УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛОТНЯНОЙ ОСНОВЫ В ПЛАЗМОСТИМУЛИРУЕМОМ ПРОЦЕССЕ
DEVICE FOR TREATMENT OF LINEN BASE IN PLASMA-STIMULATED PROCESS

Изобретение относится к области плазмостимулируемой обработки поверхностей основы. Изобретение относится к устройству и способу непрерывной обработки полотняной основы в плазмостимулируемом процессе. Устройство содержит по меньшей мере одну секцию обработки с рабочей камерой, причем секции обработки выделен по меньшей мере один блок плазменной обработки, который предназначен для формирования зоны плазмы в рабочей камере для обработки поверхности полотняной основы. Устройство дополнительно содержит транспортирующую систему для непрерывного перемещения полотняной основы через секцию обработки с помощью разматывающего валика и наматывающего валика, причем транспортирующая система задает путь перемещения полотняной основы через рабочую камеру.
Полотняные основы, например, полимерные пленки, например, покрываются одним или более слоями для изменения конкретных свойств полотняной основы. Полотняные основы покрываются, например, газо-, паро- и/или запахонепроницаемыми барьерными слоями для предотвращения прохождения газа, пара и запаха через полотняную основу. Такие барьерные слои могут состоять из оксида кремния или оксида алюминия.
Газо- и запахонепроницаемая полотняная основа, в частности, пригодна для упаковочного материала. Такой упаковочный материал находит применение, например, в области упаковки пищевых продуктов и лекарств и, в частности, предназначен для замены алюминия в упаковочном материале.
В других вариантах применения слои покрытия предназначены для изменения оптических свойств полотняной основы.
В целом, покрытия, создаваемые в плазмостимулируемом процессе, являются сравнительно тонкими и лежат, например, в нанометровом диапазоне. По этой причине гибкие свойства полотняной основы сохраняются. Дополнительно, структура покрытия не подвергается негативному влиянию гибкого изгибания полотняной основы.
В традиционных процессах "химического осаждения из паровой фазы" (CVD) необходимые рабочие температуры на покрываемой поверхности сравнительно высоки. Тепловая энергия поступает извне. Дополнительная тепловая энергия может высвобождаться в химической реакции. Однако высокие рабочие температуры могут приводить к повреждению полотняной основы.
Одним способом покрытия полотняных основ является так называемый процесс "плазмохимического осаждения из паровой фазы" (PECVD). В этом химическом процессе поверхность полотняной основы, подлежащая покрытию, подвергается воздействию технологической газовой смеси, которая содержит один или более летучих прекурсоров. Летучий прекурсор, в частности, является газообразным прекурсором. Летучие прекурсоры возбуждаются в плазму, генерируемую источником плазмы. В результате, возбужденные прекурсоры реагируют и/или разлагаются на поверхности полотна, например, для формирования требуемого отложения/покрытия. Для формирования слоя оксида кремния прекурсор может быть, например, кремнийорганическим соединением.
Процесс плазмохимического осаждения из паровой фазы (PECVD) использует плазму для повышения скоростей химической реакции прекурсоров. В результате, обработка PECVD позволяет обрабатывать, например, отложение/покрытие, при более низких температурах. В результате, термическое напряжение на полотняной основе снижается.
Более низкие температуры в процессе PECVD также позволяют осаждать органические покрытия, например, плазменные полимеры.
В процессе PECVD тепловая энергия высвобождается за счет ускорения электронов в плазме. Помимо формирования радикалов в этом процессе также формируются ионы в плазме, которые, совместно с радикалами, отвечают за осаждение на поверхности полотна. В целом, только температура газа в плазме составляет примерно несколько сотен градусов Цельсия. Однако температура на поверхности полотняной основы, подлежащей покрытию, гораздо ниже.
В качестве способа формирования плазмы для аппарата плазменного CVD известна так называемая технология плазмы с емкостной связью (CCP). В технологии CCP, высокочастотное напряжение подается на два электрода, расположенные напротив друг друга, формируя, таким образом, плазму между электродами.
В патентной публикации US 7806981 раскрыты устройство и способ для непрерывного покрытия полотняной основы в процессе PECVD. Устройство содержит секцию покрытия с вакуумной камерой и в вакуумной камере вращающийся барабан, который поддерживает и перемещает полотняную основу и который образует противоэлектрод. Устройство дополнительно содержит множество магнетронных электродов по периферии вращающегося барабана, которые образуют противоэлектрод. Магнетронные электроды обращены к полотну. Устройство дополнительно содержит средство для подачи технологического газа в область между вращающимся барабаном и магнетронными электродами. На магнетронные электроды подается переменное напряжение на частоте 40 кГц. Магнетронные электроды создают электромагнитные волны в микроволновом диапазоне, благодаря чему, создается плазма между вращающимся барабаном и магнетронными электродами.
Магнетронная технология имеет многочисленные ограничивающие факторы. Конфигурация "магнетрон-барабан" допускает только один этап покрытия. Для увеличения количества слоев и/или толщины покрытия на полотняной основе несколько конфигураций "магнетрон-барабан" должно быть расположено на технологической линии одна за другой. Однако это требует очень много места.
Кроме того конфигурация "магнетрон-барабан" позволяет осуществлять покрытие только на одной стороне свободной поверхности полотняной основы. Противоположная сторона полотняной основы покоится на вращающемся барабане и, таким образом, не может быть покрыта.
Дополнительным недостатком является качество покрытия. Если магнетронные электроды действуют на высоких напряжениях, более толстые покрытия достигаются с одной и той же скоростью процесса. Однако недостаток состоит в том, что пористость покрытия возрастает, и при этом соответственно снижается качество покрытия.
Дополнительным недостатком является скорость процесса, которая ограничивается конструкцией устройства. Скорость процесса может возрастать только с увеличением барабана, что позволяет увеличивать периферическую поверхность обработки. Однако барабан большого диаметра требует много места. Кроме того, поскольку барабан должен находиться внутри вакуумной камеры, конструкция установки с более крупным барабаном является более сложной и, соответственно, также дорогостоящей.
Дополнительные недостатки состоят в затратах на покупку, эксплуатацию и обслуживание такого устройства.
Дополнительно известным способом формирования плазмы в аппарате плазменного CVD является так называемая технология с индуктивно-связанной плазмой (ICP). В технологии ICP высокочастотная мощность поступает на катушку для формирования, таким образом, электромагнитного поля и, таким образом, индукционного электрического поля для генерации плазмы. Эта система не содержит противоэлектрода как в случае технологии CCP.
В патентной публикации US 2008/0102222 A1 раскрыт аппарат с индуктивно-связанной плазмой для непрерывного покрытия полотняной основы, содержащий (индукционную) катушку на которую поступает высокочастотная (РЧ) мощность.
В патентной публикации EP 1 020 892 A1 также раскрыт аппарат для осаждения покрытий на основу с использованием плоского источника индуктивно-связанной плазмы с магнитным удержанием. При этом также плазма возбуждается (индукционной) катушкой, на которую поступает высокочастотная (РЧ) мощность.
В вышеупомянутых системах ICP индукционная катушка находится в атмосферных условиях, отделенных от вакуумной камеры, в которой генерируется плазма.
Соответственно, нужно обеспечить диэлектрическое окно между катушкой и основой, подлежащей покрытию. Диэлектрическое окно герметично отделяет вакуумированную область для формирования пленки от области атмосферного давления, где катушка установлена в области атмосферного давления, но это делает возможным пропускание высокочастотного электрического поля в область формирования пленки.
Кроме того, вышеописанные системы ICP требуют клетки Фарадея, расположенной между катушкой и основой, подлежащей покрытию для отвода плазмы от емкостного электрического поля катушки. Т.е. в вышеупомянутых системах ICP клетка Фарадея необходима для получения плазмы с индуктивной связью (ICP). Клетка Фарадея отделяет емкостной (CCP) эффект от индуктивного эффекта и, таким образом, избавляет, например, от самосмещения.
Клетка Фарадея объединяется с диэлектрическим окном для обеспечения поджига плазмы с индуктивной связью в рабочей камере за счет возможности прохождения через нее электромагнитного поля из катушки. Для поджига индуктивной плазмы, необходимо прохождение емкостного поля. В стабильном состоянии для поддержания плазмы требуется только индукция. Клетка Фарадея и диэлектрическое окно совместно образуют блок сборки.
В патентной публикации EP 2 396 804 B1 раскрыто устройство для плазменной обработки большой площади также посредством технологии ICP. Однако принцип антенны соответствующего устройства существенно отличается от вышеупомянутых индукционных катушек, благодаря чему, достигаются другие результаты, чем вышеупомянутой с традиционной технологией ICP.
Однако соответствующее устройство предназначено только для обработки поверхности, в частности, покрытия штучных товаров, например, плоских панелей, солнечных элементов или полупроводниковой пластины.
Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства и способа обработки и, в частности, покрытия поверхности полотняной основы в непрерывном процессе с высокой скоростью процесса.
Еще одна задача изобретения состоит в обеспечении устройства и способа обработки и, в частности, покрытия поверхности полотняной основы в непрерывном процессе, при этом конструкция секции обработки устройства является компактной и экономит места.
Еще одна задача изобретения состоит в обеспечении устройства и способа для покрытия поверхности полотняной основы в непрерывном процессе для получения высококачественных покрытий, в частности для формирования однородного покрытия поверхности.
Еще одна задача изобретения состоит в обеспечении устройства и способа обработки и, в частности, покрытия поверхности полотняной основы в непрерывном процессе, в котором полотняная основа может быть обработана и, в частности, покрыта одновременно или последовательно на обеих сторонах в одной технологической последовательности. "В одной технологической последовательности" в частности, означает "за один проход".
Еще одна задача изобретения состоит в обеспечении устройства и способа нанесения многослойного покрытия на полотно в непрерывном процессе в одной технологической последовательности.
Еще одна задача изобретения состоит в обеспечении устройства и способа обработки и, в частности, покрытия поверхности полотняной основы в непрерывном процессе, что позволяет размещение множества секций обработки вдоль единой технологической линии с возможностью экономии места.
По меньшей мере одна задача достигается посредством устройства и способа, заданных формулой изобретения.
Блок плазменной обработки содержит по меньшей мере одну протяженную антенну и по меньшей мере один радиочастотный (РЧ) генератор для возбуждения упомянутой протяженной антенны до по меньшей мере одной из ее резонансных частот, причем транспортирующая система в рабочей камере задает участок пути обработки для полотняной основы, причем участок пути обработки для полотняной основы лежит напротив протяженной антенны.
Участок пути обработки для полотняной основы расположен, в частности, на расстоянии от протяженной антенны.
Плазмостимулируемый процесс согласно настоящему изобретению, в частности, является процессом "плазмохимического осаждения из паровой фазы" (PECVD) как дополнительно описано выше.
Радиочастотный (РЧ) генератор, в частности, является устройством для подачи непрерывной или импульсной радиочастотной мощности на одной или нескольких частотах на протяженную антенну для создания и поддержания зоны плазмы.
В предпочтительном варианте осуществления РЧ генератор выдает импульсную радиочастотную мощность на одной или нескольких частотах на протяженную антенну.
Необязательно, можно обеспечить согласующую схему, которая соединяет между собой РЧ генератор и протяженную антенну. Это позволяет избежать радиочастотных отражений на выходе РЧ генератора и, таким образом, гарантировать оптимальный перенос радиочастотной энергии от РЧ генератора на протяженную антенну.
"Протяженная антенна" означает антенну с двухмерной характеристикой. Т.е. длина и ширина антенны гораздо больше, чем ее высота или толщина, соответственно.
В предпочтительном варианте осуществления по настоящему изобретению протяженная антенна является плоской антенной. Термин "плоский", в частности, можно понимать как синоним слова "плоскостной". Плоская антенна также именуется плоскостной антенной.
Непрерывная обработка полотняной основы, в частности, означает, что полотняная основа непрерывно перемещается через зону плазмы упомянутой по меньшей мере одной активной секции обработки.
Зона плазмы формируется над поверхностью полотняной основы, подлежащей обработке. Зона плазмы, в частности, является плоской. Зона плазмы в частности, параллельна протяженной антенне.
Длина зоны плазмы в направлении процесса и, соответственно, длина участка пути обработки в плазме может составлять, например, от 0,2 до 1 м. Возможно также увеличение длины зоны плазмы до нескольких метров.
Для увеличения длины зоны плазмы, в частности, в общей рабочей камере, либо увеличивают продольный размер антенны, либо несколько антенн обеспечивают и располагают рядом для формирования непрерывной зоны плазмы в продольном направлении.
Конечно, полную длину зоны плазмы в устройстве и, в частности, в общей рабочей камере устройства, также можно увеличивать путем обеспечения нескольких блоков плазменной обработки подряд, каждый из которых образует зону плазмы в устройстве. В этом случае блоки плазменной обработки отделены друг от друга в направлении процесса и не образуют совместно непрерывную зону плазмы.
Ширина зоны плазмы, предпочтительно, регулируется до ширины полотняной основы, подлежащей обработке. Для определения ширины зоны плазмы либо регулируют поперечный размер протяженной антенны, либо несколько антенн обеспечивают и располагают рядом для формирования непрерывной зоны плазмы большой площади по всей ширине.
Процесс обработки может быть процессом травления поверхности, процессом осаждения, т.е. процессом покрытия, процессом очистки поверхности, процессом активации поверхности, процессом модификации поверхности или процессом функционализации поверхности.
Процесс модификации поверхности и процессы функционализации поверхности могут быть процессами предварительной обработки для последующего покрытия. Процесс предварительной обработки, в частности, может представлять собой очистку поверхности, подлежащей покрытию. Технологическим газом для такой предварительной обработки может быть, например, аргон, азот, кислород или смесь двух или более из перечисленных газов.
Однако один процесс обработки, в частности, является процессом покрытия. Соответственно, секция обработки, в частности, является секцией покрытия.
x
2
x
y
z
x
y
2
3
x
y
3
4
x
x
y
Нанесение покрытия, в частности, содержит осаждение оксида на поверхности полотняной основы. Оксид может быть SiO (например, SiO), SiOCH, AlO (например, AlO) или SiN (например, SiN). Покрытие также может содержать осаждение смеси двух или более из вышеупомянутых оксидов (например SiO/AlO). "X" и "Y" являются натуральными числами от 1 или выше.
Оксид представляет собой или содержит, в частности, оксид кремния, использующий технологический газ, содержащий кремнийорганическое соединение и кислород. Такое оксидное покрытие образует, в частности, барьерный слой.
Покрытие также может содержать или состоять из DLC. DLC расшифровывается как алмазоподобный углерод, который образует класс аморфного углеродного материала, который демонстрирует некоторые типичные свойства алмаза. В этом случае, предпочтительно, газообразный углеводород, например, ацетилен или метан, используется в качестве технологического газа для создания плазмы.
Покрытие может иметь толщину от 1 до 1000 нм, в частности, от 1 до 500 нм.
Блок плазменной обработки, в частности, дополнительно содержит разделяющую поверхность, которая физически отделяет протяженную антенну от окружающей среды, в частности, от зоны плазмы.
Разделяющая поверхность, в частности, служит для предотвращения паразитного покрытия протяженной антенны, которая подвергалась бы воздействию зоны плазмы в отсутствие разделяющей поверхности.
Разделяющая поверхность, в частности, параллельна протяженной антенне.
Возможно, что блок плазменной обработки образует разделяющую поверхность по обе стороны протяженной антенны, в случае, когда зона плазмы формируется по обе стороны протяженной антенны. Т.е. протяженная антенна располагается между первой и второй разделяющей поверхностью или зоной плазмы, соответственно.
Соответственно, по обе стороны антенны может обрабатываться отдельная полотняная основа. Каждая полотняная основа проходит через одну из противоположных зон плазмы.
Возможно также, что одна и та же полотняная основа проходит через зоны плазмы по обе стороны антенны, и, соответственно, обрабатывается дважды. С этой целью, полотняная основа отклоняется вдоль своего пути перемещения средством отклонения например, отклоняющими валиками. В зависимости от отклонения одна и та же поверхность полотна может обрабатываться дважды или обе противоположные поверхности полотна могут обрабатываться один раз.
В случае плоской антенны разделяющая поверхность является разделяющей плоскостью.
Разделяющая поверхность может быть образована диэлектрической покровной пластиной. Диэлектрическая покровная пластина может входить в состав агрегата источника плазмы. Покровная пластина, в частности, располагается параллельно протяженной антенне.
Покровная пластина может быть выполнена из стекла, керамического материала или полимерного материала. Покровная пластина также может быть выполнена из смешанного материала. Разделяющая поверхность в этом случае расположена между полотняной основой, т.е. участком пути обработки для полотняной основы, и протяженной антенной.
Диэлектрическая покровная пластина призвана, например, защищать антенну от любых взаимодействий с плазмой во избежание загрязнения и травления чувствительных электронных частей антенны, например конденсаторов.
Согласно другому варианту осуществления изобретения разделяющая поверхность сформирована самой полотняной основой, проходящей вдоль ее участка пути обработки после протяженной антенны. В последнем случае, зона плазмы формируется со стороны полотняной основы, которая обращена от протяженной антенны.
В этом случае полотняная основа имеет, в частности, ту же функцию, что и вышеописанная диэлектрическая покровная пластина.
Участок пути обработки проходит, в частности, параллельно протяженной антенне блока плазменной обработки. Участок пути обработки проходит, в частности, параллельно разделяющей поверхности блока плазменной обработки.
В случае плоской антенны участок пути обработки, в частности, прямолинеен. В результате, полотняная основа проходящая через участок пути обработки, задает плоскую поверхность обработки. Соответственно, секция полотна, проходящая через участок пути обработки, является плоской.
Согласно первому варианту осуществления изобретения, протяженная антенна расположена в рабочей камере. В частности, протяженная антенна расположена в среде рабочей камеры.
В этом случае диэлектрическое окно, имеющее некоторую прочность и, соответственно также толщину, для герметичного отделения рабочей камеры от область атмосферного давления, больше не требуется.
Система ICP согласно настоящему изобретению не требует отделения индуктивного эффекта от емкостного эффекта. Соответственно, наличие клетки Фарадея и диэлектрического окна, отделяющего антенну от полотняной основы, подлежащей обработке, не требуется согласно настоящему изобретению.
Это позволяет располагать антенну в среде рабочей камеры, как упомянуто выше.
Соответственно, улучшается перенос электрической энергии между индуктивной системой и плазмой без потерь в диэлектрическом окне. В результате, плотность плазмы и однородность плазмы повышаются. В результате, затраты на техническое обслуживание снижаются, и производительность повышается.
Дополнительно, в отсутствие диэлектрического окна не происходит осаждения паразитного покрытия, которое загрязняет диэлектрическое окно.
Если же катушка системы ICP согласно вышеупомянутому уровню техники будет располагаться в рабочей камере в отсутствие диэлектрического окна и клетки Фарадея, система будет создавать плазму с емкостной связью за счет подачи на катушку высокого радиочастотного (РЧ) напряжения. Соответственно, плазма будет весьма слабой. Индуктивный эффект будет достигаться только посредством инжекции в катушку сильного тока.
Согласно дополнительному развитию первого варианта осуществления по меньшей мере две отдельные зоны плазмы расположены в общей рабочей камере, в частности, в общей среде низкого давления рабочей камеры.
Упомянутые по меньшей мере две отдельные зоны плазмы могут быть образованы общей протяженной антенной или блоком обработки, соответственно, или по меньшей мере двумя отдельными протяженными антеннами или блоками обработки, соответственно.
В последнем случае упомянутые по меньшей мере две протяженные антенны расположены в общей рабочей камере, в частности, в общей среде низкого давления рабочей камеры.
Общая рабочая камера означает, что область низкого давления рабочей камеры, в которой располагаются антенны, является общей. Соответственно, низкое давление в общей рабочей камере генерируется общей откачивающей системой.
В частности, каждая из протяженных антенн образует отдельную зону плазмы в рабочей камере.
В частности, каждая протяженная антенна запитывается независимо посредством по меньшей мере одного радиочастотного (РЧ) генератора.
Упомянутые по меньшей мере две антенны в общей рабочей камере и, соответственно, зоны плазмы могут располагаться последовательно вдоль пути перемещения полотняной основы через рабочую камеру.
Упомянутые по меньшей мере две антенны в общей рабочей камере и, соответственно, зоны плазмы могут располагаться по обе стороны пути перемещения полотняной основы через рабочую камеру.
Упомянутые по меньшей мере две антенны в общей рабочей камере и, соответственно, зоны плазмы могут располагаться параллельно относительно пути перемещения полотняной основы.
Т.е. упомянутые по меньшей мере две антенны в общей рабочей камере и, соответственно, зоны плазмы расположены напротив друг друга по обе стороны полотняной основы. Между ними расположен путь перемещения полотняной основы. В этом случае полотняная основа отделяет две зоны плазмы друг от друга.
Упомянутые по меньшей мере две антенны в общей рабочей камере могут быть выполнены с возможностью последовательной обработки, в частности, покрытия, одной и той же поверхности полотняной основы. Т.е. обработка поверхности осуществляется в двух или более последовательных этапах за один проход в общей рабочей камере.
Последовательное покрытие может быть формированием одного слоя покрытия в двух или более этапах. Последовательное покрытие может быть формированием двух или более слоев покрытия один поверх другого (многослойное осаждение).
Упомянутые по меньшей мере две антенны в общей рабочей камере могут быть выполнены с возможностью одновременной или последовательной обработки, в частности, покрытия, двух противоположных поверхностей полотняной основы.
Конечно, раскрытые выше решения могут быть объединены друг с другом. Т.е. могут обрабатываться обе поверхности полотняной основы, тогда как по меньшей мере одна поверхность подвергается по меньшей мере двум последовательным этапам обработки в общей рабочей камере.
Полотняная основа направляется через рабочую камеру, проходящую через зоны плазмы антенн в рабочей камере.
Согласно дополнительному развитию настоящего варианта осуществления по меньшей мере две отдельные полотняные основы направляются через общую рабочую камеру, проходящую через зону плазмы.
В частности, упомянутые по меньшей мере две отдельные полотняные основы проходят через зону(ы) плазмы параллельно друг другу.
Упомянутые по меньшей мере две отдельные полотняные основы могут проходить через общую зону плазмы, которая, например, ограничена упомянутыми по меньшей мере двумя отдельными полотняными основами.
Упомянутые по меньшей мере две отдельные полотняные основы могут проходить через отдельные зоны плазмы.
Отдельные зоны плазмы могут быть образованы общей антенной, например, по обе стороны антенны.
Отдельные зоны плазмы также могут быть образованы отдельными антеннами.
Отдельные полотняные основы, в частности, означают, что полотняные основы, по отдельности разматываются с отдельных валиков.
Отдельные полотняные основы, в частности, означают, что полотняные основы по отдельности наматываются на отдельные валики.
Согласно второму варианту осуществления протяженная антенна располагается вне рабочей камеры.
Однако в любом случае протяженная антенна выполнена и расположена так, что зона плазмы расположена в рабочей камере.
Во втором варианте осуществления разделяющая поверхность может быть образована участком диэлектрической стенки рабочей камеры. В этом случае протяженная антенна и зона плазмы, которая всегда располагается в рабочей камере, физически разделены участком диэлектрической стенки.
Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения плоская антенна выставлена по вертикали.
Соответственно, участок пути обработки, в частности, выставлен по вертикали. Направление процесса может быть ориентировано снизу вверх. Направление процесса может быть ориентировано сверху вниз.
Согласно другому конкретному варианту осуществления настоящего изобретения плоская антенна выставлена по горизонтали.
Соответственно, участок пути обработки, в частности, выставлен по горизонтали.
Согласно другому конкретному варианту осуществления настоящего изобретения плоская антенна расположена наклонно.
Процесс обработки представляет собой процесс с передачей от валика к валику. Транспортирующая система в частности, содержит привод для приведения в движение наматывающего валика. Начальной точкой непрерывного процесса обработки является, в частности, разматывающий валик, и конечной точкой непрерывного процесса обработки является, в частности, наматывающий валик.
Транспортирующая система может содержать привод для приведения в движение разматывающего валика. Транспортирующая система может содержать привод для приведения в движение по меньшей мере одного пролетного валика.
Согласно варианту осуществления изобретения транспортирующая система содержит первую и вторую пролетную деталь, которые разнесены друг от друга. Пролетные детали образуют свободный пролет для полотняной основы. Свободный пролет, в частности, содержит участок пути обработки для полотняной основы. Такая компоновка допускает обработку свободного пролета полотняной основы.
"Свободный пролет", в частности, означает, что участок пути обработки образован пролетными деталями, которые лежат вне участка пути обработки, но не опорной деталью, поддерживающей полотняную основу на участке пути обработки.
В этом варианте осуществления зона плазмы располагается в области свободного пролета между пролетными деталями.
Пролетная деталь может быть отклоняющей деталью, которая задает путь отклонения для полотняной основы. Пролетные детали, например, являются валиками, в частности отклоняющими валиками. В частности, полотняная основа направляется по периферии валиков и, таким образом, отклоняется.
Пролетные валики и/или отклоняющие валики транспортирующей системы также могут быть выполнены с возможность действовать как охлаждающие валики.
Транспортирующая система может содержать по меньшей мере одну натяжную деталь, действующую на полотняную основу, для натяжения полотняной основы вдоль участка пути обработки. Натяжная деталь может содержать возвращающий элемент, который прилагает возвращающую силу к натяжной детали, благодаря чему, сила натяжения действует на полотняную основу.
Транспортирующая система, в частности, может содержать систему управления натяжением с натяжными деталями для автоматического управления натяжением полотняной основы вдоль ее технологического пути.
Пролетная деталь может быть выполнена как натяжная деталь, которая прилагает силу натяжения к свободному пролету полотняной основы.
Для полноты, следует упомянуть, что пролетные детали также могут быть образованы разматывающим и наматывающим валиками, которые вмещают полотняную основу для формирования катушки.
Согласно варианту осуществления изобретения участок пути обработки полотняной основы и, таким образом, полотняная основа в процессе проходит на расстоянии от разделяющей плоскости, благодаря чему, формируется зона плазмы между участком пути обработки полотняной основы и разделяющей плоскостью и, таким образом, плазма, создаваемая в зоне плазмы, заключена между полотняной основой и разделяющей плоскостью. Упомянутое расстояние может, например, составлять от 10 до 100 мм, в частности, от 30 до 80 мм.
В другом варианте осуществления изобретения участок пути обработки полотняной основы и, таким образом, полотняная основа проходит вблизи разделяющей поверхности или образует разделяющую поверхность, благодаря чему, зона плазмы формируется со стороны полотняной основы, которая обращена от протяженной антенны. Расстояние до разделяющей поверхности может составлять, например, только от 1 мм до 10 мм, в частности, от 1 мм до 5 мм.
В дополнительном развитии упомянутого варианта осуществления первый участок пути обработки полотняной основы проходит вблизи разделяющей поверхности или образует разделяющую поверхность, как описано выше. Упомянутое расстояние может, например, составлять от 1 мм до 5 мм. Дополнительно, второй участок пути обработки проходит на расстоянии от разделяющей поверхности и первого участка пути обработки. Упомянутое расстояние может, например, составлять от 10 до 100 мм, в частности, от 30 до 80 мм. В этой конфигурации зона плазмы формируется между первым и вторым участками пути обработки полотняной основы и, таким образом, плазма, создаваемая в зоне плазмы, заключена между двумя участками полотняной основы. Такая конфигурация избегает паразитных покрытий частей устройства.
По отношению к направлению процесса отклоняющая деталь может располагаться между первым и вторым путем обработки. Отклоняющая деталь задает путь отклонения для полотняной основы. Таким образом, в процессе полотняная основа отклоняется от первого участка пути обработки ко второму участку пути обработки или наоборот. Соответственно, полотняная основа на втором участке пути обработки проходит, в частности, в противоположном направлении к полотняной основе на первом участке пути обработки. Два участка пути обработки проходят, в частности, параллельно друг другу.
Согласно варианту осуществления изобретения блок плазменной обработки содержит конструкцию смещающего электрода со смещающим электродом. Смещающий электрод выполнен из электропроводящего материала, в частности, металла.
Смещающий электрод располагается напротив и на расстоянии от плоской антенны, в частности, агрегата источника плазмы, как дополнительно описано ниже. Смещающий электрод, в частности, является протяженным, например, плоским. Смещающий электрод может быть плоскостным агрегатом. Смещающий электрод проходит в частности, параллельно плоской антенне.
Смещающий электрод запитывается РЧ генератором. Необязательно, может быть обеспечена согласующая схема, которая соединяет между собой РЧ генератор и смещающий электрод. Это позволяет избежать радиочастотных отражений на выходе РЧ генератора и, таким образом, гарантировать оптимальный перенос радиочастотной энергии от РЧ генератора на смещающий электрод.
Смещающий электрод может занимать всю площадь плоской антенны. Смещающий электрод также может занимать только часть площади плоской антенны при наблюдении в направлении процесса.
Полотняная основа перемещается вдоль участка пути обработки между агрегатом источника плазмы и смещающим электродом.
Секция обработки содержит впускное проходное отверстие, в частности, для непрерывного ввода полотняной основы в рабочую камеру. Дополнительно, секция обработки содержит выпускное проходное отверстие, в частности, для непрерывного вывода обработанной полотняной основы из рабочей камеры. Отверстия, в частности, являются щелевыми с большим отношением глубины щели к ширине щели во избежание значительного течения газа в рабочую камеру. Это позволяет управлять низким давлением газа в рабочей камере.
Секция обработки дополнительно содержит систему подачи газа для подачи технологического газа в зону плазмы в рабочей камере. Технологический газ может поступать со стороны, например, между разделяющей поверхностью и полотняной основой. Признак "технологический газ" также включает в себя технологическую газовую смесь.
Система подачи газа, в частности, содержит детали инжекции газа для ввода технологического газа в зону плазмы. Система подачи газа может содержать рассеивающие детали для распределения технологического газа в зоне плазмы.
Рабочая камера означает камеру, где происходит плазменная обработка и обрабатывается полотняная основа, в частности, покрытие.
Рабочая камера представляет собой, в частности, камеру низкого давления или вакуумную камеру, соответственно.
Секции обработки дополнительно содержит откачивающую систему для удаления газообразных компонентов из рабочей камеры.
Откачивающая система служит, в частности, для установления (создания и поддержания) низкого давления (также именуемого разрежением или вакуумом) в рабочей камере. Термин "низкое давление" рассматривается по сравнению с внешним давлением, в частности, атмосферным давлением. Низкое давление может быть порядка, например, нескольких паскалей (Па), например 5 Па. Т.е. рабочая камера, в частности, является вакуумной камерой.
Откачивающая система также может служить для откачивания летучих побочных продуктов, создаваемых в ходе реакций из рабочей камеры. В этой связи, откачивающая система также имеет функцию выпускной системы.
Блок плазменной обработки согласно первому аспекту настоящего изобретения уже не содержит вращающегося барабана. Напротив, конструкция антенны является плоской, благодаря чему, блок плазменной обработки может быть выполнен компактным и, таким образом, экономить место. Это дает высокую гибкость в конструкции устройства для обработки полотняной основы. Т.е. устройство может быть спроектировано и выполнено в соответствии с нуждами потребителя.
Устройство может содержать, в частности, две или более секций обработки.
Две или более секций обработки могут образовывать рабочие камеры, независимые друг от друга в отношении установления низкого давления в рабочей камере.
Однако рабочие камеры двух или более секций обработки также могут быть связаны в этом отношении.
Первая секция обработки, в частности, является секцией предварительной обработки для подготовки поверхности полотняной основы к последующему покрытию.
Согласно варианту осуществления, устройство содержит по меньшей мере две секции обработки, расположенные последовательно относительно направления процесса для осуществления одного и того же процесса обработки. В результате, зона плазмы и, следовательно, площадь обработки, увеличивается, в частности, кратно, в направлении процесса.
Фактически, такая секция предварительной обработки может объединяться с традиционным магнетронным устройством емкостной связи.
Согласно конкретному варианту осуществления устройство содержит первую секцию обработки с по меньшей мере одним блоком плазменной обработки. В первой секции обработки поверхность полотняной основы, например, подвергается предварительной обработке для последующего покрытия. Однако первая секция обработки также может быть первым покрытием.
Устройство дополнительно содержит вторую секцию обработки с по меньшей мере одним блоком плазменной обработки. Вторая секция обработки является, например, секцией покрытия для покрытия или дополнительного покрытия, например, предварительно обработанной поверхности полотняной основы, например, барьерным слоем. Упомянутая по меньшей мере одна вторая секция обработки расположена после первой секции обработки в направлении процесса. Направление процесса, в целом, соответствует направлению перемещения полотняной основы.
В этой связи, устройство согласно настоящему изобретению пригодно для модульной компоновки. Устройство, например, может быть построено из нескольких модулей. Один или более чем один модулей содержат по меньшей мере одну секцию обработки согласно изобретению.
Модули можно объединять в последовательной конфигурации относительно направления процесса.
Таким образом, вышеупомянутая первая секция обработки может входить в состав первого модуля. Вышеупомянутая вторая секция обработки может входить в состав второго модуля.
В дополнительном развитии модульного принципа устройство содержит модуль основания. Модуль основания содержит разматывающий и наматывающий валики и, в частности, также приводы для приведения в движение валиков. Модуль основания может быть неотъемлемым компонентом модульной конструкции.
Дополнительно, модуль основания также может содержать первую секцию обработки, например, для предварительной обработки поверхности полотняной основы, подлежащей дополнительной обработке, например, покрытию. Это объясняется тем, что полотняную основу, в основном, необходимо предварительно обрабатывать до применения дополнительных операций обработки, например, покрытия, полотняной основы.
Дополнительно, устройство может содержать один или более модулей обработки, как описано выше. Модуль(и) обработки расположены после модуля основания в направлении процесса.
Согласно конкретному варианту осуществления изобретения модули устройства могут располагаться один над другим. Это может иметь место, в частности, когда антенна и, соответственно, участки пути обработки выставлены по вертикали. Если предусмотрен модуль основания, модуль основания соответствует основанию устройства.
Устройство может оканчиваться вверху верхним модулем. Верхний модуль в любом случае располагается над модулем основания, если таковой предусмотрен. Верхний модуль, в частности, располагается поверх модуля обработки. Верхний модуль, в частности, содержит по меньшей мере одну отклоняющую деталь.
Независимо от вышеописанного модульного принципа устройство согласно конкретному варианту осуществления может содержать по меньшей мере два технологических участка, причем каждому технологическому участку выделен по меньшей мере один блок плазменной обработки для обработки полотняной основы. "Технологический участок" означает участок в устройстве, где обрабатывается полотняная основа. Т.е. каждый технологический участок содержит по меньшей мере один блок плазменной обработки.
