專利名稱：用于在容器內(nèi)部進(jìn)行等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(pecvd)內(nèi)阻擋層的裝置,所述裝置包 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及容器制造，更具體而言，涉及制造由聚合物制成(例如，由 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成)的容器，每個(gè)容器的內(nèi)壁被一層有阻 擋作用的材料所涂覆。
背景技術(shù)：
這種層，例如，硬型(類金剛石碳(DLC))或者軟型(類高分子碳 (PLC))的氫化非晶碳層通常由等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD) 所形成。申請(qǐng)人在歐洲專利NOEP 1 068 032中詳細(xì)說明了該技術(shù)。例如，當(dāng)實(shí)施軟碳(PLC)時(shí)，優(yōu)選使用的前驅(qū)氣體是乙炔(C2H2)。 該氣體被注入到容器中，在容器內(nèi)部形成部分真空(大約0.1毫巴 (mbar))，然后，利用超高頻(UHF， (2.45千兆赫(GHz)))低功耗 電磁激發(fā)使等離子體被活化，即使得乙炔進(jìn)入到低溫等離子體狀態(tài)。在生成 的種類中會(huì)發(fā)現(xiàn)氫化碳(帶有CH， CH2和CH3鍵)，其被沉積到由容器內(nèi)壁 所形成的聚合物襯底上的薄層(厚度大約為1600埃)上。這一方法通常在一裝置上實(shí)施，該裝置包括 處理單元，其容納容器和裝備有用于從前驅(qū)氣體中活化等離子體的電 磁波生成器； 前驅(qū)氣體入口；*注入器，用于將所述前驅(qū)氣體注入到容器中，所述注入器具有向外打 開到容器中的底端和對(duì)應(yīng)的(opposite)頂端；和 前驅(qū)氣體供料管，其使前驅(qū)氣體入口進(jìn)入到與注入器的頂端連接的流 體流動(dòng)中。根據(jù)圖l所示的方法，其顯示了容器內(nèi)壓力隨時(shí)間變化的曲線圖 將諸如預(yù)先通過吹塑或通過拉伸吹塑所形成的容器固定到處理單元的移動(dòng)頂部，然后關(guān)閉該單元，所述頂部以密封的方式安置到包括容納容器的 腔體的底部；
*通過真空泵，在幾秒的時(shí)間to長(zhǎng)度內(nèi)(大約l秒(s)至2s)在容器內(nèi)部 形成部分真空；
然后在大約ls的時(shí)間t,內(nèi)用前驅(qū)氣體掃過容器內(nèi)部，這一掃過的作用是 用前驅(qū)氣體充滿容器同時(shí)也趕出仍舊存在的空氣(在圖l中，"O"表示"打開" 禾口"C"表示"關(guān)閉")；
然后用微波轟擊活化等離子體，取決于將要獲得的內(nèi)阻擋層的厚度， 其轟擊時(shí)間t2在ls 2s之間變化，或者甚至在ls 3s之間更佳，(在被設(shè)計(jì)成 用于容納諸如啤酒的碳酸飲料的容器中，時(shí)間t2在2s 3s的范圍內(nèi)；對(duì)于諸如
茶的不含氣體的飲料，所述時(shí)間t2大約是ls 1.5s);
*然后將來自等離子體的殘留氣體除掉，其時(shí)間t3是大約0.1s;和 最后，從處理單元中取下容器。
包括上述所有步驟的容器處理花費(fèi)幾秒(這一時(shí)間的長(zhǎng)度被假設(shè)為時(shí)間
to t3的總和加上用于裝上和卸下容器所花費(fèi)的時(shí)間)，和尤其是在5s 7s的
范圍內(nèi)。
一直需要提高作業(yè)率。令人遺憾地，如今，對(duì)于時(shí)間t。 t3或者裝載和拆
卸時(shí)間很難實(shí)現(xiàn)任何減少。
然而，本發(fā)明人確實(shí)有一解決方案以至少減少時(shí)間t,。
