CN100402697C - 实施等离子体-支持工艺的装置 - Google Patents

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Abstract

实施一种等离子体-支持工艺的装置，特别是实施一种等离子体-支持的气相化学淀积的装置，其在一个真空腔中具有至少一个电磁管-电极，该电极是不平衡型号的电极并且具有一个平的电磁管-前面(20)以及与一个交变电压相连，所述电磁管-前面具有磁性相互对置的外围磁极和中间磁极。该装置还具有一个定位机构，在它的帮助下使一个基片(25)定位使其以一个待处理上表面面对电磁管-前面，此外，该装置具有一个气体输入机构来把过程气体或者过程气体混合物输入到在电磁管-前面(20)和待加工上表面之间的空腔内。为了获得最合适的工艺-效率(例如淀积速度)，在电磁管-前面(20)和待处理上表面之间的距离与由电磁管-电极(32)产生的磁场相互匹配，使得由在电磁管-前面的外围磁极至中间磁极延伸的磁场线形成的暗的通道和待处理的上表面之间分布一条可视的等离子带，其中该等离子带具有最小的宽度并且向着待处理的上表面有着均匀的亮度。在待处理的上表面和电磁管-前面之间的距离最好大于通道的高度2%至20%。本装置例如可以以二氧化硅把塑料薄膜涂层以改善薄膜的防护特性。

Description

实施等离子体-支持工艺的装置
本发明涉及一种按照独立权利要求前序部分的装置。本装置用于实施一种等离子体-支持工艺，特别是一种等离子体-支持的气相化学淀积(等离子体加强化学气相沉积)。本装置例如用于对薄膜材料的幅面的一个侧面进行涂层，特别是以二氧化硅把塑料薄膜涂层来改善塑料薄膜的防护性能。
例如在出版物EP-299754(BOC)中已知，在使用一种等离子体-支持的气相化学淀积的情况下在一个基片上淀积一薄层二氧化硅。按照该出版物，电绝缘的基片置于一个真空腔中使其面对一个供给交变电压的电磁管的一个前表面。由一种有机硅-化合物、氧气和一种惰性气体(例如氩或者氦)构成的一种过程气体导入电磁管的前面和基片之间的空腔内并且源于这种过程气体的等离子体例如保持6帕斯卡的压力。
在出版物EP-0299754中所述的电磁管是一种平衡或者不平衡型号的扁平电磁管。扁平电磁管的不平衡度取决于磁极强度或者设置在于电磁管的前面上分布的磁道两侧中的任意一侧上的磁极，也就是说取决于在从北极至南极的磁道上分布的磁场线数量和不是这样分布的磁场线数量之间的比例关系。不平衡的电磁管可以以已知的方式没有捕获所有等离子体的电子和离子，从而使得使有限数量的电子和离子到达基片，这显然改善了淀积的质量。不平衡的电磁管的前面按照EP-0299754具有外围的北极和一个由软铁制成的中间铁心，从而只有一小部分磁场线从北极延伸到铁心(强烈不平衡的电磁管)。
出版物EP-0605534(BOC)描述了一种相似的等离子体-支持的气相淀积，其中基片是带形的。带形的材料被一个供给电能的和置于一个负偏压下的旋转滚筒支撑。一个接地的并且可能冷却的防护盖面对着由滚筒支撑的带形材料并且在它的后面至少支撑一对对置的磁极，最好多个交替换向磁极。在磁场的帮助下捕获滚筒和防护盖之间的等离子体。这种系统的优点是电场和磁场的解耦，这显然使等离子体扩展到整个滚筒和防护盖之间的空间上。滚筒和防护盖之间的距离在1厘米和30厘米之间。
本发明的任务是改善上述用于实施等离子体-支持工艺的装置，特别是实施等离子体-支持的气相化学淀积的装置，但是还有实施如等离子体-腐蚀工艺的装置或者用于改变可浸润性或者黏附的工艺的装置以及以一个电磁管为基础的装置。这种改善特别专注于改善工艺效率。为了淀积工艺来说，在设定能量消耗时可达到的淀积速度、还有淀积质量都应该改善。
