CN1328751C

CN1328751C - 用于对物体进行涂层的装置

Info

Publication number: CN1328751C
Application number: CNB028154231A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡·贝勒; 拉斯·贝维格; 托马斯·屈佩尔; 沃尔弗兰·马林; 克里斯托弗·米勒; 马滕·瓦尔特
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: ATE295612T1; US20050005853A1; CN1539155A; EP1415321A1; WO2003015122A1; DE50203097D1; DE10138693A1; US7434537B2; JP2004538367A; EP1415321B1; JP4732685B2

Abstract

本发明涉及一种用于对物体进行涂层的装置。本装置配备具有下列特征：具有一个唯一的微波源；具有两个或多个涂层室；所有涂层室连接在所述唯一的微波源上；设有一个阻抗结构或一个波导管结构用于将产生等离子体的微波能量分配到各涂层室中。本装置还包括一个H形的波导管或同轴导体结构，该导体结构包括一个短臂(3)以及两个侧腿(4，4′)并且连接在所述两个或多个处理室(10，10′)之前；所述短臂(3)通过一个输入导体(2)连接到所述唯一的微波源；以及，每个侧腿(4，4′)具有一个背离相关的处理室(10，10′)的第一区段(4.1，4.1′)以及一个面朝所述两个或多个处理室(10，10′)的第二区段(4.2，4.2′)。

Description

用于对物体进行涂层的装置

技术领域

本发明涉及一种通过蒸镀对物体进行涂层的装置。在此，涂层处理室连接到一个微波装置上。

背景技术

作为物体例如是光学物体，例如作为照明灯组成部分的反射体，但是也可以是用于医药或化学工业的小瓶。但是这些仅仅是众多实际应用的示例。

由DE 689 26 923 T2已知一种微波离子源，其中具有多个同轴线的等离子体室与一个微波发生器的同轴线连接。在此，等离子体室相互间处于耦合连接，使得电磁场在各涂层室中相互影响。由微波离子源的各个等离子体室发出离子束，其中通过等离子体室的共同作用产生一个大面积的离子束。

DE 195 03 205 C1涉及一种在负压容器中借助于电磁交变场产生等离子体的装置，其中一个杆状导体穿过负压容器引入到由绝缘材料制成的管子内部。

DE 41 36 297 A1描述了一种通过微波激励器在局部产生等离子体的装置。在此，在一个处理室中设有一个由绝缘材料制成的管子，该管子起到限制负压区的作用，并在负压区中延伸出一个由金属制成的内导体；由微波源产生的微波耦合到内导体中。这种已知的装置充分利用这种效应，即，通过离子化的气体能够在导向波导管的外壁上产生一种同轴线，它继续传导微波。

对这些装置提出大量的要求。涂层结果必需对应于要求，例如关于层厚的均匀性以及物体与物体的可复制性。此外装备要对物体具有尽可能高的单位时间产量。能源消耗要尽可能地小。

已知的装置不能或不能完全满足这些要求。

发明内容

本发明的目的是，这样构成一种上述形式的、包括一个微波源以及涂层室的装置，对于一定的投资费用可以实现一个比目前更高的生产效率，能源消耗比已知的装置小，并且节省空间。

这个目的以下的特征得以实现。

按本发明的用于物体进行涂层的装置：

具有一个唯一的微波源；

具有两个或多个涂层室；

所有涂层室连接在所述唯一的微波源上；

有一个阻抗结构或一个波导管结构，用于将产生等离子体的微波能量分配到各涂层室中；

还包括一个H形的波导管或同轴导体结构，该导体结构包括一个短臂以及两个侧腿并且连接在所述两个或多个处理室之前；所述短臂通过一个输入导体连接到所述唯一的微波源；以及，每个侧腿具有一个背离相关的处理室的第一区段以及一个面朝所述两个或多个处理室的第二区段。

因此，本发明的基本思想是，设有一个唯一的微波源，以供给两个或多个涂层室，来代替只有一个涂层室以及目前的状况。基本思想在于，用于在分开的涂层室里面产生等离子体涂层的微波能量的分配和输入通过适当的阻抗或波导结构实现。