需要注意的是，在此階段，被注入到容器中的氣體的量通常由壓力調(diào)節(jié) 器(也作為流量計(jì))所控制，該壓力調(diào)節(jié)器被放置到前驅(qū)氣體入口和供料管 之間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種上述提及的類型的裝置，其通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué) 氣相沉積用于在容器內(nèi)壁上沉積有阻擋作用的材料的薄層，所述裝置還包
括 一插入到前驅(qū)氣體供料管中的電磁閥，其緊挨著注入器頂端的上游，所 述電磁閥具有一個(gè)使得前驅(qū)氣體通過供料管到注入器的打開構(gòu)型，和一個(gè)阻 止前驅(qū)氣體通過的閉合構(gòu)型。
本發(fā)明還提供了一種通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積在容器內(nèi)壁上沉積有阻擋作用的材料的薄層的方法，所述方法實(shí)施如上所述的裝置，和所述 方法包括下述步驟
將預(yù)先形成的容器插入到處理單元中，電磁閥是處于其閉合的構(gòu)型；
*將容器置于部分真空中；
打開電磁闊和使用前驅(qū)氣體掃過容器；
用電磁微波撞擊前驅(qū)氣體以便活化等離子體；
關(guān)閉電磁閥；
停止撞擊；和
將來自等離子體的殘留氣體吸出。
本發(fā)明人在已知類型的裝置和方法中觀察到下述現(xiàn)象。在除去了來自等 離子體的殘留氣體后，當(dāng)將容器從處理單元上分離時(shí)，供料管與環(huán)境空氣連 通。然后其加壓的前驅(qū)氣體被耗盡和被處于大氣壓的空氣充滿。除了存在于 所述容器中的空氣，鑒于供料管的長(zhǎng)度(大約l米(m) 2m)，該供料管 還儲(chǔ)存了一體積的空氣，其對(duì)于時(shí)間t。以及對(duì)沉積質(zhì)量具有副作用，當(dāng)清空 容器時(shí)，該空氣必須被泵出。另外，當(dāng)前驅(qū)氣體被注入到容器中時(shí)，所述前 驅(qū)氣體在其到達(dá)容器并用于掃過所述容器前必須沿著供料管行進(jìn)，這對(duì)于時(shí) 間^具有副作用。
根據(jù)本發(fā)明，利用緊接著注入器上游的電磁閥的存在，因注入前驅(qū)氣體 而需要被排出的空氣的量顯著減少。當(dāng)容器被取下時(shí)，所述電磁閥處在關(guān)閉 位置，該電磁閥通過隔離(isolating)供料管限制了流回到注入器中的空氣的 量，該供料管仍是由加壓的前驅(qū)氣體充滿。因此，可以將時(shí)間V咸少到十分 之幾秒(在實(shí)踐中是0.2s 0.3s)，另外使時(shí)間t。減少一些。


參考附圖，從下述的說明中可以看出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其中 圖1顯示了在常規(guī)PECVD裝置中壓力隨時(shí)間變化的曲線圖； 圖2是在本發(fā)明的裝置中與圖1的曲線圖類似的曲線圖； 圖3是一個(gè)PECVD裝置整體結(jié)構(gòu)的局部透視圖4顯示了本發(fā)明裝置的截面正視圖，在"打開"的第一位置，其中容器被 從處理單元的頂部懸掛，該頂部與所述處理單元的底部被隔離開；以及圖5是與圖4視圖類似的視圖，顯示了該裝置處于"關(guān)閉"的第二位置，其 中容器被容納于一處理單元底部中形成的空腔中。
具體實(shí)施例方式
圖3 圖5顯示了一裝置1，其通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 (PECVD)，用于在諸如瓶子的容器2的內(nèi)壁上，沉積各自有阻擋作用的材 料的薄層，其中之一如在圖4和圖5中所示。
這種裝置l包括一環(huán)形的傳送裝置(carrousel) 3，在其上固定了多個(gè)處 理單元4，在每一個(gè)處理單元4的內(nèi)部，在各自的容器2上進(jìn)行PECVD。
