ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СОГЛАСУЮЩИЙ БЛОК И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПЕДАНСОМ Российский патент 2010 года по МПК C23C16/50 C23C16/52 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пленкообразующему устройству, согласующему блоку и способу управления импедансом согласующей цепи. Конкретнее, настоящее изобретение относится к пленкообразующему устройству, которое образует пленку путем плазменного разряда, к согласующему блоку, который устанавливается на этом пленкообразующем устройстве, и к способу управления импедансом согласующей цепи для управления импедансом согласующей цепи согласующего блока.

Уровень техники

Способ плазмохимического осаждения из газовой среды (ПХОГ) (CVD), который использует плазменный разряд, генерируемый за счет использования высокочастотной мощности или сверхвысокочастотной мощности, является одним из методов образования тонкой пленки при низкой температуре. В способе ПХОГ плазменный разряд может возбуждать химические частицы, которые связаны с образованием пленки, с тем чтобы температура для образования пленки могла быть установлена низкой.

Одним из существенных методов для способа ПХОГ является согласование импедансов в электроэнергетической системе, которая генерирует плазменный разряд. Согласование импедансов является важным для генерирования плазмы, безусловно, как и для стабилизации плазмы. В общем, согласование импедансов выполняется согласующим блоком, который включается между источником питания, который генерирует высокочастотную мощность или сверхвысокочастотную мощность, и электродом, предусмотренным в пленкообразующей камере. Когда в качестве этого электрода используется сама камера, составляющая пленкообразующую камеру, согласующий блок предусматривается между камерой и источником питания. Согласование импедансов может достигаться посредством должного управления импедансом согласующего блока.

В уровне техники предлагаются разные методы для должного управления импедансом согласующего блока. Например, выложенная заявка на патент Японии (№9-260096) раскрывает метод для надежного генерирования плазмы посредством автоматического согласования импедансов, даже если точка генерирования плазмы сдвигается вследствие изменения импеданса. Способ согласования импедансов, раскрытый в этом обычном примере, включает в себя этапы, на которых: осуществляют поиск точки согласования импедансов, в которой плазма генерируется с помощью заранее установленного импеданса в качестве эталона; автоматически сдвигают точку согласования импедансов к эталонной точке согласования импедансов, которая установлена заранее, для генерирования стабильного плазменного разряда, когда подтверждают, что плазма генерируется; и осуществляют автоматический поиск точки согласования импеданса для стабилизации плазменного разряда, который генерируется с помощью сдвинутой точки согласования в качестве эталонной. В таком способе согласования импедансов оптимальное согласование импедансов для генерирования плазмы выполняется автоматически. Таким образом, плазму можно генерировать стабильно за короткое время. Помимо этого возможно предотвратить негенерирование плазмы или увеличение времени, необходимого для генерирования плазмы, что может быть вызвано изменением импеданса в обрабатывающей камере.

Выложенная заявка на патент Японии (№8-96992) раскрывает метод стабилизации работы устройства плазменной обработки посредством оптимизации управления блоком согласования импедансов. В способе работы устройства плазменной обработки, раскрытого в этом документе, импедансом согласующего блока управляют в течение заранее установленного времени после того, как начинается образование пленки, а затем импеданс согласующего блока поддерживают постоянным после того, как это заранее установленное время проходит. Посредством применения такого способа работы входная мощность для плазмы стабилизируется, поскольку импеданс согласующего блока не меняется часто. Поэтому работа устройства плазменной обработки стабилизируется.

Выложенная заявка на патент Японии (№2003-249454 А) раскрывает способ плазменной обработки для того, чтобы должным образом справляться с внезапными изменениями импеданса нагрузки вследствие ненормального разряда во время плазменной обработки. В способе плазменной обработки, описанном в этом документе, импеданс согласующего блока регулируется только в диапазоне изменения импеданса, который определяется заранее. В таком способе плазменной обработки импеданс согласующего блока не сдвигается сильно от нормального импеданса, даже если имеется внезапное изменение импеданса нагрузки. Поэтому возможно подавлять такие проблемы, как стимулирование аномального разряда или увеличение времени, необходимого для того, чтобы импеданс вернулся к правильному значению после устранения аномального разряда.

Одним из факторов, подлежащих учету для достижения согласования импедансов, является управление импедансом согласующего блока сразу после того, как возникает плазма. Сразу после возникновения плазмы импеданс нагрузки (т.е. импеданс, образуемый плазмой, электродом и пленкообразующей камерой) резко изменяется. При попытке согласовать импеданс автоматически в ответ на это внезапное изменение работа системы управления импедансом отклоняется от нормы вследствие задержки в операции согласования, что может иногда привести к гашению плазмы. Управление импедансом согласующего блока сразу после возникновения плазмы является важным для избежания гашения плазмы, вызванного резким изменением импеданса нагрузки.

