CN102823331A - 产生用于对衬底表面图案化的等离子体放电的设备和方法 - Google Patents

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劳伦西亚·约翰娜·回吉布雷格特斯
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安东尼尔斯·休伯特斯·万斯基恩戴尔
埃德温·特斯莱格特
尼古拉斯·克尼里斯·约瑟夫斯·万海宁根
汤姆·惠斯卡姆普
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Abstract

用于在衬底附近产生用于图案化衬底表面的等离子体放电的设备，包括：具有第一放电部分的第一电极和具有第二放电部分的第二电极、在第一电极和第二电极之间产生高电压差的高压源、和相对于衬底定位第一电极的定位装置。该设备还具有中间结构，在使用时，该中间结构设置在第一电极和衬底之间，同时相对于衬底定位第一电极。

Description

产生用于对衬底表面图案化的等离子体放电的设备和方法
本发明涉及产生用于对衬底表面图案化的等离子体放电的设备，具体涉及这样的设备，其包括：具有第一放电部分的第一电极、具有第二放电部分的第二电极、用于在第一电极和第二电极之间产生高电压差的高电压源、和用于相对于衬底对第一电极进行定位的定位装置。
背景技术
众所周知，等离子体能够用于处理表面；通过等离子体的使用，能够进行蚀刻，以将材料沉积到衬底上和/或改变衬底表面的性质，例如将其从疏水的原子附着转变成亲水的和化学的原子附着。后者可以用于例如使塑料衬底金属化的工艺（例如M.Charbonnier等人的Journal ofApplied Electro Chemistry（《应用电化学杂志》）31,57(2001)）。在该工艺中，等离子体使塑料的表面适于附着钯，在其上可以生长金属层。与许多其它金属化方法相比，该方法具有温度能够保持较低的优势，这对于具有低熔点的塑料是必要的。因此，对于塑料电子设备（像RFID标签和OLED）的生产，等离子体处理可以是有用的。
对于这些应用，在表面上直接用等离子体制造图案化结构减少了用于电子设备制造的步骤。而且，与传统的掩模/蚀刻方法相比，没有金属的浪费（由于金属层的沉积和随后的蚀刻的原因），这减轻了环境负担。另外对于其它应用，像芯片实验室，用等离子体直接图案化将是有用的。
在DE10322696和Surface&Coatings Technology（《表面与涂层技术》）200,676(2005)中已经描述了利用等离子体直接对表面图案化的已知设备。这些设备使用具有期望图案的掩模来产生图案。这可能是用于批量生产的好方法，但是，由于制造掩模是很昂贵的且花费时间并且每次要求新的图案必须执行，所以对于较少量的生产，无掩模方法将是优选的。
从US4,911,075中得知利用等离子体直接对表面图案化的另一设备。该设备使用精确定位的高压火花放电电极，以在衬底表面上产生高热火花区以及在火花区周围的圆形区域中的电晕区。放电电极跨过表面扫描，此时具有精确控制的电压和电流分布的高电压脉冲产生与数字图像对准的精确定位和限定的火花放电/电晕放电。虽然未使用物理掩模，但该设备具有需要高电压脉冲的复杂精确控制的不利之处。而且，由于设备使用在衬底后面的反电极，所以仅可以使用薄衬底。另外，对于某些沉积、蚀刻和亲水化过程，火花放电可能不是可取的。
在PCT/NL2008/050555中，描述了涉及等离子体图案化的方法和装置。PCT/NL2008/050555所描述的方法和装置中，设置定位装置，以用于相对于第二电极选择性地定位第一电极。第一电极可以定位在第一位置和第二位置中，在第一位置中，第一放电部分和第二放电部分之间的距离足够小，以支持在高电压差下等离子体放电，在第二位置中，第一放电部分和第二放电部分之间的距离足够大，以防止在高电压差下等离子体放电。
发明内容
本发明的目标是提供用于产生等离子体放电且适于衬底的无掩模直接图案化的设备，相对于之前公开的设备具有改进。该设备将优选地具有简单的控制、长的电极寿命，能够很快地图案化衬底和/或适于大范围的衬底，例如厚的以及薄的衬底。
更为通常的是，本发明的目标是提供在衬底附近产生等离子体放电以图案化衬底表面的设备，其包括：具有第一放电部分的第一电极、具有第二放电部分的第二电极、用于在第一电极和第二电极之间产生高电压差的高电压源、以及优选的用于相对于衬底定位第一电极的定位装置，相对于之前公开的设备，本设备被改进。
根据本发明，提供了一种用于在衬底附近产生用于图案化所述衬底的表面的等离子体放电的设备，包括：具有第一放电部分的第一电极、具有第二放电部分的第二电极、用于在第一电极和第二电极之间产生高电压差的高电压源、和用于相对于衬底对第一电极进行定位的定位装置，其中，该设备还具有中间结构，在在使用时，中间结构设置在第一电极和衬底之间。优选地，中间结构可以相对于衬底定位第一电极。通过中间结构，可以更有利地使用产生的等离子体和/或产生的等离子体可用于实现其他的功能。优选地，中间结构是诸如板的片材。
相对于衬底定位第一电极可以包括向和/或沿衬底移动第一电极。通过在中间结构和衬底之间和/或中间结构和第一电极之间存在开放空间，可以允许定位第一电极。任选地，中间结构机械地耦合到第一电极，以使其与第一电极一起沿衬底移动。
在实施方式中，定位装置包括压电致动器，压电致动器机械地耦合到第一电极，以相对于衬底定位第一电极。通过压电致动器，可以实现定位第一电极时的较高精度。在该实施方式中，设备不必具有中间结构。应当理解，第一电极也可以完全通过压电致动器形成，任选地在其外表面的至少一部分上或在放电部分处的附近具有附加的导电层。
在实施方式中，所述中间结构形成为片材，所述片材具有至少一个孔，优选地具有多个孔，以使所述等离子体通过。任选地，这种孔可以具有最大尺寸，例如最大直径，其小于第一电极和衬底之间的最小距离。因为等离子体可以通过孔到达衬底，所以孔可以影响等离子体处理的衬底的区域的尺寸。通过调整孔的尺寸，可以使用中间结构来减小等离子体所产生的图案的点尺寸或轨迹宽度。这样，可以改善图案的分辨率。至少一个或任选的所有的孔的最大尺寸例如可以是10微米或20微米。因此，至少一个或任选的所有的孔例如可以具有最多10微米或最多20微米的直径。例如可以通过提供通过孔的气体以形成等离子体，可以有利地使用孔。这样，可以集中气流。可以更经济地使用气体。该实施方式可以具有其他优点，可以通过流过孔的气体来冷却第一电极。
在实施方式中，所述中间结构包括不导电材料并且优选地基本由不导电材料构成。这样，通过高压源产生的电场可以通过孔集中。这样，通过等离子体处理的衬底的区域的尺寸可以有效地减少。也就是说，孔可以用作隔板，以有效地减小衬底处的等离子体的尺寸。所述中间结构可以定位在第一电极和第二电极之间。
在实施方式中，中间结构可以包括形成第二电极的导电材料并且优选地基本由形成第二电极的导电材料构成。这样，衬底可能不必定位在第一电极和第二电极之间。因此可以本质上防止将衬底暴露于高压源所产生的电场中。如果衬底较厚，这是非常重要的。然后，将衬底放置在第一电极和第二电极之间将要求较高的电场，以生成等离子体。如果衬底具有可能被强电场损坏的较脆弱部件（例如集成电路），这也是非常重要的。应当理解，中间结构可以被分割。中间结构可以包括分开的部分，每个部分对应于相关的第一电极。这样使得这些部分相对于高压源进行切换，以打开或关闭等离子体。
优选地，第一电极和/或第二电极（例如导电材料）可以具有电绝缘盖。这样，可以阻碍并且甚至防止第一电极和第二电极之间的火花形成。