如圖4和5所示，每個(gè)處理單元4被設(shè)計(jì)成容納一個(gè)單獨(dú)的容器2，其包括 安裝成垂直平移移動(dòng)的頂部5和具有一個(gè)將容器2的頸部緊固于其上的支撐塊 6，以及一個(gè)具有金屬空腔8的固定的底部7，該金屬空腔8包括一對(duì)UHF電磁 微波透明的材料所制成的圓柱型外殼9，例如由石英所制成的。底部7被緊固 到環(huán)形的傳送裝置3上，該環(huán)形的傳送裝置自身被安裝成繞著中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
頂部5被固定到支架10上，該支架10被安裝成在環(huán)形的傳送裝置3上的打 開位置和關(guān)閉位置之間垂直平移移動(dòng)，在如圖4所示的打開位置，其頂部5被 從底部7分開以便使得容器2被固定到支撐塊6上，在如圖5所示的關(guān)閉位置， 其頂部5以密封的方式安置到底部7上，容器2被容納于外殼9中用于被處理的 目的。
處理單元4也裝配了一個(gè)電磁波生成器11，其通過波導(dǎo)12與空腔8相連， 用于活化來自諸如乙炔的前驅(qū)氣體的等離子體的目的，該等離子體的分解造 成具有阻擋作用的碳的薄層被沉積到容器2的壁上。
每個(gè)處理單元還具有一個(gè)管狀注入器13，其沿著垂直軸延伸，用于將前 驅(qū)氣體注入到容器2中的目的，所述注入器13具有向外打開到容器2的底端 14，和對(duì)應(yīng)的頂端15。該注入器13通過其頂端15被安裝到支撐物16上，該支 撐物16安裝成以相對(duì)于頂部5在高位(圖4)和低位(圖5)之間垂直平移運(yùn) 動(dòng)，其中注入器13的底端14在高位被縮回到支撐塊6中，而在低位時(shí)注入器 13從支撐塊6上突出而部分延伸到容器2中，越過容器的大部分的高度。
如圖3所示，裝置1也具有一個(gè)前驅(qū)氣體入口17，其由環(huán)形岐管通過連接 管18連接到分配器19上所形成，該分配器19被安裝成在環(huán)形的傳送裝置3的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，分配器19自身與前驅(qū)氣體儲(chǔ)存器(未示出)相連。
每個(gè)處理單元具有一個(gè)前驅(qū)氣體供料管20，其使前驅(qū)氣體入口17進(jìn)入到 與注入器13的頂端15相連的流體流動(dòng)中。所述供料管20包括一個(gè)上游剛性部 分21和一個(gè)下游剛性部分23，該上游剛性部分21從前驅(qū)氣體入口17垂直突出 并帶有一被插入的調(diào)節(jié)流量計(jì)22，該下游剛性部分23在注入器13上方垂直延 伸，和通過一個(gè)彈性部分24與上游剛性部分21相連，所述彈性部分例如由一 個(gè)未在圖中示出的電纜承載鏈(cable-carrying chain)所支撐。
如圖4和5所示，供料管20被連接到注入器13的頂端15上，并帶有一被插 入到其上的電磁閥，這將在下面更詳細(xì)的說明。
供料管20具有彈簧26，用于保護(hù)彈性部分24，以便保證處理單元4的頂部 5被追蹤。
電磁閥25可以具有兩種構(gòu)型，艮口
打開的構(gòu)型，其中其使得前驅(qū)氣體從供料管20經(jīng)過而到達(dá)注入器13;
禾口
，閉合的構(gòu)型，其中其阻止前驅(qū)氣體通過，和阻止空氣流回到管中。 在調(diào)節(jié)流量計(jì)22和電磁閥25之間的供料管20的長(zhǎng)度介于lm 2m的范圍
內(nèi)。電磁閥25被固定到注入器13的支撐物16上，并且因此被限制成相對(duì)于處
理單元4的頂部5隨其平移移動(dòng)。
尤其是參考附圖2，操作該裝置，實(shí)現(xiàn)了下面描述的方法。 當(dāng)處理單元4的頂部5處于打開位置，而電磁閥25和調(diào)節(jié)流量計(jì)22關(guān)閉
時(shí)，容器2的頸部被固定到支撐塊6上，當(dāng)所述容器是由塑料材料制成時(shí)，其
預(yù)先通過吹塑(或者拉伸吹塑)而形成。