在本发明的第一实施例中规定，微波能量的分配在波导管本身中实现。为此可以采用适当的波导管结构元件如Y-分配器。然后，分配在波导结构元件里面的微波能量例如通过介电窗或同轴导体结构输入相应涂层室。可以设想各种形状的波导管，例如矩形波导管或圆形波导管。本发明的另一实施例是，将微波能量分配在一个阻抗结构里面，它包括例如同轴导体结构。

在此特别有利的是，用于PICVD运行的微波源脉冲式地工作。这一点例如可以通过脉冲式供能实现。但是例如也可以是非脉冲的、现时调制的微波源或者相应的供能装置。在两种情况下等离子体强度被调制。这一点对于较低的等离子体强度，尤其是在PICVD运行中的脉冲间歇期间能够实现气体交换并降低热负荷。

在一个特别优选的实施例中，所述的唯一微波源能量通过一个同轴导体结构输入那些涂层室，同轴导体结构具有一个金属的内导体和一个作为外导体的绝缘体。对于这种输入，设置一种能够改变各同轴导体的电长度的装置是特别有利的。这种措施允许对于两个或多个涂层室可以这样影响导体分支的阻抗，使得在两个或所有的导体分支中引发等离子体。为了实现这一点，例如通过改变各同轴导体的电长度这样选择阻抗，使所有涂层位置都得到均匀的供能。通过适当的选择阻抗能够避免等离子体的交替引发或引发。

在此，涂层室相互分开地设置是有利的。尤其是涂层室相互间屏蔽，因此等离子体在涂层室和电磁场中不会相互影响。优选在每个涂层室中分别容纳一个要被涂层的物体，或者由一个要被涂层的物体分别构成一个涂层室。

