CN1275790A - 表面处理方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过产生包含注入到要处理的工件中的所需离子的等离子体来进行表面处理的方法,即使要处理的物体是绝缘体也能实施该表面处理方法。还涉及通过向绝缘体注入离子来改善绝缘体表面的表面处理设备,其中包括产生包含注入离子的等离子体的等离子体发生装置,和向绝缘体施加脉冲型电压的电压施加装置。其中,电压施加装置施加包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。

Description

表面处理方法及设备
本发明涉及通过将离子注入到绝缘体中来改善绝缘体表面的表面处理方法和设备。
已使用一种方法对材料进行表面处理以改善包括硬度、弹塑性、导电性、润滑性、耐久性、防潮性、防腐性、润温性和透气性的多种特性。就前述方法而言，一种众所周知的方法是将离子注入到要处理的工件中以改善工件表面。
作为把离子注入到要处理的工件中的方法，众所周知的方法(以下称“离子束注入法”)是将工件用离子束直接照射以使离子注入到要处理的工件中。
然而，离子束注入法有这样的问题，即当工件具有三维结构时离子不能均匀地注入到要处理的工件中。
发明了一种方法，它能克服上述问题并且即使要处理的工件具有三维结构也能均匀地注入离子。该方法(以下称“等离子体注入法”)包括以下步骤：产生包含要注入的离子的等离子体；通过用衬底偏压加速包含在等离子体中的离子把离子注入到要处理的工件中。
实施等离子体注入法时，要处理的工件放置在包含要注入的离子的等离子体中。然后，如图1所示的负脉冲偏压施加到要处理的工件上。当负电压施加到要处理的工件后，等离子体中的离子注入到工件中。
实施前述等离子体注入法时，包含要注入的离子的等离子体在要处理的工件周围产生。因此，如果要处理的工件具有三维结构，离子能均匀地注入到工件表面中。
然而，等离子体注入法的应用仅局限于要处理的工件是导体例如金属的情况。其原因在于，当要处理的工件为绝缘体时，如果用等离子体注入法进行离子注入，那么在要处理的工件中电荷迅速地积累。因而出现所谓的充电状态。所以它使离子不能有效地注入到要处理的工件中。
正是鉴于这种情况，本发明的目的是，如果要进行表面处理的工件是绝缘体，提供一种通过用等离子体注入法进行离子注入的表面处理方法和设备。
根据本发明的一个方面，它提供一种用于向绝缘体注入离子的表面处理设备，其中包括：产生包含注入到所述绝缘体中的所述离子的等离子体的装置；向所述绝缘体施加电压脉冲的装置；在所述等离子体气氛中通过向所述绝缘体施加包括正和/或负脉冲型电压而注入离子到所述绝缘体中的装置。
根据本发明的另一个方面，它提供一种用电子束照射进行绝缘体表面处理的方法，其改进为：在绝缘体用电子束照射的同时施加脉冲型电压到绝缘体上。
根据本发明的表面处理方法和设备，设置为可使施加到绝缘体上的偏压为包括正脉冲电压和负脉冲电压的脉冲型电压。因此，在要进行表面处理的绝缘体中的不合乎需要的电荷积累能在离子注入过程中得以防止。也就是说，如果由于施加负脉冲型电压而在要进行表面处理的绝缘体中积累电荷，该电荷能立即被正脉冲型电压抵消。所以它使所谓的充电状态能被阻止。结果，离子能连续地注入到要进行表面处理的绝缘体中。
根据本发明，如果要进行表面处理的工件是绝缘体，能通过用等离子体注入法注入离子来进行表面处理。因此，如果要进行表面处理的工件例如为具有三维结构的绝缘体，离子能均匀地注入到要处理的工件表面中以便改善工件表面。
根据本发明，即使是绝缘体的塑料也可用离子注入而进行表面处理。也就是说，本发明能使塑料用离子注入进行表面处理以便改善硬度、弹塑性、导电性、润滑性、耐久性、防潮性、防腐性、可湿性和透气性。因此，根据本发明，过去用金属或玻璃制成的多种元件可由低成本塑料制成。所以它能获得显著的工业效益。
图1示出向要用常规等离子体注入法处理的工件施加的脉冲偏压波形。
图2示出根据本发明的表面处理设备结构的实施例。
图3示出当用离子束注入法注入离子后获得的注入曲线。
图4示出当用根据本发明的等离子体注入法注入离子后获得的注入曲线。
图5示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的脉冲型电压波形。
图6示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图7示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图8示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图9示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图10示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图11示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图12示出根据本发明施加到进行表面处理的工件上的另一脉冲型电压波形。
图13示出根据第一实施例施加到塑料衬底上的脉冲型电压的第一实施例。
图14示出根据第一实施例施加到塑料衬底上的脉冲型电压的第二实施例。
图15示出根据第一实施例受到离子注入表面处理的塑料衬底的压入硬度测试的结果，从而示出通过施加如图13所示脉冲型电压进行离子注入的测量结果。
图16示出根据第一实施例受到离子注入表面处理的塑料衬底的压入硬度测试的结果，从而示出通过施加如图14所示脉冲型电压进行离子注入的测量结果。
图17示出根据第二实施例在涂有油墨的塑料衬底受到离子注入表面处理之前和之后的红外线频谱特性的测量结果；以及
图18示出根据第三实施例进行表面处理的转鼓。
现在参照附图描述本发明的实施例。
根据本发明的表面处理设备的结构实施例如图2所示。根据本发明的表面处理设备1是通过等离子体注入方法改善由绝缘体制成的要用离子注入进行处理的工件2表面的设备。
要受到离子注入表面处理的工件2的材料例如为无定形聚烯烃(APO)、聚碳酸脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、碳和玻璃。要注入到工件2中的离子源例如为C、N、Ar、W、Ta、Cr、Mo、Co、Pt、Ni、Fe、Ti、Mn、Cu和Sm。
