用于在等离子体增强工艺中处理卷材基材的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在等离子体增强工艺中连续处理卷材基材(15a)的装置(10)。装置(10)包含有真空处理室的至少一个处理站(12a,12b)，其中将设计成在处理室内形成等离子体区(14a,14b)以处理卷材基材(15a)表面的至少一个等离子体处理单元(13a,13b)分配给至少一个处理站(12a,12b)。装置(10)还包括连续输送卷材基材(15a,15b)通过至少一个处理站(12a,12b)的具有退绕辊(20)和重绕辊(21)的输送系统，其中输送系统限定卷材基材(15a)通过处理室的输送路径。等离子体处理单元(13a,13b)包含至少一个扩展天线和将所述扩展天线激励到其至少一个谐振频率的至少一个射频发生器，其中处理室中的输送路径限定卷材基材(15a)的处理路径段(15a)，其中卷材基材(15a)的处理路径段与扩展天线相对并间隔开。

Device for treating coil substrate in plasma enhanced process

【技术实现步骤摘要】
用于在等离子体增强工艺中处理卷材基材的装置本申请是申请号为201680039200.5，申请日为2016年6月28日，申请人为利乐拉瓦尔集团及财务有限公司，专利技术创造名称为“用于在等离子体增强工艺中处理卷材基材的装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于基材表面的等离子体增强处理领域。本专利技术涉及用于在等离子体增强工艺中连续处理卷材基材的装置和方法。该装置包含具有处理室的至少一个处理站，其中至少一个等离子体处理单元被分配给处理站，至少一个等离子体处理单元被设计为在处理室内形成等离子体区以处理卷材基材的表面。该装置进一步包括用于连续输送卷材基材通过处理站的输送系统，所述输送系统具有退绕辊和重绕辊，其中所述输送系统限定卷材基材通过处理室的输送路径。
技术介绍
卷材基材(例如聚合物膜)例如涂覆有一层或多层以改变卷材基材的特定性质。例如，卷材基材涂覆有气体、蒸汽和/或香气密封的阻挡层，以阻止气体、蒸汽和香气通过卷材基材。这种阻挡层可以由氧化硅或氧化铝组成。气体和香气密封的卷材基材特别适用于包装材料。这种包装材料例如发现在食品和药物包装领域的应用，特别是用来取代包装材料中的铝。在其它应用中，涂层旨在改变卷材基材的光学性质。通常，等离子体增强工艺中产生的涂层相对较薄，并且例如在纳米范围内。由于这个原因，卷材基材的柔韧特性保持不变。此外，涂层的结构不会受到卷材基材挠性弯曲的不利影响。在常规“化学气相沉积”(CVD)工艺中，待涂覆的表面上所需的工艺温度相对较高。热能从外部供应。额外的热能可以通过化学反应释放。然而，高的工艺温度可能会损坏卷材基材。一种用于涂覆卷材基材的方法是所谓的“等离子体增强化学气相沉积”(PECVD)工艺。在这种化学工艺中，使卷材基材将其待被涂覆的表面暴露于含有一种或多种挥发性前体的工艺气体混合物中。挥发性前体特别是前体气体。挥发性前体被激发成由等离子体源产生的等离子体。结果，激发的前体在卷材表面上反应和/或分解，例如，以产生所需的沉积物/涂层。为了形成氧化硅层，前体可以例如是有机硅化合物。等离子体增强气相沉积(PECVD)工艺利用等离子体来提高前体的化学反应速率。结果，PECVD处理使得能够在较低的温度下处理，例如，沉积/涂覆。结果，卷材基材上的热应力减小。PECVD工艺中较低的温度也允许有机涂层(如等离子体聚合物)的沉积。在PECVD工艺中，热能通过等离子体中的电子的加速而释放。除了通过该工艺形成自由基之外，还在等离子体中形成离子，离子与自由基一起负责在卷材表面上的沉积。通常，等离子体中的气体温度仅为大约几百摄氏度。然而，卷材基材的待涂覆的表面的温度要低得多。作为等离子体CVD装置的等离子体形成方法，已知有所谓的电容耦合等离子体(CCP)技术。在CCP技术中，高频电压被施加到彼此相对的两个电极，从而在两个电极之间形成等离子体。专利公开US7,806,981公开了一种用于在PECVD工艺中连续涂覆卷材基材的装置和方法。该装置包括具有真空室的涂覆站以及在真空室内的支撑和输送卷材基材并且形成对电极(counter-electrode)的旋转鼓。该装置还包括在旋转鼓的外围上的多个磁控管电极，该旋转鼓形成对电极。磁控管电极面向卷材。该装置还包括用于向旋转鼓和磁控管电极之间的空间提供工艺气体的装置。磁控管电极以40kHz的交流电压供电。磁控管电极在微波范围内产生电磁波，利用该电磁波在旋转鼓和磁控管电极之间产生等离子体。磁控管技术具有许多限制因素。“磁控管-鼓”装置只允许一个涂层步骤。