对于同轴导体阻抗可以由此得到改变，即，改变被绝缘体包围的各导体的长度。

本发明的其它扩展结构由附图和后附说明给出。

按照本发明的优选实施方式，所述波导管结构本身包括至少一个用于分配微波能量的结构部件。

按照本发明的优选实施方式，所述用于分配微波能量的结构部件是一个y分配器。

按照本发明的优选实施方式，所述波导管结构包括一矩形波导管。

按照本发明的优选实施方式，所述波导管结构包括圆形波导管。

按照本发明的优选实施方式，所述波导管结构包括介电窗或同轴导体结构，用于将微波能量输入到各涂层室中。

按照本发明的优选实施方式，所述阻抗结构本身包括至少一个用于分配微波能量的结构部件。

按照本发明的优选实施方式，为了将微波能量输入到各涂层室中，所述阻抗结构分别包括一个同轴导体结构，该导体结构包括一个金属内导体和一个作为外导体的绝缘体。

按照本发明的优选实施方式，设有用于改变内导体的电长度的装置。

按照本发明的优选实施方式，所述同轴导体结构包括一个第一导体段，它用于在所述微波源与一个分支点之间建立连接。

按照本发明的优选实施方式，背离相关处理室的侧腿段的电长度是可以调整的。

按照本发明的优选实施方式，所述输入导体段的电长度也是可以调整的。

按照本发明的优选实施方式，用于调整电长度的装置由一个包围内导体的可移动的套筒构成。

按照本发明的优选实施方式，用于调整内导体电长度的装置由一个可以旋进内导体的螺栓构成。

按照本发明的优选实施方式，所述短臂与另一侧腿连接。

按照本发明的优选实施方式，所述另一侧腿基本上在两个侧腿之间的短臂中心与短臂连接。

按照本发明的优选实施方式，所述另一侧腿的电长度也是可以调整的。

按照本发明的优选实施方式，所述涂层室相互间分开地设置。

按照本发明的优选实施方式，在每个涂层室中分别容纳一个要被涂层的物体或者其中每一个涂层室由一个物体构成。

按照本发明的优选实施方式，为所述各涂层室配设分开的真空和供气装置。

按照本发明的优选实施方式，为所述各涂层室配设分开的检测装置，该检测装置用于测量来自等离子体或要被涂层的基质的热辐射和/或电磁辐射。

按照本发明的优选实施方式，设有脉冲式或非脉冲式的、时间调制的供能装置。

按照本发明的优选实施方式，所述阻抗结构或波导管结构包括刚性导体。

附图说明

借助于附图详细描述本发明。下面的附图分别表示：

图1以示意图示出一个PICVD涂层设备的截面图，其中微波能量的分配通过一个阻抗结构实现，

图2示出按图1的一个扩展结构的细节，

图3A以示意图示出另一PICVD涂层设备实施例的截面图，其中微波能量的分配通过一个阻抗结构实现，

图3B示出按图1的实施例的扩展结构的细节，

图3C以示意图示出另一PICVD涂层设备实施例的截面图，其中微波能量的分配通过一个具有波导管的阻抗结构实现，

图3D示出按图3C的实施例的扩展结构的细节，

图4A示出具有y-分配器的波导管，用于将微波能量分配到两个分支，

图4B示出具有同轴导体的矩形波导管的视图，用于将微波能量输出耦合到各涂层室里面，

图5示出具有介电窗的矩形波导管的视图，用于将微波能量输出耦合到各涂层室里面，

图6示出用于为多于两个涂层位置供电的同轴导体或波导管系统，

图7示出按图6的系统的一种可选择的扩展结构。

具体实施方式

在图1中示出按照本发明的第一实施例，其中唯一的微波源的微波能量分配在阻抗分支中实现。

对于在图1中所示的装置可以看到一个上部区域，在其上连接一个在这里未示出的微波源，而下部区域包括涂层室。在此本装置包括一个同轴结构，即包括一个内导体A和一个外导体B。内导体A由金属制成，而外导体B是绝缘体(Dielektrium)，在所示情况中为空气缝隙。绝缘体通过金属面限定。作为绝缘体在本发明的意义上可以理解为一个非金属的、或非金属传导的介质。相应地，绝缘体在此处所应用的意义上也包括例如空气或真空等介质。

在所示情况下存在两个处理室10，10’，它们由唯一的微波源供给能量。在此涂层室由基质本身构成，例如由玻璃瓶构成，它们分别配属于一个未示出的气体喷嘴，或者将例如用于外涂层的基质(Substrate)分别容纳在一个涂层室里面。在此要被处理的基质最好具有相同的结构形式。也可以考虑用塑料瓶或反射体代替玻璃瓶。

上述同轴导体结构的几何结构如下构成：在这里未详细示出的微波源MwQ上连接一个锥体1。这个锥体用于产生一个从在这里未示出的矩形波导管到上述同轴导体结构的过渡。

在锥体1上连接导体2。在导体2上连接一个H形导体结构。这个结构包括一个短臂3以及两个侧腿4，4’。这两个侧腿又由一个上侧腿段4.1和一个下侧腿段4.2以及一个上侧腿段4.1’和一个下侧腿段4.2’拼接而成。

通到涂层室的输入、或者说阻抗结构、尤其是导体2和H形导体结构由固体的或者说刚性的导体构成。因此使导体达到一定的位置，使得电磁能量的导入和分配不会受到导体运动的影响。

重要的是尺寸x，关于这个尺寸下面还要讨论。这个尺寸等于侧腿段4.1和侧腿段4.1’的那个被绝缘体B包围的长度段。

另一重要的尺寸是下侧腿段4.2，4.2’的间隔尺寸y，它等于这两个侧腿段在处理室10，10’区域的间距。

发明者认识到，通过适当选择上述参数x和y能够调整处理室(涂层室)中的特性，因此能够消除涂层室与涂层室的质量差并能够实现对于所有基质可接受的涂层质量。

因此通过按照本发明的系统能够实现一个双涂层位置或者一个多涂层位置，通过它们明显加大产量并可以显著降低生产费用。尤其是由此可以降低能耗。涂层质量能够最佳化。

在此必需强调，上述两个参数x和y在必要时只有一个参数必需被改变，以进行调整。尤其重要是参数x。

图2示出在实际上如何实现这一点。仍然可以看到同轴的导体结构，同时也可以看到一个H形的几何结构。

此外可以看到，两个侧腿段4.1，4.1’分别被套筒5，5’包围。这些套筒可以沿着侧腿段移动。由此可以改变导体结构的电长度。侧腿段与侧腿段的变化是不同的，因此可以对涂层室10，10’的涂层质量产生影响。套筒5，5’沿着侧腿段4.1以及4.1’的移动对于这个实施例通过一个调整装置43以及43’实现，该调整装置分别包括一个与套筒5，5’连接的调整螺栓44以及44’。