在实施方式中，中间结构形成为片材，例如条带，片材包括加工材料，例如前体或可沉积材料，加工材料可以通过等离子体至少部分地移置。通过中间结构，产生的等离子体可以被使用，以进行加工材料（例如可沉积材料）的至少一部分的处理（例如沉积）。这样，可以提供设备的附加功能。
在实施方式中，所述中间结构包括具有所述加工材料的载体片材，其中所述加工材料通过所述等离子体至少部分地从所述载体片材移除。通过中间结构，产生的等离子体可以被使用，以进行载体片材保持的加工材料的处理（例如沉积）。优选地，在使用时，所述加工材料设置在所述载体片材和所述衬底之间。但是，这不是必须的。任选地，载体片材例如可以至少部分地是网孔形状。然后，加工材料可以设置在网孔的开口内。加工材料例如可以被注入网孔形状的载体中。
在实施方式中，所述定位装置设置为相对于所述第二电极将所述第一电极选择性地定位在第一位置中和第二位置中，在所述第一位置中，所述第一放电部分和所述第二放电部分之间的距离足够小，以在所述高电压差下支持所述等离子体放电，在所述第二位置中，所述第一放电部分和所述第二放电部分之间的所述距离足够大，以在所述高电压差下防止等离子体放电。优选地，所述定位装置设置为在朝向和远离所述第二电极的方向中移动所述第一电极。
这样提供了以下优点，通过使用定位装置将第一电极分别放置在第一位置和第二位置，来打开或关闭等离子体。因此，不需要高压电源控制电极。
在实施方式中，所述第二电极设计为鼓，在所述鼓的外表面上，片状衬底可以放置在所述鼓和所述第一电极之间，所述定位装置设置为在与所述外表面垂直的方向中移动所述第一电极。因此，片状电绝缘衬底（例如塑料片材）可以被图案化。
在另一实施方式中，所述定位装置还设置为与所述第一电极同步地定位所述第二电极。这样提供了以下优点，第一电极和第二电极一起（例如，作为打印头）可以被沿衬底的表面扫描，因此沿表面扫描等离子体。此外，被同步（例如并排）扫描的第一电极和第二电极提供了以下优点：在衬底后面不需要电极，因此也可以扫描非片状衬底（例如厚的衬底）、不规则形状的衬底和/或三维衬底。
优选地，所述定位装置还设置为与沿衬底表面定位第一电极。因此，除了打开和关闭等离子体之外，定位装置还可以用于沿衬底表面扫描第一电极，因此扫描等离子体。应当理解，定位装置可以包括分开的致动器，例如，用于在朝向和远离第二电极的方向中移动第一电极的第一致动器、在沿衬底表面的第一方向中移动第一电极的第二致动器和在沿衬底的表面的第二方向中移动第一电极的第三致动器。
优选地，设备还包括外壳，其中所述第一电极至少部分地由所述外壳包围，并且所述第一电极相对于所述外壳是可移动的。外壳可以被电绝缘。因此，可以通过外壳保护第一电极。例如，可能的是，当第一电极在第二位置中时，第一电极基本完全地收回到外壳内部，当第一电极在第一位置中时，第一电极部分地从外壳伸出。因此，可以保护第一电极免受灰尘、碎片或等离子体的反应产物的影响。
优选地，所述高压源设置为调整所述第一电极和所述第二电极之间的所述高电压差。因此，当点火时，例如可以调整等离子体的空间范围。因此，当打开时，可以调整等离子体所影响的衬底区域的“点尺寸”。因此，可以确定使用等离子体在衬底上“打印”图案的点尺寸。
在实施方式中，设备包括多个第一电极。这些第一电极例如可以并排放置在打印头中，以便同时沿衬底表面定位。
优选地，定位装置设置为相对于第二电极单独地定位每个第一电极。因此，多个第一电极的每个第一电极可以被单独地定位以点火或熄灭等离子体。
还可能的是，设备包括多个第二电极。优选地，定位装置设置为相对于一个或多个第二电极单独地定位每个第一电极。
在具体实施方式中，所述第一电极由点阵式打印机的打印头的可移动笔形成，所述笔导电地连接到所述高压源。
在实施方式中，定位装置还设置为与第一电极同步地定位第二电极，其中定位装置没有必要设置为相对于第二电极定位第一电极。这样还提供了以下优点，第一电极和第二电极一起（例如，作为写入头）可以被沿衬底的表面扫描，因此沿表面扫描等离子体。此外，被同步（例如并排）扫描的第一电极和第二电极提供了以下优点：在衬底后面不需要电极，因此也可以扫描厚的衬底、不规则形状的衬底和/或三维衬底。
在实施方式中，设备具有高度测量装置、高度致动器和高度控制器，高度测量装置用于确定衬底上的等离子体源的高度，高度致动器调整衬底上的等离子体源的高度，高度控制器优选地实时地控制衬底上的等离子体源的高度以矫正衬底的形状的任何不规则。
根据本发明的一个方面，用于产生图案化衬底表面的等离子体放电的设备包括多个第一电极和多个第二电极以及高压源，高压源设置为在多个第一电极的所选第一电极和多个第二电极的所选第二电极之间产生高电压差。本文中，设备不必包括用于定位第一和/或第二电极的定位装置。因此，通过在相关的第一电极和第二电极之间提供高电压差，多个第一电极和多个第二电极可以处理衬底表面的所选部分。设备可以立即处理全部所选部分，或者通过将高电压差连续地应用到所选的第一电极和第二电极。优选地，第一电极和第二电极被并排定位。优选地，第一电极和第二电极被散布。任选地，第一电极和第二电极（至少衬底附近的）全部包括在电绝缘（例如陶瓷）的外壳中。
在实施方式中，所述第一电极具有所述气体供应部，所述气体供应部设置为通过其中提供用于形成所述等离子体的气体。优选地，第一电极通过中空笔形成。该实施方式可以有利地与中间结构包括形成第二电极的导电材料的实施方式相结合。在后面的实施方式中，电场可以不或者仅在一定范围内迫使等离子体到达衬底。因此，将产生向衬底移动等离子体的气流。例如可以通过中空笔来提供这种气流。应当清楚，气体供应部不必设置在第一电极上，而是替代第一电极或除第一电极之外，设备的其他部分可以具有气体供应部。
本发明还涉及使用等离子体放电图案化衬底表面的方法，包括提供具有第一放电部分的第一电极和具有第二放电部分的第二电极，通过在第一放电部分和第二放电部分之间（即第一电极和第二电之间）产生高电压差来生成等离子体放电，因此在衬底附近产生等离子体，相对于衬底定位第一电极，将中间结构设置在第一电极和衬底之间。
优选地，方法包括在衬底附近重复地产生等离子体。因此等离子体可以到达衬底上的不同位置。优选地，至少在衬底附近产生等离子体之后，定位第一电极。这样，下一次在衬底附近的另一位置产生等离子体。通过以这种方式在不同位置产生等离子体，可以实现图案化。但是，可替代地或附加地，可以在产生等离子体期间定位第一电极。这样能够沿通过等离子体处理的衬底表面形成轨迹。这例如可以通过沿衬底表面移动等离子体来实现。这样可以实现图案化。
在实施方式中，中间结构形成为片材（例如具有片材形状或制造为片材），该片材具有至少一个孔，优选地具有多个孔。
在另一实施方式中，中间结构形成为片材（例如具有片材形状或制造为片材），片材包括诸如前体或可沉积材料的加工材料，该方法包括通过等离子体移除至少一部分加工材料，用于处理所述至少一部分加工材料，例如将至少一部分可沉积材料沉积到衬底上。
可以将两种实施方式有利地结合。因此，中间结构可以包括片材，该片材具有至少一个孔，优选地具有多个孔，中间结构还可以包括片材，该片材包括加工材料。
在实施方式中，该方法包括通过相对于第二电极将第一电极定位在第一位置中来选择性地产生等离子体放电，在第一位置中，第一放电部分和第二放电部分之间的距离足够小，以在高电压差下支持等离子体放电，通过相对于第二电极将第一电极定位在第二位置中来选择性地停止等离子体放电，在第二位置中，第一放电部分和第二放电部分之间的距离足够大，以在高电压差下防止等离子体放电。
