CN114836735A - 基于icp的等离子体镀膜装置及其方法 - Google Patents
基于icp的等离子体镀膜装置及其方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，用于在抽真空的条件下，利用化学单体气体对待镀膜工件进行镀膜。该基于ICP的等离子体镀膜装置包括：一镀膜腔室；一转架，其中该转架被可转动地设置于该镀膜腔室，用于放置该待镀膜工件；一给排气系统，其中该给排气系统与该镀膜腔室可导通地连接，用于在向外排气以在该镀膜腔室内形成真空度的同时，向内供气以向该镀膜腔室提供该化学单体气体；以及一或多个ICP激发系统，其中该一或多个ICP激发系统分别被对应地设置于该镀膜腔室的外侧，用于在该镀膜腔室内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件的表面沉积以形成均匀的膜层。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体镀膜技术领域，特别是涉及一种基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法。
背景技术
等离子体镀膜作为提升材料表面性能的有效方法，已经被广泛应用于航空航天、汽车制造、机械重工和五金工具制造等领域。相应地，等离子体镀膜装置作为一种重要的加工设备，也已经被广泛应用于薄膜沉积、刻蚀以及表面处理等工艺。目前，现有的等离子体镀膜装置因感应耦合元件的不同可以分为：容性耦合等离子体装置和感性耦合等离子体装置。
现有的容性耦合等离子体装置通常采用平板型容性耦合元件，驱动频率为13.56MHz，用于向反应室提供激发电场使反应气体产生电离以形成等离子体，但这种等离子体反应装置因容性耦合元件的限制，产生的等离子体密度较低(约在109/cm3量级)，同时，由于容性耦合等离子体的电位较高(约＞20V)，导致基片表面容易受到活性离子的轰击，因此材料加工与表面改性的质量难以得到保证。
现有的电感耦合等离子体装置通常采用电感耦合线圈的耦合元件，在射频电源驱动下向反应室提供激发电磁场使反应气体产生电离以形成电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)。然而，虽然ICP作为一种低温、高密度的等离子体源，能够在一定程度上保证材料加工与表面改性的质量，但传统的电感耦合线圈只在反应室的中央部分所激发的电磁场较强，而在反应室的边缘部分所激发的电磁场较弱，使得反应室的中央部分的等离子体密度较高，边缘部分的等离子体密度较低。特别是随着基材的加工尺寸扩大，反应室的体积也相应增大后，传统的电感耦合线圈所激发的等离子体会存在很大的方位角的不对称性，使得反应室内的等离子体的分布很不均匀，只能依靠自由扩散来弥补外围等离子体密度低的区域，这就导致基材薄膜沉积或刻蚀的速率和厚度都不均匀，影响加工质量和稳定性。
发明内容
本发明的一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其能够使腔室内的工件获得均匀的膜层，以便满足材料加工与表面改性的质量要求。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置能够提高所述腔室内等离子体的密度和均匀性，有助于提高膜层的形成速率和厚度均匀性，便于确保镀膜的质量和稳定性。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置能够在所述腔室内提供均匀性较好的电磁场分布，以便进一步提高所述腔室内的等离子体的密度和均匀性。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置能够独立地调控入射到所述工件表面上的离子能量，有助于提高镀膜效率和镀膜质量。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置能够在所述腔室内提供分布均匀性较高的化学单体气体，以便在所述腔室内形成密度和均匀性均较好的等离子体，有助于提高镀膜的质量和稳定性。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置能够确保同一批的多个工件具有基本一致的镀膜条件，有助于保证批量加工的质量一致性。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置的镀膜操作简单，自动化程度较高，以便加工大量的工件，有助于满足工业上的大批量生产需求，降低镀膜成本。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置能够较好地达到超疏水膜的形成条件，有利于大规模工业化超疏水膜层的制备，便于促进超疏水膜的应用和发展。
本发明的另一优势在于提供一基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，其中，为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供简单的基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法，同时还增加了所述基于ICP的等离子体镀膜装置及其方法的实用性和可靠性。
为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了一基于ICP的等离子体镀膜装置，用于在抽真空的条件下，利用化学单体气体对待镀膜工件进行镀膜，其中所述基于ICP的等离子体镀膜装置包括：