由于套筒的调整对于两个侧腿4和4’在不同的调整情况下也得到不同的参数x，它们在下面被称为x1和x2。但是为了最佳地调整以上装置，参数x1和x2的数值一般只是这样地不同，即，通过其差别补偿对于阻抗结构的两个长度阻抗的小差别。为了能够给出一个一致的参数x，因此对于x可以采用具有良好精度的参数x1和x2的平均值，x＝(x1+x2)/2。

此外，由此能够施加影响，即，螺栓6，6’或多或少地旋进侧腿4，4’，在这里是旋进侧腿段4.2，4.2’。

尽管在这里没有示出，但是可以理解，对输入导体段2也可以配设一个套筒，类似于两个套筒4.1，4.1’那样，或者一个螺栓，类似于两个螺栓6，6’那样，或者这两种装置。

下面的描述适用于在这里示例性示出的同轴导体结构：对于给定的内导体直径只对于完全确定的外导体直径和完全确定的参数x与y的比例实现一个无反射的适配性。

尤其要指出的是，当参数y是所用电磁波半波长的数倍的时候，即，当基本满足关系式y＝nλ/2，n∈[1，2，3，...]的时候，则能够实现一个基本上无反射的适配性。为了对于在阻抗结构中的功率分配得到满意的结果，因此对装置的尺寸要设置某些限制。当然，对于2.45GHz的频率在一个同轴导体里的波长为大于12cm，因此距离y在使用这个频率和结构时只能选择约6cm的整数倍。在此波长还取决于，是采用一个同轴导体还是采用一个波导管。对于同轴导体波长靠近真空波长。对于R26波导管结构在2.45GHz时波长例如为约17.4cm，因此y对于这种情况为了最佳地调整约为8.7cm。

对于CVD工艺有时也可以选择更低的频率，使得对应的波长更长。同样对于PICVD工艺对于某些应用、例如对于大面积的涂层使用更低的频率，以实现特别均匀地涂层。相应地，随着更长的波长也增加了与此相关的对涂层装置结构上的限制。

但是已经证实，如果阻抗结构具有另一侧腿，则能够避免这些限制。在图3A至3D中示出这些实施例。对于借助于图3A至3D所示的实施例，与借助于图1和2所述的实施例类似，将唯一微波源的微波能量分配在阻抗分支里面。

在图3A和3B中所示的装置同样包括一个具有一个内导体A和一个外导体B的同轴结构。该内导体A最好由金属制成，而外导体B是一个由一个导电面限定的绝缘体，例如一个空气缝隙。

通过阻抗结构分配的微波源的微波能量为处理室10和10’供给能量。

与上述实施例类似，在导体2上连接一个具有一个短臂3和两个侧腿4，4’的H形导体结构。与上述实施例的不同在于，阻抗结构具有另一个侧腿7，它与短臂3连接。

通过侧腿7确定一个参数z，该参数是从短臂3的中心到以绝缘体B充满的缝隙的长度。对于这个实施例与导体2一样，侧腿设置在两个侧腿4和4’之间的短臂3中间。

此外，侧腿7相对于短臂3设置在导体2对面，因此侧腿7和导体2在一条直线上。但是这种布置不是必需的。侧腿7和导体2同样可以沿着两个方向延伸，它们相互间形成一个角度，例如约90°。对于这种实施例导体2、短臂3和侧腿7沿着三个基本相互垂直的方向延伸。

图3B示出图3A中所示的具有附加侧腿7的实施例细节。该同轴结构具有H形的几何结构，它具有在其横梁上的附加侧腿7。

两个侧腿段4.1，4.1’，以及侧腿7分别被套筒5，5’和71所包围，它们可以沿着侧腿段4.1，4.1’以及侧腿7通过调整装置43、43’、73移动。侧腿段4.1，4.1’的电长度与借助于图1和2所示的实施例一样通过调整装置43以及43’相互独立地调整。对于这个实施例侧腿7电长度的调整也可以通过调整装置73与其它调整无关地实现。由此可以单独地调整参数x，x’和z并且实现微波功率的均匀分配。

在图3C和3D中示出通过图3A和3B所示实施例的一个变型。对于这种变型，代替图3A和3B中的同轴导体，阻抗结构包括波导管。该波导管不仅包括圆形波导管而且也包括矩形波导管。具有波导管的这种变型尤其适用于较高的频率。

对于这种变型也可以通过沿着侧腿段4.1，4.1’以及侧腿7可移动的套筒5，5’和71调整并最佳化参数x1，x2和z。

如图3D所示，涂层室10，10’例如可以由要被涂层的工件构成。在此图3D分别示出一个安瓿的下部区域，该安瓿与导体结构耦联并通过该导体结构使微波进入安瓿的内部。除了安瓿以外也可以在内部涂覆其它的空心体形工件，如瓶子或球形罩，或者也可以在分开的涂层室中在外部涂层其它的工件，如灯泡壳。在这里通向涂层室10、10’的输入导体、或者说阻抗结构、尤其是导体2和H形导体结构由固体的或刚性的导体构成。

在所有的实施例中微波输入涂层室10，10’也可以如在图3B和3D中所示的那样通过介电窗8，8’实现。通过这种方法避免等离子体在阻抗结构中或波导管结构中的引发，因为避免了过程气体的进入或者可以保持压力，在该压力下不引发等离子体。

在图4A和4B以及图5中示出本发明的一些实施例，其中由未示出的微波源产生的微波能量已经被分配在波导管100里面。微波源的全部微波能量输入波导管100，例如一个矩形波导管并在所示实施例的部位102被分成两个分量。微波能量的一部分被输送到矩形波导管104，而能量的另一部分被输送到矩形波导管106。输入分支104和106的微波能量被输送到矩形波导管108。如图4B所示，在矩形波导管108中微波能量通过同轴导体110输入各涂层室112，涂层室本身是现有的要被涂层的3D容器。对于能够通过现有方法涂层的3D容器例如可以是球形罩、注射器、安瓿、小瓶、光学纤维导管。对于本发明重要的是，每个3D容器112具有一个独立的抽真空114以及一个独立的供气116。这些独立的供给装置允许将多位置涂层系统的各涂层室分开，即，单独地运行或控制。

此外，如果各涂层室具有独立的等离子体监控装置118，它用于检测来自等离子体或要被涂层的基质的热辐射和/或电磁辐射，这是特别有利的，使得每个单个的涂层室可以单独地脉冲式驱动。

除了如图4B所示的通过同轴导体的输入以外，也可以如图5所示，将分配到波导管各分支104和106的能量通过所谓的介电窗输入到各涂层室112.1和112.2中。

同样可以将所示各实施例进行组合。

在图6和7中示出本发明的几个示例，通过它们可以实现多于两个的涂层位置。这一点不仅可以通过同轴导体实现而且可以通过波导管实现。

对于图6所示实施例，一个第一同轴导体200.1按照本发明被分成两个同轴导体200.2，200.3。这些同轴导体200.2，200.3又以分支级联的方式分成各两个同轴导体或波导管200.4，200.5以及200.6，200.7。各涂层室112.1，112.2，112.3，112.4位于分支级联的端部。

对于按照图6所示的级联结构也可以设想选择，在一个公共的波导管300.1上连接多个双点位置302.1，302.2，302.3，它们分别包括两个矩形波导管或两个同轴导体304.1，304.2。在各同轴导体或波导管304.1，304.2下部设置涂层室112.1，112.2。

