CN101460259A - 包括嵌装的真空通路的、借助等离子体的容器处理机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一通过等离子体的容器(4)处理机，其包括：适于接收一待处理容器(4)的一容腔(8)，所述容腔(8)与第一真空通路(12)相连；连接在容腔(8)上的一压力传感器(15)；使压力传感器(15)与容腔(8)保持连通的第一装置(18)；第二真空通路(19)，独立于第一通路(12)且被连接在压力传感器(15)上；以及使压力传感器(15)与第二真空通路(19)保持连通的第二装置(23)。

Description

包括嵌装的真空通路的、借助等离子体的容器处理机
技术领域
[01]本发明涉及容器的生产，在所述过程中，为其内壁覆盖含有隔离性材料的一涂层。
背景技术
[02]已知通过活化等离子气相沉积法(PECVD：Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition等离子增强化学气相沉积)施加隔离性材料层。通常使用配备多个处理单元的一处理机，其各包括一电磁波发生器、连接在发生器上且以一导电材料(通常是金属)实现的一空腔，以及设置在一空腔内，以能穿透来自发生器电磁波的一材料(通常是石英)实现的一容腔。
[03]在把容器(通常以例如PET的热塑聚合材料实现)引入容腔后，建立等离子体所必须的一高真空度(几个μbar-已知1μbar＝10-6bar)被实现在容器内部，然而，一中真空度(约从30mbar到100mbar)被实现在容器外部的容腔内，从而避免容器在内部和外部的压力差作用下产生收缩。
[04]一前体气体(例如乙炔)随后被引入容器内，所述前体气体通过电磁轰击被活化(其通常涉及2.45GHz的低功率微波UHF)，从而使其进入冷却等离子体状态，且因此产生一些物质，其中，氢化碳(包括CH、CH2、CH3)的薄层(根据情况，其厚度通常介于50nm与200nm之间，已知1nm＝10-9m)被沉积在容器的内壁上。
[05]更多的细节可以参考欧洲专利文献NO.EP 1068032(Sidel)。
[06]工业化实施所述技术会产生很多困难，其中之一的困难在于容器的内部必须能承受所述真空度，才能排除空气(基本由氧气和氮气构成)，其中，氧分子(O2)一方面可能与由等离子体产生的物质发生反应，另一方面还具有被隔离层吸收，由此削弱其隔离性的风险(这是人们希望避免的)。
[07]为了在容腔内实现真空，处理机通常包括一真空通路，所述真空通路把容腔与设置在处理机外部的一负压源相连，所述真空通路因此包括一密封转动的接头。
[08]同样的负压源还可以用于容器外部和内部的真空处理：真空通路因此当所述通路位于容腔上时，包括通向容器外部的第一末梢，以及通向容器内部的第二末梢，所述两末梢之间被插入一受操控阀门，当容器外部的真空达到第一预设值(通常如我们所见，介于30mbar和100mbar之间)时，所述阀门被设置用以封闭第一末梢，通过第二末梢，继续进行容器内部的真空处理，直到获得第二预设值(几个μbars)。在欧洲专利文献EP1228522(Sidel)内描述了所述设置。
[09]在一定范围内，当真空度的质量取决于覆盖层质量，制造者理解的是必须为其处理机配备对容腔内充斥压力，且尤其是在容器内部充斥的压力的控制装置，正如我们所见，真空度尤其为高真空。这是欧洲专利文献NO.1439839(Mitsubishi)所描述的处理机情况。
[10]多项传感器技术适用于所述类型的申请。举例来说，如皮拉尼真空计、冷阴极或热阴极真空计，或者目前为止具有最佳性能的电容式真空计：其一方面运作范围介于10-9到10-7bar之间，另一方面介于10-2bar到1bar，事实上覆盖了等离子体处理容腔内实现的真空范围。
[11]在所述类型的传感器内，一薄膜在两电极之间弹性变形，所述电极与薄膜构成一电容器，其电容量根据电极与薄膜之间的距离变化。
[12]所述传感器被连接在容器内部，仅能避免薄膜受容器处理中由等离子体产生的物质沉积的污染。在重复的处理过程中，所述污染使压力测量逐渐出错，例如当真空通路不存在密封性或存在来自传感器本身的偏差时，便不再得知因何原因让被测压力和希望的理论压力之间具有观察到的差距。
[13]对于所述问题，一般的解决方法在于，或者频繁替换传感器，或者有规律地重新校准传感器。已知校准一压力传感器，在于以所述传感器精确测量预先已知的压力，从而调节与传感器相连的“零”刻度，且估计传感器的动态响应，也就是当压力发生突然的和预设的变化时，根据时间估计由传感器发出的电信号。所述两种操作都需要停止处理机以取下传感器，从而替换它或通过一特殊电路对其进行校准，由此极大损害了生产线的生产效率。