Направление процесса на одном технологическом участке ориентировано снизу вверх. Направление процесса на другом технологическом участке ориентировано сверху вниз. Т.е. полотняная основа обрабатывается в направлении процесса снизу вверх на первом технологическом участке и также в направлении процесса сверху вниз на втором технологическом участке.
Между двумя технологическими участками расположена по меньшей мере одна отклоняющая деталь, например, отклоняющий валик, для отклонения полотняной основы от направления снизу вверх к направлению сверху вниз или наоборот.
Упомянутая по меньшей мере одна отклоняющая деталь, в частности, расположена над секцией(ями) обработки или над модулями обработки, соответственно.
Упомянутая по меньшей мере одна отклоняющая деталь может входить в состав отклоняющего модуля. Отклоняющий модуль может соответствовать верхнему модулю, как описано выше.
Согласно варианту осуществления изобретения, по обе стороны участка пути обработки полотняной основы расположен блок плазменной обработки с плоской антенной. Блоки плазменной обработки лежат напротив друг друга и разнесены от участка пути обработки. Между участком пути обработки полотняной основы и плоской антенной, в частности, разделяющей плоскостью блока плазменной обработки, в каждом случае формируется зона плазмы, благодаря чему, обе стороны полотняной основы могут обрабатываться одновременно.
Соответственно, между двумя плоскими антеннами проходит, в частности, прямолинейный участок пути. Блоки плазменной обработки в частности, расположены в общей рабочей камере секции обработки.
Плоские антенны могут получать сигнал от общего или отдельных РЧ генераторов.
Согласно варианту осуществления изобретения устройство содержит первую секцию обработки и расположенную в направлении обработки после первой секции обработки вторую секцию обработки. Транспортирующая система выполнена так, что полотняная основа сначала может перемещаться через первую секцию обработки и затем через вторую секцию обработки непрерывным образом и, в частности, за один проход.
Первая секция обработки может входить в состав первого модуля обработки, а вторая секция обработки может входить в состав второго модуля обработки. Возможно также, что обе секции обработки входят в состав общего модуля обработки.
Полотняная основа, в частности, перемещается между двумя секциями обработки через впускное и выпускное проходные отверстия, как описано выше. Впускное и выпускное проходные отверстия могут формировать технологические интерфейсы между модулями.
Согласно варианту осуществления изобретения в направлении обработки между блоком плазменной обработки первой, предшествующей секции обработки и блоком плазменной обработки второй, последующей секции обработки расположена по меньшей мере одна отклоняющая деталь, которая отклоняет полотняную основу так, что направление перемещения полотняной основы через зону плазмы блока плазменной обработки второй секции обработки ориентировано противоположно или под углом к направлению перемещения полотняной основы через зону плазмы блока плазменной обработки первой секции обработки.
В этом случае первая и вторая секции обработки, в частности, составляют часть общего модуля обработки. Два направления перемещения, в частности, могут быть ориентированы снизу вверх и сверху вниз, как дополнительно упомянуто выше.
Упомянутая по меньшей мере одна отклоняющая деталь в частности, расположена вне рабочих камер предшествующей и последующей секции обработки. Упомянутая по меньшей мере одна отклоняющая деталь может быть отклоняющим валиком. Упомянутая по меньшей мере одна отклоняющая деталь может входить в состав модуля отклонения.
Согласно другому дополнительному развитию настоящего изобретения протяженная антенна, например, описанная выше, объединена с вращаемым барабаном.
Вращаемый барабан составляет часть транспортирующей системы. Участок пути обработки полотняной основы искривлен и проходит вдоль участка периферийной поверхности вращаемого барабана. Этот участок периферийной поверхности образует искривленную опорную поверхность для полотняной основы в рабочей камере.
Антенна, в частности, интегрирована в агрегат источника плазмы, как дополнительно описано ниже.
В этом развитии полотняная основа также обрабатывается в процессе с передачей от валика к валику. Т.е. устройство содержит разматывающий валик в начале технологического пути и наматывающий валик в конце технологического пути.
Такая конфигурация отличается тем, что, в ходе эксплуатации, полотняная основа, в области сформированной зоны плазмы, покоится на области искривленной периферической поверхности обработки вращаемого барабана. Полотняная основа, в частности, перемещается со скоростью вращения вращающегося барабана, в процессе обработки, в частности, покрытия.
Зона плазмы расположена в рабочей камере, которая представляет собой, в частности, камеру низкого давления или вакуумную камеру.
Согласно первому варианту осуществления этого дополнительного развития протяженная антенна является плоской. Агрегат источника плазмы, содержащий плоскую антенну, расположен на расстоянии от вращаемого барабана и обращен к области искривленной периферической поверхности барабана, благодаря чему, формируется зазор между вращаемым барабаном и агрегатом источника плазмы.
Зона плазмы формируется в области, образованной зазором. Т.е. зона плазмы формируется между агрегатом источника плазмы, в частности, покровной пластиной, и полотняной основой, покоящейся на барабане. Покровная пластина, обращенная к барабану по пути перемещения полотняной основы, в частности, также является плоской. Поверхность покровной пластины образует разделяющая поверхность.
Согласно второму варианту осуществления протяженная антенна искривлена. Искривленная форма протяженной антенны, в частности, адаптирована к форме области искривленной поверхности вращаемого барабана.
Соответственно, покровная пластина агрегата источника плазмы, обращенная к полотняной основе, в частности, также искривлена.
Агрегат источника плазмы со своей искривленной антенной также расположен на расстоянии от вращаемого барабана и обращен к области искривленной периферической поверхности барабана, благодаря чему, между вращаемым барабаном и агрегатом источника плазмы формируется искривленный зазор.
Зона плазмы формируется в области, образованном зазором. Т.е. зона плазмы формируется между агрегатом источника плазмы, в частности, покровной пластиной, и полотняной основой, покоящейся на барабане. Покровная пластина, обращенная к барабану по пути перемещения полотняной основы, в частности, является вогнутой. Поверхность покровной пластины образует разделяющую поверхность.
Барабан согласно вышеупомянутым вариантам осуществления может формировать смещающий электрод, как дополнительно описано выше.
Согласно третьему варианту осуществления протяженная антенна также искривлена. Искривленная форма протяженной антенны, в частности, адаптирована к форме области искривленной поверхности вращаемого барабана. Соответственно, покровная пластина агрегата источника плазмы, обращенная к полотняной основе, в частности, также искривлена.
В отличие от второго варианта осуществления агрегат источника плазмы со своей искривленной антенной расположен на вращаемом барабане. Покровная пластина, обращенная от барабана по пути перемещения полотняной основы, в частности, является выпуклой.
В этом случае, зона плазмы формируется над поверхностью полотняной основы, которая обращена от барабана. Полотняная основа образует разделяющую поверхность.
В целом, один или несколько из вышеописанных агрегатов источника плазмы могут располагаться вдоль искривленной периферии вращаемого барабана в направлении процесса последовательно.
Протяженная антенна является центральным элементом источника плазмы большой площади. Плоская антенна образует плоский источник плазмы. Искривленная антенна образует искривленный источник плазмы.
Протяженная антенна содержит множество соединенных между собой элементарных резонансных ячеек. Каждая ячейка состоит из индуктивных и емкостных элементов. Каждая ячейка содержит, в частности, по меньшей мере две проводящие перемычки и по меньшей мере два конденсатора. Таким образом, антенна имеет множество резонансных частот.
Для обработки более крупных областей блок плазменной обработки может содержать по меньшей мере одну вспомогательную протяженную антенну.
В патентной публикации EP 2 396 804 B1 раскрыта технология для генерации плазмы посредством возбуждения плоской антенны вышеупомянутой конструкции РЧ генератором до по меньшей мере одной из ее резонансных частот.
В патентной публикации EP 1 627 413 B1 раскрыта та же технология для генерации плазмы, однако, в этом случае, посредством возбуждения искривленной антенны РЧ генератором до по меньшей мере одной из ее резонансных частот.
Настоящее изобретение соответствует конкретному применению этой технологии. За дополнительными деталями, касающимися реализации упомянутой технологии, следует обратиться к упомянутым патентным публикациям.
Проводящие перемычки могут быть параллельны друг другу. Т.е. конфигурация перемычек настоящей антенны не образует катушку.
Радиочастотный (РЧ) генератор генерирует высокие токи в каждой перемычке, поскольку они не являются независимыми. Таким образом, каждая ячейка генерирует электромагнитное поле с более однородным распределением вдоль продольной оси ячейки.
На резонансной частоте существует стоячая волна тока, текущего через перемычки, порождающая в рабочей камере поле стоячей электромагнитной волны, которое поджигает плазму.
Упомянутая резонансная частота может настраиваться регулируемой проводящей пластиной, дополнительно описанной ниже.
Перемычки выполнены, например, из меди, в частности, медных трубок. Медные трубки могут охлаждаться охлаждающей жидкостью, например, водой, для предотвращения чрезмерного нагрева компонентов антенны, например, конденсаторов.
Как упомянуто выше, в настоящем изобретении медные трубки, в частности, образуют перемычки антенны, а не катушку, как известно из приведенного уровня техники.
Антенна может содержать элементарные резонансные ячейки, имеющие две параллельные более длинные проводящие перемычки, концы которых соединены между собой поперечными более короткими соединительными элементами. Такая конструкция элементарной резонансной ячейки позволяет эффективно соединять между собой множество ячеек для составления антенны большой площади.
Элементарные резонансные ячейки, в частности с параллельными проводящими перемычками, в частности, соединены между собой общими перемычками для формирования резонансной антенны в форме стремянки. Перемычки образуют перекладины стремянки. Такая конструкция позволяет составлять очень большую антенну со строго определенным распределением амплитуды токов по всей поверхности антенны.
Антенна выполнена, в частности, так, что каждая резонансная частота соответствует синусоидальному распределению тока в перемычках антенны. Это, в частности, имеет место, если все конденсаторы имеют одну и ту же емкость, и если все перемычки идентичны (имеют одинаковую индуктивность).
Резонансные токи, текущие в перемычках антенны, генерируют высокие и однородные плотности электронов. Соответственно, плазма создается на большой поверхности, имеющей высокую однородность во всей зоне плазмы и по большой поверхности.
Согласно варианту осуществления изобретения направление перемещения полотняной основы параллельно проводящим перемычкам.
В другом варианте осуществления изобретения направление перемещения полотняной основы ориентировано под углом, в частности, перпендикулярно, проводящим перемычкам. В этой конфигурации плазменная обработка поверхности полотняной основы более однородна.
Согласно первому варианту осуществления антенны поперечные более короткие соединительные элементы содержат противоположные конденсаторы.
Согласно второму варианту осуществления антенны параллельные более длинные проводящие перемычки содержат противоположные конденсаторы, каждый из которых соединен последовательно между отрезками соответствующей проводящей перемычки.
Более длинная проводящая перемычка содержит по меньшей мере один конденсатор, расположенный между по меньшей мере двумя отрезками соответствующей проводящей перемычки.
Если перемычки сформированы медными трубками, то упомянутые отрезки проводящей перемычки сформированы отдельными медными трубками.
Этот вариант осуществления, в частности, применяется в случаях, когда направление перемещения полотняной основы перпендикулярно проводящим перемычкам.
Этот вариант осуществления позволяет снижать РЧ напряжение, подаваемое на антенну.
Оба варианта осуществления могут быть объединены, причем первые противоположные конденсаторы соединены с поперечными более короткими соединительными элементами, а вторые противоположные конденсаторы соединены с проводящими перемычками.
Когда протяженная антенна имеет множество соединенных между собой элементарных резонансных ячеек, и когда антенна возбуждается до по меньшей мере одной из ее резонансных частот, распределение амплитуды токов в элементарных ячейках антенны стабильно и может быть строго определенным по всей поверхности антенны.