一镀膜腔室；
一可活动支架，其中所述可活动支架被可活动地设置于所述镀膜腔室，用于放置该待镀膜工件；
一给排气系统，其中所述给排气系统与所述镀膜腔室可导通地连接，用于在向外排气以在所述镀膜腔室内形成真空度的同时，向内供气以向所述镀膜腔室提供该化学单体气体；以及
一或多个ICP激发系统，其中所述一或多个ICP激发系统分别被对应地设置于所述镀膜腔室的外侧，用于在所述镀膜腔室内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件的表面沉积以形成均匀的膜层。
根据本申请的一实施例，所述镀膜腔室包括一圆筒形腔体、一上端盖以及一下端盖，其中所述上端盖和所述下端盖分别被密封地设置于所述圆筒形腔体的上下两端，以限定出所述镀膜腔室的反应腔。
根据本申请的一实施例，所述一或多个ICP激发系统分别被对称地安装于所述圆筒形腔体，并且所述可活动支架与所述圆筒形腔体被同轴地布置。
根据本申请的一实施例，所述镀膜腔室具有一或多个激发窗口，其中所述一或多个所述激发窗口分别被开设于所述圆筒形腔体，并且所述一或多个ICP激发系统分别被对应地安装于所述一或多个激发窗口。
根据本申请的一实施例，每个所述ICP激发系统包括一感应线圈组、一射频源以及一介质板，其中所述介质板被对应地设置于所述圆筒形腔体，并密封对应的所述激发窗口，其中所述感应线圈组被对应地设置于所述介质板的外侧，并且所述射频源可通电地连接于所述感应线圈组，用于向所述感应线圈组施加驱动电压。
根据本申请的一实施例，所述感应线圈组包括两个片状线圈，并且两个所述片状线圈被并排地安装于所述介质板。
根据本申请的一实施例，所述ICP激发系统进一步包括一固定组件，其中所述固定组件包括一固定基座和一安装固定板，其中所述固定基座被固设于所述圆筒形腔体，以通过所述固定基座将所述介质板密封地安装于所述激发窗口，其中所述安装固定板被可拆卸地安装于所述固定基座，并且所述感应线圈组位于所述介质板和所述安装固定板之间，以将所述感应线圈组牢靠地固设于所述介质板的外侧。
根据本申请的一实施例，所述ICP激发系统进一步包括一风扇组，其中所述风扇组被对应地安装于所述固定组件的所述固定基座，并位于所述感应线圈组的附近，用于对所述感应线圈组进行强制散热。
根据本申请的一实施例，所述给排气系统包括一或多个给气管接口和至少一排气管接口，其中所述一或多个给气管接口适于将气源与所述镀膜腔室的所述反应腔连通，用于通过该气源向所述镀膜腔室的所述反应腔提供该化学单体气体，其中所述至少一排气管接口适于将真空泵与所述镀膜腔室的所述反应腔连通，用于通过该真空泵从所述镀膜腔室的所述反应腔向外抽气，以在所述镀膜腔室内形成所需的真空度。
根据本申请的一实施例，所述一或多个给气管接口包括多个所述给气管接口，并且多个所述给气管接口被均匀地分布于所述镀膜腔室的所述圆筒形腔体。
根据本申请的一实施例，所述可活动支架为一转架，并且所述转架包括绕着公转轴转动的一公转支架和绕着自转轴转动的多个自转支架，其中所述公转支架被可转动地设置于所述镀膜腔室，并且所述多个自转支架分别被可转动地设置于所述公转支架，以形成行星转架。
根据本申请的一实施例，所述转架的每个所述自转支架包括绕着所述自转轴转动的多个置物台，并且所述置物台被间隔地叠置于所述自转轴，用于在每层所述置物台上放置一或多个该待镀膜工件。
根据本申请的一实施例，所述自转支架进一步包括多组工装，其中每组所述工装被间隔地设置于对应的所述置物台，并且每个所述工装具有倾斜的安装面，用于倾斜地固定该待镀膜工件。
根据本申请的一实施例，所述转架进一步包括一公自互转机构，其中所述公自互转机构被设置于所述公转支架和所述自转支架之间，用于将所述自转支架的公转与所述自转支架的自转进行互相转换。
根据本申请的一实施例，所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，进一步包括一偏压系统，其中所述偏压系统可通电地连接于所述可活动支架，用于向所述可活动支架施加偏压，以独立地调控入射该待镀膜工件表面的离子能量。
根据本申请的一实施例，所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，进一步包括一偏压系统，其中所述偏压系统可通电地连接于所述可活动支架，用于向所述可活动支架施加偏压，以独立地调控入射该待镀膜工件表面的离子能量。
根据本申请的一实施例，所述偏压系统包括一脉冲偏压电源，其中所述脉冲偏压电源的负极可通电地连接至所述可活动支架，并且所述脉冲偏压电源的正极可通电地连接至所述镀膜腔室的所述圆筒形腔体，其中所述圆筒形腔体接地。
根据本申请的一实施例，所述镀膜腔室进一步包括一或多个金属栅网，其中所述一或多个金属栅网分别被对应地设置于所述圆筒形腔体上的所述一或多个激发窗口，并且所述一或多个金属栅网可电导通地连接于所述圆筒形腔体。
根据本申请的一实施例，所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，进一步包括一升降系统，其中所述升降系统被可驱动地连接所述镀膜腔室的所述下端盖，并且所述可活动支架被可拆卸地安装于所述镀膜腔室的所述下端盖，用于自动地升降所述下端盖。
根据本申请的一实施例，在该待镀膜工件的表面上形成的膜层为超疏水膜层或防液体膜层。
根据本申请的一实施例，在该待镀膜工件的表面上形成的膜层为防水膜层或防油膜层。
根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了基于ICP的等离子体镀膜方法，包括步骤：
更换放置有待镀膜工件的可活动支架于镀膜腔室；
