等離子體處理設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于對(duì)物品（12）進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備（10），該設(shè)備包括：室（14），其用于接收要處理的物品；電極裝置（16），其用于在所述室中生成電場(chǎng)以便在所述室中建立等離子體，使得能夠處理所述物品；生成裝置（24），其用于生成用于傳輸?shù)剿鲭姌O裝置（18）的交變電能；連接裝置，其用于將所述生成裝置連接到所述電極裝置（20）；以及控制裝置，其用于改變?cè)谔幚砥陂g在所述室中生成的駐波的波節(jié)和波腹的位置，使得隨著時(shí)間而生成相互不一致的多個(gè)駐波。
【專利說明】等離子體處理設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]至此，物品的等離子體處理是已知的。處理可包括將物品的表面功能化、修改或涂覆。一般地，向處理室引入物種(species)(蒸氣或氣體)并激發(fā)其以形成等離子體。在一個(gè)已知設(shè)備中，在處理室內(nèi)部設(shè)置一對(duì)電極并將其連接到交變電能的源，諸如RF發(fā)生器。如果處理室足夠大，則可生成駐波，導(dǎo)致室中的波節(jié)和波腹。物種在波腹處可被更高效地激發(fā)且在波節(jié)處被更低效地激發(fā)。
[0003]相應(yīng)地，室中的物品的處理可能不是均勻的，因?yàn)椴ǜ固幍奈锲返谋砻婵杀桓咝У靥幚?，而波?jié)處的物品的表面可被更低效地處理。這種結(jié)果是有問題的，因?yàn)槠谕氖蔷鶆虻靥幚砦锲返谋砻?，使得該表面在處理之后表現(xiàn)出大體上類似的功能。
[0004]在一定程度上能夠通過處理物品達(dá)較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間來減輕非均勻處理的問題，使得可充分地處理與波節(jié)一致的物品表面。然而，這種解決方案一般地并不是令人滿意的，因?yàn)槠鋵⒉豢杀苊獾貙?dǎo)致與波腹一致的表面的過度處理，這浪費(fèi)資源和時(shí)間。此外，該解決方案使該問題加劇，因?yàn)檫_(dá)較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的處理導(dǎo)致較少的均勻性。
[0005]通常將僅在室尺寸大到足以容納全波、半波或四分之一波的情況下才期待室中駐波的生成。例如，如果施加電能的頻率約為13.56 MHz，那么其波長(zhǎng)是在20m的區(qū)域中。
[0006]然而，已發(fā)現(xiàn)等離子體改變自由空間的介電屬性，并且能夠表現(xiàn)出在4至5的區(qū)域中的有效介電率或介電常數(shù)。在這些情況下，13.56 MHz頻率能夠在處理室中生成駐波。許多商用處理室具有從0.5至4米的尺寸，并且因此可能有駐波，因?yàn)榈入x子體介電常數(shù)減小有效波長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供有一種用于對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備，該設(shè)備包括:室，其用于接收要處理的物品；電極裝置，其用于在所述室中生成電場(chǎng)以便在所述室中建立等離子體，使得能夠處理所述物品；生成裝置，其用于生成用于傳輸?shù)剿鲭姌O裝置的交變電能；連接裝置，其用于將所述生成裝置連接到所述電極裝置；以及控制裝置，其用于改變?cè)谔幚砥陂g在所述室中生成的駐波的波節(jié)和波腹的位置，使得隨著時(shí)間而生成相互不一致的多個(gè)駐波。
[0008]理想地，用于改變?cè)谒鍪抑猩傻鸟v波的波節(jié)和波腹的位置的控制裝置被布置成控制所述連接裝置，使得交變電能在處理期間被一個(gè)區(qū)域接一個(gè)區(qū)域按次序地和/或通過控制生成裝置傳輸?shù)诫姌O裝置的多于一個(gè)區(qū)域，使得傳輸?shù)诫姌O裝置的交變電能的相位在物品的處理期間被改變，以致能夠大體上均勻地處理所述物品。
[0009]在實(shí)施例中，所述電極裝置包括至少一個(gè)電極，該電極由其形狀能夠響應(yīng)于由所述控制裝置的控制而適應(yīng)的材料制成。[0010]在實(shí)施例中，所述電極裝置和所述連接裝置能夠?qū)⑺錾裳b置連接到至少一個(gè)電極的多個(gè)區(qū)域中的任何一個(gè)。
[0011]在實(shí)施例中，所述控制裝置控制連接裝置以在處理期間改變傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)電極的所述區(qū)域中的每一個(gè)的電功率。