容器2和注入器13然后被填充空氣，同時(shí)，電磁閥被25關(guān)閉，供料管20在
壓力下被前驅(qū)氣體所填充(在一介于1巴 1.5巴范圍的相對(duì)壓力)。
然后，處理單元4的頂部5被向下移動(dòng)到關(guān)閉位置，然后容器2被容納于外
殼9中。
然后通過真空泵(未示出)使容器2處于部分真空(在大約是0.1毫巴的 壓力)下。這一步驟持續(xù)的時(shí)間(參考圖2中的to)是幾秒(大約ls 2s)。
然后用前驅(qū)氣體掃過容器2。為了進(jìn)行該步驟，當(dāng)持續(xù)使用抽吸時(shí)調(diào)節(jié)流 量計(jì)22和電磁閥25被同時(shí)打開，以便除去存在于容器2中的足量空氣和以便使其中的前驅(qū)氣體處于壓力下。這一步驟持續(xù)的時(shí)間(參考圖2中的t',)是十 分之幾秒，尤其是0.2s 0.3s。
在這一步驟的最后，用2.45GHz以及低功率(幾百瓦)的UHF微波轟擊 前驅(qū)氣體以便產(chǎn)生低溫等離子體，目的在于在容器2的壁上獲得包括PLC類的 氫化非晶碳的內(nèi)阻擋層。
供給前驅(qū)氣體持續(xù)的時(shí)間(參考圖2中的t2)是ls 3s，這取決于將要獲 得的阻擋層的厚度。
然后調(diào)節(jié)流量計(jì)22和電磁閥25同時(shí)關(guān)閉以便停止將前驅(qū)氣體注入到容器2 中。微波轟擊被持續(xù)大約0.1s的時(shí)間t3，在此期間，從等離子體中出來的殘留 氣體被吸出。
處理單元4然后被打開，容器2被取下，目的在于其被立即填充和關(guān)閉， 或者其在該填充和關(guān)閉操作之前被儲(chǔ)存。
如上所說明，在優(yōu)選的實(shí)施中，調(diào)節(jié)流量計(jì)22 (如電磁閥)具有關(guān)閉功 能。該功能因?yàn)槠溆呻姶砰y25所實(shí)現(xiàn)而可以被省略。然而，通過使用調(diào)節(jié)流 量計(jì)22的關(guān)閉功能，空氣從整個(gè)管的下游被從調(diào)節(jié)流量計(jì)中排除，和在該隔 離的管中，前驅(qū)氣體保持恒定的殘留壓力，并且被防止任何污染地保藏。
更確切的說，使電磁閥的關(guān)閉位置和調(diào)劑流量計(jì)的關(guān)閉位置同時(shí)發(fā)生使 得可以保持管20中的恒定殘留壓力，該壓力在電磁閥25和調(diào)節(jié)流量計(jì)22打開 時(shí)使得前驅(qū)氣體快速流動(dòng)。電磁閥的關(guān)閉位置也防止空氣進(jìn)入到管20中，這 種空氣進(jìn)入可以有害于阻擋材料的適宜沉積。
另外，考慮到供料管20由于彈性部分的存在而回彈，優(yōu)選的實(shí)施使得可 以不僅將所述供料管與注入器13 (如上所說明，為了限制將要被前驅(qū)氣體所 趕出的殘留空氣的量)隔離，還與前驅(qū)氣體入口17隔離，以便避免供料管20 在氣體壓力下變形。
權(quán)利要求
1、一種通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)，用于在容器(2)的內(nèi)壁上沉積有阻擋作用的材料的薄層的裝置(1)，所述裝置(1)包括·處理單元(4)，其容納容器(2)和裝備有用于從前驅(qū)氣體中活化等離子體的電磁波生成器(11)；·前驅(qū)氣體入口(17)；·注入器(13)，用于將所述前驅(qū)氣體注入到容器(2)中，所述注入器(13)具有向外打開到容器(2)中的底端(14)和對(duì)應(yīng)的頂端(15)；和·前驅(qū)氣體供料管(20)，其使前驅(qū)氣體入口(17)進(jìn)入到與注入器(13)的頂端(15)相連的流體流動(dòng)中；所述裝置(1)的特征在于，其進(jìn)一步包括·電磁閥(25)，其插入到前驅(qū)氣體出口(17)和注入器(13)之間的供料管(20)中，其緊挨著注入器(13)頂端(15)的上游，所述電磁閥(25)具有一個(gè)使得前驅(qū)氣體通過供料管(20)到容器(