发明内容
[14]本发明尤其旨在改进所述缺点，提出容器处理机，其能在被处理容器的内部，允许对充斥在容腔内的真空(即低压)进行持久可信的测量。
[15]为此，本发明提出通过等离子体对容器进行处理的容器处理机，所述处理机包括：
[16]-容腔，其适于接收待处理容器，所述容腔与第一真空通路相连，
[17]-压力传感器，其连接在容腔上，
[18]-第一装置(18)，其使所述压力传感器(15)与所述容腔(8)保持受操控地连通(例如电动阀门的形式)
[19]-第二真空通路(19)，其独立于所述第一真空通路(12)且被连接在所述压力传感器(15)上，以及
[20]-第二装置(23)，其使所述压力传感器(15)与所述第二真空通路(19)保持连通(例如电动阀门的形式)。
[21]优选地，所述第二真空通路(19)包括嵌装的第二负压源(20)，所述第二负压源不同于所述第一通路(12)的第一负压源(13)。
[22]按照第一实施方式，所述压力传感器(15)是具有唯一室(24)的传感器，且其同时与所述容腔(8)和所述第二真空通路(19)相连。
[23]本发明还提出对所述传感器重新校准的一方法，按照所述方法，关闭所述传感器(15)和所述容腔(8)之间的连通，使所述传感器(15)与所述第二真空通路(19)保持连通，测量充斥在所述第二真空通路(19)内的压力值，且把所述值规定为所述传感器(15)的基准压力值。
[24]按照第二实施方式，压力传感器(15)是差动传感器，其中第一室(26)被连接至所述容腔(8)且第二室(27)被连接至所述第二真空通路(19)。优选地，所述的处理机包括使所述传感器(15)的两室(26、27)相连通的第三装置，其例如呈介于两室之间的一电动阀门形式。
[25]本发明还提出对所述差动传感器重新校准的一方法，按照所述方法，关闭所述传感器(15)和所述容腔(8)之间的连通，使所述传感器(15)与所述第二真空通路(19)保持连通，使所述传感器(15)的两室(26、27)保持连通，借助所述第二室(27)测量充斥在所述第二真空通路(19)内的压力值，且把所述压力值规定为所述第二室(27)的基准压力值。按照一实施方式，还可以估计传感器的动态响应。
附图说明
[26]本发明的其它目的和优点将在以下对参考附图的描述中显现，其中：
[27]-图1是示出按照本发明的处理机的局部示意图，其包括安装在同一旋转式循环输送装置上的多个处理单元；
[28]-图2是示出处理单元的正视剖面图，其配备给按照第一实施方式的图1所示的处理机；
[29]-图3是按照本发明第二实施方式类似于图2的视图。
具体实施方式
[30]图1示出处理机1，其包括循环输送装置2，多个处理单元3被安装在所述循环输送装置上，用以通过等离子体在容器4的内壁上沉积隔离层，所述容器预先经由吹塑或拉吹方法用例如PET等热塑材料的坯件成形。
[31]各处理单元3包括低功率的电磁微波发生器5，其频率为2.45GHz，且通过波导器6被连接至空腔7，所述空腔以导电材料、例如钢或(优选地)铝或铝合金制成。在空腔7内设置容腔8，所述容腔由能传输电磁微波的材料、例如石英制成。
[32]空腔7和容腔8被可拆卸盖体9关闭，所述盖体能实现容器4在容腔8内的密封。盖体9被喷射器10穿过，用以在容器4内引入例如乙炔的前体气体(gaz précurseur)。支架11被安装在盖体9上，容器4被连接至所述支架11。
[33]处理机1包括被连接至各容腔8的第一真空通路12，其包括共同的第一负压源13(处理机1的外部)，所述第一负压源通过后放电室(chambre de post-décharge)14同时在引入前体气体之前在容器4内建立高真空度(几μbars)，和在反应完成之后抽吸残余物质，其中，所述后放电室形成在垂直于容腔8的盖体9内、且在处理过程中与容器4的内部保持持久连通。
[34]需注意，第一负压源13也可有利地用于在容器4外部的容腔8内，通过例如上述欧洲专利文献EP 1228522(Sidel)描述的一阀门系统，建立一中等真空度(几毫巴)。
[35]如图2和图3所示，各处理单元3还包括压力传感器15，所述压力传感器通过通向所述后放电室14内的管路16被连接至容腔8，在所述后放电室中，所述压力基本等于容器4内部的压力。按照一实施方式，所述传感器15是电容式压力计(jauge capacitive)，优选地，其具有的测量范围介于10-9bar和10-2bar之间。