[0012]在實(shí)施例中，所述電極裝置包括被布置成施加相互不同的電場(chǎng)的多個(gè)電極，并且其中，所述連接裝置能夠?qū)⑺錾裳b置連接到所述電極中的任何一個(gè)。
[0013]在實(shí)施例中，所述控制裝置控制連接裝置以在處理期間改變傳輸?shù)剿鲭姌O中的每一個(gè)的電功率。
[0014]在實(shí)施例中，所述連接裝置能夠?qū)⑺錾裳b置連接到所述電極中的任何一個(gè)的至少一個(gè)電極的多個(gè)區(qū)域中的任何一個(gè)。
[0015]在實(shí)施例中，所述控制裝置控制連接裝置以改變?cè)谔幚砥陂g傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)電極的所述區(qū)域中的每一個(gè)的電功率。
[0016]在實(shí)施例中，所述控制裝置控制所述生成裝置和所述連接裝置，使得所述交變電能的相對(duì)RF相位在電極裝置的電極之間移動(dòng)。
[0017]在實(shí)施例中，所述控制裝置控制所述連接裝置，使得交變電能在電極上的注入點(diǎn)之間或在電極裝置的電極之間切換。
[0018]在實(shí)施例中，所述連接裝置包括用于使所述電極裝置的阻抗與所述生成裝置的阻抗匹配的匹配裝置。
[0019]在實(shí)施例中，所述生成裝置用于生成RF電能。
[0020]在實(shí)施例中，所述生成裝置生成在從13 MHz至0.9 GHz范圍中的電能。
[0021 ] 在實(shí)施例中，所述生成裝置用于傳輸脈沖電能。
[0022]本發(fā)明還提供了一種用于對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備，該設(shè)備包括:室，其用于接收要處理的物品；電極裝置，其用于在所述室中生成電場(chǎng)以便在所述室中建立等離子體，使得能夠處理所述物品；生成裝置，其用于生成用于傳輸?shù)剿鲭姌O裝置的交變電能，其中，所述電極裝置和所述生成裝置被配置成在所述室中生成多個(gè)駐波樣式；以及控制裝置，其用于控制所述電極裝置和所述生成裝置，使得在物品的處理期間在所述室中生成多個(gè)駐波樣式。
[0023]在實(shí)施例中，所述設(shè)備包括連接裝置，其將生成裝置連接到電極裝置，使得能夠向電極裝置的至少兩個(gè)區(qū)域傳輸所述交變電能，每個(gè)不同配置是處理期間的駐波樣式的源，并且其中，所述控制裝置控制連接裝置，使得當(dāng)處理物品時(shí)從相應(yīng)的所述配置生成多個(gè)駐波樣式。
[0024]在實(shí)施例中，當(dāng)所述電極裝置被從所述生成裝置傳輸能量時(shí)，所述電極裝置具有用于生成相應(yīng)的多個(gè)駐波樣式的多個(gè)狀態(tài)，并且所述控制裝置控制所述電極裝置的狀態(tài)，使得當(dāng)處理物品時(shí)生成多個(gè)駐波樣式。
[0025]在實(shí)施例中，所述控制裝置控制所述生成裝置以改變傳輸?shù)剿鲭姌O裝置的交變電能的相位。
[0026]本發(fā)明還提供了一種用于使用上面描述的設(shè)備對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的方法，其包括在處理期間改變?cè)诘入x子體處理室中生成的駐波的波節(jié)和波腹的位置，使得隨著時(shí)間而生成相互不一致的多個(gè)駐波。[0027]在所附權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的其它優(yōu)選和/或可選特征。
[0028]遍及本說明書的描述和權(quán)利要求，詞語(yǔ)“包括”和“包含”及該詞語(yǔ)的變體，例如“包括”和“包含”意指“包括但不限于”，并且不排除其它半族、附加物、部件、整體或步驟。此夕卜，單數(shù)涵蓋復(fù)數(shù)，除非上下文另外要求；特別地，在使用不定冠詞的情況下，應(yīng)將本說明書理解為預(yù)期復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另外要求。
[0029]可以如與其它方面中的任何一個(gè)相結(jié)合地描述本發(fā)明的每個(gè)方面的可選特征。根據(jù)以下示例，本發(fā)明的其它特征將變得顯而易見。一般而言，本發(fā)明擴(kuò)展至在本說明書(包括任何所附權(quán)利要求和附圖)中公開的特征中的任何新型的一個(gè)或任何新型的組合。因此，應(yīng)將結(jié)合本發(fā)明的特定方面、實(shí)施例或示例描述的特征、整體、特性、化合物、化學(xué)半族或組理解為可應(yīng)用于在本文中描述的任何其它方面、實(shí)施例或示例，除非與之不相容。此外，除非另外聲明，可由用于相同或類似目的的替換特征來替代本文公開的任何特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]現(xiàn)在將僅作為示例參考附圖來描述本發(fā)明，在所述附圖中:
圖1示出了等離子體處理設(shè)備；
圖2示出了另一等離子體處理設(shè)備；以及
圖3示出了用于圖1和/或2中所示的設(shè)備的電極裝置的替換布置。
【具體實(shí)施方式】
[0031]參考圖1，示出了用于對(duì)一個(gè)或多個(gè)物品12進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備10。該設(shè)備包括用于接收要處理的物品的室14。提供了用于在室14中生成電場(chǎng)的電極裝置16 (電極16a、16b)，用以在室中建立等離子體以便能夠處理物品。生成裝置24生成用于傳輸?shù)诫姌O裝置16的交變電能。所述生成裝置可以是RF發(fā)生器，其能夠當(dāng)設(shè)備在使用中時(shí)被連接到電能的源，諸如主供應(yīng)器。
[0032]連接裝置18將生成裝置24連接到電極裝置16。在如圖1中所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，連接裝置能夠?qū)⑸裳b置連接到電極裝置16的多個(gè)區(qū)域22中的任何一個(gè)，使得能夠一個(gè)接一個(gè)按次序地在多個(gè)注入地點(diǎn)處向室中注入交變電能。
[0033]控制裝置20控制連接裝置18，使得被傳輸電能的電極裝置的區(qū)域22在物品的處理期間變化，以致能夠大體上均勻地處理物品12。這樣，在處理室中生成的駐波的波節(jié)和波腹在位置上并不是固定的，而是替代地，室中的駐波的位置根據(jù)在其處電能被注入到室中的地點(diǎn)而變化。例如，當(dāng)在第一注入地點(diǎn)處注入交變能量時(shí)在給定頻率下生成的駐波的波節(jié)和波腹具有與當(dāng)在第二注入地點(diǎn)處注入交變能量時(shí)在該頻率下生成的駐波的波節(jié)和波腹不同位置。
[0034]在現(xiàn)有技術(shù)布置中，在電極的固定區(qū)域處傳輸電能，并且因此此類布置具有在室14中的固定位置處生成包括波節(jié)和波腹的駐波的傾向。因此，物品的處理并不是均勻的。
[0035]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，控制裝置20引起在任何一個(gè)注入下被注入到室中的交變電能的相位變化，使得生成的駐波的波節(jié)和波腹的位置在位置上不是固定的。例如，在注入交變電能的第一脈沖期間，生成的波形與在注入交變電能的第二脈沖期間生成的波形異相90度。優(yōu)選地，如果針對(duì)連續(xù)脈沖只采用了兩個(gè)相移，則相位差不應(yīng)是180度，因?yàn)椴ü?jié)和波腹將是共同入射的?？墒褂谜{(diào)相器來實(shí)現(xiàn)能量脈沖期間或連續(xù)能量脈沖之間的相位調(diào)制。
[0036]在圖1設(shè)備中，在電極裝置16的多個(gè)區(qū)域或注入地點(diǎn)處傳輸電能。在物品12的處理期間，可首先在一個(gè)區(qū)域處且然后隨后地在另一區(qū)域處傳輸能量?？蓪⑦B接裝置配置成使得建立兩個(gè)區(qū)域，或者可被配置成使得建立多于兩個(gè)區(qū)域。由例如任何一個(gè)區(qū)域22處的RF信號(hào)的注入生成的駐波的波節(jié)和波腹并不與由在另一區(qū)域22處的RF信號(hào)的注入生成的駐波的波節(jié)和波腹一致。這樣，物品的處理一般地比在現(xiàn)有技術(shù)的情況下更均勻，因?yàn)槿鐝膱D1能夠看到的，物品的表面上的任何給定點(diǎn)并不僅僅被定位在所生成的駐波中每個(gè)的波節(jié)或波腹處。
[0037]相應(yīng)地，電極裝置16和生成裝置24被配置成在所述室中生成多個(gè)駐波樣式。因此，一個(gè)駐波樣式的效果將削弱第二或另一駐波樣式的效果?？刂蒲b置20控制所述電極裝置和所述生成裝置(在圖1中通過控制連接裝置18)，使得在物品的處理期間在所述室中生成多個(gè)駐波樣式。通常，在一個(gè)駐波樣式之后生成另一個(gè)駐波樣式。
[0038]應(yīng)注意的是雖然在本文中對(duì)波節(jié)和波腹作參考，但供應(yīng)的能量從波節(jié)處的最小值變化至波腹處的最大值及其之間的所有值。
[0039]如圖1中所示，電極裝置包括一對(duì)電極16a、16b，大體上平面矩形形式的每一個(gè)位于室14的相對(duì)橫向位置處。電極16a、16b能夠以其它布置定位，諸如在室的上部和下部處。另外，以相互成90度定位的電極的組合對(duì)將是適當(dāng)?shù)牟贾谩４送?，可采用多于兩個(gè)電極，特別是如果室14是相對(duì)大的。如果室由電介質(zhì)制成，則電極可被定位在室外面。
[0040]一個(gè)電極16a被連接到連接裝置18以便從生成裝置24接收電能。另一電極16b被連接到地。在替換布置中，電極16b可由室14的壁構(gòu)成，其本身被連接到地。
[0041]第一區(qū)域22位于電極16a的下區(qū)域處，并且第二區(qū)域22位于電極16a的上區(qū)域處。當(dāng)從生成裝置24被供應(yīng)能量時(shí)，駐波可以以不同的空間校準(zhǔn)從電極傳播。雖然在圖1中示出了電極16a的兩個(gè)區(qū)域22，根據(jù)操作要求，電極的多于兩個(gè)區(qū)域22能夠被連接裝置選擇性地連接到生成裝置。
[0042]連接裝置18將傳輸裝置24連接到所述成對(duì)電極中的至少一個(gè)電極的多個(gè)區(qū)域中的任何一個(gè)。連接裝置可包括開關(guān)和用于將開關(guān)連接到電極16a的區(qū)域22的電導(dǎo)體。為了高效地供應(yīng)電功率，連接裝置可包括用于使所述電極裝置的阻抗與所述生成裝置的阻抗匹配的匹配裝置。匹配裝置可包括LC匹配電路。
[0043]圖1中的生成裝置24被選擇成向電極16a傳輸交變電能。能夠連接到電源的RF發(fā)生器適合于此目的?？蓪l(fā)生器配置成在13.56 MHz下進(jìn)行傳輸。傳輸可以是脈沖的,例如可在足以在室中建立等離子體的短持續(xù)時(shí)間內(nèi)傳輸能量，接著是在其期間不傳輸能量的較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的暫停。
[0044]控制裝置20控制連接裝置18以改變?cè)谔幚砥陂g被傳輸?shù)诫姌O16a的區(qū)域22中的每個(gè)的電功率?？刂蒲b置可包括用于控制能量到區(qū)域22中的每個(gè)的傳輸?shù)目删幊踢壿嬁刂破?。PLC控制被供應(yīng)電能的區(qū)域和此類供應(yīng)的持續(xù)時(shí)間。RF能量被RF開關(guān)或通過切入到生成裝置的相移元件而被傳輸?shù)诫姌O16a上的不同注入位置。
[0045]另外或替換地，生成裝置24可包括用于調(diào)制或改變供應(yīng)到電極16a、16b的交變電能的相位的調(diào)相器。[0046]參考圖2，示出了用于處理物品的設(shè)備25。用相同的參考數(shù)字來指明與圖1中所示的特征等效的設(shè)備25的特征。在圖2中，電極裝置包括多個(gè)電極26、27、28、29和30。電極大體上是平面且矩形的。用RF功率來驅(qū)動(dòng)三個(gè)電極26、28和30，并且將兩個(gè)電極27和29以及室主體14 一起接地。電極26和30以與圖1中所示的電極16a、16b相似的方式定位。
[0047]附加電極27、28和29被設(shè)置成大體上平行于第一對(duì)電極。生成裝置24被布置成在不同注入點(diǎn)處向被驅(qū)動(dòng)電極施加RF功率，并且控制裝置和連接裝置能夠改變注入的點(diǎn)或改變注入點(diǎn)之間的相位。這樣，可由電極生成的駐波是不同的，并且因此相應(yīng)的波節(jié)和波
腹并不一致。
[0048]連接裝置18被配置成選擇性地將生成裝置24連接到被驅(qū)動(dòng)電極中的每個(gè)?？刂蒲b置20控制連接裝置以在處理期間改變傳輸?shù)剿鲭姌O中的每一個(gè)的電功率。
[0049]在圖2的替換布置中，連接裝置18能夠?qū)⑸裳b置24連接到電極26、28和30的多個(gè)區(qū)域22中的任何一個(gè)。在這種情況下，能夠增加駐波的可能源的數(shù)目，從而增加物品處理的均勻性。
[0050]在此類替換布置中，控制裝置20控制連接裝置18以在處理期間改變傳輸?shù)诫姌O26,28和30的所述區(qū)域22中的每一個(gè)的電功率。
[0051]圖3示出了用于對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的另外設(shè)備的電極裝置42a和42b。設(shè)備的其它特征與參考圖1和2所描述的那些類似，并且為了簡(jiǎn)潔起見在這里將不被再次描述。
[0052]每個(gè)電極42a、42b由其形狀能夠響應(yīng)于由控制裝置20的控制而適應(yīng)的材料制成。例如，電極可由形狀記憶合金或膨脹波紋管條制成，其對(duì)控制信號(hào)敏感以便從以實(shí)線示出的第一配置變化到以虛線示出的第二配置。駐波根據(jù)電極是處于第一配置還是第二配置而以不同的方式在電極上傳播。相應(yīng)地，控制裝置能夠控制電極，使得在處理期間在室14中生成多個(gè)駐波樣式。
[0053]已經(jīng)通過幾個(gè)實(shí)施例來描述本發(fā)明，具有修改和替換，但已閱讀并理解了這些描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言另外的實(shí)施例和修改將是顯而易見的。所有此類實(shí)施例和修改旨在落入如在所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的設(shè)備，該設(shè)備包括: 室，其用于接收要處理的物品； 電極裝置，其用于在所述室中生成電場(chǎng)以便在所述室中建立等離子體，使得能夠處理所述物品； 生成裝置，其用于生成用于傳輸?shù)剿鲭姌O裝置的交變電能； 連接裝置，其用于將所述生成裝置連接到所述電極裝置；以及 控制裝置，其用于在處理期間改變?cè)谒鍪抑猩傻鸟v波的波節(jié)和波腹的位置，使得隨著時(shí)間而生成相互不一致的多個(gè)駐波。