Оптимизация импеданса согласующего блока сразу после возникновения плазмы особенно важна в случае, когда операция образования пленки, имеющая малую продолжительность, такую как несколько секунд, выполняется повторно много раз. Например, это случай, когда предотвращающая пропускание пленка образуется на поверхности сделанного из пластика контейнера, такого как бутылка из полиэтилен-терефталата (ПЭТ) (PET), чтобы предотвратить пропускание кислорода и окиси углерода. Сделанный из пластика контейнер имеет слабое свойство сопротивления нагреву. Таким образом, когда предотвращающая пропускание пленка образуется на сделанном из пластика контейнере, необходимо завершать образование предотвращающей пропускание пленки в течение короткого времени, чтобы предотвратить увеличение температуры контейнера.

Одна из трудностей, когда время образования пленки чрезвычайно малое, состоит в том, что имеется предел в ускорении отклика на управление импедансом. В общем, согласование импедансов выполняется за счет управления емкостью переменного конденсатора механически, так что имеется предел в ускорении получения отклика на управление импедансом. Однако, если отклик на управление импедансом достаточно быстрый по сравнению со временем образования пленки, то отношение времени, необходимого для требующейся операции управления, после резкого изменения импеданса нагрузки, к времени образования пленки становится большим. Это не является предпочтительным, потому что приводит к неоднородной характеристике качества пленки.

Помимо этого в методе согласования импедансов важно иметь меру для отклонений импеданса нагрузки, когда образование пленки выполняется повторно много раз. Когда образование пленки выполняется повторно много раз, пленка осаждается в пленкообразующей камере. Таким образом, импеданс нагрузки постепенно отклоняется. Управление согласованием импеданса необходимо для того, чтобы справиться с таким постепенным отклонением импеданса нагрузки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение сделано с учетом вышеуказанного уровня техники.

Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении управления импедансом для того, чтобы избежать гашения плазмы, происходящего из-за резкого изменения импеданса нагрузки, что может случиться сразу после того, как плазма возникла.

Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении управления импедансом для того, чтобы справиться с постепенным отклонением импеданса нагрузки, которое возникает, когда образование пленки выполняется повторно много раз.

Согласно одному объекту настоящего изобретения пленкообразующее устройство включает в себя: источник питания; согласующую цепь; электрод, выполненный с возможностью приема электроэнергии от источника питания через согласующую цепь и генерирования плазмы на основе электроэнергии внутри пленкообразующей камеры для размещения мишени для образования пленки; и управляющую секцию, выполненную с возможностью управлять импедансом согласующей цепи. Управляющая секция поддерживает импеданс согласующей цепи постоянным в течение первого периода, начинающегося в первый момент времени, когда источник питания начинает подавать электроэнергию на электрод, и управляет импедансом согласующей цепи на основе мощности волны, отраженной от электрода, в течение второго периода, начинающегося во второй момент времени, когда заканчивается первый период.

В таком пленкообразующем устройстве импеданс согласующей цепи зафиксирован в течение заранее установленного времени после начала подача электроэнергии от источника питания на электрод. Таким образом, операция управления не отклоняется, даже если имеется резкое изменение импеданса нагрузки. Поэтому возможно предотвратить гашение плазмы, которое происходит из-за отклонения в операции управления импедансом.

Предпочтительно, управляющая секция определяет следующий импеданс в соответствии с импедансом времени окончания, которым является импеданс согласующей цепи в третий момент времени, когда источник питания перестает подавать электроэнергию, и устанавливает импеданс согласующей цепи на этот следующий импеданс. Источник питания начинает подавать электроэнергию на электрод через согласующую цепь с четвертого момента времени, после того как импеданс согласующей цепи установлен на следующий импеданс. Импеданс времени окончания, которым является импеданс согласующей цепи в третий момент времени, представляет собой превосходный параметр для указания состояния пленкообразующей камеры непосредственно перед работой. Благодаря установке следующего импеданса путем использования такого импеданса времени окончания можно надлежащим образом определить следующий импеданс, производя измерение постепенного отклонения импеданса нагрузки, происходящего из-за того, что образование пленки выполняется многократно.

Предпочтительно, чтобы управляющая секция определяла в качестве следующего импеданса импеданс, который сдвинут от импеданса времени окончания на заранее заданную величину сдвига.

Далее предпочтительно, чтобы управляющая секция выбирала одну из множества величин сдвига в соответствии с внешней командой выбора и определяла в качестве следующего импеданса импеданс, который сдвинут от импеданса времени окончания на выбранную величину сдвига.