13)的打開構(gòu)型，和一個(gè)阻止前驅(qū)氣體通過的閉合構(gòu)型；和壓力調(diào)節(jié)流量計(jì)(22)，其插入到供料管(20)和前驅(qū)氣體出口(17)之間，所述壓力調(diào)節(jié)流量計(jì)(22)被設(shè)置成與電磁閥(25)同步操作以便當(dāng)電磁閥(25)處于其打開的構(gòu)型時(shí)，所述閥使得前驅(qū)氣體通過調(diào)節(jié)流量計(jì)(22)從供料管(20)通過而到達(dá)注入器(13)，和當(dāng)所述電磁閥處于其閉合構(gòu)型時(shí)，所述閥阻止前驅(qū)氣體流過。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(1)，其特征在于，所述注入器(13)被 安裝到位于移動(dòng)支撐物(16)上的其頂端(15)處，所述電磁閥(25)被固 定到該支撐物上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(1)，其特征在于，所述移動(dòng)支撐物 (16)被安裝到處理單元(4)的頂部(5)上，以在打開位置和閉合位置之間平移移動(dòng)，在打開位置，其被從包括適于容納容器(2)的外殼(9)的底 部7上分開，在閉合位置，其以密封的方式被安置到底部(7)上。
4、 一種通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)在容器內(nèi)壁上沉積有阻擋作用的材料的薄層的方法，所述方法實(shí)施如權(quán)利要求1至3中的任一權(quán)利要求所述的裝置(1)，和所述方法包括下述步驟*將預(yù)先形成的容器(2)插入到處理單元(4)中，電磁閥(25)處于 其閉合的構(gòu)型； 通過使用抽吸抽真空將容器(2)置于部分真空中； 當(dāng)持續(xù)使用抽吸時(shí)，同時(shí)打開調(diào)節(jié)流量計(jì)(22)和電磁閥(25)，以 便除去存在于容器(2)中的足量空氣和以便使其中的前驅(qū)氣體處于壓力下； 使用前驅(qū)氣體掃過容器(2); 用電磁微波撞擊前驅(qū)氣體以便活化等離子體；*在形成了阻擋層以后，同時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)流量計(jì)(22)和電磁閥(25)以 便停止將前驅(qū)氣體注入容器(2)中； *停止撞擊；和 將來自等離子體的殘留氣體吸出。
5、 一種根據(jù)權(quán)利要求4實(shí)施等離子體沉積的方法，其特征在于，在關(guān)閉 了調(diào)節(jié)流量計(jì)(22)和電磁閥(25)以后，繼續(xù)用微波轟擊以便將來自等離 子體的殘留氣體吸出。
全文摘要
一種通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積，用于在容器(2)的內(nèi)壁上沉積有阻擋作用的材料的薄層的裝置(1)，所述裝置(1)包括處理單元(4)，其容納容器(2)和裝有電磁波生成器(11)；前驅(qū)氣體入口(17)；注入器(13)，用于將所述前驅(qū)氣體注入到容器(2)中，所述注入器(13)具有向外打開到容器(2)中的底端(14)和對(duì)應(yīng)的頂端(15)；前驅(qū)氣體供料管(20)，其使前驅(qū)氣體入口(17)進(jìn)入到與注入器(13)的頂端(15)相連的流體流動(dòng)中；和電磁閥(25)，其插入到前驅(qū)氣體出口(17)和注入器(13)之間的供料管(20)中，其緊挨著注入器(13)頂端(15)的上游。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101248211SQ200680027317
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者讓-米歇爾·魯斯 申請(qǐng)人:西得樂公司