这个任务通过在权利要求中限定的装置来解决。
按照本发明的装置具有一个真空腔，在这个真空腔内设置至少一个具有一个不平衡的磁极系统的电磁管-电极以及一个定位机构，该机构的功能是作为反向电极并且把一个基片定位，使它的待处理的上表面面对着电磁管-电极。电磁管-电极有利地与交变电压相连并且基片或者定位机构接地，没有限定参考电势(浮动的)或者与一个负偏压相连。电磁管的前面和待处理的上表面之间的距离与由电磁管的永久磁极产生的磁场的特性协调一致，所述磁场主要取决于极的强度、极系统的不平衡度和磁极之间的磁道的宽度。
在一个其它方面不改变的系统(相同的磁场和相同的电场)中对等离子体-支持的气相淀积进行的试验表明，淀积速度取决于电磁管前面和基片之间的距离，当待涂层的上表面一旦设置在由磁场线(本身超过电磁管-前面上的磁道延伸的磁场线)形成的通道外，可以获得最适宜的淀积速度。换种说法就是：当电磁管前面和待涂层的上表面之间的距离略大于超过电磁管前面的通道的高度时，获得最大淀积速度。有利的是，待涂层的上表面和电磁管前面的距离大约比通道的高度大2％至20％。在待涂层的上表面上定位的区域内，电子密度大于在通道中的电子密度，但是场线一直还是穿过通道成形，也就是说，它具有一个平行于电磁管前面的分量。
从视觉上观察等离子体，其在一个具有平的、矩形前面(视角平行于前面的纵侧)的不平衡电磁管和一个为了处理基本上设置得与电磁管前面平行的上表面之间使所谓通道成为在等离子体内易判别的暗区，等离子体在通道外部要更明亮一些。上述谈及的对电磁管-前面和待处理的上表面之间的距离的调整应该取决于磁场的特性，该调整可以简单地基于这种观察来完成。待处理的上表面定位在通道外使得一个更亮的等离子体带在通道和待处理的上表面之间延伸，这条等离子体带具有最小宽度但是向着待处理的上表面有着均匀的亮度，也就是说在超过通道的位置上具有同样的亮度并且在超过通道之间的空腔的位置上具有同样的亮度。
按照本发明的装置的原理和其中的一个优选的实施形式借助于附图进行说明。图中示出：
图1是按照本发明装置的原理图；
图2和图3是一个示例电磁管-电极，其可以应用在按照本发明的装置中(图2：电磁管前面的俯视图；图3：垂直于前面的截面图，对应图2中切割线III-III)；
图4示出按照本发明装置的一个优选实施例，该实施例用于土层一种带形的柔软材料，例如以二氧化硅涂层一种塑料薄膜来改善薄膜材料的防护性能。
图1以一个垂直于电磁管-前面的截面示出一个平的、不平衡的电磁管。三个永久磁铁1交替地设置，其中它们的极在一个侧面上通过一个由一种可磁化的材料(例如软铁)制成的连接件2连接。与连接件2相对的磁极形成了电磁管的平的前面(平面A)，其例如具有一个中间的北极，它的强度与每个外围的南极的强度相同。此外，电磁管还具有一个没有示出的机构用于产生一种交变的电磁场，它的磁场线基本上垂直于电磁管的前面。这种机构例如是一个电极元件，它超过电磁管的前面延伸并且连接一个交变电压(也参见图3)。
不平衡的电磁管的前面的磁极的布置产生第一部分磁场线10，它们从北极延伸到一个南极并且形成了通道11，在此基础上捕获电子和离子，并且从其它的地方产生第二部分磁场线10’并且这些磁场线在南极中止。超过电磁管-前面(平面B)的通道11的高度取决于极的磁场强度、极之间的距离(磁道的宽度)和中间极和外围极的强度比例(电磁管不平衡度的程度)。