方法还优选地包括通过所述等离子体放电选择性地蚀刻所述表面，通过所述等离子体放电将材料选择性地沉积到所述表面上，和/或通过所述等离子体放电选择性地改变所述表面的性质，例如，从疏水性改变到亲水性。
根据本发明的设备可以用于处理电绝缘衬底的表面，例如塑料目标，例如塑料片。根据本发明的设备还可以用于处理半导体衬底或导体衬底的表面。当使用（半）导体衬底时，第一电极和/或第二电极优选地被以如上所述的电绝缘材料覆盖，例如涂敷。应当理解，导电衬底还可以用作第二电极。
已经发现，根据本发明的设备适用于处理各种衬底的表面。本发明还涉及用于根据衬底制造中尺度电子设备（例如(O)LED设备、RFID标签或太阳能设备）、中尺度三维结构（例如MEMS设备、微透镜或多焦点透镜）、芯片级实验室、生物芯片、可打印塑料目标或胶印板的方法，该方法包括使用根据本发明用于产生等离子体放电的设备处理衬底。例如，加工材料可以是金属材料，金属材料设置为在衬底上制造可导电轨迹。例如，加工材料可以包含氟，以便可以形成疏水性区域的图案。这样，可以改进喷墨打印图案的可靠性和分辨率。
本发明还涉及制造根据本发明的用于产生等离子体放电的设备的方法，包括：提供传统的点阵式打印机，提供用于产生高电压差的高压源，将点阵式打印机的打印头的至少一个打印笔与高压源导电地连接，以及任选地将点阵式打印机的打印鼓的表面与高压源导电地连接。因此，至少一个打印笔形成用于产生等离子体的电极。
本发明还涉及改进工具，包括在根据本发明的设备中使用的高压源和打印头，优选地设置为执行根据本发明的方法。
在实施方式中，改进工具还包括进气口，用于向打印头的第一电极引导气体。气体和高压源可以设置为在气体中产生等离子体，该气体被引导向打印头的第一电极。任选地，改进工具包括输送装置。输送装置例如可以设置为移位打印头。输送装置例如可以设置为相对于彼此移位打印头和衬底。
附图简要说明
将参照附图通过非限制性实施例来描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的设备的第一实施方式的示图；
图1A以俯视图示出了小孔板；
图1B示意性地示出了怎样使用压电致动器；
图2示出了根据本发明的设备的第二实施方式的示图；
图3示出了根据本发明的设备的第三实施方式的示图；
图4a和4b示出了根据本发明的设备的第四实施方式的示图；
图5示出了根据本发明的设备的第五实施方式的示图；
图5A示出了根据本发明的设备的又一实施方式的示图；
图5B示出了根据本发明的设备的又一实施方式的示图；
图6A示出了根据本发明的设备的第六实施方式的示图；
图6B示出了根据本发明的设备的第六实施方式的变型的示图；
图7示意性地示出了根据本发明的第七实施方式中的设备1；
图8示意性地示出了根据本发明的第八实施方式中的设备1；
图8B示意性地示出了根据本发明的又一实施方式中的设备；
图9示意性地示出了根据本发明的第九实施方式中的设备1；
图10示意性地示出了根据本发明的第十实施方式中的设备1；
图11示出了小孔板设置在包括可沉积材料的片材和第一电极之间的变型；
图12A和12B示出了锤击式打印机中所包括的锤头组的实施例；
图13示出了根据本发明的设备的又一实施方式的示图；
图14示出了第一高度和第二高度；
图15A示出了由中空针形成的第一电极的实施例；以及
图15B示出了图15A的实施例的打印头的仰视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明产生对衬底表面图案化的等离子体放电的设备1的第一实施方式的图示。等离子体产生于表面附近，以使其到达表面，从而能够对表面图案化，例如，通过在表面上实现图案化的疏水性。
在该实施例中，设备1包括多个第一电极2.i（i=1,2,3,…）。在该实施例中，第一电极2.i设计为细长的笔。设备1还包括第二电极4。在该实施例中，第二电极是板状的。第一电极2.i和第二电极4分别导电地连接至高压源10的引线端6、8。高压源10设置为用于在第一电极2.i和第二电极4之间产生高电压差。在该实施例中，第一电极2.i还在12处接地。应当理解，第一电极可以相对于第二电极带负电，或者第二电极可以相对于第一电极带负电，例如，基于是否希望离子或电子撞击到衬底上。在该实施例中，高电压差包括DC电压差。可替换地或附加地，高电压差可以包括AC电压差（例如，射频（RF））、脉冲电压差等。
在该实施例中，待处理的衬底14定位于第一电极2.i和第二电极4之间，在该实施例中，在第二电极4的上面。该实施例的第二电极4也称为反电极。
在图1中，设备1还包括外壳16。外壳16包括多个孔18.i，在每个孔18.i中容纳了一个第一电极2.i。每个第一电极2.i可滑动地容纳在其各自的孔18.i中。在该实施例中，设备1包括定位装置，该定位装置设置为用于在其各自的孔18.i内单独地移动每个第一电极2.i。定位装置可以包括电机（如线性电机）、齿条和齿轮、压电致动器、电磁螺线管等等。
设备1还具有中间结构，在使用时，该中间结构设置在衬底14和至少一个第一电极2.i（在该实施例中所有的第一电极2.i）之间。在该实施例中的中间结构形成为具有至少一个孔的片材，在在该实施例中具有多个孔。具有孔的片材可以设置为具有孔23的板21A，板21A还可以称作小孔板21A。通过孔23，可以向衬底14提供产生的等离子体22。因此，在使用时，等离子体可以通过孔23到达衬底。图1以侧视图示出了小孔板21A，图1A以俯视图示出了小孔板21A。
可以规定孔的最大尺寸。对于该实施例中接近圆形的孔23，最大尺寸可具有直径D1。直径D1可以任选地小于（例如至少两倍地小于）第一电极和衬底之间的最小距离D2。这样，可以显著地减小等离子体所产生图案的点尺寸或轨迹宽度S。但是可替代地，直径D1可以任选地大于或等于第一电极和衬底之间的最小距离D2。小孔板可以基本上由不导电材料组成，例如陶瓷。
可以通过以下方式操作至此讨论的设备1。
首先将衬底14置于第二电极4和第一电极2.i之间。在第一电极和第二电极之间设置并保持高电压差。
当要用等离子体选择性地处理衬底14的表面20时，确定表面20要被处理的位置。选择与表面上所确定的位置最接近的第一电极2.i。在该实施例中，选择第一电极2.3。
最初，所有第一电极2.i可以处于缩回位置上，如图1中对于第一电极2.1、2.2、2.4、2.5和2.6所示。在该缩回位置，第一电极2.i的尖端（放电部分）和第二电极4之间的距离足够大，以防止在高电压差下等离子体放电。也就是说，在缩回位置上的第一电极2.i和第二电极4之间的电场强度足够低，以防止电击穿。
定位装置将所选的第一电极2.3向第二电极4移动至伸长位置（见图1）。在该伸长位置，所选择的第一电极2.3的尖端（放电部分）和第二电极4之间的距离足够小，以支持高电压差下的等离子体放电。即，在伸长位置上的第一电极和第二电极4之间的电场强度足够高，以支持等离子体放电的开始。在图1中，在22处表示等离子体。
更通常地，第一电极2.i（例如在伸长位置中）和中间结构之间的间距Z可以使得：在使用时，第一电极2.i不接触中间结构和/或不穿过中间结构的平面。这样，中间结构可以设置在第一电极和衬底之间，同时相对于衬底定位第一电极。但是在一些实施方式中，应当理解，在伸长位置中的第一电极可以穿过一个孔23。
因为第一电极和第二电极之间的电场穿过衬底，所以根据图1的设备适于片状衬底，例如塑料片材。
第一电极能够缩回的事实提供了与产生等离子体的第一电极相邻的第一电极的腐蚀会较少的优势，这是因为等离子体将不到达缩回的第一电极。通过使第一电极完全缩回至外壳内（如图1中所示），将改进该效果，尤其如果外壳16在等离子体附近包括电绝缘底部。这还适用于图2和3中示出的设备的第一电极和第二电极。然而应当理解，电极由外壳16包围不是严格必须的。外壳还可以包括用于引导电极的基本上开放的结构。