通过本发明首次提出一个用于物体涂层的装置，通过该装置能够实现多个涂层室以一个唯一的微波源驱动。

通过本发明使脉冲式、但是也包括非脉冲式的微波能量通过适当地分配被充分利用，将能量供给多个相互分开的涂层位置。这些位置由于涂层技术的原因、如避免相邻涂层位置相互影响而保持相互分开，但是以一个能源供给。通过本发明能够保证，不发生交替引发，即不存在一个或另一个涂层室的不可控引发，而是所有的涂层室同时引发并在涂层期间保持均匀地供能。

已经证实，按照本发明的装置在关于等离子体体积以及气体组分方面是非常不严格的。通过本装置不仅可以对等离子体体积在2至10ml的要涂层的安瓿进行内涂层，对等离子体体积为约50ml的球形罩进行内涂层，而且也可以对等离子体体积直到100ml的白炽灯体无需对工艺参数进行再调整地进行外涂层。在此等离子体体积的变化随着阻抗明显变化。此外对于不同的等离子体体积也可以无需根本改变等离子体特性和涂层质量地使用不同的气体组分，尤其是也可以通过分别具有不同浓度的不同母体如六甲基二硅醚(Hexamethyldisiloxan)或氯化钛，其中气体组分也明显影响阻抗。

Claims

1.一种用于物体进行涂层的装置：

具有一个唯一的微波源；

具有两个或多个涂层室(10，10′)；

所有涂层室(10，10′)连接在所述唯一的微波源上；

有一个阻抗结构或一个波导管结构，用于将产生等离子体的微波能量分配到各涂层室(10，10′)中；

还包括一个H形的波导管或同轴导体结构，该导体结构包括一个短臂(3)以及两个侧腿(4，4′)并且连接在所述两个或多个处理室(10，10′)之前；所述短臂(3)通过一个输入导体(2)连接到所述唯一的微波源；以及，每个侧腿(4，4′)具有一个背离相关的处理室(10，10′)的第一区段(4.1，4.1′)以及一个面朝所述两个或多个处理室(10，10′)的第二区段(4.2，4.2′)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波导管结构本身包括至少一个用于分配微波能量的结构部件。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述用于分配微波能量的结构部件是一个y分配器。

4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述波导管结构包括一个矩形波导管。

5.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述波导管结构包括圆形波导管。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波导管结构包括介电窗或同轴导体结构，用于将微波能量输入到各涂层室中。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗结构本身包括至少一个用于分配微波能量的结构部件。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，为了将微波能量输入到各涂层室(10，10′)中，所述阻抗结构分别包括一个同轴导体结构，该导体结构包括一个金属内导体(A)和一个作为外导体的绝缘体(B)。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，设有用于改变内导体(A)的电长度的装置(5，5′；6，6′)。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述同轴导体结构包括一个第一导体段(2)，它用于在所述微波源与一个分支点之间建立连接。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，背离相关处理室(10，10′)的侧腿段的电长度是可以调整的。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述输入导体段(2)的电长度也是可以调整的。

13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，用于调整电长度的装置由一个包围内导体(A)的可移动的套筒构成。

14.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，用于调整内导体(A)电长度的装置由一个可以旋进内导体(A)的螺栓构成。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短臂(3)与另一侧腿(7)连接。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述另一侧腿(7)基本上在两个侧腿(4，4’)之间的短臂(3)中心与短臂(3)连接。

17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述另一侧腿(7)的电长度也是可以调整的。

18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涂层室(10，10′)相互间分开地设置。

19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在每个涂层室(10，10′)中分别容纳一个要被涂层的物体或者其中每一个涂层室(10，10′)由一个物体构成。

20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，为所述各涂层室配设分开的真空和供气装置。

21.如权利要求1所述的装置，其特征在于，为所述各涂层室配设分开的检测装置，该检测装置用于测量来自等离子体或要被涂层的基质的热辐射和/或电磁辐射。

22.如权利要求1所述的装置，其特征在于，设有脉冲式或非脉冲式的、时间调制的供能装置。

23.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗结构或波导管结构包括刚性导体。