geplaatst, evenwijdig met een wand van de plasmakamer, teneinde een balkvormige plasma diffuser te bekomen; Een stuk plasma diffuseermateriaal is rond het substraat of de substraten, waarop een deklaag afgezet moet worden, gewikkeld in een cilindrische vorm.
8. 8. Methode om een substraat voor te behandelen met een voorbehandeling alvorens een methode volgens één der conclusies 1 tot 7 uit te voeren, waarbij het voorbehandelingsplasma verspreid wordt voor en/of tijdens reactie van het voorbehandelingsplasma met het substraat, waarbij bij voorkeur het substraat gereinigd, geactiveerd en/of geëtst wordt.
9. 9. Plasma depositie apparaat geschikt voor, liever opgebouwd voor, het uitvoeren van een methode volgens één der conclusies 1 tot 8.
10. 10. Plasma depositie apparaat om een plasma deklaag af te zetten op een substraat, bij voorkeur bij lage druk en bij voorkeur een plasma polymerisatie deklaag, waarbij het apparaat een plasmakamer bevat die een geaarde (M) elektrode, een radiofrequente (RF) elektrode en een plasma diffuser bevat, om de homogeniteit van een plasma dichtheid rondom het substraat te verbeteren, en waarbij de plasma diffuser liefst tussen deze elektroden geplaatst is.
11. 11. Plasma depositie apparaat volgens conclusie 10, waarbij de plasma diffuser bestaat uit een plasma diffuseermateriaal dat in de plasmakamer geplaatst wordt, en waarbij het plasma diffuseermateriaal bij voorkeur in de vorm van een lap is.
12. 12. Plasma depositie apparaat volgens conclusie 11, waarbij het plasma diffuseermateriaal een open cel polymeerstructuur is, zoals een niet-geweven stof, een weefsel, een breisel, een membraan, een film of een folie; en/of een open cel metaalstructuur is, zoals een gaas - of roosterstructuur.
13. 13. Plasma depositie apparaat volgens één der conclusies 10 tot 12, waarbij de plasma diffuser in de plasmakamer wordt geplaatst zonder gebruik van of ondersteuning van een frame.
14. 14. Plasma depositie apparaat volgens één der conclusies 10 tot 13, waarbij de plasma diffuser middelen bevat om geopend te worden, zoals een rits, knopen, Velcro strips of kleefband.
15. 15. Plasma diffuser, geschikt voor en liefst opgebouwd voor het gebruik in een plasma depositie apparaat volgens één der conclusies 10 tot 14.