通过调整第一电极和第二电极之间的距离，能够控制等离子体的强度。
由于能够控制第一电极和衬底表面之间的距离，所以对弯曲表面和/或三维对象的处理是可行的（可能与不是平的但是遵照衬底形状的第二电极结合）。
图1B示意性地示出了可以如何在设备1中使用压电致动器，或者可以如何在本发明的方法中使用压电致动器。图1B示出了第一压电致动器11A和第二压电致动器11B。图1B示出了伸长位置中的第二压电致动器11B。这可以通过与压电致动器有关的电压源10'在第二压电致动器11B上提供电压来实现。图1B示出了缩回位置中的第一压电致动器11A。这可以至少部分地通过与压电致动器有关的电压源10'在第一压电致动器11B上释放电压来实现。与压电致动器有关的电压源10'可以通过高压源10来形成，或者能够与高压源10分开。应当理解，压电致动器可以使电极精确地伸长。在图1B的实施例中，分别通过压电致动器11A、11B携带第一电极2.1、2.2。还应当理解，电极也可以完全通过压电致动器形成，任选地在放电部分处或附近的其外表面的至少一部分上设有附加的导电涂层。
图2示出了根据本发明的设备1的第二实施方式的示图。在该实施例中，并排放置多个第一电极2.i和多个第二电极4.j（j＝1,2,3…）。在该实施例中，第一电极和第二电极均可滑动地容纳在它们各自的孔18.k中（k=1,2,3…）。图2还示出了具有孔23的小孔板21A。
可以通过以下方式操作如图2中示出的设备1。
将衬底14放置在第一电极2.i和第二电极4.j附近。在第一电极和第二电极之间设置并保持高电压差。
当要用等离子体选择性地处理衬底14的表面20时，确定表面20要被处理的位置。选择与表面上所确定的位置最接近的第一电极2.i和第二电极4.j。在该实施例中，选择了第一电极2.2和第二电极4.2。
最初，所有第一电极2.i和所有第二电极4.j可以处于缩回位置，如图2中对于电极2.1、2.3、4.1和4.3所示。在该缩回位置，第一电极2.i的尖端（放电部分）和第二电极4.j的尖端（放电部分）之间的距离足够大，以防止高电压差下的等离子体放电。即，在缩回位置上的第一电极2.i和在缩回位置上的第二电极4.j之间的电场强度足够低，以防止电击穿。
定位装置将所选的第一电极2.2和所选第二电极4.2向伸长位置移动（见图2）。在该伸长位置上，所选择的第一电极2.2的尖端和所选择的第二电极4.2的尖端之间的距离足够小，以支持高电压差下的等离子体放电。即，在伸长位置上的第一电极和在伸长位置上的第二电极之间的电场强度足够低，以支持等离子体放电的开始。
由于在图2的实施例中，第一电极和第二电极均放置在衬底14的同一侧，所以还能够用等离子体22处理非片状衬底，如厚衬底、不规则形状衬底和/或三维衬底。
如下文将更详细描述的，可以将定位装置进一步设置为用于沿衬底表面对第一电极2.i进行定位。因而，可以沿着衬底14的表面20对包括如图1和图2中所示的电极的外壳16进行扫描。因此，可以选择性地将表面20的区域暴露至等离子体22。在本文中，可以将包括电极的外壳16理解成起到用于等离子体处理而不是喷墨沉积的“打印头”的作用。
图3示出了根据本发明第二方面的设备1的实施方式的示图。图3中示出的设备与在图2中示出的设备很相似。一个差别是在图2中示出的设备1中，电极2.i和4.j通过各自的开关24.k（k=1,2,3…）连接至高压源10。
可以通过以下方式操作如在图3中示出的设备1。
将衬底14放置在第一电极2.i和第二电极4.j附近。设置高电压差。
当要用等离子体选择性地处理衬底14的表面20时，确定表面20要被处理的位置。选择与表面上所确定的位置最接近的第一电极2.i和第二电极4.j。在该实施例中，选择第一电极2.2和第二电极4.2。
最初，所有第一电极2.i和所有第二电极4.j可以与高电压源10断开，使得没有产生等离子体放电。所选择的第一电极2.2和所选择的第二电极4.2分别通过开关24.3和24.4连接至高电压源10。将所选择的第一电极2.2的尖端和所选择的第二电极4.2的尖端之间的距离选择成足够小，以支持高电压差下的等离子体放电。即，第一电极和第二电极之间的电场强度足够低，以支持等离子体放电的开始。
开关24.k可以形成高电压源10的一部分。因此，将高电压源10设置成在第一模式下在电极2.i和4.j处选择性地产生高电压差，以支持等离子体放电，以及在第二模式下在电极2.i和4.j处产生降低的电压差或零电压差，以防止等离子体放电。
由于在图3的实施例中，第一电极和第二电极均置于衬底14的同一侧，所以还可以用等离子体22处理非片状的衬底，如厚衬底、不规则形状衬底和/或三维衬底。
在图3的实施例中，第一电极和第二电极均选择性地连接至高电压源。应当理解，一些电极也可以永久地连接至高电压源，例如所有第一电极2.i或所有第二电极4.j。
应当理解，可以沿着关于图1和图2所述的衬底14的表面20对图3中示出的设备101的电极的外壳16进行扫描。
在图3的实施例中，外壳16设置有电绝缘部17.k，电绝缘部17.k形成电极2.i、4.j和放电空间34之间的阻隔。电绝缘部17.k防止电极2.i、4.j与等离子体22直接接触。因此，有效地保护了电极免受腐蚀。对电绝缘部17.k进行设计，使得电极之间的高电压差足以允许等离子体放电。应当理解，还可以在如关于图1、图2、图4a、图4b或图5所述的设备1中应用电绝缘部17.k。电绝缘部可以是外壳的一部分或者可以是电极的独立的覆盖物，例如涂层。
对于图1-3中示出的所有设备，包括电极的外壳可以像打印头一样沿衬底14移动。
在图4a的实施例中，将第二电极4设计为鼓状物26，在鼓状物26的外表面20上，可以将板状衬底14置于鼓状物26和第一电极2.i之间。在该实施例中，如关于图1所述那样设计包括电极的外壳16。衬底14通过鼓状第二电极4运送，而具有可移动第一电极2.i的外壳16可以在与图4a中示出的横截面垂直的方向上移动。图4b示出了根据图4a的设备1的正视图。应注意，在图4b中，将外壳16示出为包括第一电极2.i的二维阵列。将理解，外壳16还可以包括第一电极2.i的一维阵列或者甚至单个第一电极2。
图5示出了根据本发明适于衬底14的无掩模直接图案化的（即，不使用具有图案的掩模）、用于产生等离子体放电的设备1的又一实施方式。在该实施例中，设备201特别适合于对三维衬底14的表面20进行图案化。在图5的实施方式中，存在诸如小孔板的中间结构，但是为了清楚起见并未示出。
在该实施例中，如过于图1和2所描述的那样，电极2.i、4.j可在朝向衬底14的方向和远离衬底14的方向上单独地移动。在该实施例中，每个电极2.i、4.j均设置有关于该电极固定安装的电绝缘部28.k。因此，很好地保护了电极2.i、4.j免受腐蚀。
可以通过以下方式操作如在图5中示出的设备1。
将衬底14置于第一电极2.i、第二电极4.j附近。将所有电极2.i、4.j定位为朝向衬底14，直到每个电极均接触衬底14的表面20。接下来将所有电极2.i、4.j远离表面20移动预定的距离，适于产生用于处理表面20的等离子体22。现在电极"符合"表面20的轮廓。虽然图5示出了电极的一维阵列，但是电极2.i、4.j的二维阵列是优选的，以允许处理三维衬底的表面20的表面区域。
设置高电压差。当要用等离子体选择性地处理衬底14的表面20时，确定表面20要处理的位置。选择与表面上所确定的位置最接近的第一电极2.i和第二电极4.j。在该实施例中，选择第一电极2.2和第二电极4.2。