Согласно другому объекту настоящего изобретения согласующий блок включает в себя: входную клемму, соединенную с источником питания; выходную клемму, соединенную с электродом для генерирования плазмы внутри пленкообразующей камеры; согласующую цепь, включенную между входной клеммой и выходной клеммой; и управляющую секцию, выполненную с возможностью управлять импедансом согласующей цепи. Управляющая секция поддерживает импеданс согласующей цепи постоянным в течение первого периода, начинающегося в первый момент времени, когда мощность бегущей волны, которая распространяется от входной клеммы к выходной клемме, превышает первое пороговое значение, и управляет импедансом согласующей цепи в соответствии с мощностью отраженной волны, которая распространяется от выходной клеммы к входной клемме, в течение второго периода, начинающегося во второй момент времени, когда заканчивается первый период. Когда мощность бегущей волны становится ниже, чем второе пороговое значение, после второго периода, предпочтительно, чтобы управляющая секция определяла следующий импеданс на основе импеданса времени окончания, которым является импеданс согласующей цепи в третий момент времени, когда мощность бегущей волны становится ниже, чем второе пороговое значение, и устанавливала импеданс согласующей цепи в качестве следующего импеданса. Первое пороговое значение и второе пороговое значение могут быть унифицированными или неунифицированными.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения способ управления импедансом представляет собой способ управления импедансом, используемым для пленкообразующего устройства, которое включает в себя согласующую цепь и электрод, который принимает электроэнергию через согласующую цепь и генерирует плазму на основе электроэнергии внутри пленкообразующей камеры для размещения в ней мишени для образования пленки. Способ управления импедансом включает в себя этапы, на которых:

(A) устанавливают импеданс согласующей цепи на первый импеданс;

(B) начинают подачу электроэнергии на электрод через согласующую цепь после этапа (А);

(C) поддерживают импеданс на фиксированном значении в течение первого периода, который начинается с начала подачи электроэнергии; и

(D) управляют импедансом в соответствии с мощностью волны, отраженной от электрода, в течение второго периода, следующего за первым периодом.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения способ управления импедансом включает в себя этапы, на которых:

(Е) подают электроэнергию на электрод через согласующую цепь в течение второго периода, начинающегося во второй момент времени;

(F) управляют импедансом согласующей цепи в соответствии с мощностью волны, отраженной от электрода, в течение второго периода;

(G) останавливают подачу электроэнергии в третий момент времени после второго момента времени;

(Н) определяют следующий импеданс в соответствии с импедансом времени окончания, которым является импеданс согласующей цепи в третий момент времени, и устанавливают импеданс согласующей цепи равным следующему импедансу; и

(I) начинают подачу электроэнергии на электрод через согласующую схему с четвертого момента времени, после того как импеданс согласующей цепи установлен на следующий импеданс.

Особенно предпочтительно, чтобы пленкообразующее устройство, согласующий блок и способ управления импедансом, описанные выше, применялись в устройстве покрытия пластиковых бутылок, которое используется для покрытия пластиковых бутылок.

Согласно настоящему изобретению возможно достичь управления импедансом для того, чтобы избежать гашения плазмы, которое происходит из-за резкого изменения импеданса нагрузки, которое случается сразу после того, как плазма возникает.

Далее, согласно настоящему изобретению возможно достичь управления импедансом, чтобы справляться с постепенным отклонением импеданса нагрузки, которое происходит, когда образование пленки выполняют многократно.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой концептуальную схему, показывающую первый вариант осуществления пленкообразующего устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, показывающую конфигурацию согласующего блока согласно одному варианту осуществления.

Фиг.3 является временной диаграммой, показывающей процедуру образования пленки согласно одному варианту осуществления.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, показывающую другую конфигурацию согласующего блока согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Пленкообразующее устройство согласно вариантам осуществления настоящего изобретения будет подробно описано здесь со ссылкой на сопровождающие чертежи.

На фиг.1 пленкообразующее устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения представляет собой устройство 1 для покрытия пластиковых бутылок для образования алмазоподобной углеродной (АПУ) (DLC) пленки на внутренней поверхности пластиковой бутылки 2 (например, бутылки из ПЭТ (полиэтилентерефталата)). АПУ пленка представляет собой препятствующую пропусканию пленку для предотвращения нежелательного прохождения кислорода и окиси углерода через пластиковую бутылку 2. Пластиковая бутылка 2 во многих случаях имеет свойство пропускания очень малого количества кислорода и окиси углерода. Поэтому важно сформировать препятствующую пропусканию пленку для того, чтобы сохранять качество напитка, фармацевтического продукта и прочих жидкостей, которые заключены в пластиковую бутылку 2.

Устройство 1 для покрытия пластиковых бутылок включает в себя основание 3, изолирующую пластину 4, внешний электрод 5, выпускную трубку 6, внутренний электрод 7, трубку 8 подачи сырьевого газа, высокочастотный источник 9 питания и согласующий блок 10.

Изолирующая пластина 4 устанавливается на основании 3 и имеет функцию изолирования внешнего электрода 5 от основания 3. Изолирующая пластина 4 сделана из керамики.