按照本发明，待处理的上表面(平面C)这样定位，其明确地设置在通道11的外边，但是尽可能靠近电磁管的前面A。在平面A和平面C之间的距离有利地至少大于平面A和平面B之间的距离2％，还有利地大于平面A和平面B之间的距离2％至20％。
图2和3示出用于按照本发明的装置的一种电磁管-电极的一个有利的实施方式。电磁管-电极具有一个平的、矩形的前面并且也是不平衡的型号。图2示出电磁管的前面。图3示出垂直于前面(图2中的切割线III-III)和一个基片，设置该基片面对电磁管的前面例如用于涂层。
电磁管-电极具有交替设置的永久磁铁1。对北极的一种外围布置和南极的中线(或五个杆形的磁铁，它的极位于相互对置的纵侧上)形成电磁管的前面20，它被一个电极元件21覆盖。电极元件21由一种没有磁化的材料(例如铝、不锈钢或者铜)制成并且连接在一个高频交变电压的一个电源22上。同样没有磁化的材料也有利地用于填充在永久磁铁1之间的空腔23。背对电磁管-前面的磁极通过一种磁化的材料，例如软铁制成的连接件2相连。侧面围绕永久磁铁的壁板24有利地同样由一种可磁化的材料构成。
待处理的基片例如是一种带形的材料25，其被一个接地的底板支撑并且可以在底板26上连续运动(箭头28)。底板可以是没有限定参考电势的或者置于一个负偏压上。等离子体在电磁管-前面和基片之间被捕获，其中在一个距离A至C满足了上述设定的条件后，获得最佳的淀积(或者另外一种处理)。过程气体混合物穿过等离子体区域导通，如通过箭头27所示。
图4示出一种按照本发明装置的一种有利的实施方式，其用于涂层或者一种带形的、柔软的基片材料的其它等离子体-支持的操作。基片材料通过一个旋转的滚筒30来传送，其中滚筒形成用于基片25的底板26。基片材料被第一个存储滚子31卷出并且又卷入第二个存储滚子31。围绕滚筒30的一部分圆周并且以上述距离按照图2和3设置多个电磁管-电极32。电磁管-前面面对滚筒30并且它的长度平行于滚筒轴线。用于输入过程气体混合物的气体输入导管33(例如具有一系列输入开口的管道)设置在电磁管-电极32之间的空腔内。滚筒30、存储滚子31、电磁管-电极32和气体输入导管33构成的系统设置在一个此处没有示出的真空腔内，其中真空腔装备了用于把气体从该腔内排出的机构和恒定保持腔内压力的机构。每个电磁管-电极32优选通过一个自己的电能供给装置来供电。过程气体主要从输入导管33向着滚筒的端面被排出。
实验证明，在使用具有多个单独供电的电磁管-电极32构成的系统时不仅运行更加可靠(在一个电极故障时仍然可以运行，此时的运行速度是一个相应减小的基片速度)而且提高了效率。在这样一种如图4所示的系统中沿着待处理的基片上表面和在高的运行可靠性下产生可视的均匀的等离子体的同时，一种具有唯一一个类似电磁管防护盖(防护盖包括同一段滚筒)的系统(如在出版物EP-0605534所述的那样)沿着在滚筒和防护盖之间的空腔示出等离子体强烈的程度，即等离子体强度从空腔的入口至出口被加强了并且一种非常高的等离子强度在出口区域示出了来源的不稳定性。
例1
按照图4的一种装置在使用一种等离子体的情况下以二氧化硅来把一种塑料薄膜涂层，等离子体保持在过程气体混合物中，气体混合物包含一种有机-硅-化合物(Organo-Silizium-Verbindung)和氧气。所述装置具有四个按照图2和3的电磁管-电极，其中每个电极具有600×150毫米的前面并且强度约为100高斯的(10-2特斯拉)一个中心永久磁铁和围绕着中心磁铁设置的总共约为200高斯的外围磁铁，并且其中极之间的距离(磁道-宽度)大约为50毫米。电磁管-前面与滚筒的圆周表面相距一个约为60毫米的距离(可看到的是，一个窄的、亮的等离子体带本身沿着基片超过通道延伸，其中等离子体带具有向着基片的一个有规律的强度，该强度与同道位置无关)。电磁管-电极供给每平方米电磁管-前面总共14千瓦和频率为40千赫兹的电能。所达到的淀积速度是每秒钟3纳米，涂层的防护质量是高的并且使用稳定。在电磁管-前面和滚筒的圆周表面之间的距离的改变导致在两个方向的淀积速度相对降低。