最初，所有第一电极2.i和所有第二电极4.j可以与高电压源10断开，使得不产生等离子体放电。所选第一电极2.2和所选第二电极4.2分别通过开关24.3和24.4连接至高电压源10。
在图5的实施例中，在电极2.i、4.j之间安装了屏蔽部30.m（m=1,2,3…）。在该实施例中，屏蔽部是由（电绝缘的）片材形成的。屏蔽部30.m防止等离子体22进入电极2.i、4.j之间的开放空间32。屏蔽部30.m还允许气体进入放电空间34内，而防止气体进入电极之间的开放空间32。应当理解，可以对放电空间34内的气体进行选择，以促进等离子体放电。气体可以例如包括氩或氦。在开放空间32内不存在的气体可以导致高电压差在开放空间32内不能产生等离子体放电。应当理解，这些屏蔽部30.m是可选的，且如果需要还可以应用在根据图1、图2、图3、图4a和图4b的设备中。
图5A示意性地示出了可以如何使气体进入放电空间34中。设备1可以具有用于提供气体的气体供应部，例如入口管13A，以向第一电极2提供用于在其中形成等离子体的气体。设备1还可以具有气体排放部，例如出口管13B，以用于从第一电极或衬底排放气体。设备1还可以具有包围第一电极2的包围部13C。包围部13C可以与入口管13A流体连通，以便使用时气体从入口管13A流出，直接流入到包围部13C。入口管13A和出口管13B可以通过这样的方式放置，使得在到达出口管13B之前，气体不得不从包围部13C流出。通过入口管、出口管和包围部，可以产生集中的气流。但是应当清楚的是，在没有包围部13C的情况下，也可以产生集中的气流。还可能的是，如图5B所示，出口管13B伸入到包围部13C中。
发明人认识到，能够将市场可买到的点阵式打印机容易地转换成包括根据图1、1B、2、3、5、5A、5B、6A、6B、7、8、8B、9、10、11、12A、12B、13、14或15A的设备的等离子体打印机。图4a和图4b中示出的设备实际上可以是这种转换的点阵式打印机的一部分。
可以如下对传统的点阵式打印机进行转换。可以使用根据本发明的实施方式中改进工具。
首先，提供传统的点阵式打印机，并且提供用于产生高电压差的高电压源。点阵式打印机的打印头的至少一个打印笔与高电压源导电地连接。
如果根据图1的设备是期望的，则传统点阵式打印机的打印鼓的外表面与高电压源导电地连接。如果需要，打印鼓的表面可以设置有导电涂层。
如果根据图2、图3或图5的设备是期望的，则打印头的至少一个打印笔连接到高电压源的正极端，而打印头的至少一个其他打印笔连接到高电压源的负极端。
当使用多于两个第一电极2.i和/或第二电极4.j时，可以将它们设置成一维阵列或二维阵列。使这种阵列中的电极互相分离的聪明办法是利用如在专利WO2008/004858中描述的薄膜，该专利通过引用并入本文。这样，可以利用将单独的电极分离的薄膜，将电极2.i、4.j紧密地放在一起，例如在六边形的封装中。当薄膜为电绝缘时，电极也彼此电隔离。在WO2008/004858中描述的销运动的布置和方法的另一优势是电极能够在不互相影响的情况下单独移动。
图6A示出了根据本发明的设备1的第六实施方式。在该实施方式中，为了提供等离子体放电，转换了传统的喷墨打印头35。在该实施例中，喷墨打印头包括多个喷嘴37.n（n=1,2,3…）。每个喷嘴，与内墨盒39相邻地放置了两个压电元件36、38。根据改型，压电元件36、38分别导电地连接至高电压源10的引线端6、8。当在压电元件36、38之间保持高电压差时，它们充当第一电极2.i和第二电极4.j。在图6A的实施例中，中间结构画为小孔板21A。
应当理解，在图6A的实施方式中还可能的是，小孔板是导电的并且用作第二电极。在这种情况下，为了形成第一电极，只需要内腔39中的喷墨打印头的一个电极，例如一个压电元件。
可以如下操作图6A的设备。不使用墨水，而是将气流馈送至打印头35内，如用箭头G所示。当要用等离子体选择性地处理衬底14的表面20时，确定表面20要被处理的位置。选择与表面上所确定的位置最接近的喷嘴37.n和相关的第一电极2.i和第二电极4.j。在该实施例中，选择第一电极2.3和第二电极4.3。
最初，所有第一电极2.i和所有第二电极4.j可以与高电压源10断开，使得不产生等离子体放电。所选第一电极2.3和所选第二电极4.3分别通过开关24.5和24.6连接至高电压源10。然后在电极之间的区域中，将产生等离子体22。由于气流速度的原因，等离子体22将从喷嘴37.3向衬底的表面20喷射。应当理解，改进的喷墨头35可以沿表面20扫描。
图6B示出了根据本发明的设备1的第六实施方式的变型。在该实施方式中，为了提供等离子体放电，传统的喷墨打印头35被转换。在该实施例中，喷墨打印头包括多个喷嘴37.n（n=1,2,3，…）。根据改进，针状第一电极2.i被安装以延伸通过头的内腔39。
针状第一电极例如通常可以具有菱形尖端，该菱形尖端例如具有导电涂层。这样，第一电极可以具有较尖锐的尖端。因此，可以减小等离子体的尺寸。因此，可以减少图案化期间的点尺寸或轨迹宽度。
第一电极2.i导电地连接到高压源10的接线端6。小孔板21A导电地连接到高压源10的接线端8并且作为第二电极4。在该实施例中，第一电极通过开关24.i切换。应当理解，第一电极2.i还可以被设置为可从缩回位置移动到伸长位置，例如如图1或2所示。
在图6B的实施例中，可以使气体流过第一电极2.i周围的喷嘴37.n。气体例如可以包括前体材料或可沉淀材料。
应当理解，为了形成根据本发明的设备1，也可以转换其他传统的喷墨头。例如能的是，第一电极由印刷头的压电元件形成，第二电极由包围喷嘴的导电喷嘴板形成。还可能的是，传统的喷墨打印头内部的可替换的导电结构（例如电加热电阻）形成用于产生等离子体的电极。
图7示意性地示出了根据本发明的第七实施方式中的设备1。图7示出了由例如与第一实施方式类似的可伸长笔形成的第一电极2.i、衬底14、高压源10和生成的等离子体22。在第七实施方式中，设备1还具有小孔板21A，小孔板21A具有孔23。在第七实施方式中，在实施例中，小孔板基本由诸如金属材料的导电材料构成，该金属材料例如铂、银和/或金。小孔板因此可以形成第二电极4。
图8示意性地示出了根据本发明的第八实施方式中的设备1。与第七实施方式相比，第八实施方式中的设备1具有附加的第二电极4A和附加的高压源10A。通过与图1-6的第二电极4和高压源10相类似的方式来提供附加的第二电极4A和附加的高压源10A。高压源10可以用于控制第二电极4的电压。附加的高压源10A可以用于控制附加的第二电极4A的电压。因此，更为通常的，设备1可以包括具有第一放电部分的第一电极、具有第二放电部分的第二电极和具有附加的第二放电部分（第三放电部分）的附加的第二电极（第三电极）。因此，设备可以具有三个相关电极。在使用时，三个电极可以用于控制电场，以产生和/或维持等离子体。应当清楚的是，与二电极结构相比，这种三电极结构可以进行改进的控制。优选地包括导电材料或半导体材料的中间结构（例如小孔板）可以形成第三电极或第二电极。
在图8中，衬底14设置在第二电极4和第一电极2.i之间。在图8中，附加的第二电极4A（即小孔板21A）设置在衬底14和第一电极之间。通过设置第二电极和附加的第二电极，可以更好地控制产生等离子体的电场。
在图8中，第一电极2.i是沿轴19的伸长形状，轴19延伸通过至少一个孔23。因此，至少一个第一电极2.i的尖端面对一个孔23。