Внешний электрод 5 образует пленкообразующую камеру 11 для размещения внутри нее пластиковой бутылки 2 в качестве мишени для образования пленки. Далее, внешний электрод 5 работает для генерирования плазмы в пленкообразующей камере 11. Внешний электрод 5 состоит из секции 5а основного корпуса и секции 5b крышки, которые обе сделаны из металла. Пленкообразующая камера 11 может закрываться и открываться посредством отделения секции 5b крышки от секции 5а основного корпуса. Пластиковая бутылка 2 в качестве мишени для образования пленки вводится в пленкообразующую камеру 11 через отверстие, которое образуется при отделении секции 5b крышки от секции 5а основного корпуса. Секция 5а основного корпуса внешнего электрода 5 соединяется с высокочастотным источником 9 питания через согласующий блок 10. Когда должна быть образована АПУ пленка, высокочастотная мощность для генерирования плазмы подается от высокочастотного источника 9 питания к внешнему электроду 5.

Выпускная трубка 6 используется для выпуска из пленкообразующей камеры 11. Выпускная трубка 6 соединяется с вакуумным насосом (не показан). Когда пластиковая бутылка 2 вводится в пленкообразующую камеру 11, пленкообразующая камера 11 откачивается вакуумным насосом через выпускную трубку 6.

Внутренний электрод 7 вводится в пленкообразующую камеру 11, которая образуется внешним электродом 5. Внутренний электрод 7 заземляется, и высокое напряжение генерируется между внешним электродом 5 и внутренним электродом 7, когда высокочастотная мощность подается от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5. В пленкообразующей камере 11 за счет высокого напряжения генерируется плазма. Внутренний электрод 7 имеет такую форму, чтобы его можно было вводить в пластиковую бутылку и вынимать из пластиковой бутылки, а пластиковая бутылка 2 направляется в пленкообразующую камеру 11 таким образом, чтобы внутренний электрод 7 был заключен внутри пластиковой бутылки 2. Внутренний электрод 7 соединяется с трубкой 8 подачи сырьевого газа и работает для подачи сырьевого газа из трубки 8 подачи сырьевого газа в пленкообразующую камеру 11. Конкретнее, во внутреннем электроде 7 сформированы отверстия 7а выброса, и сырьевой газ выбрасывается к внутренней поверхности пластиковой бутылки 2 из отверстий 7а выброса. Когда сырьевой газ выбрасывается при условиях, в которых в пленкообразующей камере 11 генерируется плазменный разряд, на внутренней поверхности пластиковой бутылки 2 образуется АПУ пленка.

Высокочастотный источник 9 питания подает высокочастотную мощность на внешний электрод 5 для генерирования плазменного разряда. Пока образуется АПУ пленка, высокочастотный источник 9 питания непрерывно подает высокочастотную мощность на внешний электрод 5.

Согласующий блок 10 включается между внешним электродом 5 и высокочастотным источником 9 питания и работает для достижения между ними согласования импедансов. Фиг.2 показывает схемную конфигурацию согласующего блока 10. Согласующий блок 10 включает в себя входную клемму 21, выходную клемму 22, согласующую цепь 23, регистрирующий ток элемент 24, регистрирующий напряжение элемент 25 и управляющую секцию 26.

Входная клемма 21 соединяется с высокочастотным источником 9 питания, а выходная клемма 22 соединяется с внешним электродом 5. Мощность, выдаваемая высокочастотным источником 9 питания, подается на входную клемму 21 и далее подается на внешний электрод 5 с выходной клеммы 22. Однако часть мощности, подаваемой из высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5, отражается вследствие несогласованного импеданса. Мощность, проходящая от входной клеммы 21 к выходной клемме 22, представляет собой мощность, проходящую от высокочастотного источника 9 питания к внешнему электроду 5, и называется здесь мощностью бегущей волны. Мощность же, проходящая от выходной клеммы 22 к входной клемме 21, представляет собой мощность, отраженную от внешнего электрода 5, и называется здесь мощностью отраженной волны.

Согласующая цепь 23 включает в себя переменный конденсатор 23а, который соединяется последовательно между входной клеммой 21 и клеммой 29 заземления; переменный конденсатор 23b, который соединяется последовательно с входной клеммой 21 между входной клеммой 21 и выходной клеммой 22; и катушку 23с индуктивности. Емкости переменных конденсаторов 23а и 23b могут регулироваться путем перемещения их подвижных электродов. Импеданс согласующей цепи 23 регулируется посредством регулирования емкостей переменных конденсаторов 23а и 23b.

Регистрирующий ток элемент 24 и регистрирующий напряжение элемент 25 используются для измерения мощности бегущей волны и мощности отраженной волны. Регистрирующий ток элемент 24 измеряет электрический ток, который протекает во входной клемме 21, а регистрирующий напряжение элемент 25 измеряет напряжение на входной клемме 21. Измеренные ток и напряжение выводятся в управляющую секцию 26 и используются, когда управляющая секция 26 вычисляет мощность бегущей волны и мощность отраженной волны.