Распределением амплитуд тока можно управлять, выбирая, какая резонансная частота антенны должна возбуждаться РЧ генератором.
Благодаря строго определенному распределению амплитуды тока по всей поверхности антенны, антенна изобретения может создавать строго определенное распределение плазмы.
С учетом того, что плазма быстро диффундирует из областей с высокими плотностями тока в области с более низкими плотностями тока, антенна по изобретению может создавать более однородное распределение плазмы.
Наличие плазмы оказывает небольшое влияние на значения резонансных частот, по существу, вследствие индуктивной связи.
Для компенсации частотных сдвигов блок плазменной обработки согласно изобретению может содержать проводящую пластину, также именуемую экраном. Проводящая пластина, в частности, располагается параллельно антенне. Проводящая пластина, в частности, располагается вблизи антенны. Проводящая пластина, в частности, заземлена. Проводящая пластина, в частности, выполнена из металла. Проводящая пластина расположена со стороны антенны, которая обращена от участка пути обработки полотняной основы, т.е. зоны плазмы, и разделяющей поверхности, соответственно.
Согласно варианту осуществления изобретения перемычки и, в частности, медные трубки, образующие перемычки, заделаны в диэлектрический материал. Диэлектрический материал имеет, в частности, высокую теплопроводность для отвода тепла от перемычек. Дополнительно, диэлектрический материал, в частности, придает устройству устойчивость.
Согласно варианту осуществления протяженная антенна целиком заделана в диэлектрический материал.
Диэлектрическим материалом может быть пеной.
Диэлектрическим материалом может быть силиконовый эластомер. Диэлектрический материал может быть выполнен из диоксида кремния или оксида алюминия.
Блок плазменной обработки, в частности, может содержать агрегат источника плазмы с протяженной антенной, заделанной в диэлектрический материал. Агрегат источника плазмы может разграничиваться со стороны, обращенной к зоне плазмы, диэлектрической покровной пластиной, образующей разделяющую поверхность.
Агрегат источника плазмы на противоположной стороне покровной пластины может разграничиваться проводящей пластиной, образующей пластину основания.
Агрегат источника плазмы на соединяющих сторонах, может разграничиваться рамочной конструкцией.
В случае плоской антенны агрегат источника плазмы, в частности, выполнен как плоскостной агрегат.
Проводящая пластина и покровная пластина проходят, в частности, параллельно друг другу. Следовательно, протяженная антенна, заделанная в диэлектрический материал, расположена между покровной пластиной и пластиной основания.
Согласно варианту осуществления изобретения можно обеспечить средство для регулировки положения, в частности, расстояния проводящей пластины относительно антенны, что позволяет (тонко) регулировать резонансные частоты антенны. Проводящая пластина, в частности, расположена вблизи антенны.
Благодаря регулировке относительного положения проводящей пластины с антенной можно настраивать резонансные частоты антенны в соответствии с частотами возбуждения РЧ генератора.
Кроме того, регулируя относительное положение проводящей пластины, можно влиять на картину осаждения энергии волны в плазме, и это можно использовать как средство для регулировки граничных условий нормальных EM мод плазмы.
Однако проводящая пластина не является существенным признаков настоящего изобретения, поскольку резонансная частота также может быть получена путем выбора разных конденсаторов.
Если по обе стороны протяженной антенны сформирована разделяющая поверхность, которая, в каждом случае, отделяет протяженную антенну от зоны плазмы, агрегат источника плазмы может содержать вторую диэлектрическую покровную пластину вместо проводящей пластины основания.
Однако в такой конфигурации разделяющая поверхность также может быть образована в каждом случае участком пути обработки полотняной основы по обе стороны протяженной антенны.
В известных источниках плазмы с индуктивной связью выполняются ограничения в попытке повышающего масштабирования, обусловленные проблемами инжекции мощности (очень высокого тока/напряжения в согласующиеся элементы и линии питания).
Резонансная антенна согласно изобретению, в частности, отличается конечным и нереактивным импедансом. Т.е. настоящая антенна представляет чисто действительный импеданс (обычно около 50 Ом при связи с плазмой) и, таким образом, независимо от размера антенны. Это позволяет удобно масштабировать в сторону увеличения источник плазмы для создания зоны плазмы большой площади, например, до метров в длину. Таким образом, обрабатываемые поверхности могут быть значительно увеличены.
Это означает, что импеданс является чисто резистивным. В этом состоит отличие от систем CCP или стандартных систем ICP, которые имеют катушки, как упомянуто во введении, посвященном уровню техники.
Например, системы CCP имеют импеданс Z=1/A, где A - площадь поверхности электрода. Для большой площади поверхности, A велика, а Z мал. Z стремится к нулю для чрезвычайно большой площади поверхности. Если же Z мал, то генерируются очень большие токи.
С другой стороны для стандартных систем ICP с катушками, известными в уровне техники, импеданс выражается как Z=N*R, где N - количество витков катушки, а R - конечный диаметр катушки. Для поверхностей большой площади это приводит к очень высокому импедансу с низким током и очень высоким напряжением.
Антенна согласно настоящему изобретению, в частности, является резонансной, и это означает, что импеданс Z является конечным и не реактивным. Это позволяет строить антенну почти любого размера до нескольких квадратных метров.
Согласно варианту осуществления секция обработки согласно изобретению может дополнительно содержать систему для генерации магнитного поля, в частности, статического магнитного поля, вблизи протяженной антенны. Благодаря такому магнитному полю, в плазме могут возбуждаться плоско поляризованные спиральные волны, что повышает скорость обработки аппарата.
Магнитное поле может генерироваться постоянными магнитами или катушками постоянного тока.
Согласно дополнительному развитию этого варианта осуществления устройство может содержать решетку постоянных магнитов. Решетка магнитов, в частности, расположена параллельно протяженной антенне. В случае плоской антенны решетка магнитов расположена в плоскости. Магниты, в частности, расположена со стороны полотняной основы на участке пути обработки, обращенном от протяженной антенны.
Для полноты следует упомянуть, что устройство может дополнительно содержать средство для инжекции в упомянутую протяженную антенну постоянного тока, наложенного на радиочастотный ток, благодаря чему, упомянутый постоянного тока генерирует магнитное поле вблизи протяженной антенны.
Средство может содержать генератор постоянного тока.
Постоянный ток, в частности, инжектируется в проводящие перемычки антенны. На антенну может подаваться постоянный ток на конце, в частности, на обоих концах каждой проводящей перемычки.
Постоянный ток, в частности поступает на проводящие перемычки через дроссельные катушки.
Согласно варианту осуществления на антенну подаются по меньшей мере два сдвинутых по фазе сигнала РЧ мощности в двух разных, т.е. отдаленных, точках инжекции, что приводит к сдвигу по времени распределения тока в перемычках антенны. Другими словами, это приводит к бегущему распределению тока. Это также именуется "двухфазной подачей". Соответственно, радиочастотный генератор выполнен с возможностью подачи на антенну двух сдвинутых по фазе сигнала РЧ мощности.
Соответственно, распределение плазмы сдвигается по времени по всей поверхности антенны. Это приводит к более однородному распределению обработки, т.е. нагреву плазмы. Кроме того, бегущее распределение тока значительно увеличивает возбуждение спиральных волн.
Сдвинутые по фазе сигналы можно получить объединением нескольких РЧ генераторов. Сдвинутые по фазе сигналы также можно получать делением сигнала, выдаваемого единым генератором, с помощью делителя мощности и фазовращателя.
Известно, что выбросы спиральных волн эффективно создают плазму высокой плотности и используются как инструмент плазмы высокой плотности для обработки полупроводников, как то травление, осаждение, напыление.
Спиральная волна представляет собой низкочастотную электромагнитную волну, которая может существовать в плазмах в присутствие магнитного поля.
Спиральный выброс представляет собой возбуждение плазмы спиральными волнами, индуцированными радиочастотным нагревом. Различие между спиральным источником плазмы и плазмой с индуктивной связью состоит в наличии магнитного поля, ориентированного вдоль оси антенны. Наличие этого магнитного поля создает спиральный режим работы с более высокой эффективностью ионизации и более высокой плотностью электронов, чем в обычной ICP (плазме с индуктивной связью).
Полотняная основа является гибким материалом. Гибкий означает, что полотняная основа может изгибаться без образования структурных повреждений.
Полотняная основа может быть однослойной или многослойной пленкой. Многослойная пленка, в частности, содержит несущую пленку. Однослойная или многослойная пленка, в частности, содержит полимерный материал или состоит из него. В частности, по меньшей мере один слой многослойной пленки является полимерной пленкой. Согласно варианту осуществления полотняная основа является многослойной пленкой, где несущая пленка выполнена из полимерного материала.
Полотняная основа, т.е. полимерная пленка или слой полимерной пленки, например, несущая пленка, может быть выполнена из полиэфира, например, поли(этилен терефталата) (PET), полибутилентерефталата (PBT) или полиэтиленнафтената. Полотняная основа или пленка также может быть выполнена из полиалкена, например, полиэтилена (PE), полипропилена (PP) или (со)полимера цикло-олефина. Полотняная основа или пленка также может быть выполнена из полиамида (PA), сополимера этилвинилового спирта (EVOH) или жидкокристаллического полимера (LCP). Полотняная основа или пленка также может быть выполнена из галогенизированного полимера, например, поливинилхлорида (PVC) или поливинилиденхлорида (PVDC).
Изобретение также относится к способу непрерывной обработки полотняной основы в плазмостимулируемом процессе с помощью вышеописанного устройства. Способ содержит этапы:
- обеспечения полотняной основы с первым концевым участком полотна, который расположен на разматывающем валике и со вторым концевым участком полотна, который расположен на наматывающем валике, и с промежуточным участком полотна;
- генерации плазмы в зоне плазмы блока плазменной обработки в секции обработки;
- в частности, непрерывного разматывания полотняной основы с разматывающего валика и, таким образом, в частности, непрерывного наматывания полотняной основы наматывающим валиком,
- в частности, непрерывного перемещения промежуточного участка полотна полотняной основы вдоль участка пути обработки в упомянутой по меньшей мере одной секции обработки через зону плазмы блока плазменной обработки и, посредством этого, плазменной обработки поверхности полотняной основы.
Устройство согласно изобретению имеет по меньшей мере одно из следующих преимуществ:
- в силу высокой однородности генерируемой плазмы достигается высокое качество обработки поверхности и, в частности, покрытия;
- устройство позволяет непрерывно обрабатывать полотняную основу, в частности, без краевых эффектов;
- устройство позволяет обрабатывать большую площадь полотняной основы;
- устройство позволяет одновременно обрабатывать, в частности, наносить покрытие по обе стороны полотняной основы;
- устройство позволяет наносить многослойное покрытие на полотняную основу в одной технологическом последовательности;
- устройство позволяет последовательно осуществлять аналогичные или разные операции обработки на полотняной основе в одной технологической последовательности;
- устройство может быть выполнено с экономии места, даже если в устройстве обеспечиваются несколько секций плазменной обработки для полотняной основы;
- устройство имеет простую конструкцию;
- изобретение допускает модульную конструкцию устройства. Таким образом, единое устройство может быть адаптировано к разным потребностям для обработки полотна;
- устройство может работать на более высокой линейной скорости (скорости перемещения полотняной основы), например 400 м/мин (метров в минуту). Благодаря сохраняющей место конфигурации секций плазменной обработки изобретение допускает конфигурацию из двух, трех или более секций обработки, последовательно осуществляющих один и тот же процесс обработки для удвоения, утроения и т.д. зоны плазмы в направлении процесса. В результате, достигается удвоение (800 м/мин) или утроение (1200 м/мин) и т.д. скорости перемещения;
- в силу высокой плотности генерируемой плазмы устройство может работать на более высоких скоростях осаждения для барьерных покрытий. Динамическая скорость наращивания может составлять, например, 2 мкм/мин (микрон в минуту);
- блок плазменной обработки не содержит движущихся частей, например, вращающихся электродов;
- устройство создает плазму с индуктивной связью и не обязательно содержит конфигурацию электрод/противоэлектрод, как в случае плазмы с емкостной связью в магнетронной технологии. Напротив, мощность индуктивно связана с плазмой;
- плазменная дуга, которая может приводить к образованию проколов в полимерной пленке, не зажигается;
- полотняная основа не должна поддерживаться опорой в ходе обработки;
- отходы полотняной основы снижаются, поскольку образуется только макулатура, но не обрезки. Обрезка краев не требуется;
- технология генерации плазмы с индуктивной связью согласно настоящему изобретению не ограничивает размер зоны плазмы. Т.е. не существует технологических ограничений в отношении масштабирования в сторону увеличения.
Признаки, раскрытые в связи с формулировкой "в частности", подлежат рассмотрению как необязательные признаки настоящего изобретения.
Представленные варианты осуществления устройства согласно изобретению описаны в связи со следующими фигурами. Фигуры схематически демонстрируют:
фиг. 1a и 1b - первый вариант осуществления элементарной ячейки для плоской антенны и ее эквивалентная электрическая схема;
фиг. 1c иллюстрирует антенну с пропусканием высоких частот с последовательностью элементарных ячеек согласно первому варианту осуществления;
фиг. 2a и 2b - второй вариант осуществления элементарной ячейки для плоской антенны, и ее эквивалентная электрическая схема;
фиг. 2c - антенна с пропусканием низким частот с последовательностью элементарных ячеек согласно второму варианту осуществления;
фиг. 3a и 3b - третий вариант осуществления элементарной ячейки для плоской антенны и ее эквивалентная электрическая схема;
фиг. 3c - гибридная антенна с элементарными ячейками согласно третьему варианту осуществления;
фиг. 4 - первый вариант осуществления устройства согласно изобретению;
фиг. 5 - второй вариант осуществления устройства согласно изобретению;
фиг. 6a - третий вариант осуществления устройства согласно изобретению;
фиг. 6b - поперечное сечение полотняной основы, обработанной устройством согласно фиг. 6a;
фиг. 7a - четвертый вариант осуществления устройства согласно изобретению;
фиг. 7b - поперечное сечение полотняной основы, обработанной устройством согласно фиг. 7a;
фиг. 8 - вариант осуществления секции обработки согласно изобретению;
фиг. 9 - дополнительный вариант осуществления отрезка пути полотна в секции обработки согласно изобретению;
фиг. 10 - дополнительный вариант осуществления отрезка пути полотна в секции обработки согласно изобретению;
фиг. 11 - вариант осуществления агрегата источника плазмы согласно изобретению;
фиг. 12 - сборочная схема конкретного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению;
фиг. 13 - первый вариант осуществления блока плазменной обработки с вращаемым барабаном;
фиг. 14 - второй вариант осуществления блока плазменной обработки с вращаемым барабаном;
фиг. 15 - дополнительный вариант осуществления секции обработки согласно изобретению;
фиг. 16 - дополнительный вариант осуществления секции обработки согласно изобретению.
Согласно изобретению предусмотрена плоская антенна с множеством элементарных резонансных ячеек в качестве источника для генерации плазмы большой площади.
Фиг. 1, 2 и 3 демонстрируют три варианта осуществления для такой элементарной ячейки M1 и соответствующую эквивалентную электрическую схему E1.
Каждая элементарная ячейка M1 имеет две параллельные более длинные проводящие перемычки 1 и 2, концы которых соединены между собой поперечными более короткими соединительными элементами 3 и 4. Более длинные соединяющие перемычки 1 и 2 действуют, по существу, как индуктивные компоненты. Каждая элементарная ячейка имеет по меньшей мере два противоположных конденсатора 5 и 6 (фиг. 1a, 2a, 3a).
В ячейке с пропусканием высоких частот, показанной на фиг. 1, противоположные конденсаторы 5 и 6 образуют упомянутые более короткие соединительные элементы 3 и 4.
В ячейке с пропусканием низких частот, показанной на фиг. 2, каждый из противоположных конденсаторов 5 и 6 последовательно подключен между двумя отрезками 1a, 1b или 2a, 2b соответствующей проводящей перемычки 1 или 2.
В ячейке с полосовым пропусканием, показанной на фиг. 3, два первых противоположных конденсатора 5 и 6 образуют упомянутые более короткие соединительные элементы 3 и 4, и каждый из двух вторых конденсатора 5a и 6a соединен последовательно между двумя отрезками 1a, 1b или 2a, 2b соответствующей проводящей перемычки 1 или 2.
Каждая элементарная ячейка образует резонансный L-C контур, как показано на соответствующих эквивалентных электрических схемах E1 (фиг. 1b, 2b, 3b).
Несколько элементарных ячеек соединены между собой для формирования плоской антенны требуемых размеров.
Например, фиг. 1c демонстрирует антенну 9.1 с пропусканием высоких частот (в целом именуемую: 9), выполненную в виде последовательности элементарных ячеек M1, M2, M3 с пропусканием высоких частот согласно фиг. 1b, соединенных между собой для формирования резонансной антенны в виде стремянки.
Фиг. 2c демонстрирует антенну 9.2 с пропусканием низким частот, выполненную в виде последовательности ячеек M1, M2, M3 с пропусканием низких частот согласно фиг. 2b, соединенных между собой для формирования резонансной антенны в виде стремянки.
Фиг. 3c демонстрирует гибридную антенну 9.3, выполненную в виде последовательности элементарных ячеек M1, M2, M3 согласно фиг. 3b, соединенных между собой для формирования резонансной антенны в виде стремянки.
Во всех трех вариантах осуществления, соседние ячейки, например, ячейки M1 и M2 имеют общую проводящую перемычку 2.
Если N - количество перемычек антенны, упомянутая антенна представляет N-1 резонансных частот.
Значения этих резонансных частот зависят от геометрии перемычек 1, 2 (длины, диаметра, расстояния между двумя соседними перемычками...) и от значений конденсаторов 5, 6.
Антенна может работать, например, на 50 кВт и 13,56 МГц.
Если все конденсаторы 5, 6 имеют одну и ту же емкость, и если все перемычки 1, 2 идентичны (имеют одинаковую индуктивность), каждая резонансная частота соответствует синусоидальному распределению тока в перемычках антенны, например, перемычках 1, 2, как показано, например, на фиг. 7 в EP 2 396 804 B1.
При возбуждении на резонансной частоте антенна создает картину электромагнитного (EM) поля со строго определенной синусоидальной пространственной структурой. Это позволяет хорошо управлять возбуждением нормальных EM мод в плазме (нормальная мода=собственная функция). Антенна всегда будет возбуждаться (или запитываться) на одной или нескольких из ее резонансных частот.
В плазмах может быть возбуждено большое разнообразие EM волн. Некоторые категории волн, например, спиральные волны, могут существовать только в намагниченной плазме.
Спиральные волны интересны, поскольку их затухание приводит к сильному нагреву плазмы и, следовательно, к высоким плотностям электронов. Плоско поляризованные "спиральные" волны могут возбуждаться в слое плазмы, обычно в радиочастотном (РЧ) диапазоне (обычно 1-100 МГц). Следовательно, в предпочтительном варианте осуществления статическое магнитное поле накладывается вблизи антенны и рабочей камеры.
Следует отметить, что не существует строгого требования, чтобы плазма генерировалась антенной, поскольку антенна также может действовать в отсутствие (статического) магнитного поля, по существу, посредством индуктивной связи с плазмой.
Генерация (статического) магнитного поля может осуществляться разными средствами, например, постоянными магнитами, как показано на фиг. 11 и 12 в EP 2 396 804 B1, или постоянным током, поданным в антенну на обоих концах проводящих перемычек в каждом случае через дроссельные катушки, как показано на фиг. 18 в EP 2 396 804 B1.
При условии, что частота РЧ генератора соответствует требуемой резонансной частоте антенны, РЧ энергия может инжектироваться где-либо на антенной структуре. Собственно говоря, если антенна возбуждается на резонансной частоте, местоположение точек инжекции РЧ не влияет на распределение тока. Но импеданс антенны "воспринимаемый" РЧ генератором, будет зависеть от этих точек инжекции. С этой точки зрения, в целом, лучше, хотя и не обязательно, запитывать антенну по всей ее структуре, таким образом, в концевых точках инжекции, как показано на фиг. 13 или 14 в EP 2 396 804 B1. Согласно фиг. 13 в EP 2 396 804 B1, РЧ генератор запитывает антенну в двух противоположных концевых точках. Согласно фиг. 14 в EP 2 396 804 B1, РЧ генератор запитывает антенну в двух нижних концевых точках инжекции.
Возможно также квадратичное (или двухфазное) питание антенны. Пример такой конфигурации показан на фиг. 9 в EP 2 396 804 B1. Согласно этому варианту осуществления первая перемычка и последняя перемычка антенны соединяются вместе на обоих концах посредством обратных линий, каждая из которых содержит компенсационный конденсатор. Значение компенсационных конденсаторов регулируется для компенсации индуктивности длинных проводников, необходимых для покрытия расстояния между двумя крайними перемычками. Принцип двухфазного питания состоит в возбуждении антенны двумя сдвинутыми по фазе сигналами, инжектированными в двух отдаленных точках инжекции, например, точках инжекции.
Фиг. 4, 5, 6a и 7a демонстрируют очень схематично разные варианты осуществления устройства 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 (в целом именуемого: 10) согласно изобретению с модульной компоновкой.
В основном, компоновка устройства 10 такова, что устройство образует первый технологический участок, где путь T1 перемещения полотняной основы ориентирован снизу вверх, и что устройство образует второй технологический участок, где путь T2 перемещения полотняной основы ориентирован сверху вниз.
Устройство содержит модуль 25a основания с разматывающим валиком 20 и наматывающим валиком 21. Модуль 25a основания также содержит приводы для приведения в движение валиков 20, 21 (не показаны). Модуль 25a основания также может содержать секцию обработки, например, секцию предварительной обработки например, показанную на фиг. 12 согласно варианту осуществления.
Устройство 10 дополнительно содержит по меньшей мере один модуль 25b, 25'b, 25''b обработки, который расположен поверх модуля 25a основания. По меньшей мере один модуль 25b, 25'b, 25''b обработки содержит первую и вторую секцию 12a, 12b обработки, каждая из которых содержит рабочую камеру и откачивающую систему 19 для вакуумирования рабочей камеры. Откачивающая система 19 снижает и поддерживает давление в пределах, например, нескольких Па.
Конечно, в каждом случае предусмотрена система подачи газа для закачивания технологического газа в рабочую камеру. Однако, для упрощения, система подачи газа не показана на фиг. 4, 5, 6 и 7.
Секции 12a, 12b обработки расположены рядом, причем направление процесса, т.е. путь T1 перемещения полотняной основы в первой секции 12a обработки ориентировано снизу вверх и во второй секции 12b обработки - сверху вниз.
Каждая секция 12a, 12b обработки дополнительно содержит впускное проходное отверстие и выпускное проходное отверстие для полотняной основы. Проходные отверстия образуют технологические интерфейсы между модулями.
Поверх модульного устройства 10, т.е. над упомянутым по меньшей мере одним модулем 25b, 25'b, 25''b обработки, расположен модуль 25c отклонения, т.е. верхний модуль. Модуль 25c отклонения содержит два отклоняющих валика 22a, 22b, которые отклоняют полотняную основу 15 от направления T1 снизу вверх к направлению T2 сверху вниз.