图8B示意性地示出了根据本发明的又一实施方式中的设备1。在该实施方式中，电极具有第一电极2、形成第三电极4A（也称作附加的第二电极）的小孔板21A、和第二电极4。第二电极可以是线形的，例如是细长形。第二电极可以较薄，例如，最大截面宽度小于100微米或小于30微米。这样可以提高设备的分辨率。第二电极可以在衬底一侧沿衬底14延伸，该侧背向第三电极和/或第一电极。第二电极可以设置在多个第一电极的对面。设备还可以具有一个或多个屏蔽部件5。这种屏蔽部件可以至少部分地包围第一电极、第二电极和第三电极的一个或多个，例如在图8B中示出的包围第二电极。
图8B示出了静止位置的第一电极2。图8B还示出了第一电极的伸长位置7。在伸长位置中，第一电极2可以至少部分地在孔23中延伸或延伸通过孔23。这样，第一电极可以离衬底14较近。在该实施例中，第一电极和第三电极可以接地。这可以对衬底的电磁屏蔽有益。
图9示意性地示出了根据本发明的第九实施方式中的设备1。在第九实施方式中，中间结构形成为片材，片材包括加工材料，在该实施例中包括可通过等离子体移置的可沉积材料25。片材可以包括载体片材27并且可以是条带21B的形式。载体片材27可以是网孔形状。然后，可沉积材料25可以通过等离子体从载体片材27移除。在不想被任何理论所束缚的情况下，等离子体可以产生小滴、粒子或分子29，小滴、粒子或分子29包括可沉积材料25的一部分以沉积在衬底14上。在使用时，可沉积材料25可以设置在载体片材27和衬底14之间。因此，在使用时载体片材27可以面对第一电极2.i。
图10示意性地示出了根据本发明的第十实施方式中的设备1。在第十实施方式中，设备具有小孔板21A和条带21B。与影响通过等离子体处理的区域尺寸相类似，小孔板21A的孔23可用于影响在其上沉积部分可沉积材料25的衬底区域的尺寸。这样，可以减少包括部分可沉积材料25的图案的点尺寸或轨迹宽度。
在第十实施方式中，条带21B可以设置在小孔板21A和第一电极2.i之间。但是，在图11所示的变型中，小孔板设置在条带21B和第一电极2.i之间。更为通常的是，将小孔板设置在包括可沉积材料25（例如条带21B）的片材和第一电极2.i之间可以形成另一有益的实施方式。其中，设备1包括设置在设备1中的进气口41，1用于提供在衬底14和包括可沉积材料25的片材21之间气体。
根据本发明的其他实施方式可以涉及改进工具，包括在根据本发明的设备（例如本文中所述实施方式之一的设备1）中使用的高压源和印刷头。改进工具还可以包括用于引导气体（例如包含氩）的进气口，进气口设置成向印刷头的第一电极产生等离子体。这种改进工具可以用于改进传统的打印机（例如喷墨式打印机）或更具体地点阵式打印机（例如锤击式打印机）。更为通常的是，改进工具可以适于安装到任何X-Y打字机或定位装置中。
图12A和12B示出了锤击式打印机中可以包括的锤头组101的实施例。锤击式点阵式打印机例如可以从US6,779,935B1中得知，其内容通过引用并入本文中。对于本申请中未清楚说明的图12A和12B中的参考标记的含义参见US6,779,935B1中的相应描述。US6,779,935B1描述了锤头组101能够如何在锤击式打印机运行。
锤击式打印机可以包括多个锤46、82、永磁铁、和电驱动，锤46、82安装在具有打印端48、46的锤头组36上，永磁铁用于保持锤46、82，电驱动用于将所述永磁铁保持的锤释放。在图12A和12B中未示出永磁铁，但是在US6,779,935B1的图4和5中以参考标记122示出了该永磁体。电驱动系统可以包括印刷电路板。虽然在图12A和12B中未示出电驱动系统，但是这对于本领域的技术人员而言是公知的，因此进一步的描述是没有必要的。在使用时，打印端可以撞击用于在给定媒质上打印的打印带。其中包括这些特征（即，至少多个锤、永磁铁和电驱动）的实施方式也描述在US6,779,935的说明书中。
任选地，锤击式打印机可以包括两个透磁伸长部，其纵向放置在锤46、82的第一个的任一侧上并且沿用于从所述永磁铁旁路磁通的所述锤相同的平面放置。
打印端48、86可以形成第一电极2.i。打印端可以电连接到改进工具的高压源10。在高压源和打印端48、86之间的部分电连接可以由锤46、82形成。
锤击式打印机可以包括盖板60。这种盖板是中间结构21A的实施例并且可以形成第二电极4。本领域的技术人员应当清楚，改进工具可以包括隔离部件，隔离部件设计为使盖板和锤46、82彼此隔离并且使盖板和锤46、82与锤击式打印机的其他部分隔离。例如，这种隔离部件可以有利地安装在开口68附近的盖板60下面。
在使用时，例如所有的打印端48、86可以保持在相同电压处。当打印端被引向第二电极时，电场强度变得足够高，以产生等离子体。当打印端向其静止位置收回时，电场强度再次减小并且等离子体消失。应当理解，还可能不将盖板60用作第二电极，而是用于将第二电极定位在衬底下面。
锤击式打印机可以是行式打印机类型的点阵式打印机。它可以包括一排打印端（即第一电极（图12B））或两排打印端（图12A）。应当理解，在一个锤头组中可以设置甚至两排以上的打印端用于打印。还应当理解，在打印系统中可以使用多个锤头组，每个锤头组具有一排、两排或两排以上的打印端。这种系统可以提高生产率。
在通过一个或多个锤头组打印的过程中，可以使用各种相对于锤头组移动衬底14的方式。通常，相对于锤头组移动衬底14的一种特别有益的方法包括以下步骤：a）在第一方向中移动锤头组和/或在与第一方向相反的第二方向中移动衬底，其中，第一方向和/或第二方向与一排打印端延伸的方向垂直；b）在第三方向中移动衬底，第三方向与第一方向和/或第二方向垂直；c)在与步骤a）中移动锤头组和/或衬底的方向相反的方向中移动锤头组和/或衬底；d)在第三方向中的移动衬底。任选地，步骤a）-d）可以重复，例如一次或多次。用这种方式，锤击式打印机例如可以用于卷到卷系统。衬底可以连续地提供给打印机。因此可以防止改变衬底的移动方向。因此可以获得单程工艺。
发明人认识到，通过使用根据本发明的改进工具，可以有利地改进锤击式打印机。可以提供锤击式打印机或锤头组，并且可以提供用于产生高电压差的高压源。锤头组的至少一个锤与高压源可导电地连接。
改进工具也可以用于改进其他打印机。因此，应当清楚，在根据本发明的可能方法中，改进工具可以用于制造根据第一、第二、第三、第四、第五、第七、第八、第九和/或第十实施方式和/或其变型的产生等离子体放电的设备。这种可能的方法可以包括：提供传统的点阵式打印机；提供用于产生高电压差的高压源；并且导电地连接点阵式打印机的打印头的至少一个打印笔和高压源。
在根据本发明的方法的另一实施方式中，改进工具可以用于制造根据第六实施方式或其变型的用于产生等离子体放电的设备。在该实施方式中，该方法包括：提供传统的喷墨式打印机；提供用于产生高电压差的高压源；并且导电地连接喷墨式打印机的打印头的至少一个导电结构和高压源。
应当理解，衬底14可以是不平的。衬底例如可以是倾斜的或具有与等离子体源有关的波状顶部。这可以影响所产生的等离子体的尺寸，因此影响设备的分辨率。
此外，通常来说并且如图13的实施例所示，设备1可以具有高度测量装置41，高度测量装置41用于确定衬底上的等离子体源的高度。在该实施例中，设备1还包括高度致动器43，以调整衬底14上的等离子体源的高度。在该实施例中，设备1还包括高度控制器45，以便优选实时地控制衬底上等离子体源的高度，以校正衬底中的任何变形。
例如可以在所述第一电极产生等离子体时通过测量通过第一电极的电流，来确定衬底上的等离子体源的高度。电流表示等离子体的尺寸，因此表示衬底表面上的电极的高度。可替代地，衬底上的等离子体源的高度可以光学地确定，例如使用相机或自动聚焦设备（例如在CD播放器中使用的）。还可以电容地或电导地确定高度。通过高度测量装置，第一电极2（其尖端）和衬底14之间第一高度h1可以被确定，和/或打印头35'和衬底14之间的第二高度h2可以被确定。图14示出了第一高度h1和第二高度h2。高度控制器45可以设置为优选实时地控制第一高度h1和/或第二高度h2。