表面处理设备1包括真空室3、用于将真空室3内部抽真空的深冷泵4、在真空室3中用于支撑工件2的夹具5、用于提供要注入到工件2中的离子的离子发生器6、用于在离子提供和阻止离子提供之间进行切换的闸门7以及把包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压施加到要处理的工件2上的脉冲电源8。
真空室3为腔室，其内部被抽真空以获得高度真空状态。在表面处理设备1中，包含要注入到工件2中的离子的等离子体在真空室3中产生。由此，包含在等离子体中的离子被注入到工件2中。
深冷泵4为用于将真空室3内部抽真空以获得高度真空状态的真空泵。表面处理设备1设置成可使深冷泵4将真空室3内部抽真空。因而，在离子注入到真空室3之前获得高度真空，也就是说，背景真空度达到例如约10-7乇。当用深冷泵4把真空室3内部抽真空获得真空度使离子注入真空室3以便产生等离子体，也就是说，当离子被注入时真空度为例如10-5乇。
夹具5支撑工件2。连接到真空室3上的绝缘支撑部件9把夹具5固定到真空室3内部。当由绝缘体制成的工件2进行表面处理时，工件2固定到夹具5上。
夹具5包括用于引导冷却水的管子。冷却水可以沿管子流动以使固定到夹具5的工件2冷却。包括在夹具5中的用于引导冷却水的管子经过支撑部件9延伸到真空室3的外部。如图中箭头A所示，冷却水可以沿着包括在夹具5中的用于引导冷却水的管子和沿着用于引导冷却水的延伸到真空室3外部的管子提供。
当用等离子体注入法注入离子时，工件2的温度随着离子的注入而升高。当工件2由必须避免在高温下进行工艺的材料如塑料制成时，由离子注入导致的工件2温度的过度增升就产生问题。
然而，在工件2受到离子注入表面处理时，包括具有水冷功能的夹具5的表面处理设备1能控制工件2的温度。因此，如果工件2由必须避免在高温下进行工艺的材料如塑料制成时，工件2温度的增升能被阻止而把离子注入到工件2中。
离子发生器6为用于提供要注入到工件2中的离子的等离子体发生装置，可以产生包含要注入到工件2中的离子的等离子体。离子发生器6包括用于产生要注入到工件2中的离子的离子发生源10和用于从由离子发生源10产生的粒子中仅分离出具有单位电荷的离子的质量分离器11。
离子发生源10可为Kauffmann离子源、磁控溅射源或阴极电弧源。Kauffmann离子源和磁控溅射源都设置为可使用作离子源的工作气体被注入以使从工作气体中产生离子。另一方面，阴极电弧源在产生离子时不使用工件气体。具体而言，阴极电弧源使用由用作离子源的材料制成的阴极以使电弧发射发生。电弧发射使阴极蒸发因而得到电离粒子。由于阴极电弧源不使用工件气体来产生离子，可以获得可在保持真空状态的同时产生离子的优点。
当阴极电弧源用作离子发生源10时，有时会出现微滴发生的问题。为克服微滴发生的问题，阴极电弧源的一部分使用电磁过滤器来除去微滴。前述类型的阴极电弧源称为过滤阴极电弧源。表面处理设备1可把过滤阴极电弧源用作离子发生源10。
离子发生源10产生具有大质量的大粒子、中性粒子以及所需要的离子。必须阻止除所需离子以外的粒子移向工件2。因此，离子发生器6包括用于从离子发生源10产生的粒子中仅把所需离子注入到真空室3中的质量分离器11。
质量分离器11具有弯曲成例如45°的通道。而且，沿通道放置磁铁。由磁铁产生的磁场引导所需离子沿着弯曲通道进入真空室3中。另一方面，具有大质量的大粒子和中性粒子不能轻易被引导。因此，前述粒子不能通过弯曲通道。从而前述粒子被阻止。
当质量分离器11放置在离子发生源10和真空室3之间时，具有大质量的大粒子和中性粒子能被阻止。也就是说，只有所需的离子能注入到真空室3中。结果，具有大质量的大粒子和中性粒子的影响能被消除。因而，表面处理结果的质量可以得到提高。
闸门7放置在与离子发生器6的离子发射口相邻处以在离子提供和阻止离子提供之间进行切换。当闸门7打开时，离子从质量分离器11提供。当闸门7关闭时，离子发生器6的离子提供被中断。
脉冲电源8为把包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压施加到由夹具5支撑的工件2上的电压施加装置。也就是说，当离子引导到工件2上时，脉冲电源8把用作偏压的脉冲型电压施加到工件2上。当负脉冲型电压施加到工件2上时，等离子体中的离子注入到工件2中。从而离子注入到工件2中。
脉冲电源8包括用作正直流(DC)电压源的第一电源21、用作负直流(DC)电压源的第二电源22、用于把由第一电源21提供的DC电压转换成脉冲型电压的第一转换器电路23、用于把由第二电源22提供的DC电压转换成脉冲型电压的第二转换器电路24、用于提高由第一和第二转换器电路23和24施加的脉冲型电压的电平的脉冲变压器25、用于控制第一和第二转换器电路23和24的控制电路26以及用于控制控制电路26操作的计算机27。
脉冲电源8的第一转换器电路23把由第一电源21提供的正DC电压转换成脉冲型电压。第二转换器电路24把由第二电源22提供的负DC电压转换成脉冲型电压。
第一和第二转换器电路23和24的输出由控制电路26控制。在脉冲电源8中，用于输出正脉冲型电压的第一转换器电路23和用于输出负脉冲型电压的第二转换器电路24平行工作。由于第一和第二转换器电路23和24由控制电路26控制，从第一和第二转换器电路23和24输出的脉冲峰值、脉冲第一转换时间、脉冲间隔及每一正负脉冲型电压的脉冲宽度可独立地改变。
具体地，控制电路26切换第一转换器电路23的输出和第二转换器电路24的输出并以从第一转换器电路23输出的正脉冲型电压和从第二转换器电路24输出的负脉冲型电压交替输出这样的方式控制转换器电路的输出。由控制电路26控制的脉冲型电压以及第一和第二转换器电路23和24的输出传送到脉冲变压器25的主线圈上。
传送到脉冲变压器25上的脉冲型电压电平由脉冲变压器25提高。连接到脉冲变压器25副线圈上的终端可以通过用于支撑夹具5的支撑部件9以便放置在用于支撑要处理工件的夹具5的表面上。因此，当工件2连接到夹具5后，具有被脉冲变压器25提高的电平的脉冲型电压施加到要处理的工件2上。
施加到工件2上的脉冲型电压包括由提高第一转换器电路23输出的正脉冲型电压电平得到的脉冲和由提高第二转换器电路24输出的负脉冲型电压电平得到的脉冲。也就是说，工件2施加有包括正脉冲电压和负脉冲电压的脉冲型电压。
如上所述，工件2施加有包括正脉冲电压和负脉冲电压的脉冲型电压。因此它使得当离子注入到工件2中时工件2中不合乎需要的电荷积累能被阻止。如果由于施加负脉冲电压而在工件2中积累电荷，前述电荷可立即被正脉冲电压抵消。如果由于施加正脉冲电压而在工件2中积累电荷，前述电荷可立即被负脉冲电压抵消。因此，可以防止所谓的充电状态。因而，可以连续注入到工件2中。