在向外排气以在该镀膜腔室内形成真空度的同时，向内供气以向该镀膜腔室提供该化学单体气体；以及
通过被对应地设置于该镀膜腔室外侧的一或多个ICP激发系统，在该镀膜腔室内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件的表面沉积以形成均匀的膜层。
根据本申请的一实施例，所述放置待镀膜工件于在镀膜腔室内可转动的可活动支架的步骤，包括步骤：
通过一升降系统降低该镀膜腔室的下端盖以远离该镀膜腔室的圆筒形腔体；在所述下端盖上更换放置有该待镀膜工件的该可活动支架；以及
通过该升降系统提升该镀膜腔室的下端盖至所述圆筒形腔体，以将该可活动支架密封至该镀膜腔室的反应腔内。
根据本申请的一实施例，所述的基于ICP的等离子体镀膜方法，进一步包括步骤：
通过一偏压系统向该可活动支架施加偏压，以独立地调控入射到该待镀膜工件表面的离子能量。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例的一基于ICP的等离子体镀膜装置的框图示意图。
图2A和图2B分别示出了根据本发明的上述实施例的所述基于ICP的等离子体镀膜装置的立体示意图。
图3示出了根据本发明的上述实施例的所述基于ICP的等离子体镀膜装置的正视示意图。
图4和图5分别示出了根据本发明的上述实施例的所述基于ICP的等离子体镀膜装置的镀膜腔室的立体示意图。
图6A至图6C分别示出了根据本发明的上述实施例的所述基于ICP的等离子体镀膜装置的ICP激发系统的示意图。
图7A至图7C分别示出了根据本发明的上述实施例的所述ICP激发系统的局部示意图。
图8示出了根据本发明的上述实施例的所述基于ICP的等离子体镀膜装置的可活动支架的立体示意图。
图9和图10分别示出了根据本发明的一实施例的基于ICP的等离子体镀膜方法的流程示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
目前，现有的电感耦合等离子体装置通常采用电感耦合线圈的耦合元件，在射频电源驱动下向反应室提供激发电磁场使反应气体产生电离以形成电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)。然而，虽然ICP作为一种低温、高密度的等离子体源，能够在一定程度上保证材料加工与表面改性的质量，但传统的电感耦合线圈只在反应室的中央部分所激发的电磁场较强，而在反应室的边缘部分所激发的电磁场较弱，使得反应室的中央部分的等离子体密度较高，边缘部分的等离子体密度较低。特别是随着基材的加工尺寸扩大，反应室的体积也相应增大后，传统的电感耦合线圈所激发的等离子体会存在很大的方位角的不对成性，使得反应室内的等离子体的分布很不均匀，只能依靠自由扩散来弥补外围等离子体密度低的区域，这就导致基材薄膜沉积或刻蚀的速率和厚度都不均匀，影响加工质量和稳定性。因此，为了解决上述问题，本申请创造性地提出了一种基于ICP的等离子体镀膜装置及其镀膜方法，其能够使腔室内的工件获得均匀的膜层，以便满足材料加工与表面改性的质量要求。
参考说明书附图之图1至图8所示，根据本发明的一实施例的基于ICP的等离子体镀膜装置被阐明，其用于在抽真空的条件下，利用化学单体气体对待镀膜工件进行镀膜。具体地，如图1至图3所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1可以包括一镀膜腔室10、一给排气系统20、一或多个ICP激发系统30以及一可活动支架。所述可活动支架被可活动地设置于所述镀膜腔室10，其运动方式可以是线性运动、曲线运动等。在这个实施例中，所述可活动支架40被实施为一转架40，其被可转动地设置于所述镀膜腔室10，用于放置待镀膜工件800。所述给排气系统20与所述镀膜腔室10可导通地连接，用于在向外排气以在所述镀膜腔室10内形成真空度的同时，向内供气以向所述镀膜腔室10提供该化学单体气体。所述一或多个ICP激发系统30分别被对应地设置于所述镀膜腔室10的外侧，用于在所述镀膜腔室10内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件800的表面沉积以形成均匀的膜层。
值得注意的是，由于本申请的所述ICP激发系统30位于所述镀膜腔室10的外侧，使得所述ICP激发系统30能够在所述镀膜腔室10的边缘部分激发较强的电磁场以形成密度较高的等离子体；与此同时，用于放置该待镀膜工件800的所述转架40能够在所述镀膜腔室10内转动，以使较多数量的该待镀膜工件800依次通过所述镀膜腔室10内等离子体密度较高的边缘部分，因此本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1能够为较多数量的该待镀膜工件800提供相对一致的镀膜条件，有助于使所述镀膜腔室10内的该待镀膜工件800均获得均匀的合格膜层，以便满足材料加工与表面改性的质量要求。
此外，由于传统的电感耦合线圈只在反应室的中央部分所激发的电磁场较强以形成密度较高的等离子体，而在反应室的边缘部分所激发的电磁场较弱以形成密度较低的等离子体，因此只有位于所述反应室的中央部分的该待镀膜工件800才能够被镀上合格的膜层，而位于所述反应室的边缘部分的该待镀膜工件800因所处的等离子体密度较低而无法被镀上合格的膜层，但所述反应室的中央部分的空间有限，特别是随着基材的加工尺寸扩大，所述反应室的中央部分的空间占比会进一步减小，导致所述反应室的边缘部分无法被充分利用起来。然而，本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1能够充分利用所述镀膜腔室10的边缘部分，且能够为该待镀膜工件800提供相对一致的良好镀膜条件，有助于保证批量加工的质量一致性。