2.如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置控制連接裝置，使得在物品的處理期間一個(gè)區(qū)域接一個(gè)區(qū)域按次序地向電極裝置的多于一個(gè)區(qū)域傳輸交變電能。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置改變?cè)谖锲返奶幚砥陂g被傳輸?shù)诫姌O裝置的交變電能的相位。
4.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述電極裝置包括至少一個(gè)電極，該電極由其形狀能夠響應(yīng)于由所述控制裝置的控制而適應(yīng)的材料制成。
5.如任何前述 權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述電極裝置和所述連接裝置能夠?qū)⑺錾裳b置連接到至少一個(gè)電極的多個(gè)區(qū)域中的任何一個(gè)。
6.如權(quán)利要求5中所述的設(shè)備，其中，所示控制裝置控制連接裝置以在處理期間改變被傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)電極的所述區(qū)域中的每一個(gè)的電功率。
7.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述電極裝置包括被布置成施加相互不同的電場(chǎng)的多個(gè)電極，并且其中，所述連接裝置能夠?qū)⑺錾裳b置連接到所述電極中的任何一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7中所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置控制連接裝置以在處理期間改變傳輸?shù)剿鲭姌O中的每一個(gè)的電功率。
9.如權(quán)利要求7中所述的設(shè)備，其中，所述連接裝置能夠?qū)⑺錾裳b置連接到所述電極中的任何一個(gè)的至少一個(gè)電極的多個(gè)區(qū)域中的任何一個(gè)。
10.如權(quán)利要求9中所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置控制連接裝置以在處理期間改變被傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)電極的所述區(qū)域中的每一個(gè)的電功率。
11.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置控制所述生成裝置和所述連接裝置，使得所述交變電能的相對(duì)RF相位在電極裝置的電極之間移動(dòng)。
12.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述控制裝置控制所述連接裝置，使得交變電能在電極上的注入點(diǎn)之間或在電極裝置的電極之間切換。
13.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述連接裝置包括用于使所述電極裝置的阻抗與所述生成裝置的阻抗匹配的匹配裝置。
14.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述生成裝置用于生成RF電能。
15.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述生成裝置生成在從13MHz至0.9GHz范圍中的電能。
16.如任何前述權(quán)利要求中所述的設(shè)備，其中，所述生成裝置用于傳輸脈沖電能。
17.一種用于使用根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備對(duì)物品進(jìn)行等離子體處理的方法，其包括在處理期間改變?cè)诘入x子體處理室中生成的駐波的波節(jié)和波腹的位置，使得隨著時(shí)間而生成相互 不一致的多個(gè)駐波。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK104040678SQ201180074205
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】S.R.庫(kù)爾森, F.霍珀, C.E.金 申請(qǐng)人:P2I 有限公司