应注意，脉冲电源8设置成可使施加到工件2上的脉冲电压的峰值、脉冲第一转换时间、脉冲间隔、脉冲宽度或正负脉冲的序列可通过向计算机27发出指令而任意地控制。也就是说，当脉冲电源8工作时，把要施加到要处理的工件2上的脉冲型电压波形输入到计算机27中。按照输入指令，计算机27控制控制电路26的操作。按照从计算机27发出的指令，控制电路26以把具有所需波形的脉冲型电压施加到要处理的工件2上的方式控制第一和第二转换器电路23和24的输出。
具体地，施加到工件2上的正负脉冲型电压的每一峰值可以独立地在大约0V到大约40kV之间改变。而且，脉冲宽度可在几微秒到几秒的范围内改变。脉冲间隔可在几秒到几十微秒之间改变。而且正负脉冲顺序可由连接到控制电路26上的计算机27控制。
优选脉冲电源8的第一和第二转换器电路23和24由包括半导体元件的电路构成。包括半导体元件的转换器电路是低成本电路。因此，把包括半导体元件的电路用作包括在脉冲电源8中的第一和第二转换器电路23和24使脉冲电源8能以低成本构成。由于包括半导体器件的电路的尺寸易于减小，所以脉冲电源8的尺寸可减小。
当第一和第二转换器电路23和24由包括半导体器件的电路构成时，从第一和第二转换器电路23和24都不能轻易得到高输出电压。在前述情形下，从第一和第二转换器电路23和24输出的电平必须象前述脉冲电源8那样由脉冲变压器25提高。
当把包括半导体器件的电路用作第一和第二转换器电路23和24时，从第一和第二转换器电路23和24输出的脉冲型电压的脉冲峰值为大约几百伏到大约几千伏。脉冲型电压的电平由脉冲变压器25提高从而产生具有几十千伏脉冲峰值的脉冲型电压。具有由脉冲变压器25提高的电平的脉冲电压施加到要处理的工件2上。
第一和第二转换器电路23和24可由包括真空管的电路构成。包括真空管的转换器电路能获得高输出电压。当把包括真空管的电路用作第一和第二转换器电路23和24时，从第一和第二转换器电路23和24输出的脉冲型电压可直接施加到要处理的工件2上从而绕过脉冲变压器25。
当按如上所述构成的表面处理设备1通过离子注入对由绝缘体制成的工件2进行表面处理时，要处理的工件2固定在置于真空室中的夹具5上。接着，由深冷泵4对真空室内部抽真空以获得高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前获得的真空度(背景真空度)达到例如10-7乇。
当工件2由必须避免在高温下进行工艺的材料如塑料制成时，冷却水可沿用于引导夹具5中的冷却水的管子流动。因而，可防止工件2的过度温升。
接着，离子发生器6产生要引导到工件2上的离子。因而，离子注入到真空室3中。结果，包含要注入到工件2中的离子的等离子体在真空室3中产生。当离子注入时真空室3中的真空度例如约为10-5乇。
在把工件2置于包含要注入的离子的等离子体中的状态时，包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压由脉冲电源8产生。前述脉冲型电压作为偏压施加到工件2上。结果，离子注入到工件2中从而离子注入到工件2中。
具体地，当负脉冲型电压施加到要处理的工件2上后，包含在等离子体中的正离子注入到工件2中。因而，正离子注入到工件2中。注入到工件2中的离子数量、注入深度和注入曲线取决于脉冲的峰值、脉冲第一转换时间、脉冲间隔和施加到工件2上的负脉冲型电压的脉冲宽度。因此，控制施加到工件2上的脉冲型电压波形从而可控制注入到工件2中的离子数量、注入深度和注入曲线。应注意，“注入曲线”为从工件2表面计起的注入深度和注入到工件2中的离子的密度之间的关系。
当正离子如上所述地注入到工件2中时，电荷在要处理的工件2中积累。因此，把负电压持续施加到工件2上导致事实上不能继续将离子注入到由绝缘体制成的工件2中。因此，表面处理设备1设置成可使施加到工件2上的偏压为包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲电压。因而，在工件2中积累的电荷被正脉冲型电压抵消。
具体地，当正脉冲型电压施加到工件2上时，电子注入到工件2中。电子抵消工件2中积累的电荷。所以，在工件2中积累的电荷被抵消。当施加负脉冲型电压时，正离子因而注入到工件2中。因而离子能注入到工件2中。
如上所述，施加到工件2上的偏压成为包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。因此，即使工件2为绝缘体时也能防止充电状态出现。因而它使离子能注入到工件2中。
由于用等离子体注入法进行离子注入，在该方法中包含在等离子体中的离子注入到工件2中，所以可得到不同于离子束注入法的效果，其中即使工件2具有三维结构离子也可均匀地注入到工件2表面中。
要用离子注入进行表面处理的工件2例如为用于记录和/或转动磁带的转鼓、承载记录介质的记录层的衬底、具有记录层在其上形成的衬底的记录介质、具有记录层在其上形成的衬底并且在记录层上形成有保护膜的记录介质、用于封装液晶的液晶板的平板衬底、具有在其上进行印制的绝缘体的印制物质以及由绝缘材料如塑料制成的各种微型机械。
当使用离子束注入法时，具有预定能量的离子束加速并注入到要处理的工件中。注入曲线(从工件表面计起的注入深度和注入到工件中的离子的密度之间的关系)形成为在从表面计起的某个深度上具有峰值的高斯分布，如图3所示。
另一方面，当通过等离子体注入法用表面处理设备1进行离子注入时，施加到工件2上的脉冲型电压得到控制。因而，可控制要注入到工件2中的离子数量、注入深度和注入曲线。因此，例如，注入曲线可形成为可使曲线在邻近表面上具有峰值，如图4所示。
现在描述当用表面处理设备1注入离子时施加到工件2上的脉冲型电压的实施例(见图5-12)。
在如图5所示的实施例中，首先施加负脉冲型电压。接着立即施加具有基本相同的脉冲峰值绝对值的正脉冲型电压。而且，在施加正脉冲型电压后一段时间内不施加电压。将具有前述波形的脉冲序列重复施加到要处理的工件2上。
当脉冲型电压波形形成如图5所示时，在施加负脉冲型电压后正离子加速并注入到工件2中。由于正离子注入到工件2中，电荷在工件2中积累。当施加正脉冲型电压时，电子注入到工件2中。结果，在工件2中积累的电荷能被抵消。
具有如图5所示波形的脉冲型电压作为偏压施加到工件2上。因此，即使工件2为绝缘体也能防止充电状态出现。因而能连续将离子注入到工件2中。
图6示出一实施例，其中正负电压序列从如图5所示实施例转换而来。在如图6所示实施例中，最初施加正脉冲型电压，接着立即施加具有基本相同的脉冲峰值绝对值的负脉冲型电压。然后，在施加负脉冲型电压后一段时间内不施加电压。将前述脉冲序列重复施加到工件2上。
在脉冲型电压具有如图6所示波形的情形下，当负脉冲型电压施加后，与如图5所示实施例相似地，正离子加速并注入到工件2中。结果，离子注入到工件2中。由于正离子注入到工件2中，电荷在工件2中积累。当施加正脉冲型电压后，电子注入到工件2中。因而在工件2中积累的电荷能被抵消。
所以，即使工件2为与如图5所示实施例相似的绝缘体时，具有如图6所示波形的脉冲型电压作为偏压施加到工件2上也能防止充电状态的出现。因而能连续将离子注入到工件2中。
在如图7所示实施例中，首先施加负脉冲型电压。然后，在一段时间内不施加电压。接着，施加具有与所施加负脉冲型电压基本相同的脉冲峰值绝对值的正脉冲型电压。然后，在一段时间内不施加电压。将前述脉冲序列重复施加到工件2上。
在脉冲型电压具有如图7所示波形的情形下，当负脉冲型电压与如图5和6所示实施例相似地施加后，正离子加速并注入到工件2中。从而对工件2进行离子注入。此时，正离子注入到工件2中。由此，正电荷在工件2中积累。另一方面，正脉冲型电压的施加使电子注入到工件2中。结果，在工件2中积累的正电荷能被抵消。
所以，即使工件2为与如图5和6所示实施例相似的绝缘体时，具有如图7所示波形的脉冲型电压作为偏压施加到工件2上使离子连续注入到工件2中而不出现充电状态。
而且，如图7所示的实施例设置得在施加负脉冲型电压后有一段时间不施加电压。接着，在一定长度时间过去后施加正脉冲型电压。在前述施加负脉冲型电压后有一段时间不施加电压的情形下，工件2中积累的电荷在前述时段内被消除一定数量。所以，因施加正脉冲型电压而抵消电荷能易于进行。
在如图8所示的实施例中，施加负脉冲型电压。接着立即施加小峰值的正脉冲型电压。然后，在一段时间内不施加电压。将前述脉冲序列重复施加到工件2上。
在脉冲型电压具有如图8所示波形的情形下，当负脉冲型电压施加时，与如图5-7所示实施例相似地，正离子加速并注入到工件2中。结果，离子注入到工件2中。当正离子在此时注入到工件2时，正电荷在工件2中积累。当正脉冲型电压施加时，电子注入到工件2中。因而在工件2中积累的电荷能被抵消。
在如图8所示的实施例中，正脉冲型电压峰值的绝对值比负脉冲型电压峰值的绝对值小。工件2中积累的正电荷能用较小绝对值的正脉冲令人满意地抵消。当在脉冲之间设置不施加电压的时段时，在前述时段内正电荷能被消除。因此，用于抵消工件2中积累的电荷的正脉冲型电压可以减小。
在如图9所示的实施例中，将图8中正脉冲型电压和负脉冲型电压序列转换。也就是说，图9所示实施例设置得使正脉冲型电压首先施加。接着立即施加小峰值的负脉冲型电压。然后，在一段时间内不施加电压。将前述类型的脉冲序列重复施加到工件2上。
在脉冲型电压具有如图9所示波形的情形下，当负脉冲型电压施加时，与如图5-8所示实施例相似地，正离子加速并注入到工件2中。结果，离子注入到工件2中。由于正离子注入到工件2，正电荷在工件2中积累。当正脉冲型电压施加时，电子注入到工件2中。因而在工件2中积累的正电荷能被抵消。
在如图9所示的实施例中，正脉冲型电压峰值的绝对值比负脉冲型电压峰值的绝对值大。能通过增大正脉冲抵消工件2中积累的电荷。在前述情形中，当正脉冲型电压施加时，用于抵消工件2中积累的正电荷的一定数量的电子能注入到工件2中。因此，前述实施例获得因用电子照射而得到的表面处理效果。
在如图10所示的实施例中，最初施加多个负脉冲型电压。波形通过使脉冲连续而形成，其中负电压逐渐增大。因此，波形由具有如虚线所示的适度负倾斜的脉冲序列组成。在如图10所示的实施例中，施加前述负脉冲型电压。紧接着施加正脉冲型电压。然后在一段时间内没有电压施加。把前述脉冲序列重复施加到工件2上。
当脉冲型电压具有如图10所示的波形时，在施加多个负脉冲型电压后正离子加速并注入到工件2中。结果，离子注入到工件2中。由于正离子注入到工件2中，正电荷在工件2中积累。当施加正脉冲型电压时电子注入到工件2中。因而工件2中积累的正电荷能被抵消。
在前述实施例中，负脉冲型电压是用于加速和注入正离子到工件2中的偏压，通过结合多个脉冲而形成。当离子注入到工件2中时注入曲线能进一步细微地控制。
在图5-10所示的实施例中，在脉冲之间设置有不施加电压的时段。在不施加电压的时段中，移向工件2并有初始能量的离子淀积在工件2上。因此，在不施加电压的时段中，不对工件2进行离子注入。在此情形下，在工件2上形成有薄膜。也就是说，在图5-10所示的实施例中，离子注入效果和薄膜形成效果都能得到。
当在工件2上不需形成薄膜时，DC电压成分叠加在施加到工件2上的脉冲型电压上。叠加有DC电压成分的脉冲型电压如图11所示。当正DC电压成分叠加在脉冲型电压上时，能阻止在脉冲之间形成薄膜。因而，只进行对工件2的离子注入。
在前述实施例中，当根据条件把负电压施加到工件2上时离子注入。当把负电压施加到工件2上时，将离子引入到工件2中有时被阻止。因而不能实现溅射状态。
亦即，当充分的高负电压施加到工件2上时，移向工件2的离子的能量充分增大。因而离子注入到工件2中，使离子被注入的状态出现。当施加到工件2上的负电压低时，移向工件2的离子的能量太小以致于不能让离子注入到工件2中。因此实现溅射状态。
具体地，当工件2由塑料制成且离子源由碳制成并且施加的负电压为约10kV时，离子得到充分加速。因而离子注入的状态出现。当施加到工件2上的负电压为约几百伏时，离子不能得到充分加速。由此离子不能注入到工件2中使溅射状态出现。
当工件2进行表面处理时，可积极地利用前述溅射状态。在利用负的溅射状态时所使用的脉冲型电压的实施例如图12所示。
当积极地利用溅射状态时，施加负脉冲型电压时如图12所示施加大约几百伏偏压。由此工件2表面被溅射。然后施加大约10kV脉冲使离子注入到工件2中。
如上所述，施加到工件2的电压调整为可进行工件2的离子注入和溅射。也就是说，调整施加到工件2的电压，使工件2受到包括溅射和离子注入的表面处理。
设置前述表面处理设备1，使得用脉冲控制质量分离器11，并控制闸门的开关。因此可断续地提供要注入到工件2中的离子。注入到工件2中的离子的提供可与施加到工件2的偏压脉冲同步进行。结果只进行对工件2的离子注入。作为它的替代方案，进行表面处理使离子注入、薄膜形成和溅射结合起来。因此在所需条件下的表面处理可进一步得到细微控制。
现在描述使用如图2所示的表面处理设备1进行实际表面处理的实施例。
第一实施例
在本实施例中，要处理的工件2是通过将无定形聚烯烃(APO)模制成圆盘形而得到的塑料衬底。要注入到工件2中的离子源由碳形成。离子发生源10是由Commonwealth Scientific Corp.(联邦科技公司)制造的过滤阴极电弧源。