为了增加卷材基材上的层数和/或涂层厚度，必须将数个“磁控管-鼓”装置一个接一个地放置在工艺线中。但是，这非常耗费空间。此外，“磁控管-鼓”装置仅允许在卷材基材的一个自由表面侧上涂覆。卷材基材的相对侧搁置在旋转鼓上，并因此不能被涂覆。另一个缺点是涂层的质量。如果磁控管电极在高功率电压下运行，则以相同的处理速度实现更厚的涂层。然而，作为缺点，涂层中的针孔率增加，并且因此涂层的质量降低。另一个缺点是处理速度受设备设计的限制。处理速度只能通过允许增加圆周处理表面的较大的鼓来增加。然而，较大的鼓直径是耗费空间的。此外，由于鼓需要位于真空室内，所以具有较大鼓的设备的构造更为复杂，因此也是昂贵的。另外的缺点是购买、操作和维护这种装置的成本。等离子体CVD装置中的另一种已知的等离子体形成方法是所谓的感应耦合等离子体(ICP)技术。在ICP技术中，高频功率被提供给线圈，从而形成电磁场，并且因此形成感应电场以产生等离子体。该系统不像CCP技术那样包含对电极。专利公开文献US2008/0102222A1公开了一种包括被供应有高频(RF)功率的(感应)线圈的用于连续涂覆卷材基材的感应耦合型等离子体装置。专利公开文献EP1020892A1还公开了一种使用磁约束平面感应耦合等离子体源在基材上沉积涂层的设备。在此同样地，等离子体被供给高频(RF)功率的(感应)线圈激励。在上述ICP系统中，感应线圈处于与生成等离子体的真空室分离的大气条件下。因此，必须在线圈和待涂覆的基材之间提供介电窗。介电窗以气密的方式将真空成膜空间(evacuatedfilmformationspace)与大气压空间隔开，其中线圈安装在大气压空间中，但这允许高频电场透射到成膜空间中。此外，上述ICP系统需要布置在线圈和待涂覆的基材之间的法拉第屏蔽，以便从线圈的电容电场中筛选出等离子体。即在上述ICP系统中，法拉第屏蔽是获得感应耦合等离子体(ICP)所必需的。法拉第屏蔽将电容性(CCP)效应从感应效应中解耦，从而避免了例如自偏置。法拉第屏蔽与介电窗结合，以便通过让来自线圈的电磁场通过而在处理室中点燃感应耦合等离子体。为了点燃感应等离子体，需要电容性场通道。在稳定状态下，为了维持等离子体，只需要感应。法拉第屏蔽和介电窗一起形成组装单元。专利公开文献EP2396804B1也公开了一种借助ICP技术进行大面积等离子体处理的装置。然而，相应的装置的天线构思与上述的感应线圈大不相同，因此与上述传统的ICP技术相比，实现了不同的效果。然而，相应的装置仅被设计用于例如片状物品(piecegoods)(例如，扁平面板、太阳能电池或半导体晶片)的表面处理，特别是涂覆。
技术实现思路
现在本专利技术的目的是提供一种装置和方法，用于以高处理速度以连续工艺处理卷材基材的表面并特别是涂覆卷材基材的表面。本专利技术的另一个目的是提供一种装置和方法，用于以连续工艺处理卷材基材的表面并特别是涂覆卷材基材的表面，其中该装置的处理站的结构紧凑且节省空间。本专利技术的另一个目的是提供一种装置和方法，用于以连续工艺涂覆卷材基材的表面，以产生高质量的涂层，尤其是产生均匀的表面涂层。本专利技术的另一个目的是提供一种装置和方法，用于以连续工艺处理卷材基材的表面并特别是涂覆卷材基材的表面，其中可以处理卷材基材并且特别地在一个工艺序列中同时或者相继地涂覆卷材基材。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在等离子体增强工艺中连续处理卷材基材的装置，所述装置包含：/n具有处理室的至少一个处理站，其中至少一个等离子体处理单元被分配给所述至少一个处理站，所述至少一个处理站被设计为在所述处理室内形成等离子体区以处理所述卷材基材的表面，/n输送系统，所述输送系统用于连续地输送所述卷材基材通过所述至少一个处理站，所述输送系统具有退绕辊和重绕辊，其中所述输送系统限定所述卷材基材通过所述处理室的输送路径，/n其中所述至少一个等离子体处理单元包含至少一个弯曲扩展天线和至少一个用于将所述至少一个弯曲扩展天线激励到其谐振频率中的至少一个的射频发生器，/n其中所述至少一个弯曲扩展天线包括多个互连的基本谐振网格，每个谐振网格包括至少两个导电腿和至少两个电容器，/n其中所述弯曲扩展天线布置在所述处理室的环境内，/n其中，所述等离子体处理单元包含分离表面，所述分离表面将所述弯曲的扩展天线与所述等离子体区物理分离，/n其中，所述分离表面与所述卷材基材之间的距离为30至100mm，/n其中，所述处理室中的所述输送系统限定用于所述卷材基材的处理路径段，其中用于所述卷材基材的所述处理路径段与所述弯曲的扩展天线相对，以及/n其中所述输送系统包括可旋转鼓，其中所述卷材基材的所述处理路径段是弯曲的并且沿着所述可旋转鼓的周边表面部分延伸，所述可旋转鼓的所述周边表面部分在所述处理室中限定用于所述卷材基材的弯曲的搁置表面。/n...