В данном случае отклоняющие валики 22a, 22b также служат пролетными валиками, которые образуют совместно с пролетными валиками 16, 17 в модуле 25a основания свободный пролет для полотняной основы 15 в секции 12a, 12b обработки упомянутого по меньшей мере одного модуля 25b, 25'b, 25''b обработки.
Каждая секция 12a, 12b обработки упомянутого по меньшей мере одного модуля 25b, 25'b, 25''b обработки содержит по меньшей мере один блок 13a, 13b плазменной обработки с плоской антенной, как показано, например, на фиг. 1-3. Упомянутый по меньшей мере один блок 13a, 13b плазменной обработки может, например, содержать агрегат 80 источника плазмы, как показано на фиг. 11.
Плоская антенна 9 упомянутого по меньшей мере одного блока 13a, 13b плазменной обработки выставлена по вертикали (X) и проходит параллельно полотняной основе 15. Между полотняной основой 15 и антенной упомянутого по меньшей мере одного блока 13a, 13b плазменной обработки формируется вертикальная плоская зона 14a, 14b плазмы для обработки поверхности полотняной основы, обращенной к зоне 14a, 14b плазмы.
Для обработки полотняной основы 15 необработанная полотняная основа 15a непрерывно разматывается с разматывающего валика 20 и отклоняется отклоняющим и пролетным валиком 16 в направлении снизу вверх. Полотняная основа входит в рабочую камеру первой секции 12a обработки упомянутого по меньшей мере одного модуля 25b, 25'b, 25''b обработки через впускное проходное отверстие (не показано) и перемещается через первую секцию 12a обработки. Таким образом, полотняная основа 15 перемещается в направлении снизу вверх через зону 14a плазмы и непрерывно обрабатывается плазмой, генерируемой блоком 13a плазменной обработки первой секции 12a обработки.
Полотняная основа 15 покидает рабочую камеру первой секции 12a обработки через выпускное проходное отверстие (не показано) и входит в модуль 25c отклонения. В модуле 25c отклонения полотняная основа 15 отклоняется отклоняющими и пролетными валиками 22a, 22b от направления снизу вверх к направлению T2 сверху вниз.
Полотняная основа 15 в ходе своего перемещения покидает модуль 25c отклонения и входит в рабочую камеру второй секции 12b обработки через впускное проходное отверстие (не показано) в направлении сверху вниз. Таким образом, полотняная основа 15 перемещается в направлении сверху вниз через зону 14b плазмы и непрерывно обрабатывается плазмой, генерируемой блоком 13b плазменной обработки второй секции 12b обработки.
Полотняная основа 15 покидает рабочую камеру второй секции 12b обработки через выпускное проходное отверстие (не показано) в направлении сверху вниз и входит в модуль 25a основания. В модуле 25a основания обработанная полотняная основа 15b наматывается наматывающим валиком 21.
Устройства 10.1, 10.3, 10.4 согласно фиг. 4, 6a и 7a содержат в точности один модуль 25b, 25'b, 25''b обработки, который расположен между модулем 25a основания и модулем 25c отклонения.
Первая и вторая секции 12a, 12b модуля 25b обработки совместно образуют две зоны плазмы для одной и той же обработки, например, покрытия, одной и той же поверхности полотняной основы 15. В силу двойной обработки поверхности полотна в первой секции 12a обработки в направлении снизу вверх и во второй секции 12b обработки в направлении сверху вниз повышается эффективность процесса обработки.
Удвоение обработки позволяет либо формировать более толстые покрытия на той же скорости процесса, либо покрытие того же качества на удвоенной скорости по сравнению с только одним этапом обработки поверхности полотна.
Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 4, скорость процесса может увеличиваться до 400 м/мин вместо 200 м/мин при наличии только одной секции 12a обработки. Для сравнения, линейная скорость известного магнетронного устройства плазмы емкостной связи с одним барабаном обработки составляет 100 м/мин.
Устройство 10.2 согласно фиг. 5 содержит два одинаковых модуля 25b обработки, как описано выше. Модули 25b обработки расположены один над другим между модулем 25a основания и модулем 25c отклонения.
Согласно этой конфигурации полотняная основа перемещается на первом технологическом участке снизу вверх через две секции 12a, 12b обработки двух модулей 25b обработки и на следующих вторых технологических участках сверху вниз через другие две секции 12c, 12d обработки тех же двух модулей 25b обработки. Каждая из четырех секций 12a, 12b, 12c, 12d обработки содержит блок 13a, 13b, 13c, 13d плазменной обработки, который образует зону 14a, 14b, 14c, 14d плазмы.
Соответственно, зона обработки увеличивается в четыре раза. Т.е. скорость процесса может увеличиваться до 800 м/мин вместо 400 м/мин при наличии только одного модуля 25b обработки.
Секции 12a, 12b обработки устройств согласно фиг. 6a и 7a в каждом случае содержат первый и второй блоки 13a, 13'a; 13b, 13'b плазменной обработки, которые расположены напротив друг друга, благодаря чему, путь обработки полотняных основ проходит между двумя из блоков 13a, 13'a; 13b, 13'b плазменной обработки. В каждом случае, между полотняной основой 15 и блоками 13a, 13'a; 13b, 13'b плазменной обработки формируется зона 14a, 14'a; 14b, 14'b плазмы, благодаря чему, обе стороны полотняной основы 15 обрабатываются одновременно.
В устройстве согласно фиг. 6a полотняная основа 30c (см. также фиг. 6b) в первой секции 12a обработки снизу вверх покрывается на первой стороне полотняной основы первым покрытием 30b, например, барьерным покрытием, первым блоком 13a плазменной обработки, а на второй стороне полотняной основы - вторым покрытием 30d вторым блоком 13'a плазменной обработки.
Затем полотняная основа 30 во второй секции 12b обработки сверху вниз покрывается на первой стороне полотняной основы третьим покрытием 30a, например, вторым барьерным покрытием, первым блоком 13b плазменной обработки, а на второй стороне полотняной основы, опять же, дополнительным вторым покрытием 30d вторым блоком 13'b плазменной обработки.
Поскольку разные слои 30a, 30b покрытия покрываются только одним блоком 13a, 13b плазменной обработки, скорость процесса сравнительно низка и составляет около 200 м/мин. Однако, в свою очередь, полотняная основа покрывается с обеих сторон несколькими слоями с упомянутой скоростью процесса.
В устройстве согласно фиг. 7a полотняная основа 31b (см. также фиг. 7b) в первой секции 12a обработки снизу вверх покрывается на первой стороне полотняной основы первым покрытием 31a, например, барьерным покрытием, первым блоком 13a плазменной обработки, а и на второй стороне полотняной основы - вторым покрытием 31c вторым блоком 13'a плазменной обработки.
Затем полотняная основа 31 во второй секции 12b обработки сверху вниз покрывается на первой стороне полотняной основы, опять же, тем же первым покрытием 31a первым блоком 13b плазменной обработки, а вторая сторона полотняной основы, опять же, тем же вторым покрытием 31c вторым блоком 13'b плазменной обработки.
Поскольку слои 31a, 31c покрытия с обеих сторон полотняной основы в каждом случае наносятся двумя блоками 13a, 13'a; 13b, 13'b плазменной обработки, скорость процесса повышается и составляет около 400 м/мин.
Фиг. 8 более схематически демонстрирует секцию 40 обработки с большей подробностью. Секция 40 обработки образует рабочую камеру 50 с впускным проходным отверстием 48a для входящей полотняной основы 47a и с выпускным проходным отверстием 48b для отходящей обработанной полотняной основы 47c. Секция 40 обработки дополнительно содержит откачивающую систему 42 для генерации низкого давления в рабочей камере 50.
В рабочей камере 50 расположен блок 45 плазменной обработки с агрегатом источника плазмы, содержащим плоскую антенну 9. Плоская антенна 9 подключена к РЧ генератору 41.
Блок 45 плазменной обработки также содержит конструкцию смещающего электрода со смещающим электродом 44. Смещающий электрод 44 расположен напротив агрегата источника плазмы и проходит по всей площади плоской антенны 9. Смещающий электрод 44 проходит параллельно плоской антенне 9. Смещающий электрод 44 запитывается РЧ генератором 52. Предусмотрена согласующая схема 51, которая соединяет между собой РЧ генератор 52 и смещающий электрод 44.
Смещающий электрод нацеливает управление ионной бомбардировкой на покрытие в ходе процесса наращивания покрытия. В частности, можно управлять плотностью покрытия, химией покрытия (например, водород-углеродное отношением и гибридизацией атомных орбиталей углерода, sp2/sp3) и амортизацией покрытия. Поскольку в ходе полного времени наращивания покрытия присутствует ионная бомбардировка, полученное покрытие является изотропным.
Согласно модификации варианта осуществления согласно фиг. 8 смещающий электрод 44a проходит только по части площади плоской антенны 9 при наблюдении в направлении процесса. Согласно этой модификации полученное покрытие демонстрирует анизотропные свойства.
Эксплуатировать секцию 40 обработки согласно фиг. 8 также можно без конструкции смещающего электрода.
Полотняная основа 47 в рабочей камере 50 перемещается вдоль участка пути обработки между агрегатом источника плазмы и смещающим электродом 44. Длина участка пути обработки в плазме может составлять, например, от 0,2 до 1 м.
Участок пути обработки и, соответственно, полотняная основа 47b на участке пути обработки проходит на расстоянии от разделяющей плоскости агрегата источника плазмы, благодаря чему, между полотняной основой 47b на участке пути обработки и разделяющей плоскостью формируется зона 46 плазмы. Таким образом, плазма, генерируемая в зоне 46 плазмы, заключена между полотняной основой 47b и разделяющей плоскостью.
В рабочей камере 50 предусмотрены два отклоняющих валика 49a, 49b в функции пролетных деталей, которые разнесены друг от друга и которые образуют свободный пролет для полотняной основы 47. В этом свободном пролете располагается участок пути обработки для полотняной основы 47b.
Кроме того, предусмотрена система 43 подачи газа которая подает технологический газ в зону 46 плазмы.
Фиг. 9 и 10 демонстрируют разные компоновки отрезка пути полотна в рабочей камере блока плазменной обработки, например, согласно фиг. 8. Фиг. 9 и 10 также демонстрируют блок 55, 65 плазменной обработки с агрегатом источника плазмы, подключенным к РЧ генератору 51, 61. Дополнительно, фиг. 9 и 10 демонстрируют входящую полотняную основу 57a, 67a и отходящую обработанную полотняную основу 57c, 67d.
Согласно фиг. 9 отклоняющие валики 59a, 59b, которые образуют пролетные детали, расположены так, что свободный пролет полотняной основы и, соответственно, участок пути обработки расположен вблизи разделяющей плоскости блока 55 плазменной обработки так, что зона 56 плазмы расположена со стороны полотняной основы 57b на участке пути обработки, обращенной от плоской антенны блока 55 плазменной обработки.
Согласно фиг. 10, первый и второй отклоняющие валики 69a, 69b образуют первую и вторую пролетные детали и расположены так, что первый свободный пролет полотняной основы 67b и, таким образом, первый участок пути обработки формируются вблизи разделяющей плоскости блока 65 плазменной обработки. Таким образом, зона 66 плазмы формируется со стороны полотняной основы 67b вдоль участка пути обработки, обращенного от плоской антенны блока 65 плазменной обработки.
Полотняная основа 67 отклоняется на втором отклоняющем валике 69b так, что полотняная основа 67 проходит в противоположном направлении к третьему отклоняющему валику 69c, который образует третью пролетную деталь. Второй и третий отклоняющие валики 69b, 69c расположены так, что формируется второй свободный пролет полотняной основы 67c и, таким образом, второй участок пути обработки, который разнесен от разделяющей плоскости блока 65 плазменной обработки. Таким образом, зона 66 плазмы расположена между первым и вторым свободными пролетами полотняной основы 67b, 67c, т.е. между первым и вторым участками пути обработки.