首先，把要进行表面处理的塑料衬底连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入后塑料衬底的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。把要进行表面处理的塑料衬底连接到夹具5上。然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)达到约10-7乇。
随后，离子发生器6产生碳离子并接着把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A，而这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，当离子注入时的真空度为约10- 5乇。
在把塑料衬底放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8产生脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到塑料衬底上。结果，碳离子注入到塑料衬底中从而离子注入到塑料衬底中。
在离子注入过程中，观察了在作为工件2的塑料的表面上等离子体层的产生。
在本实施例中，施加到塑料衬底上的脉冲型电压波形为相互比较而改变。具体地，实施第一实施例，使如图13所示的正负脉冲交替出现的脉冲型电压施加到塑料衬底上。每一正负脉冲型电压的脉冲峰值为±10kV。每一正负脉冲的宽度为5微秒。脉冲间隔为0.1毫秒(10kHz)。如图14所示实施第二实施例，以使仅由负脉冲组成的脉冲型电压施加到塑料衬底上。脉冲型电压的脉冲峰值为-10kV。脉冲宽度为5微秒。脉冲间隔为0.1毫秒(10kHz)。
测量了在前述条件下离子注入到其中的每一塑料衬底表面的硬度。表面硬度测量通过使用由NEC制造的薄膜硬度测试仪“MHA-400”采用毫微印压硬度测试来实施。
通过施加如图13所示的脉冲型电压使离子注入而进行的测量结果，如图15所示。通过施加如图14所示的脉冲型电压使离子注入而实施的测量结果，如图16所示。图15和16中所示的横坐标轴表示在压入硬度测试过程中压头的压入深度。纵坐标轴表示在硬度测试过程中加到压头上的施加载荷数值。
从图15和16可看出，在仅由负脉冲组成的脉冲型电压施加到塑料衬底以注入离子的情形(在如图16所示的情形)中进行了比较。当正负脉冲交替出现的脉冲型电压施加到塑料衬底时(如图15所示的情形)，施加载荷时位移量减小，因而表面硬度增加。
也就是说，当正负脉冲交替出现的脉冲型电压施加到塑料衬底以注入离子时，得到了更加满意的塑料衬底表面处理效果。其原因在于，当离子通过施加仅由负脉冲组成的脉冲型电压而注入到塑料衬底时，由于充电而不能得到满意的离子注入。当正负脉冲交替出现的脉冲型电压施加到塑料衬底以注入离子时，阻止了充电状态的出现。因而离子注入稳定地进行。
第二实施例
在本实施例中，通过将无定形聚烯烃(APO)模制成圆盘形而得到的塑料衬底涂覆有油墨。因而得到了工件2。涂覆到塑料衬底表面的油墨的厚度为约10μm。要注入到工件2中的离子源由碳形成。离子发生源10是由Commonwealth Scientific Corp.制造的过滤阴极电弧源。
首先，把涂覆有油墨的塑料衬底连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入后塑料衬底的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。把涂覆有油墨的塑料衬底连接到夹具5上，然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)达到约2.1×10-7乇。
随后，离子发生器6产生碳离子，并接着把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A，而这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，当离子注入时的真空度为约5×10-5乇。
在把塑料衬底放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8产生正负脉冲交替出现的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到塑料衬底上。结果，碳离子注入到塑料衬底中。与第一实施例相似，每一正负脉冲型电压的脉冲峰值为±10kV。每一正负脉冲的宽度为5微秒。脉冲间隔为0.1毫秒(10kHz)。在离子注入过程中，观察了在涂覆有油墨的塑料衬底表面上等离子体层的产生。
用ATR(衰减全反射)方法在表面处理之前和之后测量涂覆有油墨的塑料衬底的红外频谱特性。红外频谱特性通过岛津制作所制造的用于测量ATR的显微镜“FTIRAIM8000”测量。红外频谱特性测量结果如图17所示。如图17中所示，用离子注入进行的表面处理导致涂覆有油墨的塑料衬底的表面特性改变。结果表明由于离子注入而改善表面。
用由Heidon制造的表面测定设备对涂覆有油墨的塑料衬底进行划痕试验，以便测定用离子注入进行表面处理之前和之后的状态。结果表明，在表面处理前载荷0.01g时表面出现裂纹。在表面处理后，当载荷小于1g时表面不出现裂纹。
在用离子注入进行表面处理后，将涂覆有油墨的塑料衬底浸入例如丙酮或乙醇的溶剂中用超声波清洗机清洗一小时。结果油墨不溶解。其原因在于用离子注入进行表面处理改变涂覆于塑料衬底上的油墨，使之不溶于例如丙酮或乙醇的溶剂中。
在前述实施例中，油墨涂覆于由无定形聚烯烃(APO)模制成圆盘形而得到的塑料衬底上从而得到工件2。根据本发明的表面处理可用于在另一种衬底上形成的薄膜。例如，其上形成有薄膜的衬底可为由聚碳酸脂(PC)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或丙烯酸树脂制成的衬底。作为它的替代方案，该衬底可为硅衬底或玻璃衬底。
根据本发明，离子可注入到多种薄膜中。具体地，可将离子注入到用等离子体CVD设备形成的SiO2膜或SiNx膜中、由用旋涂设备涂覆的紫外线硬化树脂形成的薄膜中、或由使用其中混合有粘合剂的磁粉材料形成的磁化膜中。
第三实施例
在本实施例中，制造了如图18所示结构的由塑料制成的转鼓30。转鼓30用作要处理的工件2。转鼓30设置为用于记录/重放磁带。当用转鼓30记录/重放磁带时，磁带31如图18中箭头B1所示缠绕着转鼓30运动。而且转鼓30按图18中箭头B2所示由电机旋转。安装在转鼓30上的磁头记录/重放磁带31。
迄今为止，用于记录/重放磁带的转鼓由铝合金制成。由较重金属制成的转鼓使旋转转鼓的电机承受较大载荷。如果转鼓能用塑料制成，转鼓的重量能显著地减小。因此要由电机承受的载荷能显著地减小。由于塑料没有令人满意的硬度，塑料转鼓因磁带滑动而受到过度磨损。结果，寿命极大地缩短。因此，塑料转鼓不能投入实际应用。
当如后所述应用本发明把塑料转鼓进行表面处理时表面硬度显著地提高。结果表明，塑料转鼓能投入实际应用。
在本实施例中，制造了如图18所示结构的塑料转鼓30。转鼓30连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入过程中转鼓30的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。在转鼓30连接到夹具5后，用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)达到约2.1×10-7乇。
随后，离子发生器6工作产生碳、氢和烃离子。产生的离子注入到真空室3中。离子发生器6的离子发生源10为RF(射频)等离子体源。把50sccm数量的甲烷气体注入从而由甲烷气体中产生碳、氢和烃离子。
把碳、氢和烃离子注入到真空室3中以便产生包含前述离子的等离子体。真空室3中的真空度，也就是说，当离子注入时的真空度为约5×10-5乇。
在把转鼓30放置在包含碳、氢和烃离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8产生正负脉冲交替出现的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到转鼓30上。结果，离子注入到转鼓30中。与第一实施例相似，施加到转鼓30上的脉冲型电压的正负脉冲峰值为±10kV。脉冲的宽度为5微秒。脉冲间隔为0.1毫秒(10kHz)。离子注入的时间为5分钟。
在离子注入过程中，观察了在作为工件2的转鼓30表面上等离子体层的产生。
如上所述，离子注入到塑料转鼓30中以使转鼓30表面硬度增加。为证实前述效果，用与转鼓30相同材料制造了塑料试样。接着，在离子注入之前和之后用由NEC制造的薄膜硬度测试仪“MHA-400”测量试样表面硬度。在离子注入之前的表面硬度为0.5GPa。另一方面，在离子注入之后的表面硬度为20GPa。前述硬度有令人满意的硬度，可投入实际应用。也就是说，本发明能克服磨损问题并将塑料转鼓投入实际应用。
在本发明中，用等离子体注入法注入离子。因此，如果工件2有三维结构，离子能以不同于离子束注入法的方式均匀地注入。因而如果工件2为具有三维结构的转鼓它能使离子均匀地注入到转鼓的全部表面。由此改善表面。
当转鼓由塑料制成时，表面绝缘特性有时产生磁带粘附于转鼓上的问题。在前述情形中，也可用例如Ti的金属离子进行离子注入。因而可赋予转鼓表面导电性。结果可以克服磁带粘附问题。
具体地，当甲烷气体注入离子发生源10以产生离子时，有机金属例如Ti(CH3)2Cl2、四甲基氨基钛酸盐、四二甲基氨基钛(TDMAT)或四二乙基氨基钛(TDEAT)也可和甲烷气体一起注入。而且钛离子输送到等离子体中。因而，转鼓表面可成为钛表面。结果，磁带粘附问题可以克服。
当在转鼓表面形成薄导电膜时，磁带粘附问题可以克服。当薄导电膜刚在塑料元件上形成时，粘附性不能实现令人满意的耐久性。因此，当离子注入以赋予导电性给转鼓表面时，优选通过一起注入金属离子如Ti来克服磁带粘附问题。
当薄膜后来在转鼓上形成时，表面加工精度有时根据薄膜形成时的条件而变化。离子沿转鼓表面注入。因此，转鼓表面加工精度的变化能够防止。如果在加工工艺后得到的表面粗糙度为0.8S，而且在离子注入后能保持约为0.8S的表面粗糙度。因此，从保持表面加工精度考虑，优选只实施离子注入表面处理。
使用离子注入进行表面处理(包括钛离子注入)的转鼓安装在运动测试设备上进行运动测试。运动测试设备设置成可使转鼓旋转并且磁带运动，用螺旋扫描方法进行与记录/重放磁带步骤相似的运动测试。磁带的缠绕和反绕自动地重复以便连续运动磁带。
使用离子注入进行表面处理的转鼓安装在运动测试设备上进行1000小时运动测试。结果表明防止了转鼓的磨损和磁带的粘附。因此寿命为1000小时或更长的事实可得到证实。从运动测试结果可看出，根据本发明的表面处理能克服塑料转鼓磨损和磁带粘附问题。因此，塑料转鼓能投入实际应用。
当过去用铝合金制成的转鼓采用塑料制成时，转鼓重量降低。因而要由旋转转鼓的电机承受的载荷可减小到约1/10。由于电机承受的载荷减小，运行螺旋扫描磁记录/重放设备所需的功率能显著减小。因而，例如电池的允许运行时间可显著地增加。由于功率减小，对于全球环境而言可得到令人满意的效果。
第四实施例
在本实施例中，工件2为用作圆盘记录介质例如光盘、磁光盘或磁盘的塑料圆盘衬底。要进行表面处理的绝缘体是承载记录介质记录层的基体部件。要注入到工件2中的离子源由碳形成。离子发生源10为Commonwealth Scientific Corp制造的过滤阴极电弧源。
首先，要进行表面处理的圆盘衬底连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入过程中圆盘衬底的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。要进行表面处理的圆盘衬底连接到夹具5上。然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)达到约10-7乇。
随后，离子发生器6工作以产生碳离子。接着，把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A，而这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，当离子注入时的真空度为约10-5乇。
在把圆盘衬底放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8工作产生包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到圆盘衬底上。结果，碳离子注入到圆盘衬底中。
在离子注入过程中，观察了在要进行表面处理的圆盘衬底表面上等离子体层的产生。
测量了在圆盘衬底用离子注入进行表面处理之前和之后圆盘衬底的水和氧的渗透率。
结果，在用离子注入进行表面处理之前水的渗透率为10g/m2·24h。氧的渗透率为100cm3/m2·24h·atm。在用离子注入进行表面处理之后水的渗透率为0.007g/m2·24h。氧的渗透率为0.3cm3/m2·24h·atm。因此用离子注入进行表面处理使水和氧的渗透率大大降低。
迄今为止，塑料圆盘衬底有如下问题，即在大气中圆盘衬底吸收水和氧并因而使圆盘衬底变形。本发明的离子注入能显著降低水和氧的渗透率。因此，圆盘衬底在大气中吸收水和氧的事实能被防止。也就是说，根据本发明，离子注入到塑料圆盘衬底中，能够防止由于圆盘衬底在大气中吸收水和氧的事实而引起的圆盘衬底变形。
第五实施例
在本实施例中，要进行表面处理的工件2是包括其上形成有磁化层的圆盘衬底的磁盘。离子注入到在磁化层上形成的保护膜中。也就是说，要进行表面处理的绝缘体为包括其上形成有磁化层的基体部件的记录介质。要注入到工件2中的离子源由碳形成。离子发生源10为Commonwealth Scientific Corp制造的过滤阴极电弧源。
在本实施例中，首先，磁粉混合有粘合剂以便涂覆到塑料圆盘衬底表面上。因而制造了包括其上形成有磁化层的圆盘衬底的磁盘。
磁盘连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入过程中磁盘的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。要进行表面处理的磁盘连接到夹具5上。然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)达到约10-7乇。
随后，离子发生器6工作产生碳离子。接着，把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A。这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，当离子注入时的真空度为约10-5乇。
在把磁盘放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8工作产生包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到磁盘上。结果，碳离子注入到衬底中从而离子注入到磁盘的磁化层中。
在离子注入过程中，观察了在要进行表面处理的磁盘表面上等离子体层的产生。
由于离子注入到磁盘的磁化层中，磁化层表面硬度增加。因而磁盘的密度和可靠性得到提高。
当用根据本发明的方法注入离子时，对施加到工件2上的脉冲型电压波形进行控制，使要注入到工件2中的离子数量、注入深度和注入曲线得到控制。当进行磁盘表面处理时，优选控制施加到磁盘上的脉冲型电压波形，以把最大数量的离子注入到与磁化层表面相邻的部分。因此，与磁化层表面相邻的部分能被改善并且磁化层表面硬度能显著地提高。
当用根据本发明的方法注入离子时，对施加到工件2上的脉冲型电压波形进行控制，使离子能注入到工件2中并且还能形成薄膜。因此，当磁盘进行表面处理时，可以控制施加到磁盘上的脉冲型电压波形，在用离子注入进行表面处理的同时形成保护磁化层的保护膜。
第六实施例
在本实施例中，要进行表面处理的工件2为保护圆盘形记录介质例如光盘、磁光盘或磁盘的记录层的保护膜。也就是说，包括其上形成有记录层的基体部件和在记录层上形成的保护膜的记录介质要进行表面处理。离子注入到在记录层上形成的保护膜中。要注入到工件2中的离子源由碳形成。离子发生源10为Commonwealth Scientific Corp制造的过滤阴极电弧源。
在本实施例中，首先，在圆盘衬底上形成的记录层由塑料制成。接着，用旋涂设备在记录层上形成由紫外线硬化树脂制成的保护膜。从而制成了包括其上层叠有记录层和保护膜的圆盘衬底的圆盘形记录介质。
圆盘形记录介质连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入过程中圆盘形记录介质的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。接着要进行表面处理的圆盘形记录介质连接到夹具5上。然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)为约10-7乇。
随后，离子发生器6工作产生碳离子。接着，把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A，而这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，当离子注入时的真空度为约10-5乇。
在把圆盘形记录介质放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8工作产生包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到圆盘形记录介质上。因而，碳离子注入到圆盘形记录介质中从而离子注入到圆盘形记录介质的保护膜中。
在离子注入过程中，观察了在圆盘形记录介质表面上等离子体层的产生。
由于离子注入到圆盘形记录介质的保护膜中，保护膜表面硬度增加。从而提高了圆盘形记录介质的耐久性和可靠性。例如，过去要塞到封罩中以免出现裂纹的圆盘形记录介质可以不必塞入封罩就可使用。
当用根据本发明的方法注入离子时，对施加到工件2上的脉冲型电压波形的控制使要注入到工件2中的离子数量、注入深度和注入曲线得到控制。因此，优选圆盘形记录介质进行表面处理以使施加到圆盘形记录介质的脉冲型电压波形得到控制使最大数量的离子注入到与保护膜表面相邻的部分。因此，与保护膜表面相邻的部分能被改善并且保护膜表面硬度能显著地提高。
第七实施例
在本实施例中，封装有液晶的液晶板的平板衬底用塑料制造。要进行表面处理的工件2是前述平板衬底。要注入到工件2中的离子源由碳形成。离子发生源10为Commonwealth Scientific Corp。制造的过滤阴极电弧源。
首先，要进行表面处理的平板衬底连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入过程中平板衬底的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。接着要进行表面处理的平板衬底连接到夹具5上。然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)为约10-7乇。