更具体地，如图2B和图5所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述镀膜腔室10可以包括一圆筒形腔体11、一上端盖12以及一下端盖13，其中所述上端盖12和所述下端盖13分别被密封地设置于所述圆筒形腔体11的上下两端，以限定出所述镀膜腔室10的一反应腔100。
特别地，如图3所示，所述一或多个ICP激发系统30分别被对称地安装于所述圆筒形腔体11，并且所述转架40与所述圆筒形腔体11被同轴地布置，使得所述转架40在所述反应腔100内转动时，被置于所述转架40上的该待镀膜工件800能够始终邻近所述圆筒形腔体11，以便依次靠近所述一或多个ICP激发系统30，获得相对一致的良好镀膜条件。
示例性地，根据本申请的上述实施例，如图2A和图5所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述一或多个ICP激发系统30可以包括两个所述ICP激发系统30，并且两个所述ICP激发系统30被左右对称地设置于所述圆筒形腔体11，以便在所述镀膜腔室10的所述反应腔100内形成均匀分布的电磁场，有助于提高所述反应腔100内等离子体的均匀性。当然，在本申请的其他示例中，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述一或多个ICP激发系统30也可以包括四个或更多个所述ICP激发系统30，并且所述ICP激发系统30被均匀且对称地设置于所述圆筒形腔体11，有助于进一步提高所述反应腔100内电磁场分布的均匀性和强度，进而进一步提高等离子体的密度和均匀性。
值得注意的是，由于本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述圆筒形腔体11通常由金属材料制成，而为了防止所述圆筒形腔体11的金属特性干扰在所述反应腔100内形成的电磁场分布，因此，如图5所示，本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述镀膜腔室10具有一或多个激发窗口14，其中所述一或多个激发窗口14分别被开设于所述圆筒形腔体11，并且所述一或多个ICP激发系统30分别被对应地安装于所述一或多个激发窗口14。
具体地，如图1至图6C所示，每个所述ICP激发系统30可以包括一感应线圈组31、一射频源32以及一介质板33，其中所述介质板33被对应地设置于所述圆筒形腔体11，并密封对应的所述激发窗口14，其中所述感应线圈组31被对应地设置于所述介质板33的外侧，并且所述射频源32可通电地连接于所述感应线圈组31，用于向所述感应线圈组31施加驱动电压，使得所述感应线圈组31在所述射频源32的驱动下透过所述介质板33向所述反应腔100提供激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体。
优选地，如图7A至图7C所示，所述感应线圈组31可以包括两个片状线圈310，其中两个所述片状线圈310被并排地安装于所述介质板33，以便提供更强的电磁场，有助于提高电离效率，进而提高等离子体的密度。值得注意的是，所述片状线圈310可以但不限于由铜片经回旋弯折而成，或者所述片状线圈310也可以由一整块铜片经由切割而成。可以理解的是，所述片状线圈310的材质也可以被实施为诸如金、银、铝等其他类型的金属，只要能够导电以产生所需的电磁场即可。
更优选地，如图6A至图6C所示，所述ICP激发系统30可以进一步包括一固定组件34，以通过所述固定组件34将所述感应线圈组31和所述介质板33固定地安装于所述圆筒形腔体11上的所述激发窗口14，以确保所述ICP激发系统30的安装稳定性。
示例性地，如图5至图6C所示，所述ICP激发系统30的所述固定组件34可以包括一固定基座341和一安装固定板342，其中所述固定基座341被固设于所述圆筒形腔体11，以通过所述固定基座341将所述介质板33密封地安装于所述激发窗口14，其中所述安装固定板342被可拆卸地安装于所述固定基座341，并且所述感应线圈组31位于所述介质板33和所述安装固定板342之间，以将所述感应线圈组31牢靠地固设于所述介质板33的外侧。
优选地，所述安装固定板342由诸如金属或陶瓷等散热性能较好的材料制成，以便将经由所述感应线圈组31产生的热量散发至外部环境中，有助于保证ICP激发系统30的工作稳定性。
更优选地，如图6A至图7C所示，所述ICP激发系统30可以进一步包括一风扇组35，其中所述风扇组35被对应地安装于所述固定组件34的所述固定基座341，并位于所述感应线圈组31的附近，用于对所述感应线圈组31进行强制散热，有助于提高所述ICP激发系统30的散热性能，进一步保证所述ICP激发系统30的工作稳定性。
根据本申请的上述实施例，如图2A至图5所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述给排气系统20可以包括一或多个给气管接口21和至少一排气管接口22，其中所述一或多个给气管接口21适于将气源与所述镀膜腔室10的所述反应腔100连通，用于通过所述气源向所述镀膜腔室10的所述反应腔100提供该化学单体气体；其中所述至少一排气管接口22适于将真空泵与所述镀膜腔室10的所述反应腔100连通，用于通过所述真空泵从所述镀膜腔室10的所述反应腔100向外抽气，以在所述镀膜腔室10内形成所需的真空度。可以理解的是，本发明提及的真空度指的是所述镀膜腔室10的内部压力小于所述镀膜腔室10的外部压力；当然，所述镀膜腔室10的外部压力可以是大气压，也可以是低于或高于大气压的气体压力，本发明对此不做限制。
优选地，如图5所示，多个所述给气管接口21被均匀地分布于所述镀膜腔室10的所述圆筒形腔体11，以便均匀地为所述镀膜腔室10的所述反应腔100提供所述化学单体气体，有助于提高所述化学单体气体在所述反应腔100内分布的均匀性。
此外，如图4和图5所示，所述排气管接口22优选地被设置于所述镀膜腔室10的所述上端盖12的中心，以便在所述镀膜腔室10的所述反应腔100的中央部分形成负压，有助于所述化学单体气体从所述反应腔100的边缘部分向中央部分扩散，进一步提高所述化学单体气体在所述反应腔100内分布的均匀性。
值得注意的是，尽管在附图1至图4以及接下来的描述中以所述给排气系统20包括一个所述排气管接口22为例，阐述本发明的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的特征和优势，本领域技术人员可以理解的是，附图1至图4以及接下来的描述中揭露的所述排气管接口22的具体数量仅为举例，其并不构成对本发明的内容和范围的限制，例如，在所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的其他示例中，所述排气管接口22的数量也可以是二个、三个、四个、五个，甚至更多。
值得一提的是，根据本发明的上述实施例，如图3和图8所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述转架40可以包括绕着公转轴410转动的一公转支架41和绕着自转轴420转动的多个自转支架42，其中所述公转支架41被可转动地设置于所述镀膜腔室10，并且所述多个自转支架42分别被可转动地设置于所述公转支架41，以形成行星转架400，其中所述多个自转支架42用于放置该待镀膜工件800，使得被放置于所述自转支架42的该待镀膜工件800在所述自转支架42的带动下，绕着所述自转支架42的自转轴420进行转动的同时，还在所述公转支架41的带动下，绕着所述公转支架41的公转轴410进行转动，也就是说，被放置于所述自转支架42的该待镀膜工件800在所述镀膜腔室10的所述反应腔100内既进行自转，又进行公转，使得所有的该待镀膜工件800不管其在所述反应腔100内的初始位置是处于边缘部分还是中央部分，均能够被转动至所述反应腔100的边缘部分，以便为所有的该待镀膜工件800提供一致性更高的镀膜条件，从而确保所有的该待镀膜工件800获得均匀性一致的膜层，以便满足工业化批量化生产的要求。
优选地，如图8所示，每个所述自转支架42可以包括绕着所述自转轴420转动的多个置物台421，其中所述置物台421被间隔地叠置于所述自转轴420，以在每层所述置物台421上放置一个或多个所述待镀膜工件800，使得所述置物台421带动大量的所述待镀膜工件800在所述镀膜腔室10内进行自转和公转，以便批量地实现镀膜工序。
更优选地，如图8所示，每个所述自转支架42还可以进一步包括多组工装422，其中每组所述工装422被间隔地设置于对应的所述置物台421，用于固定所述待镀膜工件800，以确保所述待镀膜工件800随着所述自转支架42和所述公转支架41稳定地转动。
最优选地，如图8所示，所述工装422具有倾斜的安装面，用于倾斜地固定所述待镀膜工件800，有助于减小相邻的两个所述置物台421之间的间距，以便在有限的空间内放置更多数量的所述待镀膜工件800，充分利用所述镀膜腔室10的所述反应腔100。
根据本发明的上述实施例，如图8所示，所述转架40可以进一步包括一公自互转机构43，其中所述公自互转机构43被设置于所述公转支架41和所述自转支架42之间，用于将所述自转支架42的公转(即所述置物台421绕着所述公转轴410的转动)与所述自转支架42的自转(即所述置物台421绕着所述自转轴420的转动)进行互相转换。换言之，当所述置物台421被驱动以绕着所述自转轴420旋转时，所述公自互转机构43能够将所述置物台421的自转动力转换成所述所述置物台421的公转动力，以使所述置物台421绕着所述公转轴410进行公转；同样地，当所述置物台421被驱动以绕着公转轴410旋转时，所述公自互转机构43也可以将所述置物台421的公转动力转换成所述置物台421的自转动力，以使所述置物台421绕着所述自转轴420进行自转。这样，本发明的所述转架40就能够只利用一台电机就能够驱动所述置物台421在自转(或公转)的同时也能够公转(或自转)。
示例性地，如图8所示，本发明的所述转架40的所述公自互转机构43优选地包括相互啮合的一母轮431和多个子轮432，其中所述母轮431与所述公转轴410同轴地设置，并且所述母轮431相对于所述公转轴410异步地转动(如所述母轮431能够相对于所述公转轴410处于旋转状态)，其中所述子轮432被同轴地设置于所述自转支架42的所述自转轴420，并且所述子轮432相对于所述自转轴420与同步地转动(即所述子轮432相对于所述自转轴420处于静止状态)。这样，由于所述母轮431与所述子轮432相互啮合，并且所述子轮432能够沿着所述母轮431的外周缘进行啮合地滚动；因此，当所述自转支架42被驱动以带动所述置物台421进行公转时，所述子轮432将沿着所述母轮431的外周缘进行啮合地滚动，以带动所述自转轴410进行同步地转动，使得所述置物台421进行自转。
优选地，所述母轮431的直径大于所述子轮432的直径，以使所述置物台421的自转角速度大于所述置物台421的公转角速度，有助于加快所述置物台421的自转速度，有助于提高镀膜厚度的均匀度。当然，在本发明的其他示例中，所述母轮431的直径也可以小于所述子轮432的直径，以使所述置物台421的自转角速度小于所述置物台421的公转角速度，有助于增强所述转架40对所述化学单体气体施加的扰动。
值得注意的是，在本发明的其他示例中，所述母轮431和所述子轮432之间也可以不直接啮合地连接，而是通过诸如传动皮带、传动链条或传动齿轮组等等传动机构进行间接地连接，只要能够确保所述子轮432在自转的同时，也能够绕着所述母轮431的中心轴进行公转即可，本发明对此不再赘述。可以理解的是，所述置物台421的自转或公转可以但不限于通过诸如电机、汽轮机或水力马达等装置进行驱动。
值得一提的是，根据本申请的上述实施例，如图1所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述ICP激发系统30的所述射频源32可以包括一射频电源321和一射频匹配器322，其中所述射频匹配器322将所述射频电源321电连接至所述感应线圈组31，用于将所述射频电源321加载至所述感应线圈组31的所述片状线圈310，从而在所述反应腔100内产生用于激发等离子体的强电磁场。
为了增强等离子体的能量，如图1和图3所示，本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1可以进一步包括一偏压系统50，其中所述偏压系统50可通电地连接于所述转架40，用于向所述转架40施加偏压，以独立地调控入射到所述待镀膜工件800表面的离子能量，有助于提高所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的镀膜效率。
示例性地，本申请的所述偏压系统50可以包括一脉冲偏压电源，其中所述脉冲偏压电源的负极(输出端)可通电地连接至所述转架40，并且所述脉冲偏压电源的正极(输入端)可通电地连接至所述镀膜腔室10的所述圆筒形腔体11，其中所述圆筒形腔体11接地，以便通过所述脉冲偏压电源对所述转架40施加偏压而对应地调控离子能量。
优选地，所述转架40的所述公转支架41和所述自转支架42相互可通电地连接，并且所述自转支架42的所述工装422由金属材料制成，以通过所述脉冲偏压电源51对所述转架40的所述工装422施加偏压，便于在所述转架40的所述工装422和所述圆筒形腔体11之间形成电势差，有助于促进所述反应腔100内的等离子体由所述圆筒形腔体11向所述工装422飞射，进而增强所述等离子体的能量。
更优选地，如图5所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述镀膜腔室10可以进一步包括一或多个金属栅网15，其中所述一或多个金属栅网15分别被对应地设置于所述圆筒形腔体11上的所述一或多个激发窗口14，并且所述一或多个金属栅网15可电导通地连接于所述圆筒形腔体11，使得所述金属栅网15通过所述圆筒形腔体11被接地，以便在所述转架40的所述工装422和所述金属栅网15之间形成电势差，使得在所述激发窗口14被激发而形成的等离子体由所述金属栅网15快速地飞射至被安装至所述工装422的所述待镀膜工件800的表面，避免所述等离子体在所述激发窗口14处滞留，有助于提高所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的镀膜效率。
根据本申请的上述实施例，如图2A和图2B所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的所述转架40被可拆卸地安装于所述镀膜腔室10的所述下端盖13，并且所述下端盖13被可拆卸地安装于所述圆筒形腔体11，以便通过拆卸所述镀膜腔室10的所述下端盖13来整体地更换所述转架40，也就是说，当一个所述转架40上放置的所述待镀膜工件800完成镀膜时，只需将所述下端盖13从所述圆筒形腔体11上拆卸下来，并利用另一个所述转架40(其上放置的所述待镀膜工件800未进行镀膜)来替换上述转架40(其上放置的所述待镀膜工件800已完成镀膜)，再将所述下端盖13安装至所述圆筒形腔体11即可进行新的镀膜工作。
优选地，如图1、图2A以及图2B所示，所述基于ICP的等离子体镀膜装置1可以进一步包括一升降系统60，其中所述升降系统60被可驱动地连接所述镀膜腔室10的所述下端盖13，用于自动地升降所述下端盖13，其中所述下端盖13能够被所述升降系统60提升以将所述转架40密封至所述反应腔100内，并且所述下端盖13能够被所述升降系统60降低以远离所述圆筒形腔体11，便于更换所述转架40，有助于提高所述基于ICP的等离子体镀膜装置1的自动化程度，降低人工成本。
值得注意的是，所述升降系统60可以但不限于采用液压系统来实现所述下端盖13的升降功能。当然，在本申请的其他示例中，所述升降系统60也可以采用诸如电动系统或气动系统等动力系统来实现所述下端盖13的升降功能，本申请对此不再赘述。
值得一提的是，疏水性一般要求材料表面水接触角大于90°，而超疏水性一般要求材料表面的水接触角不小于150°。在自然界中，存在着很多的超疏水现象，比如说在当雨滴滴落在荷叶或者是稻叶上时，雨滴能够自动沿着荷叶或者稻叶表面滑落，同时带走表面附着的一些灰尘。而通过在基材表面形成超疏水膜层，则能够达到超疏水效果，这在防雾、防腐、自清洁以及防冰领域存在极大的应用前景，比如说太阳能电池领域、显示屏防水领域、建筑玻璃自清洁领域等。
目前，常用的制备超疏水膜层的方法一般分为两个步骤，首先通过喷砂、蚀刻或者是电镀等方式在表面形成一定的粗糙度，然后通过喷涂、旋涂或者是浸泡等液相法修饰一层低表面物质，从而形成超疏水膜层，以达到超疏水效果。但这些制备方法的步骤通常比较繁琐，原料的利用率较低，并且在制备过程中使用的有机溶剂对于环境和操作人员会造成不良的影响，比如说使用的液相氟硅烷系列。这些因素都不利于大规模工业化超疏水膜层的制备。
然而，通过本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1能够很好地解决上述问题，一方面是因为本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1能够进一步提高等离子体的密度和均匀性，能够较好地达到超疏水膜的形成条件，便于在所述待镀膜工件800的表面制备出质量较高的超疏水膜层；另一方面是因为本申请的所述基于ICP的等离子体镀膜装置1能够提高镀膜效率，并且容易批量地更换待镀膜工件800，以便加工大量的工件，有助于满足工业上的大批量生产需求，降低镀膜成本，便于促进超疏水膜的应用和发展。
根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种基于ICP的等离子体镀膜方法，如图9所示，其中所述基于ICP的等离子体镀膜方法可以包括步骤：
S100：更换放置有待镀膜工件的可活动支架于镀膜腔室；
S200：在向外排气以在该镀膜腔室内形成真空度的同时，向内供气以向该镀膜腔室提供该化学单体气体；以及
S300：通过被对应地设置于该镀膜腔室外侧的一或多个ICP激发系统，在该镀膜腔室内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件的表面沉积以形成均匀的膜层。
更具体地，如图10所示，所述基于ICP的等离子体镀膜方法的所述步骤S100可以包括步骤：
S110：通过一升降系统降低该镀膜腔室的下端盖以远离该镀膜腔室的圆筒形腔体；
S120：在所述下端盖上更换放置有该待镀膜工件的该可活动支架；以及
S130：通过该升降系统提升该镀膜腔室的下端盖至所述圆筒形腔体，以将该可活动支架密封至该镀膜腔室的反应腔内。
可以理解的是，在其他实施方式中，该可活动支架也可以不更换，先在可活动支架上更换新批次的该待镀膜工件，再将载有该待镀膜工件的该可活动支架升入该镀膜腔室的反应腔内。
值得注意的是，如图9所示，所述的基于ICP的等离子体镀膜方法，可以进一步包括步骤：
S400：通过一偏压系统向该可活动支架施加偏压，以独立地调控入射到该待镀膜工件表面的离子能量。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (24)
1.基于ICP的等离子体镀膜装置，用于在抽真空的条件下，利用化学单体气体对待镀膜工件进行镀膜，其特征在于，其中所述基于ICP的等离子体镀膜装置包括：
一镀膜腔室；
一可活动支架，其中所述可活动支架被可活动地设置于所述镀膜腔室，用于放置该待镀膜工件；
一给排气系统，其中所述给排气系统与所述镀膜腔室可导通地连接，用于在向外排气以在所述镀膜腔室内形成真空度的同时，向内供气以向所述镀膜腔室提供该化学单体气体；以及
一或多个ICP激发系统，其中所述一或多个ICP激发系统分别被对应地设置于所述镀膜腔室的外侧，用于在所述镀膜腔室内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件的表面沉积以形成均匀的膜层。
2.如权利要求1所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述镀膜腔室包括一圆筒形腔体、一上端盖以及一下端盖，其中所述上端盖和所述下端盖分别被密封地设置于所述圆筒形腔体的上下两端，以限定出所述镀膜腔室的反应腔。
3.如权利要求2所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述一或多个ICP激发系统分别被对称地安装于所述圆筒形腔体，并且所述可活动支架与所述圆筒形腔体被同轴地布置。
4.如权利要求3所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述镀膜腔室具有一或多个激发窗口，其中所述一或多个所述激发窗口分别被开设于所述圆筒形腔体，并且所述一或多个ICP激发系统分别被对应地安装于所述一或多个激发窗口。
5.如权利要求4所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，每个所述ICP激发系统包括一感应线圈组、一射频源以及一介质板，其中所述介质板被对应地设置于所述圆筒形腔体，并密封对应的所述激发窗口，其中所述感应线圈组被对应地设置于所述介质板的外侧，并且所述射频源可通电地连接于所述感应线圈组，用于向所述感应线圈组施加驱动电压。
6.如权利要求5所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述感应线圈组包括两个片状线圈，并且两个所述片状线圈被并排地安装于所述介质板。
7.如权利要求6所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述ICP激发系统进一步包括一固定组件，其中所述固定组件包括一固定基座和一安装固定板，其中所述固定基座被固设于所述圆筒形腔体，以通过所述固定基座将所述介质板密封地安装于所述激发窗口，其中所述安装固定板被可拆卸地安装于所述固定基座，并且所述感应线圈组位于所述介质板和所述安装固定板之间，以将所述感应线圈组牢靠地固设于所述介质板的外侧。
8.如权利要求7所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述ICP激发系统进一步包括一风扇组，其中所述风扇组被对应地安装于所述固定组件的所述固定基座，并位于所述感应线圈组的附近，用于对所述感应线圈组进行强制散热。
9.如权利要求2至8中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述给排气系统包括一或多个给气管接口和至少一排气管接口，其中所述一或多个给气管接口适于将气源与所述镀膜腔室的所述反应腔连通，用于通过该气源向所述镀膜腔室的所述反应腔提供该化学单体气体，其中所述至少一排气管接口适于将真空泵与所述镀膜腔室的所述反应腔连通，用于通过该真空泵从所述镀膜腔室的所述反应腔向外抽气，以在所述镀膜腔室内形成所需的真空度。
10.如权利要求9所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述一或多个给气管接口包括多个所述给气管接口，并且多个所述给气管接口被均匀地分布于所述镀膜腔室的所述圆筒形腔体。
11.如权利要求2至8中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述可活动支架为一转架，并且所述转架包括绕着公转轴转动的一公转支架和绕着自转轴转动的多个自转支架，其中所述公转支架被可转动地设置于所述镀膜腔室，并且所述多个自转支架分别被可转动地设置于所述公转支架，以形成行星转架。
12.如权利要求11所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述转架的每个所述自转支架包括绕着所述自转轴转动的多个置物台，并且所述置物台被间隔地叠置于所述自转轴，用于在每层所述置物台上放置一或多个该待镀膜工件。
13.如权利要求12所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述自转支架进一步包括多组工装，其中每组所述工装被间隔地设置于对应的所述置物台，并且每个所述工装具有倾斜的安装面，用于倾斜地固定该待镀膜工件。
14.如权利要求11所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述转架进一步包括一公自互转机构，其中所述公自互转机构被设置于所述公转支架和所述自转支架之间，用于将所述自转支架的公转与所述自转支架的自转进行互相转换。
15.如权利要求1至3中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，进一步包括一偏压系统，其中所述偏压系统可通电地连接于所述可活动支架，用于向所述可活动支架施加偏压，以独立地调控入射该待镀膜工件表面的离子能量。
16.如权利要求4至8中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，进一步包括一偏压系统，其中所述偏压系统可通电地连接于所述可活动支架，用于向所述可活动支架施加偏压，以独立地调控入射该待镀膜工件表面的离子能量。
17.如权利要求16所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述偏压系统包括一脉冲偏压电源，其中所述脉冲偏压电源的负极可通电地连接至所述可活动支架，并且所述脉冲偏压电源的正极可通电地连接至所述镀膜腔室的所述圆筒形腔体，其中所述圆筒形腔体接地。
18.如权利要求17所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，所述镀膜腔室进一步包括一或多个金属栅网，其中所述一或多个金属栅网分别被对应地设置于所述圆筒形腔体上的所述一或多个激发窗口，并且所述一或多个金属栅网可电导通地连接于所述圆筒形腔体。
19.如权利要求2至8中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，进一步包括一升降系统，其中所述升降系统被可驱动地连接所述镀膜腔室的所述下端盖，并且所述可活动支架被可拆卸地安装于所述镀膜腔室的所述下端盖，用于自动地升降所述下端盖。
20.如权利要求1至8中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，在该待镀膜工件的表面上形成的膜层为超疏水膜层或防液体膜层。
21.如权利要求1至8中任一所述的基于ICP的等离子体镀膜装置，其中，在该待镀膜工件的表面上形成的膜层为防水膜层或防油膜层。
22.基于ICP的等离子体镀膜方法，其特征在于，包括步骤：
更换放置有待镀膜工件的可活动支架于镀膜腔室；
在向外排气以在该镀膜腔室内形成真空度的同时，向内供气以向该镀膜腔室提供该化学单体气体；以及
通过被对应地设置于该镀膜腔室外侧的一或多个ICP激发系统，在该镀膜腔室内产生激发电磁场，以电离该化学单体气体而形成电感耦合等离子体，使得该电感耦合等离子体在该待镀膜工件的表面沉积以形成均匀的膜层。
23.如权利要求22所述的基于ICP的等离子体镀膜方法，其中，所述放置待镀膜工件于在镀膜腔室内可转动的可活动支架的步骤，包括步骤：
通过一升降系统降低该镀膜腔室的下端盖以远离该镀膜腔室的圆筒形腔体；
在所述下端盖上更换放置有该待镀膜工件的该可活动支架；以及
通过该升降系统提升该镀膜腔室的下端盖至所述圆筒形腔体，以将该可活动支架密封至该镀膜腔室的反应腔内。
24.如权利要求22或23所述的基于ICP的等离子体镀膜方法，进一步包括步骤：
通过一偏压系统向该可活动支架施加偏压，以独立地调控入射到该待镀膜工件表面的离子能量。
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