应当理解，用于如上所述产生等离子体放电且适于衬底的无掩模直接图案化的设备可以用于使用等离子体处理衬底表面，例如用于蚀刻表面、将物质沉淀到表面上或者改变诸如湿度的表面性质。后者例如可以用于打印目的，通过相对于打印媒介（例如墨水或焊锡）局部地改进表面的湿度。
应当理解，参照图1-6描述的用于产生等离子体放电且适于衬底的无掩模直接图案化的设备可以用于根据衬底制造中尺度电子设备（例如LED设备、RFID标签或太阳能设备）、中尺度三维结构（例如MEMS设备、微透镜或多焦点透镜）、芯片级实验室、生物芯片、可打印塑料目标或胶印板。
应当理解，等离子体22可以在大气条件下产生。可替代地，可以在低压或高压下产生等离子体。等离子体例如可以在空气中形成。等离子体还可以在包括氩、氧、氨、氮、氦或其混合物的气体中形成。此外，前体（例如被汽化的）可以加到气体（混合物）中，前体例如是有机硅化合物，例如六甲基二硅醚（HMDSO）或氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）、庚胺、水（H2O）或甲醇（CH3OH）。
在前面的说明书中，已经参照本发明的实施方式的具体实施例描述了本发明。但是，应当理解，显然可以在本文中进行各种修改和变化，而不改变权利要求所述的本发明的更宽精神和范围。
在实施例中，外壳16中的电极是针状的。但是，其他形状也是可能的。
在图1的实施例中，第二电极4是板状的。应当理解，其它设计是可能的。例如，第二电极包括多个针状的电极是可能的，多个针状的电极中的每一个可以置于针状的第一电极对面，衬底位于第一针状电极和第二针状电极之间。
在实施例中，针状电极可以是纯金属杆或针。应当理解，可以使用纳米结构的电极或微结构的电极。纳米结构的电极/微结构的电极可以增强场发射，可以用于限制小区域中的等离子体从而提高设备的分辨率，以及影响等离子体的特征和起始电压。这些纳米结构电极/微结构电极可以例如通过针尖的激光沉积或烧蚀、针尖处的专门晶体生长或者通过使用针尖处的碳纳米管来产生。
虽然图1、1B、2、3、5、6A、6B、7、8、8B、9、10和11示出了电极的一维阵列，但是可以使用电极的二维阵列。
应当理解，包括如图5中所示的电绝缘部28.k的电极也可以用于其它实施方式。
在图1-15A的实施例中，外壳中的电极示出为平行移动的平行电极。然而，电极不需要是平行的。例如，可以相对于彼此呈一定角度将电极安装在外壳16中。应当理解，当将第一电极和第二电极安装在外壳中以在从缩回位置移动到伸长位置时会合时，可以很有效地降低所述电极的放电部分之间的距离。当在外壳中沿弯曲的路径或有角度的路径移动电极时，可以获得类似的结果。
在实施例中，放电部分位于电极的尖部附近。以其它方式放置电极的放电部分也是可能的，例如在弯曲电极的弯曲部附近。
在图3和图5的实施例中，电极通过各自的开关选择性地连接至高电压源。应当理解，可替换的开关装置也是可能的，如电子开关装置、选择性放大器等。开关在能够支持等离子体放电的高电压差和能够熄灭等离子体放电的低电压差之间切换也是可能的。将理解，还可能的是，通过例如选择性地升高或降低某些电极之间的电压差，将高电压源设置成：在第一模式中选择性地产生高电压差以支持等离子体放电；以及在第二模式中产生降低的电压差或零电压差以防止等离子体放电。
在图1、1B、2、3、4A、5、5A、5B、6B、7、8、8B、9、10、11、12A、12B、13、14和15A的实施例中，第一电极具有细长的形状。应当理解，这种电极还可以具有中空的针状形状。然后，可以通过中空电极向衬底和/或等离子体提供气体。图15A示出了第一电极2.2由中空针形成的实施例。通过箭头G1表示从中空针流出的气体。更为通常的是，设备1可以在中空针2.2附近具有气体排放部13B。通过箭头G2表示排出气体的流动。通过气流G1和/或G2，可以实现第一电极（例如中空针）的有效冷却。图15B示出了图15A的实施例的打印头的仰视图，其中针2.i是可见的。但是，其他修改、变化和替换也是可能的。
例如，可以在例如狭缝型挤压涂敷、浸涂或喷墨打印之后进行图案化。作为又一实施例，在一个或某些或全部实施方式中的设备1例如可以设置在平台上，该平台具有用于使衬底14和/或第一电极2.i相对于彼此移位的输送装置。优选地，输送装置具有相对放置精度和/或绝对放置精度，该精度小于或近似等于10微米，更优选地5微米，特别是1微米。输送装置可以形成定位装置，但是这不是必须的。输送装置可以包括x-y台和/或可旋转的部件，例如卡盘，在x-y台和/或可旋转的部件上可以安装衬底或第一电极2.i。
因此，说明书、附图和实施例仅是示例性的，而非限制性的。
在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除然后在权利要求中列出的那些其它特征或步骤的存在。而且，词语“一个”不应被解释为限制于“仅一个”，而是相反用于意指“至少一个”并且不排除多个。在互不相同的权利要求中列举的某些方法的纯粹事实不表明这些手段的组合不能用于处于有利地位。

Claims (48)

1.用于在衬底附近产生用于图案化所述衬底的表面的等离子体放电的设备，包括：
具有第一放电部分的第一电极和具有第二放电部分的第二电极，
用于在所述第一电极和所述第二电极之间产生高电压差的高压源，以及
用于相对于所述衬底定位所述第一电极的定位装置，
其中，所述设备还具有中间结构，所述中间结构在使用时设置在所述第一电极和所述衬底之间。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述中间结构形成为片材，所述片材具有至少一个孔，优选地具有多个孔，以使所述等离子体通过。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述中间结构包括不导电材料并且优选地基本由不导电材料构成。
4.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述中间结构包括导电材料并且优选地基本由导电材料构成。
5.如权利要求2-4中任一项所述的设备，其中，所述第一电极沿通过所述至少一个孔延伸的轴呈伸长形。
6.如权利要求1-5中任一项所述的设备，其中，所述中间结构形成为包括加工材料的片材，所述加工材料至少部分地能够通过所述等离子体移置。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述中间结构包括具有所述加工材料的载体片材，其中所述加工材料能够通过所述等离子体至少部分地从所述载体片材移除。
8.如权利要求7所述的设备，其中，在使用时，所述加工材料设置在所述载体片材和所述衬底之间。
9.如权利要求1-8中任一项所述的设备，其中，所述定位装置设置为相对于所述第二电极将所述第一电极选择性地定位在第一位置中和第二位置中，在所述第一位置中，所述第一放电部分和所述第二放电部分之间的距离足够小，以在所述高电压差下支持所述等离子体放电，在所述第二位置中，所述第一放电部分和所述第二放电部分之间的所述距离足够大，以在所述高电压差下防止等离子体放电。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述定位装置设置为在朝向和远离所述第二电极的方向中移动所述第一电极。
11.如权利要求9或10所述的设备，其中，所述第二电极设计为鼓，在所述鼓的外表面上，片状衬底可以放置在所述鼓和所述第一电极之间，所述定位装置设置为在与所述外表面垂直的方向中移动所述第一电极。