Управляющая секция 26 вычисляет мощность бегущей волны и мощность отраженной волны по току и напряжению, измеренным регистрирующим ток элементом 24 и регистрирующим напряжение элементом 25, и емкости каждого из переменных конденсаторов 23а и 23b, т.е. импедансом согласующей цепи 23 управляют на основе мощности бегущей волны и мощности отраженной волны. Мощность бегущей волны используется, когда управляющая секция 26 регистрирует рабочее состояние высокочастотного источника 9 питания. Управляющая секция 26 определяет, что высокочастотный источник 9 питания начал подавать мощность на внешний электрод 5, когда мощность бегущей волны увеличивается до значения, превышающего заданное пороговое значение. После этого, когда мощность бегущей волны уменьшается до значения ниже заданной пороговой величины, управляющая секция 26 определяет, что высокочастотный источник 9 питания остановил подачу мощности на внешний электрод 5. При этом мощность отраженной волны используется для достижения согласования импедансов между внешним электродом 5 и высокочастотным источником 9 питания. Емкостью каждого из переменных конденсаторов 23а и 23b управляют таким образом, чтобы мощность отраженной волны стала минимальной. Посредством управления конденсаторами 23а и 23b можно достичь согласования импедансов между внешним электродом 5 и высокочастотным источником 9 питания.

Для того чтобы улучшить эффективность процесса образования пленки, предпочтительно обеспечить множество устройств 1 для покрытия пластиковых бутылок, размещенных по одной окружности на линии образования пленки, и выполнять образование пленки на соответствующих пластиковых бутылках последовательно с помощью множества устройств 1 для покрытия пластиковых бутылок. В этом случае множество устройств 1 для покрытия пластиковых бутылок циркулируют в процессе передвижения по этой окружности, и каждое из устройств 1 для покрытия пластиковых бутылок многократно выполняет заданные процессы подачи бутылки, образования пленки и выдачи бутылки, последовательность операций процесса происходит синхронизованно с циркуляцией устройств.

Процесс образования пленки для образования АПУ пленки на пластиковой бутылке 2 с помощью устройства 1 для покрытия пластиковых бутылок будет подробно описываться со ссылкой на фиг.3.

В процедуре образования пленки по первому варианту осуществления имеется два важных момента. Один состоит в том, что, как показано на фиг.3, импеданс (т.е. емкости переменных конденсаторов 23а и 23b) согласующей цепи 23 фиксируется сразу после того, как начинается подача высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5, и активное управление импедансом согласующей цепи 23 не выполняется. Это служит для того, чтобы избежать гашения плазмы, происходящего из-за резкого изменения импеданса нагрузки сразу после того, как возникает плазма. Как описано выше, если импеданс согласующей цепи 23 активно управляется сразу после того, как возникает плазма, работа системы управления импедансом отклоняется вследствие задержки в операции согласования, что может даже привести к гашению плазмы. Для того чтобы предотвратить гашение плазмы, вызванное отклонением в работе системы управления импедансом, импеданс согласующей цепи 23 фиксируется на заданное время после того, как начинается подача высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5. Период, в течение которого фиксируется импеданс согласующей цепи 23, называется здесь периодом остановки согласования.

Невыполнение управления импедансом согласующей цепи 23 сразу после того, как начинается подача высокочастотной мощности, можно считать нежелательным, потому что это вызывает несогласованный импеданс. Однако такого недостатка можно избежать главным образом за счет должного выбора импеданса согласующей цепи 23 в течение периода остановки согласования. Посредством оптимального выбора импеданса согласующей цепи 23 отраженную волну можно подавить до такой степени, которая не считается затруднительной для образования пленки, даже если полного согласования импеданса нельзя достичь. Невыполнение управления импедансом согласующей цепи 23 в течение периода остановки согласования является достаточно эффективным для предотвращения гашения плазмы, вызванного резким изменением импеданса нагрузки.

Однако с точки зрения подачи высокочастотной мощности, вводимая в плазму мощность уменьшается, поскольку в течение периода остановки согласования полное согласование не выполняется. Для того чтобы подавать высокочастотную мощность в плазму в достаточной мере в течение периода подачи высокочастотной мощности, требуется, чтобы период остановки разряда был достаточно коротким по сравнению с периодом автоматического согласования. Например, когда весь период подачи мощности составляет 3,0 секунды, период остановки согласования должен быть около 0,3 секунд.

Другой важный момент состоит в том, что по окончании подачи высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5 импеданс согласующей цепи 23 во время начала подачи высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5 определяется как сдвинутый на заранее заданную величину сдвига от импеданса согласующей цепи 23 в момент времени, когда закончилась подача высокочастотной мощности. Иными словами, после того как следующая подача высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5 заканчивается только в момент времени t₃, определяют импеданс согласующей цепи 23 в момент времени t₄, когда начинается подача высокочастотной мощности, чтобы он отличался от импеданса согласующей цепи 23 в момент времени t₃ на заданную величину сдвига.