[36]如图1所示，处理单元3按对分组，所述传感器15被安装在同一对的两处理单元3共用的一箱体17内。
[37]第一电动阀门18在管路16上被设置介于传感器15和后放电室14之间，用以使传感器15与容腔8(更确切地与容器4的内部)之间保持受操控的连通。为了避免传感器15过大的机械应力，且为了使所述传感器保持在其测量范围内，在处理结束后盖体9与容腔8被分离时，优选地，电动阀门18被关闭(容腔8和后放电室14因此共同处于暴露的空气中)。
[38]此外，正如图上示意性示出，以嵌装(embarquée)方式，处理机1包括第二真空通路19，所述通路独立于连接在各传感器15上的第一通路12，且其包括与第一负压源13区别的第二负压源20。实际上，第二通路19及其第二负压源20被安装在循环输送装置2上，且因此伴随所有处理单元3一同旋转。因此，可以容易实现第二真空通路19的密封性，无论循环输送装置2的角向位置如何，这都会保证充斥在第二通路19内的真空度保持恒定。
[39]按照图1所示的实施方式，例如涡轮分子泵(pompeturbomoléculaire)的第二负压源20，将产生介于10-10bar和10-6bar之间、尤其是约为10-8bar的真空度，所述负压源被连接在安装于循环输送装置3中心的中央真空储存器21上，所述储存器21本身通过多个放射式管路22被连接在各传感器15上。
[40]正如图2和图3所示，第二阀门23在管路22上被设置介于传感器15和真空储存器21之间，用以使传感器15与储存器21、且因此与第二负压源20形成受操控的连通。
[41]根据选择的传感器，提出两实施方式。
[42]按照如图2所示的第一实施方式，传感器15是具有唯一室24的标准传感器，通过连接管路25，其被连接至第二通路19和容腔8，这两者被电动阀门18、23相互隔离，在所述构型中，所述阀门从未同时被打开。
[43]在处理过程中，第一电动阀门18被打开，而第二电动阀门23被关闭。因此，传感器15与容腔8保持连通且对充斥其中的真空度(即低压)进行测量。优选地，当取出已处理容器4时，盖体9被打开时，第一电动阀门18被关闭，且直到盖体9基于随后的容器被关闭，从而避免使传感器15与暴露的空气连通。
[44]记得充斥在容器4内的真空度被认为具有预设值，通过传感器15进行的测量仅检验测量真实值是否对应理论值。在控制单元(未示出)内部，对真实(被测)值和理论值之间进行比较，所述控制单元位于处理机1的外部，且与传感器15电连接。
[45]正如我们已经在介绍中提到的，在两压力值之间的明显的差距可具有两种原因：或者例如由于处理单元3的泄露导致容器4内不合规定的真空度，或者是传感器15的机能障碍，其中，由于来自等离子体的物质沉积产生的污染按逐渐的偏差的方式影响其性能，即在被测压力和真实压力之间产生渐增的差距。如果可以通过对控制单元恰当地编程按、信息化的方式纠正所述偏差，并且，这样的纠正能够具有弥补容腔8内真空度偏误的效果，这种真空度偏误完全归究于传感器15的偏差。
[46]得益于增加的密封性(尤其因为不存在转动接头)，被嵌装的第二真空通路19提供基准的真空度，其值为恒定且已知，所述第二真空通路的存在能允许通过按基准真空度对传感器15归“零”、有规律地重新校准传感器15。
[47]为了重新校准传感器15，例如在两连续的容器处理之间关闭第一电动阀门18，且打开第二电动阀门23，用以使传感器15与第二真空通路19(即与第二负压源20)保持连通。由第二负压源20产生的被测压力值(大大小于由第一源13产生的真空度)等于基准真空度，所述被测压力值在控制单元内部被规定为传感器15的“零”刻度，所述零刻度成为随后由传感器15在容腔8内部进行测量的基准。
[48]因此在容器4内通过传感器15被检测的真空值与其理论值之间的差距的反复出现，证明了处理机1内在的缺陷(例如在容腔8处的密封性缺陷)，需要一定措施以辨认所述问题并弥补它。
[49]按照如图3所示的第二实施方式，传感器15是具有两室的差动传感器，其中第一室26被连接至容腔8，而第二室27被连接至第二通路19，其间分别插置有第一阀门18和第二阀门23。
[50]如图3所示，传感器15的两室26、27还通过循环管路28被彼此连接，其中被插入第三阀门29，用以使所述室26、27形成受操控的连通。