【技术特征摘要】
20150703 EP 15175312.6;20151029 EP 15192213.51.一种用于在等离子体增强工艺中连续处理卷材基材的装置，所述装置包含：
具有处理室的至少一个处理站，其中至少一个等离子体处理单元被分配给所述至少一个处理站，所述至少一个处理站被设计为在所述处理室内形成等离子体区以处理所述卷材基材的表面，
输送系统，所述输送系统用于连续地输送所述卷材基材通过所述至少一个处理站，所述输送系统具有退绕辊和重绕辊，其中所述输送系统限定所述卷材基材通过所述处理室的输送路径，
其中所述至少一个等离子体处理单元包含至少一个弯曲扩展天线和至少一个用于将所述至少一个弯曲扩展天线激励到其谐振频率中的至少一个的射频发生器，
其中所述至少一个弯曲扩展天线包括多个互连的基本谐振网格，每个谐振网格包括至少两个导电腿和至少两个电容器，
其中所述弯曲扩展天线布置在所述处理室的环境内，
其中，所述等离子体处理单元包含分离表面，所述分离表面将所述弯曲的扩展天线与所述等离子体区物理分离，
其中，所述分离表面与所述卷材基材之间的距离为30至100mm，
其中，所述处理室中的所述输送系统限定用于所述卷材基材的处理路径段，其中用于所述卷材基材的所述处理路径段与所述弯曲的扩展天线相对，以及
其中所述输送系统包括可旋转鼓，其中所述卷材基材的所述处理路径段是弯曲的并且沿着所述可旋转鼓的周边表面部分延伸，所述可旋转鼓的所述周边表面部分在所述处理室中限定用于所述卷材基材的弯曲的搁置表面。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述卷材基材的所述处理路径段与所述分离表面相距一定距离地延伸，使得所述等离子体区被形成在所述卷材基材的所述处理路径段与所述分离表面之间。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理站包含用于将所述卷材基材供给到所述处理室中的供给通道开口和用于从所述处理室排出经处理的所述卷材基材的排出通道开口。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理站包含用于向所述处理室中的所述等离子体区供应工艺气体的气体供应系统。


5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理站包含用于从所述处理室去除气体成分的泵送系统。


6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在共同的处理室内，分别布置至少两个等离子体处理单元或扩展天线，从而在每种情况下都形成用于所述卷材基材的表面处理的等离子体区。


7.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个处理站包含：具有至少一个等离子体处理单元的第一处理站、以及在所述第一处理站之后沿处理方向布置的具有至少一个等离子体处理单元的第二处理站，其中所述输送系统被设计为使得能以连续的方式将所述卷材基材首先输送通过所述第一处理站并且随后输送通过所述第二处理站。


8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，沿处理方向在在前的处理站的所述等离子体处理单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔·法耶，杰罗姆·拉利俄，马库斯·皮莱马尔姆，
申请(专利权)人：利乐拉瓦尔集团及财务有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH