专利名称：用于工件处理的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种总体上用于处理含流体工件、更具体地用于涂覆中空体的装置和方法。
背景技术：
塑料尤其是透明塑料正变得越来越重要，而且在很多领域都取代玻璃作为优选材料。
一个实例包括饮料瓶，它在数年前几乎全部是用玻璃制造的，但是现在很大程度上都用PET制造。其原因就在于巨大的重量节约。
但是除非采取特殊的措施，塑料瓶比起玻璃瓶也有很多缺陷，例如所用的诸如PET的塑料不足以阻隔气体，并因此导致存放期比玻璃瓶短，尤其是在碳酸饮料情况下更是如此。
因此，塑料瓶内部提供有一层涂层，该涂层导致存放期增加。
由于饮料瓶是大批量生产的产品，对成本有巨大的压力，因此对改善涂层方法及其装置有着持续的需求。
因此为了有效涂覆PET瓶和其它由介电材料优选由塑料制造的工件，就需要开发一种能够提供非常短的周期及相应高产量的装置和方法。所需的典型产量为每小时10,000瓶范围左右。
WO00/58631公开了一种此类型的机器，它具有一个用于中空体处理的圆盘传送带，其中在圆盘传送带上布置了20个相同的处理站点。
上面所述文件所定义的发明是基于这一问题，即在大量处理站点的情况下存在一种危险就是两个相邻处理站点同时连接到相同压力源上。
上面文件中所提出的解决方案是提供一个具有第一抽吸相位、第二抽吸相位和沉积相位的机器，其中用于不同相位的站点都连接到泵上。另外，假设泵的重量和体积能够防止它们安装在圆盘传送带上。因此泵就位于一个固定位置，并用一个可旋转的连接件或分配器将泵连接到站点上。
另外，将20个站点分成两组，为每个组指派一个独立且相等的压力源，或者根据它们所连接的泵区分各组。旋转分配器确定在圆盘传送带旋转运动期间某一泵和某一处理站点相连接的时刻，用于此目的的分配器包括一个具有20个孔的旋转环，和一个在每种情况下具有用于两组的3个狭槽的固定环。利用此布置，设计机器以使得相同组的两个站点不同时连接到相应的泵上。
因此，所述发明作为它的主题限定了一种机器，该机器能够包括大量站点，而且同时能够确保压力源在限定瞬间仅连接到至多一个站点上。
但是，此机器有很多严重的缺陷。
首先，多个泵的并联连接是不利的，因为需要多个布线管。
而且，泵的静止排列是不利的，因为从站点到泵的路径相对较长，因此减小了泵的功率。
但旋转分配器的使用尤为不利。此类型的分配器极难密封，对外界物体导致的失误很敏感。而且考虑到固定的预定开孔排列，分配器不能根据工序进行任何改变，因此是一种不灵活的设计。
但是，需要改进的不仅是上面所述装置中实施的方法，还包括所采用的无定形碳涂层，因为此涂层被不理想地染色。另外存在一个危险，即瓶变形情况下的碳层剥落。
发明内容
因此，本发明基于的目的就是提供一种能够避免或者至少减少已知装置和方法的缺点的用于工件处理的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种能够可靠地操作并确保高产量的用于工件处理的装置和方法。
本发明还有一个目的是提供一种能够灵活匹配用户需求或所需工序的用于工件处理的装置和方法。
本发明还有一个目的是提供一种能够确保改良的流体供应尤其能够使得具有很少间断的用于工件处理的装置和方法。
本发明还有一个目的是提供一种使得能够得到尤其是色彩和粘合力方面的改良涂层的用于工件处理的装置和方法。
本发明的目的是通过所附独立权利要求的主题而以一种令人惊奇的简单方法实现的。本发明的有利精选方案定义在从属权利要求中。
本发明的一个优选实施方式提供了一种用于工件处理特别是中空体内涂层的装置。待涂覆工件特别地是塑料容器，例如塑料瓶。
根据本发明的装置包括至少一个处理设备，优选多个相同的处理设备，各处理设备被设计用以容纳(receive)至少一个工件或塑料瓶；以及一个流体供应装置，该装置为处理设备提供至少一种用于涂层的工艺流体。
另外，装置包括至少一个流体控制设备，特别是具有多个阀的第一阀排列，通过第一阀排列特别是所述各阀可控制向处理设备的流体供应。
通过第一阀排列可以有利地将对流体或气体供应的控制布置得极为灵活和可变。因此，由设备定义的时间控制或工序就可以改变，且容易匹配不同需求。而且，本发明提供了短的转换时间及由此引起的向工艺参数的迅速转变。
另外，根据本发明的装置可靠且具有高产量地操作。
另外，本发明提供了具有优越质量的工件的有效处理或涂覆，因此从长期来看是便宜的。
优选提供多个尤其是相同的处理设备，第一阀排列优选包括多个尤其是相同的阀组，而且优选为各处理设备分配一个单独的阀组。优选使各个阀组包括多个相同的阀(如果合适的话)。
其结果就是，通过与其关联的阀组，能够独立于其它处理设备地有利地启动各处理设备及其流体供应。
根据本发明装置的一个优选精选方案，所述装置定义了多个特别是不同的工艺相位，处理设备经历各个相位。更具体地说，每个处理设备连续地经历所有工艺相位，从而在至少一个或每个瞬间，特别是至少两个或全部的处理设备都位于不同的工艺相位。
为每个工艺相位指定第一阀排列的一个预定状态，所述状态可能通过公式而为每个的相位可变地设定。术语公式可以理解为通过控制单元作用的一个工艺序列，特别是预定工艺序列。通过能够自由设定的参数如转换时间、转换角度和/或转换持续时间，可以有利地获得更高的灵活性。
优选能够为不同工件如不同瓶体积和几何形状不同地设定公式、对工艺相位的指定和/或工艺相位的持续时间，从而使得发明更加灵活。
特别地，每个工艺相位与永久指定给各处理设备的阀组预定状态在时间上相互关联。换言之，能通过相关的阀组控制各处理设备的工艺相位，或者通过相关的阀组的状态限定各处理设备的占优工艺相位。
这进一步提高了装置的精确性、速度和灵活性。
优选能够通过控制信号而优选相互独立地控制第一阀排列特别是各阀组或各阀。特别是电力地、气压地和/或液压地控制阀排列或阀体(valve block)或各阀，这对控制时间并因此对工艺速度有着有利的影响。
根据本发明的一个优选实施方式，装置定义了至少两个或多个工艺相位，在至少第一和第二工艺或涂覆相位期间分别用第一和第二涂层涂覆工件。第一和第二涂层特别地包括不同的材料。
优选在各种情况下将至少一个具有预定开孔优选具有相同尺寸开孔的隔板(diaphragm)分配给至少一个处理设备特别是每个处理设备，以减少流体进料中的压力。本文中，隔板为指定的进入压力定义出一个预定流量。这代表一种非常简单而且便宜的减压方法。
根据本发明的一个有利并因而优选的精选方案，装置包括一个流体分配器设备，流体利用该设备而分配给处理设备；和/或一个流量设定装置如质量流控制器，从流体流动方向看去该流量设定装置位于流体分配器设备的上游。因此，可以为所有处理设备中心地设定流体或气体流量。
从成本方面上这是有利的，因为尽管气体通过大量反应器，但并不需要在每种情况下都通过一个单独的质量流控制器或分子流控制器而设定各个单独反应器，而是提供一个用于各工艺气体的质量流控制器。
虽然如此，本发明允许向至少一个下面工艺参数的一种快速转变-工艺流体或前体的组成，-前体浓度，-总气体流量，和-处理设备中的压力。
而且，能够彼此独立地和/或在需要的所选时间中的某一时刻设定处理设备中的至少一个或更多个的工艺参数的变化。
优选流体供应装置能够提供多种不同流体特别是工艺气体，该情况下，特别地每个阀组都有一个用于每种流体的单独阀和/或一个用于每个处理设备的单独隔板。这特别地意味着，将不同流体在单独的进料管线中输送给处理设备，而且能够相互独立地控制流体的流动。
为了满足对层-基片粘合的要求，对塑料的涂覆而言两层或多层系统是有利的。举例而言，先沉积第一有机粘合层，然后在一个或多个步骤中涂覆另外的功能层特别是阻挡层，这些层在至少一个的物理或化学特性如组成、密度、粗糙度、形态、生长模式、反射/透光、阻挡行为上不同。
粘合层增加了粘合并防止或至少妨碍了层的不希望剥离。而且，双层的粘合有一个协同效应，从而粘合层也促进了阻挡行为。
由本发明提供的双组分或多组分涂层非常有利，尤其是对塑料瓶形式的工件而言，因为它可以延长饮料的存放期同时避免层材料不理想地进入饮料中。
对塑料容器的快速涂覆而言，当使用CVD特别是PECVD优选为PICVD方法时，有利的是采用气体产生方法，该方法使用了流体供应装置和能够提供至少两种不同气体或气体混合物的涂覆方法。
在本发明的一个特别有利的实施方式中，至少一个甚至更加优选每一个处理设备包括至少两个或更多个处理站点或反应器，每个处理站点或反应器被各自设计以容纳一个工件，特别地它们是平行而且结构对称的，因此同时连接到各工艺阶段上，其中在处理站点中建立相同的工艺参数。换言之，所定义处理设备中容纳处理站点以及工件以这样一种方式通过工艺相位，该方式使得各处理站点至少在一个瞬间特别地在每个瞬间位于相同工艺相位中。
因此优选将处理站点分成两个或更多组，将每个组特别地分配给确切的一个处理设备，而且以使得属于同一组或处理设备的至少处理站点的排空能够同步的方式，相同地转换处理站点，其结果就是至少两个处理站点特别是属于同一组的处理站点，至少有时是同时连接到相同泵上的。
在这种情况下将各处理设备的处理站点分配给相同的阀组。已经证明，每个处理设备含大量的两个或多个双数尤其是四个、六个、八个或更多个处理站点或反应器是特别适合的。
将处理设备中相同切换的多个处理站点连接起来使得所述装置产量显著增加，而且额外费用很少。
这种情况下，特别地将工艺气体均匀分配给多个或全部的反应器，优选为其中的10～100个。优选各反应器或在各情况下都具有单独气体供给、或用于将工艺气体一同输送给反应器组如双反应器。
本装置优选定义一个具有多个工艺相位的处理周期，至少一个或每个处理设备以相对于其它处理设备具有时间偏差的方式经历该周期。类似地，至少一个或每个阀组经历各状态的一个预定周期，其中具体处理设备的各工艺相位与相关阀组的一个预定且可控的状态相关联。
各处理设备特别优选经历相同的、特别地至少在序列、时间、持续时间和/或相位间隔上相同的处理周期。
根据本发明的装置特别是一种单程式或回转式的装置，包括一个静止部分和一个运动部分或回转体。优选将处理设备布置在运动部分或回转体上，和后者一同运动或旋转。此情况下，在处理周期中，每个处理设备采用多个位置或角位置，其中各个位置与预定的工艺相位相关联。换言之，工艺相位和位置或角位置同步，而且该同步也是可控的。为此目的，优选用回转体的角位置同步地控制阀组。
第一阀排列优选安装在运动部分或回转体上，从而与其一同运动或旋转。这提供了简单的流体布线(routing)。
本发明的一个示例性实施方式是特别有利的，其中提供了用于至少有时利用至少一个泵如Roots泵来排空处理设备的一个泵设备。
因此，能够将泵设备固定地或无需旋转分配器地连接到处理设备上，而且可以通过排空控制设备，用闭合循环控制(如果适合)来控制处理设备的相位排空，更具体地说是排空相位的开始和/或结束。这是非常有利的，特别是在旋转设置的情况下。
排空控制设备控制将处理设备分配给泵设备，它优选包括一个第二阀排列，从而通过阀控制排空。优选以给每个控制设备指定一个阀组的方式，也将第二或泵侧的阀排列分成阀组，其中特别地在每种情况下，为了能够独立控制向单独真空泵的分配，将阀组中的一个阀分配给进料设备或真空泵。优选所述阀属于与第一阀排列即流体进料侧的阀排列的阀相同的类型。
通过泵设备优选周期性地排空处理设备，并通过例如可变控制信号实现藉由排空控制装置进行的控制。因此，相对具体的处理设备，能够优选可变地和/或单独地控制排空和/或流体进料。
优选泵设备含有至少两个分配给不同压力范围并引起阶式或步进式排空的泵。特别地，首先每个处理设备都全部连接到第一泵并排空至第一压力，然后断开第一泵，连接第二泵，并用第二泵排空至较低的第二压力。
根据一个优选实施方式，每个处理设备在回转体的旋转过程中经历多个不同工艺相位，其中泵设备含有分配有不同压力范围的至少第一和第二泵工段，而且通过第一和第二泵工段步进式连续排空相应的处理设备。另外，各种情况下至少第三和/或第四工艺相位是涂覆相位，在该涂覆相位中，通过泵设备特别是第三或第四泵工段排空相应的处理设备，且同时提供一种工艺气体用于等离子体涂覆。
如果第一和第二泵工段在各种情况下分别包括只有一个第一或第二真空泵，这是特别有利的，从而所有在其第一抽吸相位的处理设备都连接到第一真空泵上并被第一真空泵排空，而在其第二抽吸相位的都连接到第二真空泵上并第二真空泵排空。
这有利地使得减少了昂贵的真空泵如大体积Roots泵的数量。
另外，泵设备优选布置在或者固定在回转体上以和回转体一同旋转。
乍看起来将重的泵固定在回转体上很不利。但是，考虑到相对低的载荷，特别地结合减量的真空泵却令人吃惊地且协同地改变了这个明显的缺陷，甚至达到将其转变为优点的程度，因为这种类型的连接件难以密封，以这种方式就可能用旋转密封连接件，或者用使处理设备和泵设备连通的泵侧旋转滑条导流件来进行分配。
另外，各处理设备的第一和第二处理站点优选同时连接到属于相应工艺或抽吸相位的泵工段上，并进行排空。这是因为本发明人已经发现，用相同的泵同时排空多个处理站点或位置是有利的，因为以这种方式能够改善工艺序列和获得增加的产量。
优选关于处理设备的参数改变在不同时刻发生，和/或根据具体处理设备的处理站点同时发生。根据回转体的旋转或在相等的时间间隔内，特别地周期性地转换参数的变化。
另外，在至少两个反应器内同时设定不同的工艺参数。而且，在基本上每个回转体位置，在各种情况下都有至少一个处理设备处于第一或第二涂覆相位，从而在每个瞬间涂覆设备都被分成具有第一和第二参数设置的一个第一工艺组和一个第二工艺组。具有第一参数设置的反应器数量优选少于或等于具有第二参数设置的反应器数量，优选第二涂覆相位持续时间等于或长于第一涂覆相位的时间。
这一观念对回转体装置特别有利，但也可用于其中延时向单独反应器组供应工艺气体的间歇式装置。间歇式装置的优点是，装置整体上需要一个较低的总气体流量，从而比起如果气体同时引入所有处理设备的情况，或者如果使用完全相同连接方法的情况，真空泵的抽吸容量也较低。
另外，两个连续涂覆相位优选在至少一个下面的参数方面不同-工艺流体的不同浓度，
-工艺流体的不同压力，-工艺流体的不同流量，-涂层的不同前体用于处理设备的第一和第二处理站点的抽吸相位优选同时开始，且同时结束，因为这也引起工艺经济性的改善。
与泵设备不同，流体供应装置优选安装在装置的静止部分上，从而有利地使得可以改变流体存储容器或瓶而不需停止回转体。
流体供应装置优选包括至少两个流体存储设备，该设备含有用于生产所述至少两个涂层的不同流体基础材料，从而就能够在两个不同工艺或涂覆相位中，分别用第一和第二流体涂覆第一和第二层。这种情况下，通过化学气相沉积(CVD)，特别是等离子体增强CVD(PECVD)或脉冲等离子体CVD(等离子体脉冲CVD，PICVD)涂覆工件。
优选流体经由流体进料中的一个可旋转的密封连接件而输送给处理设备，流体供应装置通过该连接件而连接到处理设备上，如果合适则用其它设备(特别是连于两者之间的第一阀排列)间接连接，从而就可能(特别是当操作装置时)从连接件的出口连续地移出流体用于处理设备。
依照流体流动方向，将流体量设定装置布置在流体存储设备的下游，将用于各流体存储设备的单独混合设备布置在流量设定装置下游，用于将来自流体存储设备的流体与各种情况下至少一种的其它流体混合，而将连接件布置在混合设备下游，将流体分配器设备布置在连接件下游，将隔板布置在流体分配器设备下游，和/或在每种情况下将阀组布置在相关隔板下游。隔板和/或阀优选位于相应反应器的附近例如距离＜50cm、＜30cm或＜15cm处，和/或位于回转体上。
根据一个优选实施方式的一个方法序列如下所述，其中各处理设备或其处理站点经历了包括至少一个下面工艺相位的处理周期，优选地以此顺序-将工件装入处理设备，关闭处理设备，-用第一泵工段排空处理设备至第一压力，
-用第二泵工段排空处理设备至低于第一压力的第二压力，-用第一涂层材料涂覆处理设备中的工件，-用第二涂层材料涂覆处理设备中的工件，-排空(venting)处理系统，-打开处理系统并取出工件。
下文提供了对将流体供应给装置的有利实施方式的更详细解释。
根据本发明的一个优选精选实施方式，装置包括一个流体供应设备，该设备包括一个用于第一流体基础材料的第一流体存储设备，用于第一混合流体的流体进料，用于混合第一流体基础材料和第一混合流体的混合设备，一个连接第一流体存储设备到混合设备的液密第一管线，一个连接用于第一混合流体的流体进料到混合设备的液密第二管线，以及一个位于第一个管线特别是混合装置上游的第一流体量设定装置，该装置可用于设定第一流体基础材料的定量流。
特别优选第一流体存储设备中的第一流体基础材料是液体。这种情况下，加热第一管线以蒸发第一流体基础材料，从而使得均为气相状态的第一流体基础材料和第一混合流体在混合装置中进行混合。以这种方式，在混合设备出口处提供了一种室温下为气体的工艺流体。
优选流体供应装置还具有一个第二流体量设定装置，其位于第二管线上，特别位于混合设备的上游，而且用于设定第一混合流体的定量流。
优选流体供应设备还具有一个第二流体供应设备，以与第一液体供应设备相同的方式构建该第二流体供应设备，所述第一和第二流体供应设备含有不同的流体基础材料。其结果是，例如用于涂覆两种不同材料时，可经由两个单独管线同时为处理设备提供两种不同的工艺气体。
工艺气体优选是首先一种含金属或含氧硅和/或含烃流体和其次至少一种其它流体的混合物，该至少一种其它流体含有氧、氮、氩和/或氦。来自第一流体供应设备的HMDSO/O2混合物，以及来自第二流体供应设备的HMDSN/O2混合物是特别优选的。
另外，第一和/或第二流体存储设备优选各包括两个含有相同流体基础材料的多余容器。这甚至使得可以交换存储容器而无需停止装置的操作，从而避免了生产的停工。各多余容器特别地在第一流体量设定装置上游互相连接，并能够通过在各种情况下的阀而与后者断开。
装置还优选包括一个吹扫设备，该设备用优选为氧气、氮气和/或干燥空气的吹扫气体吹扫处理设备或反应器。吹扫优选在涂覆第二层之后，排放(venting)之前、之后和/或期间进行。以这种方式，有利地除去了未使用的气体，从而就可能避免或减少与环境水汽的不需要反应程度。而且，以这种方式避免了工件表面处的工艺气体吸附。在一个优选实施方式中，全部处理设备的吹扫是在不同时刻，优选周期性地和/或以规律时间间隔地进行的。
在下面的全文中，在示例性实施方式的基础上参考附图详细解释了本发明，在附图中为相同或相似的组件提供了相同的附图标记，不同实施方式的附图能够相互结合。
附图中图1a～1h图解地示出依照工艺序列的一个实例根据本发明的装置位于不同回转体位置的第一实施方式，图2a～2b示出图1a～1h所示装置所进行工艺序列的表格形式的总结。
图3图解地示出图1a～1h所示装置。
图4表示选自图3的X的放大图。
图5表示对选自图3的另一个放大图，包括流体供应装置80。
具体实施例方式
图1a图解示出根据本发明的装置30的一个回转体32。
回转体32上有12个处理设备，以圆圈表示。每个处理设备包括两个处理站点或反应器，依次表示为1～24。处理设备均匀分布，即以30°的角距排列。
另外示出8个工艺相位，即-开始相位S，-第一抽吸相位PI，
-第二抽吸相位PII，-第一涂覆相位BI，-第二涂覆相位BII，-排放相位V，-结束相位E，和-辅助相位A。
图1a示出处理站点1和2位于开始相位S的一个时间状态。这也预定了其它处理设备或处理站点各自的工艺相位或工艺步骤。处理站点3和4位于第一抽吸相位PI，处理站点5和6位于第二抽吸相位PII，处理站点7和8位于第一涂覆相位BI，处理站点9～16位于第二涂覆相位BII，处理站点17～20位于排放相位V，处理站点21和22位于结束相位E，而处理站点23和24位于辅助相位A。
操作中，回转体旋转，使得每个处理设备经历固定工艺相位的全部周期。图1b表示回转体位于较图1a所示状态晚30°的状态。因此，处理站点1和2现在位于第一抽吸相位PI。图1c～1h各示出回转体进一步旋转的状态，其中反应器1和2在各种情况下都位于更进一步的工艺相位。因此，图1a～1h示出一个完整的处理周期，尽管没有示出反应器1和2的工艺相位不改变的状态。
下文参考图1a提供了对单个工艺相位的解释。在这一回转体状态中，包括反应器1和2的处理设备位于开始相位S，该相位中处理设备是打开的。此外，在插入操作中，反应器1和2在各种情况下都同时且同样地包括一个安放其中的PET瓶，然后再次关闭。
在第一抽吸相位PI中，两个反应器3和4同时连接到第一泵工段以排空至第一压力。在第二抽吸相位PII中，两个反应器5和6同时连接到第二泵工段以排空至较低的第二压力。因此，通过第一和第二泵工段逐步且因此高效地排空了处理设备。
在第一涂覆相位BI中，用第一涂层更具体地说是SiOxCy粘合层从内部涂覆反应器7和8中的PET瓶。
为此目的，用六甲基二硅氧烷(HMDSO)和氧气的混合物作为工艺气体。将这一混合物同时引入反应器7和8中。在第一涂覆相位BI中，反应器7和8供应有第一工艺气体，并用第三真空泵以通流(through-flow)模式排空。
第二涂覆相位BII占处理周期的四个30°部分，因为该涂覆必须持续四倍于第一涂覆相位BI的时间。因此，第二涂覆相位BII中同时有四个处理设备或等离子体站点，更具体地为反应器9～16，而且在该第二涂覆相位中，这些站点供应有第二工艺气体，并通过第四真空泵以通流模式共同排空。因此，特别地在每个瞬间都有不同量的处理设备位于第一和第二涂覆相位中。
在第二涂覆相BII中，沉积非晶氧化硅和SiOx阻挡层。该层无色透明。为生产该阻挡层，将含有六甲基二硅氮烷(HMDSN)和氧气的混合气体引入反应器。
关于层组成，可参考2002年12月13日以同一申请人的名义提交的申请DE10258681.0，其内容因此通过参考而全部包括在本文主题中。
用PICVD进行第一和第二涂覆相位BI、BII中的涂覆。在本示例性实施方式中PICVD法仅用于瓶的内涂覆，但它也可用于外涂覆。PICVD法的一个主要优点就是其附加的工艺灵活性，从而使阻挡层能够更随意地匹配顾客的要求。而且，因为在脉冲的暂停期间能更有效地泵出反应中形成的气相副产品，所以等离子体的脉动产生了所用工艺气体的最佳转化。另外，沉积的层的特征在于高的均匀性和高的化学纯度。而且减少了PET瓶上的热负荷。
同时，双涂覆产生了涂层系统的优越粘合和高的阻挡改善因子(BIF)。得到对O2为约10～30，对CO2为约4～7的BIF。除了能防止CO2从瓶内逸出，还可以减少O2渗入瓶内的程度，和乙醛从PET逸出进入饮料中的程度。
在排放相位V中，排放反应器17～20。然后，在结束相位E中打开反应器21和22，取出已涂覆的瓶。
其中放置有反应器23和24的辅助相位A在本实施例的涂覆工艺中不是必需的。
图2a～2b示出全部24个反应器的工艺相位S、PI、PII、BI、BII、V、A序列的分成5°跨距的表格形式的总结。
图3随后图解地示出根据本发明的装置30的结构。
涂覆装置30包括回转体32和静止流体供应装置80。虚线L图解地表示回转体或等离子体轮32，从而在线L内示出的那些组件都布置在回转体32处或回转体32上，并与回转体一同旋转。
12个处理设备101～112位于回转体32上，为清楚起见，在图3中仅示出4个处理设备101、102、111、112。
每个处理设备101～112在各种情况下都包括用于在各种情况下容纳一个待涂覆PET瓶的两个处理站点或反应器。处理设备101包括处理站点1和2，处理设备102包括处理站点3和4，依此类推，直至处理设备112包括处理站点23和24。
PET瓶的内涂覆是通过PICVD技术进行的，该技术为本领域技术人员完全熟知。在该方法中，在每种情况下为同一处理设备的两个反应器指派相同的射频源，并且两反应器内的涂覆同时且同样地发生，其中在每种情况下两个反应器包括单独的室或真空室。
因此优选地，处理设备101～112在每种情况下的第一反应器1、3、5、...、23形成处理站点的第一组，而在每种情况下处理设备101～112的第二反应器2、4、6、...、24形成处理站点的第二组，其中在每种情况下属于第一组的反应器和属于第二组的一个反应器彼此成对关联(1和2；3和4；5和6；...；23和24)，而且每对的两个反应器都分配有相同的真空泵和/或同步地通过处理工艺。
为处理设备101～112分配一个不透流体的液体或气体控制设备40，该设备在本实施例中包括多个阀和隔板。
向处理设备的气体输送通过气体控制设备40而受时间控制。气体控制设备40包括一个第一阀排列50，该阀排列在每种情况下具有用于各处理设备101～112的阀组501～512。并联的阀组501～512在各种情况下包括三个电子控制阀501a～512a，501b～512b，和512a～512c，每个控制阀在其上游有一个相连的固定的隔板。因此，向处理设备的工艺气体分布或分配可通过阀501a/b～512a/b进行。
但是原则上，还可以用旋转的回转导流件(leadthrough)或回转体连接器(coupling)代替阀排列40，在该旋转的回转导流件或回转体联轴器中特别提供了能够实现周期性气体变化的通道。但是，藉由阀进行的控制更加灵活，并因此甚至能够独立地和/或各自不同地激活处理设备。
现在参考以比图3更详细的方式示出流体控制的一个节选的图4，下文以第一阀组501的实例为基础，提供了对气体引导侧(routingside)的阀控制的解释。其它的阀组502～512以及在各阀组上游和下游处相连的相应其它组件在形式上是相同的。
第一阀组501包括三个并联的电动气动阀501a、501b、501c。第一阀501a为处理设备101输送第一工艺气体，第二阀501b为处理设备101输送第二工艺气体，第三阀501c为处理设备101输送吹扫气体SG。
操作介质或气体(吹扫气体，第一和/或第二工艺气体)的供应能够相互独立地、且以一种能够根据时间自由选择或可变的方式进行控制。
阀各自具有＜500ms、优选＜100ms的短切换时间。而且阀与处理设备紧邻，距离优选＜50cm。因此，能够非常快地控制或改变涂覆参数如前体浓度、总流量、压力和/或工艺气体或前体。在少于200ms内能够改变至少95％的混合物。
固定隔板601a、601b、601c在各种情况下都连接到相应阀501a、501b、501c的上游，从而每个处理设备都指派有一个用于各工艺气体的阀-隔板配对。
隔板的开孔直径比管线直径小，从而进料管线中的管线阻力可以忽略不计，气流基本上由隔板决定。为此目的，开孔直径为约0.1mm～5mm，优选0.2mm～2mm，特别优选在1mm附近。其结果是在平衡状态中，在隔板两侧确立了一个预定压力。这一采用隔板的解决方案比在该位置上使用质量或分子流控制器更加便宜。
隔板将流体均匀或对称地分配给全部反应器。作为实施例，将9600sccm的总流量均匀地分配到24个反应器中，每个反应器为400sccm。
而且，隔板相对偏差为＜20％，优选＜10％，从而在各处理设备中均匀分配工艺气体。
由流体或气体供应装置80提供气体供应，该装置通过两个单独的进料管线或操作介质进料管线42a、42b而提供了两种不同的工艺气体。两种工艺气体和吹扫气体SG经由回转导流件82而连续分配到回转体32上。
图5中详细说明的气体供应装置80包括第一和第二流体或气体供应设备80a、80b，它们在结构上相同。两个气体供应设备80a、80b区别仅在于它们提供两种不同的流体基础材料(前体)。因此两个气体供应设备80a、80b为至少两个连续的涂覆相位BI、BII(二者可以可选地相互合并)提供具有不同组成、流量和/或压力的至少两种工艺气体或气体混合物，其中第一涂覆通过第一工艺气体进行，第二涂覆通过第二工艺气体进行。两工艺气体或气体混合物之间的气体变化可以有利地快速进行切换，尤其使得可以精确控制气体混合物的浓度。
第一气体供应设备80a包括一个流体存储设备81a，该流体存储设备81a含有其中分别含有相同第一前体(本实施例中为HMDSO)的两个流体容器或罐84a、85a。两容器84a、85a的冗余设计使得可以在保持处理连续进行的同时改变两容器之一。
来自两容器84a、85a之一的HMDSO经第一管线部分86a、87a而输送给第一流体量设定装置或质量流控制器88a。通过优选为热或压力基的质量流控制器88a控制第一液体基材料的定量流动。
另外，第一气体供应设备包括进料管线90a，通过该管线提供气相氧(O2)。通过第二流量设定装置或质量流控制器92a控制氧气的定量流动。因此，每种工艺气体成分仅需要一个质量流控制器。
通过质量流控制器88a、88b、92a、92b能够相互独立地控制工艺气体的混合比、流量和/或浓度。
第一流体基础材料和氧气分别经两个管线部分94a和96a输送给第一混合设备98a，混合以形成第一工艺气体，该第一工艺气体随后经管线42a而提供在回转导流件82处，并输送给处理设备。
将两流体容器84a、85a之间的管线部分和第一混合设备98a加热至约40℃，以蒸发在两容器84a、85a中为液体形式的第一流体基础材料。在第一混合设备98a下游与氧气混合之后，气体混合物或第一工艺气体即使在室温下也是气相。因此，有利地只加热相对短的流体管线。特别地，因为第一工艺气体在室温下为气相，所以不需要加热回转体上的管线，这简化并减少了装置的成本，并避免了冷凝。
参见图5，受热管线部分86a、87a、94a、86b、87b和94b以阴影表示。特别地，每种情况下都有一个可单独控制的加热设备186a和187a以用于冗余流体容器84a和85a的管线部分86a和87a，从而即使在改变流体容器时也可避免冷凝。而且，还存在用于共同管线部分94a的独立加热装置194a。
第二气体供应设备80b在结构形式上与第一流体供应设备80a相同。为对应组件提供相同附图标记，但附标为b而不是a。两容器84b、85b含有作为第二前体的HMDSN。
通过两个或更多(如果合适)的流体存储设备81a、81b，优选通过质量流控制器88a、92a、88b、92b设定不同混合比。作为实施例，因此也可为相同的流体基础材料设定不同的HMDSO浓度，这在例如两层系统中是有利的。
在泵侧，为处理设备101～112指派一个具有第二阀排列70的排空控制设备，通过该阀排列可以控制处理设备101～112或反应器1～24的相位排空。第二阀排列70在各种情况下包括一个阀组701～712，该阀组在各种情况下具有第一和第二电控制阀，而且该阀组用于各处理设备101～112，用于通过第一和第二真空泵72、74进行的渐进两阶段排空。
真空泵72、74设计为Roots泵，并固定在回转体32上。这有利地不再需要泵侧的回转导流件。形成泵设备71的两个Roots泵各自有一个上游相连的控制阀76、78，例如为舌形阀(flapper valve)。通过该舌形阀以开环或闭环的方式控制用于相应工艺气体的气压。
下文参考图1a～1h、2a、2b和图3提供了对气体进料侧和泵侧装置的阀控制的更详细解释。
在开始相位S中，当在各种情况下将两个PET瓶放置在处理设备101～112中，处理设备随后关闭时，第一和第二阀排列50、70的所有阀是关闭的。
在第一抽吸相位PI开始时，各阀组701～712的第一阀701a～712a打开，使得各处理设备连接到第一Roots泵72上，并被排空。
当从第一抽吸相位PI过渡到第二抽吸相位PII时，阀组701～712的第一阀701a～712a在各种情况下关闭，并且基本上在同一时间，阀组701～712的第二阀701b～712b打开，以将处理设备101～112连接到第二Roots泵74上，从而排空第二抽吸相位PII中的处理设备。
在各种情况下将气镇阀(gas ballast valve)73和75(仅示于图4中)分别连接到Roots泵72、74上游，通过该气镇阀能够减少废气中的工艺气体浓度。这对爆炸性气体混合物尤为有利，因为能够特别地稀释未使用工艺气体，从而可靠地保持其低于爆炸极限。
在第一涂覆相位BI开始时，第一阀排列50的阀501a～512a打开，使得含HMDSO和O2的第一工艺气体流入处理设备101～112中，并且PET瓶被相应地PICVD涂覆一层有机粘合层。
当从第一涂覆相位BI变为第二涂覆相位BII时，阀501a～512a关闭，而基本上在同一时间，阀501b～512b打开，以向处理设备供应含有HMDSN和O2的第二工艺气体，同时PET瓶被PICVD涂覆一层无机阻挡层。
特别优选阀组501～512的至少两个同步进行切换，同时以一个处理设备变为另一处理设备的先前工艺相位的方式，相关处理设备从一个工艺相位变为另一个工艺相位。作为实例，包括站点1和2的处理设备101从第二涂覆相位BII变为排放相位V，同步地，即同时地，包括处理站点17和18的处理设备109变为第二涂覆相位BII。
在第一和第二涂覆相位BI和BII期间，处理设备优选保持连接到第二Roots泵74上，以使得可以以通流模式进行PICVD涂覆。
在接下来的排放相位V中，关闭阀排列50、70的全部阀，用氮气或干燥气体(如果适合)排空处理设备101～112。
对本领域技术人员而言，显而易见上面描述的实施方式可以理解为实施例，而且本发明并不局限于这些具体实施例，而是可以在不背离发明精神下以多种方式改变。
权利要求
1.一种用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括用于容纳至少一个工件的至少一个处理设备(101)，为处理装置供应流体的流体供应装置(80)，和可用于控制向处理设备(101)的流体供应的至少一个流体控制设备(40)。
2.如权利要求1所述的装置(30)，其中流体控制设备包括一个第一阀排列(50)。
3.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其包括多个处理设备(101～112)，流体控制设备(40)包括多个阀组(501～512)，而且为每个处理设备分配一个阀组。
4.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其定义了多个工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)，为每个工艺相位指定一个流体控制设备(40)的预定状态，该状态能够依据公式而特别为每个相位可变地设定。
5.如权利要求4所述的装置(30)，其中每个处理设备(101～112)都经历所述工艺相位，而且每个工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)与属于各处理设备的阀组(501～512)的一个预定状态相关联。
6.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中能够通过控制信号控制流体控制设备(40)。
7.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其定义了至少一个第一工艺相位和一个第二工艺相位(BI、BII)，在该第一和第二工艺相位中分别用第一和第二涂层涂覆工件。
8.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中在各种情况下为每个处理设备(101～112)分配一个具有相同尺寸的预定孔的隔板(601a～612a)。
9.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其包括至少一个控制阀(76、78)，通过该控制阀能够设定并控制工艺压力。
10.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其包括一个流体分配设备(42a、42b)，通过该流体分配设备能够将流体分配给处理设备(101～112)，一个流体量设定装置(88a、92a)，优选为一个基于热或压力的质量流控制器，将该装置设置在从流体流动方向看去的流体分配器设备上游。
11.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中流体供应装置(80)使得可以提供多种流体，优选为首先一种含金属或含硅或含烃的流体与其次至少一种其它流体的混合物，该其它流体包括氧气、氮气、氩气或氦气，特别优选为HMDSO/O2、HMDSN/O2，而且每个阀组(501～512)都有一个用于各流体的阀(501a～512b)。
12.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中至少一个处理设备(101～112)包括至少两个处理站点(1～24)，该站点结构上对称且平行，而且同时连接到工艺阶段上。
13.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其定义了一个具有多个工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)的处理周期，每个处理设备(101～112)以关于其它处理设备具有时间偏差的方式并优选周期性地经历该处理周期。
14.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其定义了具有多个工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)的一个处理周期，每个处理设备(101～112)经历相同的处理周期。
15.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其定义了一种单程装置，该单程装置定义了一个具有多个工艺相位的处理周期，其中装置(30)包括一个静止部分和一个运动部分(80、32)，处理设备(101～112)设置在运动部分(32)上，而且每个处理设备在处理周期中采用多个位置，每个位置都已指定有一个预定工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)，所述工艺相位能够根据公式而在各种情况下为每个相位可变地设定。
16.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中能够各不相同地设定公式、对工艺相位的指定以及工艺相位的持续时间。
17.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其定义了一个回转式装置(30)，其中的运动部分包括一个回转体(32)。
18.如权利要求17所述的装置(30)，其中为回转体(32)的各个角区域指定一个预定工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)，该工艺相位能够根据公式而在各种情况下可变地进行设定。
19.如权利要求17或18所述的装置(30)，其中流体控制设备(40)至少部分地布置在回转体(32)上并和回转体一同旋转。
20.如权利要求17～19任一项所述的装置(30)，其中能够与回转体(32)的角位置同步地控制阀组(501～512)。
21.如权利要求17～20任一项所述的装置(30)，其包括一个泵设备(72、74)，其中至少一个泵布置在回转体(32)上。
22.如权利要求21所述的装置(30)，其中能够通过泵设备(72、74)周期性地排空处理设备(101～112)，并通过阀(70)控制排空。
23.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中流体供应装置(80)包括至少两个含有相同或不同流体基础材料的流体存储设备(84a、84b)。
24.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中能够为相同或不同的流体基础材料设定不同的混合比。
25.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中通过一个可旋转的密封连接件(82)将流体输送给处理设备(101～112)。
26.如权利要求25所述的装置(30)，其中以这样一种方式设计可旋转的密封连接件(82)，以使得当操作装置时能够从用于处理设备的连接件出口连续地取出流体。
27.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中能够通过CVD特别是PECVD或PICVD涂覆工件。
28.如前述任一权利要求所述的装置(30)，其中在流体流动方向上适用下面各项中的至少一项-流体量设定装置(88a、88b)布置在流体存储设备(81a、81b)下游，-用于混合来自流体存储设备和在各种情况下的一种其它流体的混合设备(98a、98b)布置在用于各流量存储设备(81a、81b)的流体量设定装置(88a、88b)的下游，-连接件(82)布置在混合设备下游，-流体分配器设备(42a、42b)布置在连接件(82)下游，-隔板(601a～601c)布置在流体分配器设备(42a、42b)下游，-阀组(501a～512c)各自布置在相关隔板下游。
29.一种特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括用于容纳至少一个工件的至少一个处理设备(101～112)，用于至少在相位中排空处理设备的一个泵设备(72、74)，和用于控制处理设备(101～112)排空的至少一个排空控制设备(70)。
30.特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括用于容纳至少一个工件的至少一个处理设备(101～112)，为处理设备供应流体的流体供应设备(80)，该装置(30)在操作中定义了至少第一和第二涂覆相位(BI、BII)，而且在第一和第二涂覆相位中分别用第一和第二材料可涂覆工件。
31.一种特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括用于容纳至少一个工件的处理设备(101～112)，和用于在相位中排空处理设备的泵设备(72、74)，其中，该装置(30)定义了一个具有多个相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)的处理周期，该装置(30)包括一个静止部分(80)和一个运动部分(32)，处理设备(101-112)位于运动部分上，泵设备(72、74)位于运动部分(32)上。
32.一种特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括用于在各种情况下容纳至少一个工件的多个处理设备(101～112)，该装置(30)定义了一个具有多个工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)的处理周期，而且每个处理设备(101～112)经历一个至少其时间分布相同的处理周期。
33.一种特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括多个处理设备(101～112)，其中该装置(30)定义了一个具有多个工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)的处理周期，至少一个工艺相位包括一个排空相位(E)，而且处理设备(101～112)各自含有用于在各种情况下容纳一个工件的至少两个处理站点(1～24)。
34.一种特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件特别是中空体的装置(30)，包括用于容纳至少一个工件的至少一个处理设备(101～112)，用于至少在相位中排空处理设备的一个泵设备(72、74)，和用于用一种吹扫流体吹扫至少一个处理设备的一个吹扫设备(42c)。
35.一种用于特别如前述任一权利要求所述的处理工件的装置(30)的流体供应装置(80)，其具有第一流体供应设备，该第一流体供应设备包括用于第一流体基础材料的第一流体存储设备(81a)，用于第一混合流体(O2)的流体进料(90a)，一个混合设备(98a)，通过该混合设备混合第一流体基础材料和第一混合流体，一个不透流体的第一管线(94a)，该管线将第一流体存储设备(81a)连至混合设备(98a)，一个不透流体的第二管线(96a)，该管线将用于第一混合流体的流体进料(90a)连至混合设备(98a)，和可用于设置第一流体基础材料流体量的第一流体量设定装置(88a)。
36.如权利要求35所述的流体供应装置(80)，其中第一流体基础材料在第一流体存储设备中是液体形式，第一管线(94a)可加热以蒸发第一流体基础材料，从而在混合设备(98a)，第一流体基础材料和第一混合流体能够在它们均为气相时进行混合，并在混合设备(98a)出口处提供一种室温下为气体的工艺流体。
37.如前述任一权利要求所述的流体供应装置(80)，包括一个可用于设置第一混合流体的流体量的第二流体量设定装置(92a)。
38.如前述任一权利要求所述的流体供应装置(80)，其中第一流体存储设备(81a)包括含有相同流体基础材料的两个容器(84a、85a)。
39.如前述任一权利要求所述的流体供应装置(80)，其包括一个第二流体供应设备(80b)，该设备以与第一流体供应装置(80a)相同的方式进行设计，含有相同或不同流体基础材料的第一和第二流体供应设备，而且通过两个单独管线(42a、42b)同时为处理设备(101～112)提供两种不同工艺气体，也就是特别来自不同基础材料的气体和/或具有不同浓度的气体。
40.如前述任一权利要求所述的流体供应装置(80)用于向涂覆装置特别是如前述任一权利要求所述的装置(30)供应流体的用途。
41.一种操作特别如前述任一权利要求所述的用于处理工件的装置(30)的方法，其中在各种情况下将待处理的至少一个工件置于多个处理设备(101～112)中，通过流体供应装置(80)将流体供应给处理设备，和通过至少一个流体控制设备(40)控制向处理设备的流体供应。
42.如权利要求41所述的方法，其中每个处理设备(101～112)经历一个至少含有下述工艺相位的处理周期在处理设备(S)中装入工件，关闭处理设备(S)，用第一泵工段将处理设备排空至第一压力(PI)，用第二泵工段将处理设备排空至低于第一压力的第二压力(PII)，用第一涂层材料涂覆处理设备中的工件(BI)，用第二涂层材料涂覆处理设备中的工件(BII)，排放处理设备(V)，打开处理设备，取出工件(E)。
43.如前述任一权利要求所述的方法，其中永久地总有至少两个处理设备(101～112)位于不同工艺相位，而且/或者在这两个处理设备之间不同地设定工艺参数、总流量和浓度中至少一个。
44.如前述任一权利要求所述的方法，其中同步地切换至少两个阀组(501～512)，其中关联处理设备从一个工艺相位转变为另一个工艺相位，而且其中特别地一个处理设备转变为另一个设备的先前相位。
45.用如前述任一权利要求的装置和/或方法生产的工件特别是中空体。
46.特别如前述任一权利要求所述的用于涂覆工件特别是中空体的回转式装置(30)，包括一个回转体(32)，该回转体具有多个分别设计用于容纳一个工件的处理设备(101～112)，每个处理设备(101～112)在回转体(32)旋转时经历多个不同的工艺相位(S、PI、PII、BI、BII、V、E、A)，而且在至少一个工艺相位中涂覆该工件，一个泵设备(72、74)，能够用来排空用于涂覆工艺相位的处理设备，该泵设备包括被指定给不同压力范围的至少第一和第二泵工段(72、74)，和处理设备(101～112)，该处理设备在第一抽吸相位(PI)中和第一泵工段(72)连通，在接下来的第二抽吸相位(PII)中和第二泵工段(74)连通，从而提供步进的排空，其中，第一泵工段包括只有一个的第一真空泵(72)，第二泵工段中包括只有一个的第二真空泵(74)，从而在第一抽吸相位(PI)中，所有的处理设备(101～112)都连接到第一真空泵(72)上，并被第一真空泵排空，而在第二抽吸相位(PII)中，所有的处理设备(101～112)都连接到第二真空泵(74)上，并被第二真空泵排空。
47.如权利要求46所述的回转式装置(30)，其中布置泵设备(72、74)以使其和回转体一同旋转。
48.如权利要求46或47所述的回转式装置(30)，其中每个处理设备(101～112)包括用于分别容纳第一和第二塑料中空体的至少第一和第二处理站点(1～24)，该第一和第二处理站点同时连接到与各自的泵相位(PI、PII)相关的泵工段(72、74)上并被该泵工段(72、74)排空。
49.如权利要求48所述的回转式装置(30)，其中用于第一和第二塑料中空体的一个或多个抽吸相位(PI、PII)同时开始，同时结束。
全文摘要
本发明涉及一种用于中空体涂覆，特别是用于通过PICVD进行的塑料饮料瓶内部涂覆的装置和方法。本发明的一个目的是确保灵活的工序、高产量、改良的流体供应和高质量的涂层。本发明特别提出了一种回转式的装置，该装置包括一个具有用于在各种情况下容纳至少一个工件的两个反应器的处理设备，一个流体供应装置，和至少一个能够用于控制向处理设备的流体供应的流体控制设备。优选将真空泵安装在回转体上，以使它们一同旋转。
文档编号C03C17/00GK1656245SQ03811895
公开日2005年8月17日 申请日期2003年5月26日 优先权日2002年5月24日
发明者S·贝勒, A·李特林格豪斯-亨克尔, G·阿诺尔德, M·比克尔, J·克雷恩 申请人:肖特股份公司