随后，离子发生器6工作产生碳离子。接着，把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A。这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，离子注入时的真空度为约10-5乇。
在把平板衬底放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8工作产生包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到平板衬底上。因而，碳离子注入到平板衬底中从而离子注入到平板衬底中。
在离子注入过程中，观察了在要进行表面处理的平板衬底表面上等离子体层的产生。
测量了在平板衬底用离子注入进行表面处理之前和之后平板衬底的水和氧渗透率。结果，在用离子注入进行表面处理之前水的渗透率为10g/m2·24h。氧的渗透率为100cm3/m2·24h·atm。在用离子注入进行表面处理之后水的渗透率为0.007g/m2·24h。氧的渗透率为0.3cm3/m2·24h·atm。因此用离子注入进行表面处理使水和氧的渗透率大大降低。因此，使得塑料平板衬底的水和氧渗透率与由玻璃制成的平板衬底的相似。
迄今为止，封装有液晶的液晶板的平板衬底由玻璃制成。如果平板衬底可由塑料制成，液晶板的重量和成本能令人满意地降低。然而，塑料有较差气密性的缺点妨碍用于封装液晶的塑料平板衬底的使用。
如果用根据本发明的方法注入离子，塑料平板衬底的水蒸汽渗透率和氧渗透率能提高到与玻璃相似。因此，根据本发明方法的离子注入使用于封装液晶的液晶板的平板衬底能得以制造。
第八实施例
在本实施例中，塑料衬底的印制在要进行表面处理的工件2上进行。也就是说，对绝缘体进行印制得到的印制物质进行表面处理。离子注入到印制表面。要注入到工件2中的离子发生源由碳形成。离子发生源10为Commonwealth Scientific Corp制造的过滤阴极电弧源。
在本实施例中，首先，经过印制工艺的塑料衬底连接到置于真空室3中的夹具5上。为防止在离子注入过程中塑料衬底的过度温升，冷却水可以沿用于引导置于夹具5中的冷却水的管子流动。经过印制的塑料衬底连接到夹具5上。然后用深冷泵4对真空室3内部抽真空达到高度真空状态。真空室3中的真空度，亦即在离子注入到真空室3中之前的真空度(背景真空度)达到约10-7乇。
随后，离子发生器6工作产生碳离子。接着，把碳离子注入到真空室3中。由碳离子流动引起的离子电流为约10A。这些碳离子的动能为约25eV。然后碳离子注入到真空室3中以使包含碳离子的等离子体产生。真空室3中的真空度，也就是说，离子注入时的真空度为约10-5乇。
在把经过印制的塑料衬底放置在包含碳离子的等离子体中的状态下，脉冲电源8工作，产生包括正脉冲型电压和负脉冲型电压的脉冲型电压。脉冲型电压作为偏压施加到经过印制工艺的塑料衬底上。结果，碳离子注入到塑料衬底印制表面中。
在离子注入过程中，观察了在要进行表面处理的塑料衬底表面上等离子体层的产生。
对经过印制工艺的塑料衬底在表面处理之前和之后的状态用新东科学制造的表面测定设备Heidon22型进行划痕试验。结果，在表面处理前载荷0.01g时印制表面出现裂纹。在表面处理后，当载荷不大于1g时表面不出现裂纹。
在用离子注入进行表面处理后，将塑料衬底浸入例如丙酮或乙醇的溶剂中。然后塑料衬底用超声波清洗机清洗一小时。从而可以避免清洗印剂。其原因在于用离子注入进行表面处理使印制在塑料衬底上的墨得以改性而不溶于例如丙酮或乙醇的溶剂中。
由于离子注入到印制物质中，印制的墨能改性，因此印制物质的清洗得以避免。由于离子用根据本发明的等离子体注入法进行注入，即使工件2有三维结构离子也能以不同于离子束注入法的方式均匀地注入。因而即使印制物质具有三维结构离子也能均匀地注入到印制物质的全部表面。因此，能令人满意地避免从全部印制表面上清洗印制物质。

Claims (13)

1.一种用于向绝缘体中注入离子的表面处理设备，该设备包括：
产生等离子体的装置，该等离子体包含所述注入到所述绝缘体中的离子；
向所述绝缘体施加脉冲型电压的装置；
在所述等离子体气氛中通过向所述绝缘体施加正和/或负脉冲型电压把离子注入到所述绝缘体中的装置。
2.根据权利要求1的表面处理设备，其中所述设备具有对由施加脉冲型电压的装置向所述绝缘体施加的脉冲型电压波形进行控制的装置。
3.一种用离子注入进行绝缘体表面处理的方法，其中：
在包含注入到所述绝缘体中的离子的等离子体中，向绝缘体施加正或负脉冲型电压；
将所述离子注入到所述绝缘体中。
4.根据权利要求3的表面处理方法，其中当所述脉冲型电压向所述绝缘体施加时在脉冲之间有一时段不施加电压。
5.根据权利要求3的表面处理方法，其中当所述脉冲型电压向所述绝缘体施加时，将DC电压作为偏压叠加在所述脉冲型电压上。
6.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述脉冲型电压波形具有两种或更多种不同的波形。
7.根据权利要求3的表面处理方法，其中通过控制施加到所述绝缘体上的脉冲型电压波形，至少可控制离子数量、离子注入深度和离子注入曲线中的一个。
8.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述绝缘体是用于以螺旋扫描方式进行记录和/或重放磁带的转鼓。
9.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述绝缘体是用于承载记录介质的记录层的基体部件。
10.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述绝缘体是包括其上形成有记录层的基体部件的记录介质。
11.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述绝缘体是一种记录介质，在该记录介质中记录层形成在基体部件上，保护膜形成在所述记录层上，并且离子注入到所述记录介质上的保护膜中以进行表面处理。
12.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述绝缘体是用于封装液晶的液晶板的平板衬底。
13.根据权利要求3的表面处理方法，其中所述绝缘体的表面是经过印制处理的衬底。
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