Такое управление импедансом согласующей цепи 23 эффективно для того, чтобы справляться с постепенным отклонением импеданса нагрузки, которое происходит из-за изменения в состоянии пленкообразующей камеры 11. Как описано выше, в первом варианте осуществления импедансом согласующей цепи 23 не управляют в течение периода остановки согласования сразу после того, как начинается подача высокочастотной мощности. Это вызывает необходимость находить импеданс согласующей цепи 23 при начале подачи высокочастотной мощности до значения, с которого может возникать плазма, и мощность отраженной волны может быть подавлена до некоторой степени. Для этой цели импеданс согласующей цепи 23 при начале подачи высокочастотной мощности может быть установлен на фиксированное значение, которое определяется эмпирически. Однако, если импеданс согласующей цепи 23 с начала подачи высокочастотной мощности является полностью фиксированным значением, то невозможно справляться с постепенным отклонением импеданса нагрузки. Поэтому в первом варианте осуществления импеданс согласующей цепи 23 в начале подачи высокочастотной мощности определяют на основе импеданса согласующей цепи 23 непосредственно перед тем, как заканчивается подача высокочастотной мощности. Это потому, что импеданс согласующей цепи 23 в момент времени t₃, когда заканчивается подача высокочастотной мощности, является одним из наилучших параметров для отражения состояния пленкообразующей камеры 11 в этот момент. Посредством определения импеданса согласующей цепи 23 в момент времени t₄, когда начинается следующая подача высокочастотной мощности, путем задания импеданса согласующей цепи 23 в момент времени t₃, когда заканчивается подача высокочастотной мощности, как эталонного, возможно эффективно справиться с постепенным отклонением импеданса нагрузки.

Желательно, чтобы величина сдвига была малой величиной для снижения отраженной мощности в течение периода остановки согласования следующего цикла разряда, с учетом того, что импеданс согласующей цепи 23 в момент времени t₃ представляет собой результат управления, выполненного операцией автоматического согласования для минимизации отраженной мощности. Например, если диапазон изменения импеданса согласующей цепи 23 составляет 0-100%, то в качестве величины сдвига устанавливается его численное значение в несколько процентов.

Процедура образования АПУ пленки будет описана с помощью временной последовательности.

Перед началом образования АПУ пленки пластиковая бутылка 2 направляется в пленкообразующую камеру 11. Далее, как показано на фиг.3, переменные конденсаторы 23а и 23b устанавливаются на некоторые значения емкости.

Образование АПУ пленки начинается, когда сырьевой газ вводится в пленкообразующую камеру 11 и начинается подача высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5. Момент времени, в который начинается подача высокочастотной мощности от высокочастотного источника 9 питания на внешний электрод 5, называется t₁ на фиг.3. Управляющая секция 26 для согласующего блока 10 регистрирует начало подачи высокочастотной мощности за счет восприятия того, что мощность бегущей волны превышает заданное пороговое значение.

Емкостью каждого из переменных конденсаторов 23а и 23b, т.е. импедансом согласующей цепи 23, не управляют активно в течение периода остановки согласования, который начинается с момента времени t₁. Управляющая секция 26 согласующего блока 10 фиксирует емкости переменных конденсаторов 23а и 23b на заданное время после восприятия того, что началась подача высокочастотной мощности. Даже хотя импеданс нагрузки резко изменяется в течение периода остановки согласования, отсутствует управление в ответ на резкое изменение импеданса нагрузки. При этом можно избежать гашения плазмы, вызванного резким изменением импеданса нагрузки.

В момент времени t₂, когда заканчивается период остановки согласования, управляющая секция 26 начинает управление емкостями переменных конденсаторов 23а и 23b в соответствии с мощностью отраженной волны. Управляющая секция 26 активно управляет импедансом согласующей цепи 23, чтобы мощность отраженной волны стала минимальной. Период, в течение которого импеданс согласующей цепи 23 активно управляется, называется периодом автоматического согласования на фиг.3.

После этого высокочастотный источник 9 питания останавливает подачу высокочастотной мощности в момент времени t₃ после момента времени t₂, чтобы закончить образование АПУ пленки. Управляющая секция 26 согласующего блока 10 регистрирует остановку подачи высокочастотной мощности за счет восприятия того, что мощность бегущей волны уменьшилась и стала ниже, чем заданное пороговое значение. При регистрации того, что подача высокочастотной мощности остановлена, управляющая секция 26 согласующего блока 10 сдвигает емкости переменных конденсаторов 23а и 23b на заданную величину сдвига. Т.е. управляющая секция 26 устанавливает емкости переменных конденсаторов 23а и 23b как C_a3+ΔC_a и С_b3+ΔC_b соответственно, если емкости переменных конденсаторов 23а и 23b в момент времени t₃, когда останавливается подача высокочастотной мощности, определяются как C_а3 и C_b3 соответственно.