Обработанная полотняная основа 57c отклоняется дополнительным отклоняющим валиком 69d прежде, чем она покинет рабочую камеру (не показана).
Агрегат источника плазмы согласно фиг. 4, 5, 6a, 7a, 8, 9, 10, а также согласно фиг. 12 может быть выполнен согласно фиг. 11. Фиг. 11 демонстрирует блок плазменной обработки с агрегатом 80 источника плазмы и РЧ генератором 82. Агрегат 80 источника плазмы содержит плоскую антенну 9, например, показанную на фиг. 1, 2 и 3, которая подключена к РЧ генератору 82.
Плоская антенна 9 заделана в диэлектрический материал 83. Агрегат 80 источника плазмы дополнительно содержит проводящую нижнюю пластину 85, например, из металла, которая образует нижнюю оконечность агрегата 80 источника плазмы. Агрегат 80 источника плазмы дополнительно содержит диэлектрическую верхнюю пластину 84, например, выполненную из стекла или керамики, которая образует верхнюю оконечность агрегата 80 источника плазмы. Диэлектрическая верхняя пластина 84 обращена к зоне плазмы блока плазменной обработки и образует разделяющую плоскость.
Диэлектрический материал 83 заключен между проводящей нижней пластиной 85 и диэлектрической верхней пластиной 84. Диэлектрический материал 83 дополнительно ограничивается поперечной рамой 86, которая поперечно охватывает агрегат 80 источника плазмы.
Плоская антенна 9 в виде стремянки содержит множество параллельных перемычек 1, 2, которые соединяются с более короткими элементами, каждый из которых содержит конденсатор 5. Направление P' перемещения полотняной основы может быть параллельно перемычкам 1, 2. Однако более однородные результаты обработки достигаются, когда направление P перемещения полотняной основы перпендикулярно перемычкам 1, 2.
Фиг. 12 демонстрирует поперечное сечение схематически изображенного устройства 90 согласно дополнительному варианту осуществления. Устройство содержит модуль 95a основания с разматывающим валиком 91 для разматывания необработанной полотняной основы 94a и наматывающим валиком 93 для наматывания обработанной полотняной основы 94b.
Модуль 95a основания дополнительно содержит секцию 92a предварительной обработки с блоком плазменной обработки согласно изобретению, который располагается в задней части модуля 95a основания. Пролетные валики 98a, 98b образуют свободный пролет, который содержит участок пути обработки полотняной основы 94 в секции 92a обработки. Свободный пролет и, соответственно, участок пути предварительной обработки для полотняной основы 94 и плоская антенна выставлены по вертикали (X).
В секции 92a предварительной обработки полотняная основа 94 подготавливается для последующего покрытия. Задача процесса подготовки состоит в увеличении адгезии покрытия на полотняной основе 94.
Кроме того, модуль 95b обработки расположен поверх модуля 95a основания. Модуль 95b обработки содержит две секции 92b, 92c обработки, каждая из которых содержит блок плазменной обработки согласно изобретению для покрытия полотняной основы 94. Секции 92b, 92c обработки расположены рядом. Первая секция 92b обработки расположены в задней части модуля 95b обработки и действует в направлении P процесса снизу вверх. Вторая секция 92c обработки располагается в передней части модуля 95b обработки и действует в направлении P процесса сверху вниз.
Пролетные валики 98a, 98b в каждом случае образуют свободный пролет, который содержит участок пути обработки полотняной основы 94 в секциях 92b, 92c обработки. Свободные пролеты и, соответственно, участки пути обработки для полотняной основы 94 и плоской антенны выставлены по вертикали (X).
Поверх устройства 90 и поверх модуля 95b обработки расположен верхний модуль 95c, приводимый в действие отклоняющими валиками 97a, 97b, которые отклоняют полотняную основу 94 от направления процесса снизу вверх к направлению процесса сверху вниз. Отклоняющие валики 97a, 97b также выступают в роли охлаждающих валиков.
Устройство 90 работает путем непрерывного разматывания необработанной полотняной основы 94a с разматывающего валика 91 и непрерывного наматывания обработанной полотняной основы 94b на наматывающий валик 93. В ходе этого процесса полотняная основа 94 перемещается в задней части устройства 90 посредством отклоняющих валиков в направлении процесса снизу вверх через секцию 92a предварительной обработки. Полотняная основа 94 предварительно обрабатывается, проходя через секцию 92a предварительной обработки.
Затем предварительно обработанная полотняная основа 94 покидает модуль 95a основания и входит в модуль 95b обработки в задней части устройства 90, по-прежнему в направлении P процесса снизу вверх.
Полотняная основа 94 перемещается в задней части устройства 90 в направлении процесса снизу вверх через первую секцию 92b обработки модуля 95b обработки. Полотняная основа 94 покрывается, проходя через первую секцию 92b обработки.
Затем покрытая полотняная основа 94 покидает модуль 95b обработки и входит в верхний модуль 95c. В верхнем модуле 95c полотняная основа 94 отклоняется от направления P процесса снизу вверх к направлению процесса сверху вниз посредством отклоняющих валиков 97a, 97b.
Затем покрытая полотняная основа 94 покидает верхний модуль 95c и повторно входит в модуль 95b обработки, на этот раз в направлении P процесса сверху вниз и в передней части модуля 95b обработки или устройства 90 соответственно.
Полотняная основа 94 перемещается в передней части устройства 90 в направлении процесса сверху вниз через вторую секцию 92c обработки модуля 95b обработки. Полотняная основа 94 покрывается проходя через вторую секцию 92c обработки.
Затем обработанная полотняная основа 94b повторно покидает модуль 95b обработки в направлении процесса сверху вниз и повторно входит в модуль 95a основания.
В модуле 95a основания вдоль пути перемещения обработанной полотняной основы 94b расположена система 100 управления качеством. Система 100 управления качеством может содержать датчики, действующие по принципу измерения оптической плотности покрытия.
Пройдя систему 100 управления качеством, обработанная полотняная основа 94b дополнительно перемещается посредством отклоняющих валиков на наматывающий валик 93 и наматывается. Натяжной валик 99 с постоянным расстоянием гарантирует наматывание без складок.
Для обеспечения необходимого натяжения полотняной основы 94 вдоль ее технологического пути могут быть обеспечены плавающие валики 96.
Фиг. 13 демонстрирует альтернативную конструкцию секции плазменной обработки 70a с вращаемым барабаном 72 и с искривленным агрегатом 74a источника плазмы, имеющим искривленную протяженную антенну 73a. Искривленная форма протяженной антенны 73a адаптирована к форме области искривленной поверхности вращаемого барабана 72. Соответственно, покровная пластина агрегата 74a источника плазмы, обращенная к полотняной основе 71, также искривлена. Поверхность покровной пластины образует разделяющую поверхность.
Агрегат 74a источника плазмы со своей искривленной протяженной антенной 73a расположен на расстоянии от вращаемого барабана 72, благодаря чему, между вращаемым барабаном 72 и агрегатом 74a источника плазмы образуется искривленный зазор 75a. Зона плазмы формируется в области, образованной искривленным зазором 75a.
Фиг. 14 демонстрирует дополнительную альтернативную конструкцию секции 70b плазменной обработки с вращаемым барабаном 72 и с двойным плоским агрегатом 74b источника плазмы, имеющим плоскую антенну 73b. Покровная пластина, обращенная к вращаемому барабану 72 по пути перемещения полотняной основы 71, является плоской. Поверхность покровной пластины образует разделяющую поверхность.
Агрегат 74b источника плазмы со своей плоской антенной 73b расположен на расстоянии от вращаемого барабана 72, благодаря чему, между вращаемым барабаном 72 и агрегатом 74b источника плазмы образуется зазор 75b. Зона плазмы формируется в область, образованной зазором 75b.
В ходе эксплуатации полотняная основа 71 согласно фиг. 13 и 14 в области сформированной зоны плазмы покоится на искривленной периферической поверхности обработки барабана 72 и перемещается со скоростью вращения вращающегося барабана 72, по мере нанесения покрытия.
Фиг. 15 демонстрирует дополнительную компоновку секции плазменной обработки с блоком 115 плазменной обработки и пути ком полотна в секции плазменной обработки.
Блок 115 плазменной обработки содержит агрегат источника плазмы с плоской антенной, заделанной в диэлектрический материал. Агрегат источника плазмы подключен к РЧ генератору 112.
Агрегат источника плазмы содержит на обеих противоположных сторонах диэлектрическую покровную пластину, которая в каждом случае образует разделяющую поверхность к пути обработки полотняной основы. Т.е. вместо проводящей пластины основания предусмотрена вторая диэлектрическая покровная пластина.
В результате, по обе стороны покровной пластины формируется зона 116a, 116b плазмы. На этот раз, полотняная основа 117 проходит вдоль первого пути обработки параллельно плоской антенне на расстоянии от первой покровной пластины, благодаря чему, первая зона 116a плазмы формируется между полотняной основой 117, т.е. первым путем обработки, и первой покровной пластиной.
Пройдя первый путь обработки, полотняная основа 117 отклоняется посредством отклоняющего валика 118 в направлении, противоположном направлению перемещения, на расстоянии от и параллельно первому пути обработки. Теперь отклоненная полотняная основа 117 минует плоскую антенну, т.е. агрегат источника плазмы, на противоположной стороне и на расстоянии от второй покровной пластины вдоль второго пути обработки. Между полотняной основой 117, т.е. вторым путем обработки, и второй покровной пластиной формируется вторая зона 116b плазмы. Во второй зоне 116b плазмы второй этап обработки осуществляется на поверхности полотняной основы 117, ранее обработанной в первой зоне 116a плазмы. Полотняные основы могут охлаждаться или регулироваться до требуемой температуры полотна, например, отклоняющим валиком 118, выполненным как охлаждающий валик. Однако можно также обеспечить отдельный охлаждающий валик.
Кроме того, предусмотрена система подачи газа, в частности, инжекторы 114 газа, которая подает технологический газ в зоны 116a, 116b плазмы.
Соответственно, плоская антенна, т.е. агрегат источника плазмы, расположена между первым и вторым параллельными путями обработки полотняной основы.
Фиг. 16 демонстрирует дополнительную компоновку секции плазменной обработки с блоком 115 плазменной обработки и отрезком пути полотна в секции плазменной обработки. Секция плазменной обработки аналогична варианту осуществления согласно фиг. 15.
Однако в этом варианте осуществления две разные полотняные основы обрабатываются вдоль первого и второго параллельных путей обработки полотняной основы в зонах 116a и 116b плазмы одним и тем же блоком 115 плазменной обработки, содержащим один и тот же агрегат источника плазмы, расположенный между двумя путями обработки, как раскрыто на фиг. 15. Таким образом, первая полотняная основа 119a переправляется с первой разматывающей бобины 120a хранения или предыдущего этапа обработки, проходя вдоль первого пути обработки источником плазмы, а после плазменной обработки, переправляется на следующий этап или наматывается на следующую, первую наматывающую бобину 120b хранения, и одновременно с этим, вторая полотняная основа 119b переправляется со второй разматывающей бобины 121a хранения или с этапа обработки, проходя вдоль второго пути обработки источником плазмы и на другой стороне, а, после плазменной обработки переправляется на следующий этап или наматывается на вторую, следующую, наматывающую бобину 121b хранения.
Полотняные основы могут охлаждаться или регулироваться до требуемой температуры полотна охлаждающими валиками на входах и выходах путей плазменной обработки.
Кроме того, предусмотрена система подачи газа, в частности, инжекторы 114 газа, которая подает технологический газ в зоны 116a, 116b плазмы.