12.如权利要求1-11中任一项所述的设备，其中，所述定位装置还设置为沿所述衬底的所述表面定位所述第一电极。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括外壳，其中，所述第一电极至少部分地由所述外壳包围，并且所述第一电极相对于所述外壳是可移动的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述高压源设置为调整所述第一电极和所述第二电极之间的所述高电压差。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，包括多个第一电极和/或多个第二电极。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述定位装置设置为相对于所述一个或多个第二电极单独地定位每个第一电极。
17.如权利要求15或16所述的设备，其中，所述定位装置设置为相对于其他所述第一电极单独地定位每个第一电极。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一电极由点阵式打印机的打印头的可移动笔形成，所述笔导电地连接到所述高压源。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一电极和/或所述第二电极是纳米结构或微米结构，例如通过在所述放电部分进行激光沉淀或烧蚀、在所述放电部分进行专门的晶体成长或通过在所述放电部分提供碳纳米管。
20.如权利要求1-19中任一项所述的设备，其中，所述定位装置还设置为与所述第一电极同步地定位所述第二电极。
21.如权利要求20所述的设备，其中，所述第一电极和所述第二电极被机械地耦合。
22.如权利要求20或21所述的设备，其中，所述高压源设置为：在第一模式中，选择性地产生所述高电压差以支持所述等离子体放电；以及在第二模式中，产生减小的电压差或零电压差以防止等离子体放电。
23.如权利要求1-22中任一项所述的设备，包括多个第一电极和多个第二电极，其中所述高压源设置为选择性地将所述高压应用在至少一个第一电极和至少一个第二电极之间。
24.如权利要求1-23中任一项所述的设备，具有气体供应部，所述气体供应部用于提供气体，以在所述气体中向所述第一电极形成所述等离子体；和/或具有气体排放部，以远离所述第一电极或所述衬底排放气体。
25.如权利要求24所述的设备，其中，所述第一电极具有所述气体供应部，所述气体供应部设置为提供通过其中的用于形成所述等离子体的气体。
26.如权利要求25所述的设备，其中，所述第一电极由中空笔形成。
27.如权利要求1-26中任一项所述的设备，其中，所述第一电极由锤头组的打印端形成，所述锤头组优选地包括在锤击式打印机中。
28.使用等离子体放电图案化衬底表面的方法，包括：
提供具有第一放电部分的第一电极和具有第二放电部分的第二电极，
通过在所述第一放电部分和所述第二放电部分之间产生高电压差来生成所述等离子体放电，从而在所述衬底附近产生等离子体，
相对于所述衬底定位所述第一电极，以及
在所述第一电极和所述衬底之间设置中间结构。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述中间结构形成为片材，所述片材具有至少一个孔，优选地具有多个孔。
30.如权利要求29所述的方法，包括通过所述至少一个孔提供所述等离子体，在所述衬底附近产生所述等离子体。
31.如权利要求28-30中任一项所述的方法，其中，所述中间结构包括不导电材料并且优选地基本由不导电材料构成。
32.如权利要求28-31中任一项所述的方法，其中，所述中间结构包括形成所述第二电极的导电材料并且优选地基本由形成所述第二电极的导电材料构成。
33.如权利要求28-32中任一项所述的方法，其中，所述中间结构形成为包括加工材料的片材，所述方法包括通过所述等离子体移位所述加工材料的至少一部分，以用于在所述衬底上或在所述衬底附近提供所述加工材料的所述至少一部分。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述中间结构包括具有所述加工材料的载体片材，所述方法包括通过所述等离子体从所述载体片材移除所述加工材料的所述至少一部分。
35.如权利要33或34所述的方法，包括在所述载体片材和所述衬底之间设置所述加工材料。
36.如权利要求28-35中任一项所述的方法，包括：
通过相对于所述第二电极将所述第一电极定位在第一位置中来选择性地产生所述等离子体放电，在所述第一位置中，所述第一放电部分和所述第二放电部分之间的距离足够大，以在所述高电压差下支持所述等离子体放电，以及
通过相对于所述第二电极将所述第一电极定位在第二位置中来阻止所述等离子体放电，在所述第二位置中，所述第一放电部分和所述第二放电部分之间的所述距离足够大，以在所述高电压差下防止等离子体放电。
37.如权利要求28-36中任一项所述的方法，包括当将所述第一电极移动到所述第一位置中时，在朝向所述第二电极的方向中移动所述第一电极，以及在将所述第一电极移动到所述第二位置中时，在远离所述第二电极的方向中移动所述第一电极。
38.如权利要求28-37中任一项所述的方法，还包括，沿所述衬底的所述表面扫描所述第一电极。
39.如权利要求28-38中任一项所述的方法，包括：相对于所述衬底同时定位多个第一电极，并且相对于所述第二电极单独定位每个第一电极。
40.如权利要求28-39中任一项所述的方法，还包括，通过所述等离子体放电选择性地蚀刻所述表面，通过所述等离子体放电将材料选择性地沉积到所述表面上，和/或通过所述等离子体放电选择性地改变所述表面的性质，例如，从疏水性改变到亲水性。
41.根据权利要求28-40中任一项所述的方法，还包括，沿所述衬底的所述表面同步地移动所述第一电极和所述第二电极。
42.用于从衬底制造诸如(O)LED设备、RFID标签或太阳能设备的中尺度电子设备；诸如MEMS设备、微透镜或多焦点透镜的中尺度三维结构；芯片级实验室；生物芯片；可打印塑料对象或胶印板的方法，包括使用根据权利要求1-27中的任一项所述的用于产生等离子体放电的设备处理所述衬底。
43.一种制造根据权利要求1-27中任一项所述的用于产生等离子体放电的设备的方法，包括：
-提供传统的点阵式打印机；
-提供用于产生高电压差的高压源；
-导电地连接所述点阵式打印机的所述打印头的至少一个打印笔和所述高压源。
44.一种制造根据权利要求1-27中任一项所述的用于产生等离子体放电的设备的方法，包括：
-提供传统的喷墨式打印机；
-提供用于产生高电压差的高压源；
-导电地连接所述喷墨式打印机的所述打印头的至少一个导电结构和所述高压源。
45.一种制造根据权利要求1-27中任一项所述的用于产生等离子体放电的设备的方法，包括：
-提供锤击式打印机；
-提供用于产生高电压差的高压源；
-导电地连接所述锤击式打印机的锤头组的至少一个导电结构和所述高压源。
46.一种改进工具，包括在如权利要求1-27中任一项所述的设备中使用的高压源和打印头，优选地设置为执行权利要求43-45中任一项所述的方法。
47.如权利要求46所述的改进工具，还包括：进气口，用于将气体引导向所述打印头的第一电极。
48.如权利要求46或47所述的改进工具，还具有如权利要求1-27中任一项所述的设备的所述中间结构。
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