[51]在处理过程中，第一阀门18和第二阀门23两者都被打开。第二室27因此承受基准真空度，所述真空度因此持久地提供传感器15的“零”刻度，而第一室27承受充斥在容器4内的真空度，其中，测量首先与零刻度比较并被确定，由此获得可靠的相对值，随后，所述相对值经由控制单元与被认为充斥在容器4内的真空度的理论值相比较。
[52]与第一实施方式相同，被测的相对值和理论值之间的灵敏差距可能或者源于处理单元3内有偏误的真空度，或者源于存在于第一室26内的污染导致的传感器15的机能障碍。
[53]对差动传感器15进行重新校准在于通过使所述两室26、27形成连通平衡充斥在两室26、27内的压力。通过关闭第一电动阀门18、打开第二电动阀门23和第三电动阀门29，按基准压力执行所述重新平衡。
[54]因此按传感器15的“零”刻度重新归零第一室的“零”刻度，所述传感器的“零”刻度由在第二室27内被测基准真空度的值提供。
[55]与上述相同，传感器15已经被重新校准，容器4内被测真空度的值及其理论值之间的差距的重复表明缺陷并非来自传感器15，必须在处理机1上采取措施。
[56]无论持用哪种实施方式，在处理机1上嵌装且独立于第一通路12的第二真空通路19的存在所带来的优点是显著的：提供一基准真空度可以重新校准处理机1的压力传感器，而无需拆开所述传感器并终止所述处理机。
[57]同样，无论持用哪种实施方式，优选地，在对传感器15重新校准的情况下，估计所述传感器的动态响应，也就是，一旦所述传感器处于基准压力下，测量所述传感器稳定在被测值上所需的时间。也检验所述动态响应是否足够快，以保证由传感器15对处理单元3内部压力测量的可靠性。

Claims (10)

1.处理机(1)，其通过等离子体处理容器(4)，所述处理机包括：
-容腔(8)，其适于接收一待处理容器(4)，所述容腔(8)与第一真空通路(12)相连，
-压力传感器(15)，其连接在所述容腔(8)上，
-第一装置(18)，其使所述压力传感器(15)与所述容腔(8)保持受操控地连通，
所述处理机(1)的特征在于，其包括：
-第二真空通路(19)，其独立于所述第一真空通路(12)且被连接在所述压力传感器(15)上，以及
-第二装置(23)，其使所述压力传感器(15)与所述第二真空通路(19)保持连通。
2.按照权利要求1所述的处理机(1)，其特征在于，所述第二真空通路(19)包括嵌装的第二负压源(20)，所述第二负压源不同于所述第一通路(12)的第一负压源(13)。
3.按照权利要求1或2所述的处理机(1)，其特征在于，所述压力传感器(15)是具有唯一室(24)的传感器，且其同时与所述容腔(8)和所述第二真空通路(19)相连。
4.按照权利要求1或2所述的处理机(1)，其特征在于，压力传感器(15)是差动传感器，其中第一室(26)被连接至所述容腔(8)且第二室(27)被连接至所述第二真空通路(19)。
5.按照权利要求4所述的处理机(1)，其特征在于，所述的处理机包括使所述传感器(15)的两室(26、27)相连通的第三装置(29)。
6.按照权利要求5所述的处理机(1)，其特征在于，形成连通的所述第三装置(29)呈电动阀门形式，其设置在所述差动传感器(15)的两室(26、27)之间。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的处理机(1)，其特征在于，形成连通的所述第一和第二装置(18、23)分别呈被设置介于所述传感器(15)和所述容腔(8)之间的第一电动阀门以及被设置介于所述传感器(15)和所述第二真空通路(19)的第二负压源(20)之间的第二电动阀门形式。
8.对按照权利要求3所述的处理机(1)的传感器(15)重新校准的方法，按照所述方法，关闭所述传感器(15)和所述容腔(8)之间的连通，使所述传感器(15)与所述第二真空通路(19)保持连通，测量充斥在所述第二真空通路(19)内的压力值，且把所述值规定为所述传感器(15)的基准压力值。
9.对按照权利要求5或6所述的处理机的传感器重新校准的方法，按照所述方法，关闭所述传感器(15)和所述容腔(8)之间的连通，使所述传感器(15)与所述第二真空通路(19)保持连通，使所述传感器(15)的两室(26、27)保持连通，借助所述第二室(27)测量充斥在所述第二真空通路(19)内的压力值，且把所述压力值规定为所述第二室(27)的基准压力值。
10.按照权利要求8或9所述的重新校准的方法，估计所述传感器(15)的动态响应。
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