在使用一种相同的设置并且除磁铁强度(选择四倍高的磁铁强度)外相同的运行参数时，淀积速度在电磁管-前面和滚筒的圆周表面之间的距离大于60毫米、即约在80毫米和100毫米之间时达到最大，并且淀积速度相对高于使用较弱的磁铁时的淀积速度。

Claims (12)

1.实施一种等离子体-支持工艺的装置，特别是实施一种等离子体-支持的气相化学淀积的装置，其在一个真空腔中具有一个电磁管-电极(32)、一个定位机构和一个气体输入机构，其中电磁管-电极(32)具有一个平的电磁管-前面(20)和一个产生高频交变电场的机构，所述电磁管-前面(20)具有磁性相互对置的外围磁极和中间磁极，其中装备定位机构使一个基片(25)定位使其以一个待处理的上表面指向电磁管-前面(20)，并且装备气体输入机构使一种过程气体或者一种过程气体混合物输入到电磁管-前面(20)和待处理基片之间的空腔中，其特征在于，电磁管-电极是不平衡型号的电磁管-电极并且电磁管-前面(20)和定位机构之间的距离与由电磁管-电极产生的磁场相匹配，使得由在电磁管-前面(20)的外围磁极和中间磁极之间延伸的磁场线形成的暗的通道(11)和待处理的上表面之间分布一条可视的等离子带，该等离子带具有最小的宽度但是向着待处理的上表面有着均匀的亮度。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，在待处理的上表面和电磁管-前面(20)之间的距离(A至C)至少比通道(11)的可视高度(A至B)大2％。
3.按照权利要求1或者2的装置，其特征在于，在待处理的上表面和电磁管-前面(20)之间的距离(A至C)最多比通道(11)的可视高度(A至B)大20％。
4.按照权利要求1至3中任意一项的装置，其特征在于，电磁管-前面(20)的中间磁极的磁场强度是外围磁极的磁场强度的一半。
5.按照权利要求1至4中任意一项的装置，其特征在于，电磁管-电极(32)具有一个电极元件(21)，其与一个交变电压的电源(34)相连。
6.按照权利要求5的装置，其特征在于，定位机构和/或基片(25)接地，没有限定参考电势或者受到负偏压。
7.按照权利要求1至6中任意一项的装置，其特征在于，定位机构是一个旋转的滚筒(30)并且设置多个围绕部分滚筒圆周的具有矩形前面的电磁管-电极(32)，其中前面-长度平行于滚筒轴线。
8.按照权利要求7的装置，其特征在于，气体输入机构具有气体输入导管(33)，该导管在电磁管-前面之间平行于滚筒轴线分布。
9.按照权利要求7或者8的装置，其特征在于，多个电磁管-电极(32)中的每个电磁管-电极(32)与一个自己的电源相连。
10.按照权利要求1至9中任意一项的装置的应用，其用于实施一种等离子体-支持的气相化学淀积。
11.按照权利要求1至9中任意一项的装置的应用，其用于在使用一种过程气体的情况下淀积二氧化硅，所述过程气体包含一种有机硅-化合物和氧气。
12.按照权利要求11的应用，其特征在于，基片是一种带形的塑料薄膜，其被涂层以用于改善防护性能。
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