После этого пластиковую бутылку 2, на которой образуется АПУ пленка, вынимают из пленкообразующей камеры 11, и подают в пленкообразующую камеру 11 следующую пластиковую бутылку 2 для образования АПУ пленки. Затем, АПУ пленка образуется посредством того же самого процесса, как описано выше. Емкости переменных конденсаторов 23а и 23b в момент времени t₄, когда начинается следующая подача высокочастотной мощности, равны С_a3+ΔC_а и С_b3+ΔC_b соответственно. Тот факт, что емкости переменных конденсаторов 23а и 23b в момент времени t₄, когда начинается следующая подача высокочастотной мощности, найдены на основе емкостей C_а3 и С_b3 переменных конденсаторов 23а и 23b в момент времени t₃, когда останавливается подача высокочастотной мощности, является эффективным для достижения оптимального согласования импедансов в соответствии с постепенным отклонением импеданса нагрузки, происходящим из-за изменения состояния пленкообразующей камеры 11.

Возможно, чтобы величины ΔС_a и ΔС_b сдвига переменных конденсаторов 23а и 23b были фиксированными величинами, которые предусматриваются заранее.

Надлежащие величины ΔС_a и ΔС_b сдвига выбирают, например, следующим образом. Ищут условие согласования, при котором отраженная мощность становится малой при том условии, что высокочастотная мощность подается в пленкообразующее устройство, согласующим блоком оперируют вручную, и плазма не генерируется. Позиции согласования, в которых плазма генерируется, определяют как согласованные начальные значения С_анач и С_bнач. Альтернативно ищут условие согласования, при котором напряжение, приложенное к электроду, становится высоким при том условии, что высокочастотная мощность подается в пленкообразующее устройство, согласующим блоком оперируют вручную, и плазма не генерируется. Позиции согласования, в которых плазма генерируется, определяют как согласованные начальные значения С_а ^нач и С_b ^нач.

Высокочастотная мощность подается в пленкообразующее устройство, плазма генерируется, и согласующий блок работает автоматически для слежения за импедансом плазмы, чтобы образовать пленку в течение заданного времени. Позиции согласования в момент времени окончания разряда определяются как С_а ^кон и С_b ^кон.

На основе данных, полученных выше, величины сдвигов выбирают следующим образом.

ΔС_а=C_a ^нач-С_а ^кон,

ΔС_b=C_b ^нач-С_b ^кон.

Величины сдвигов оптимизируют далее путем многократного образования пленки, чтобы регулировать как ΔC_а и ΔC_b, что обеспечивает еще меньшую отраженную мощность и высокое качество генерирования для плазмы.

Ниже показаны примеры величин ΔC_а и ΔC_b сдвига согласующего блока, когда образование пленки (установка непокрытой бутылки - вакуумная откачка - плазменный АПУ - выемка бутылки) выполняется многократно в устройстве покрытия АПУ для ПЭТ бутылок плазменным АПУ.

Условия образования пленки

Емкость ПЭТ бутылки: 350 мл.

Частота высокочастотного источника питания: 13,56 МГц.

Высокочастотная мощность: 700 Вт.

Сырьевой газ: ацетилен.

Давление при образовании пленки: 100 мТорр.

Величина сдвига

ΔC_а: от - 0,1 до - 3,5%,

ΔC_b: от 0,1 до 3,5%.

Во втором варианте осуществления для того, чтобы должным образом найти величины ΔC_а и ΔC_b сдвига в соответствии с изменениями материал и формы пластиковой бутылки, являющейся мишенью для образования пленки, и изменениями условий образования АПУ пленки, предпочтительно, чтобы имелась возможность выбирать пару величин сдвига (ΔС_а, ΔС_b) из множества пар величин сдвига (ΔС_а ^α, ΔС_b ^α), (ΔС_а ^β, ΔС_b ^β), (ΔС_а ^γ, ΔС_b ^γ),…, которые устанавливают заранее. В этом случае, как показано на фиг.4, управляющую секцию 26 снабжают секцией 26а хранения для хранения множества пар величин сдвига (ΔС_а ^α, ΔС_b ^α), (ΔС_а ^β, ΔС_b ^β), (ΔС_а ^γ, ΔС_b ^γ),…. Далее, извне подают команду 12 выбора для выбора пары величин сдвига. В соответствии с командой 12 выбора управляющая секция 26 выбирает единственную пару величин сдвига из множества пар величин сдвига (ΔС_а ^α, ΔС_b ^α), (ΔС_а ^β, ΔC_b ^β), (ΔС_а ^γ, ΔС_b ^γ),… и использует выбранную пару величин сдвига для нахождения емкостей переменных конденсаторов 23а и 23b, когда начинается подача высокочастотной мощности.

Изобретение относится к пленкообразующему устройству, согласующему блоку упомянутого устройства и способу управления импедансом и может найти применение при изготовлении изделий с пленочным покрытием, полученным плазмохимическим осаждением из газовой фазы. Изобретение обеспечивает управление импедансом, чтобы избежать гашения плазмы, вызванного резким изменением импеданса нагрузки, что может произойти сразу после возникновения плазмы. Пленкообразующее устройство содержит источник питания, согласующую цепь, управляющую секцию, электрод, выполненный с возможностью приема электроэнергии от источника питания через согласующую цепь и генерирования плазмы на основе электроэнергии внутри пленкообразующей камеры. В камере размещена мишень для образования пленки. Управляющая секция выполнена с возможностью управлять импедансом согласующей цепи. Управляющая секция поддерживает импеданс согласующей цепи постоянным в течение периода остановки согласования, начинающегося в первый момент времени, когда источник питания начинает подавать электроэнергию на электрод, и управляет импедансом согласующей цепи на основе мощности волны, отраженной от электрода, в течение периода автоматического согласования, начинающегося во второй момент времени, когда заканчивается период остановки согласования. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пленкообразующее устройство, содержащее источник питания, согласующую цепь, электрод, выполненный с возможностью приема электроэнергии от источника питания через согласующую цепь и генерирования плазмы на основе электроэнергии внутри пленкообразующей камеры, предназначенной для размещения мишени для образования пленки, и управляющую секцию, выполненную с возможностью управлять импедансом согласующей цепи, при этом управляющая секция поддерживает импеданс согласующей цепи постоянным в течение периода остановки согласования, начинающегося в первый момент времени, когда источник питания начинает подавать электроэнергию на электрод, и управляет импедансом согласующей цепи на основе мощности волны, отраженной от электрода, в течение периода автоматического согласования, начинающегося во второй момент времени, когда заканчивается период остановки согласования.

2. Пленкообразующее устройство по п.1, в котором источник питания останавливает подачу электроэнергии в третий момент времени - момент остановки подачи высокочастотной мощности, после второго момента времени - момента начала периода автоматического согласования импедансов, при этом управляющая секция определяет следующий импеданс на основе импеданса времени окончания, которым является импеданс согласующей цепи в третий момент времени, и устанавливает импеданс согласующей цепи равным следующему импедансу, а источник питания начинает подавать электроэнергию на электрод через согласующую цепь с четвертого момента времени- момента начала подачи высокочастотной мощности, после того как импеданс согласующей цепи установлен равным следующему импедансу.

3. Пленкообразующее устройство по п.2, в котором управляющая секция определяет в качестве следующего импеданса импеданс, который сдвинут от импеданса времени окончания на заранее заданную величину сдвига.

4. Пленкообразующее устройство по п.2, в котором управляющая секция выбирает одну из множества величин сдвига в ответ на внешнюю команду выбора и определяет в качестве следующего импеданса импеданс, который сдвинут от импеданса времени окончания на выбранную величину сдвига.

5. Пленкообразующее устройство по п.1, в котором мишень для образования пленки размещена в пленкообразующей камере в течение периода остановки согласования и периода автоматического согласования, и сырьевой газ для образования пленки на мишени для образования пленки подается в пленкообразующую камеру.

6. Пленкообразующее устройство по п.2, в котором управляющая секция поддерживает импеданс согласующей цепи постоянным в течение третьего периода, начинающегося в четвертый момент времени, причем указанная первая мишень размещена в пленкообразующей камере в течение периода остановки согласования и периода автоматического согласования, и сырьевой газ для образования пленки на первой мишени подается в пленкообразующую камеру, при этом указанная вторая мишень, отличная от первой мишени, размещена в пленкообразующей камере в течение третьего периода, а сырьевой газ для образования пленки на второй мишени подается в пленкообразующую камеру.

7. Согласующий блок, содержащий входную клемму, соединенную с источником питания, выходную клемму, соединенную с электродом, используемым для генерирования плазмы внутри пленкообразующей камеры, согласующую цепь, включенную между входной клеммой и выходной клеммой, и управляющую секцию, выполненную с возможностью управлять импедансом согласующей цепи, при этом управляющая секция поддерживает импеданс согласующей цепи постоянным в течение периода остановки согласования, начинающегося в первый момент времени, когда мощность бегущей волны от входной клеммы к выходной клемме превышает первое пороговое значение, и управляет импедансом согласующей цепи на основе мощности волны, отраженной от выходной клеммы к входной клемме, в периоде автоматического согласования, начинающемся во второй момент времени, когда заканчивается период остановки согласования.

8. Согласующий блок по п.7, в котором управляющая секция определяет следующий импеданс на основе импеданса времени окончания, которым является импеданс согласующей цепи в третий момент времени, когда мощность бегущей волны становится ниже второго порогового значения после второго момента времени, и устанавливает импеданс согласующей цепи равным следующему импедансу.

9. Способ управления импедансом для пленкообразующего устройства, которое содержит согласующую цепь и электрод, выполненный с возможностью принимать электроэнергию через согласующую цепь и генерировать плазму на основе электроэнергии в пленкообразующей камере, в которой размещена мишень, содержащий этапы, на которых (А) устанавливают импеданс согласующей цепи равным первому импедансу, (В) начинают подачу электроэнергии на электрод через согласующую цепь после этапа (А), (С) поддерживают импеданс на заранее заданном значении в течение периода остановки согласования, начинающегося с начала подачи электроэнергии, и (D) управляют импедансом в ответ на мощность волны, отраженной от электрода, в течение периода автоматического согласования, следующего за периодом остановки согласования.