专利名称：均匀大面积常压射频冷等离子体发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，尤指电极形状为圆盘形，在两个电极的间隙之间产生均匀大面积放电的射频冷等离子体发生器。
背景技术：
等离子体技术是在近年才迅速发展起来的，并已得到广泛的应用，例如可用于(1)微电子工业硅片清洗，替代目前的酸和去离子水清洗。
(2)清洗所有的生化污染表面，包括被生化武器污染的表面和空间。
(3)替代湿化学法，可用于制药和食品行业原位消毒。
(4)用于医疗器件消毒和皮肤病的治疗。
(5)用于清洗放射性材料表面，试验证明等离子体技术是目前唯一可行的手段，而目前世界上的废弃放射性材料只能填埋处理。
(6)食品保鲜杀菌。
(7)薄膜材料的制备。
(8)纺织企业衣料改性。
(9)刻蚀金属、半导体和电介质材料等。
在空气中，要使气体击穿电离产生大面积冷等离子体需要几千伏的高压。目前生成大面积等离子体主要有两种方式一种是利用电弧产生等离子体，电弧放电时气体温度将高达3000℃以上，产生的直流热平衡等离子体炬，可用于金属的切割、焊接和表面喷涂。但高温的等离子体炬也限制了它的用途，因为它会烧毁所有面对的物品。另一种方式是介质阻挡放电产生冷等离子体，但介质阻挡放电是在几千伏的高下产生非均匀放电，难以产生均匀冷等离子体。现有的等离子体技术使气体在非高压下击穿并产生均匀大面积冷等离子体，并维持稳定放电，只能在真空室中进行，从而限制了它的应用。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，能在大气压下稳定工作，产生均匀大面积冷等离子体，从而为实现微电子工业对光刻胶的干法清洗、薄膜沉积、物体表面改性等领域的应用开辟了道路。
为了达到上述目的，本实用新型包括一个射频电源、供气源、等离子体发生器和支架等，其特征在于设有两个彼此平行的射频电极和地电极，该射频电极通过电缆与射频电源连接，该地电极与地连接，该地电极和射频电极可设为圆形，在两电极的间隙之间形成射频放电产生均匀冷等离子体。
所述的一种新型的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于是采用频率为13.56MHz或27.12MHz的射频电源，在常压下进行的均匀冷等离子体放电，并且是由低电压击穿气体，气体被射频击穿时的均方根电压为50伏至250伏范围。
所述的一种新型的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该地电极和该射频电极是有两个相互平行的金属圆盘构成，在该两个金属圆盘的间隙之间形成圆柱形的等离子体放电区间。在该圆形射频电极的中间部位开有进气孔，该进气孔通过进气导管与供气源连接。在该射频电极内开设有水冷通道，该水冷通道与水冷管连接。该圆形地电极可有步进电机带动实现自转，在该圆形地电极下设有加热器以便控制地电极的表面温度。
所述的一种新型的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该供气源所供气体是氩气或氦气。
所述的一种新型的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该供气源所供气体是氩气或氦气与少量的反应气体或液体的混合气体。
本实用新型是一种新型的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器能在大气压下稳定工作，其优点是1，采用射频电源在常压下实现电容耦合放电，产生均匀冷等离子体。
2，放电是长期稳定的。
3，能对放入该放电区间的物体表面进行清洗、表面改性、表面镀膜、表面消毒等。
4，地电极由电机带动可以买现自转，使等离子体对受处理的物体表面作用均匀。
5，通过控制放电功率使放电通道内的等离子体温度控制在小于300摄氏度，因而一般不会对物体表面造成烧蚀。
6，不但能用氦气作为载入工作气体，而且可以用氩气作为载入工作气体，并可以添加其它任何反应气体和液体成份。
7，直接可以采用13.56MHz或27.12MHz的射频电源来激发放电，其击穿放电时的均方根电压仅为50伏至250伏之间。因此它不同于高压介质阻挡放电，起辉频率范围为1至100千赫兹，起辉均方根电压为1至5千伏。
本实用新型是在常压下产生均匀大面积冷等离子体区间，主要用途是对放入该等离子体区间的物体进行表面清洗、表面改性、薄膜沉积。例如，用氩气和氧气所产生的氩氧等离子体用来清洗硅片上的光刻胶，其活性氧能很快与有机光刻胶反应形成二氧化炭和水，由于等离子体温度较低，所以用它清洗硅片表面上的光刻胶时，不会对硅基底造成损伤。
通过改变放电功率，气体流量，气体成份可以控制等离子体的密度和避免电极之间的拉弧现象。
为进一步说明本实用新型的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1为本实用新型实施的结构剖视示意图。
具体实施方式
请参阅图本实用新型实施的结构剖视示意图，本发明的一种新型均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，包括射频电源100、供气源102、支架111、射频电极101、地电极201、加热器207等构成，射频电极是由圆盘形的金属材料制成，如不锈钢，铝等，该射频电极101、包覆在射频电极上面和侧面的绝缘材料105以及包覆在绝缘材料105外围的金属外壳材料104固定在支架111上，并随支架可以上下移动。该绝缘材料105使射频电极101与金属外壳104彼此绝缘，该射频电极通过射频电缆109与射频电源100连接，在射频电极的中部位置开有多个小孔103，该多个小孔与进气导管107连通并通过减压控制阀门106与供气源102连通，于该射频电极101内设有水冷通道。绝缘材料105用聚四氟乙烯、环氧等绝缘材料制成。
地电极201由轴承204带动可以实现自转，该轴承204和齿轮205设为一体，并由步进电极202带动皮带203实现轴承204和地电极201的自转，在地电极下面设有一加热器207和加热器支架208，该加热器207与电源209连接，通过控制加热器207来控制地电极的表面温度。该地电极是由圆盘形金属制成，例如，用不锈钢，铝等；该加热器的形状是中间开有圆孔的圆盘形，该轴承204穿过该圆孔并留有缝隙。该加热器的表面和该地电极的下表面也留有一缝隙。
在射频电极101和地电极201之间形成一个圆柱形的缝隙，被引入到进气通道107中的气体经过射频电极101的多个小孔103进入到射频电极101和地电极201之间，被击穿后形成稳定的等离子体放电区间300，该等离子体300向四周流出，被处理的物体可以放在射频电极和地电极之间。该地电极201和该射频电极101之间的距离可以通过调节支架111的高度来改变，但一般不会超过5mm。
射频电源101可采用13.56MHz或27.12MHz射频电源，放电是在常压下进行的。
可以采用氩气或氦气作为载入工作气体，另外，可根据不同的需要，混合加入少量的反应气体或液体成份，如氧气，氮气，四氟化炭，氨气，水等，所占总气体量的比例为5％以内。气体在放电区间被电离形成有等离子体和大量活性原子及分子所构成的空间，根据实际需要调节放电时的功率和进气量来控制等离子体的状态和活性物质的浓度。
权利要求1.一种均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，包括一个射频电源、供气源和等离子体发生器，温度控制系统和支架等，其特征在于等离子体发生器设有两个相对的表面彼此平行的电极，一个与射频电源连接叫射频电极，另一个与地连接叫地电极，该射频电极固定在可以上下移动的支架上，通过移动支架，使该射频电极与该地电极之间的间距可以调节，在该射频电极与该地电极之间形成放电区间，在该射频电极的中间部位开有多个进气小孔，该多个进气小孔与进气导管相通，该进气导管与供气源连通，该地电极可由电机带动自转，在该地电极下面设有加热器，该地电极表面的温度可以通过控制加热器来控制。
2.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于是采用频率为13.56MHz或27.12MHz的射频电源在常压下的均匀等离子体放电，放电击穿的均方根电压为100-300伏。
3.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该射频电极和该地电极的表面形状可设为圆形，且该圆形射频电极和该圆形电极的表面相互平行且离开一定距离。
4.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该地电极和该射频电极之间的该间隙中形成均匀冷等离子体放电。
5.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该圆形射频电极固定在一个支架上，通过调节该支架可以使射频电极上下移动，以改变射频电极和地电极之间的放电间隙。
6.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于在该圆形射频电极的中部位置设有多数通气孔，该多数通气孔与进气导管连通，该进气导管与供气源连通。
7.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于在该射频电极内开设有水冷通道，该水冷通道与水冷管连接。
8.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该圆形地电极由步进电机带动可以实现自转，自转速度可调。
9.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于在该圆形地电极下面还设有加热器，控制该加热器以改变该地电极表面的温度。
10.如权利要求1所述的均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，其特征在于该供气源所供气体是氩气或氦气，并可加入其它反应气体和液体。
专利摘要一种均匀大面积常压射频冷等离子体发生器，包括一个射频电源、供气源和等离子体发生器，温度控制系统和支架等，等离子体发生器设有两个相对的表面彼此平行的电极，一个与射频电源连接叫射频电极，另一个与地连接叫地电极，该射频电极固定在可以上下移动的支架上，通过移动支架，使该射频电极与该地电极之间的间距可以调节，在该射频电极与该地电极之间形成放电区间，在该射频电极的中间部位开有多个进气小孔，该多个进气小孔与进气导管相通，该进气导管与供气源连通，该地电极可由电机带动自转，在该地电极下面设有加热器，该地电极表面的温度可以通过控制加热器来控制。
文档编号H05H1/34GK2682772SQ20042000386
公开日2005年3月2日 申请日期2004年2月26日 优先权日2004年2月26日
发明者王守国 申请人:中国科学院微电子研究所