[發(fā)明專利]等離子體生成裝置、等離子體處理裝置以及處理方法

無效

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• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102421237A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 堀勝;豐田浩孝;關根誠;伊藤仁;三好秀典
• 申請（專利權）人: 國立大學法人名古屋大學;東京毅力科創(chuàng)株式會社
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;H01J37/32
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉;舒艷君

技術領域

本發(fā)明涉及利用微波產(chǎn)生等離子體的等離子體生成裝置和使用該等離子體生成裝置的等離子體處理裝置以及處理方法。

背景技術

作為通過將微波導入處理容器內而產(chǎn)生處理氣體的等離子體的微波等離子體處理裝置，公知有通過對處理容器內進行減壓而生成等離子體的低壓等離子體方式和利用大氣壓生成等離子體的大氣壓等離子體方式。

作為低壓等離子體方式的現(xiàn)有技術，例如在專利文獻1中提出有下述等離子體處理裝置：利用與自由空間波長λ及管內波長λg的關系來規(guī)定在波導管的長度方向所形成的多條隙縫的配置和配設數(shù)量，并且使從微波電源側所觀察的波導管內的阻抗與在相反方向觀察電源側的波導管內的阻抗大致相等。專利文獻1是在對于塑料薄膜等大面積的被處理體能夠進行均勻的等離子體處理這點上表現(xiàn)優(yōu)異的技術方案。然而，在采用低壓等離子體方式的專利文獻1中，為了使處理容器內保持為低壓，使電介質板介于波導管與處理容器之間。該電介質板雖然從提高等離子體的均勻性的觀點來看是有效的，但是存在由配設于波導管與處理容器之間的電介質板將微波吸收從而能量利用效率降低的問題。因此，從盡量減少能量損失并利用高密度等離子體處理被處理體的目的出發(fā)，還留有改善的余地。

并且，在工藝氣體對導入處理容器內的微波均勻地供給這方面有效。然而，一般情況下，在使電介質板介于波導管與處理容器之間的結構中，必須將工藝氣體直接導入處理容器內。并且，由于因電介質板的存在使得無法在處理容器的頂部設置噴頭，因此氣體導入部的配置被限制于從波導管離開的位置(例如，處理容器的側壁等)。由于像這樣地氣體導入部位被限制，因此還存在難以實現(xiàn)處理容器內等離子體的均勻性及被處理體的表面內的處理的均勻性的情況。

作為低壓等離子體方式的其它現(xiàn)有例，在專利文獻2中，提出了將使微波傳播的波導管插入真空容器內的等離子體處理裝置。在該專利文獻2中，通過將波導管設置于真空容器內，能夠縮小且減薄用于保持真空的電介質部件，并且能夠對大面積的被處理體進行均勻的處理。然而，專利文獻2的裝置形成為在要求氣密性的真空管內配置有波導管的雙重結構，從而裝置結構復雜并在實現(xiàn)可能性這點上存有疑問。并且，在專利文獻2中，雖然未設置電介質板，但是由于在與波導管分離的處理容器的側壁設置有氣體導入部位，因此存在難以在處理容器內獲得等離子體的均勻性以及被處理體表面內的處理的均勻性這樣的課題。

另一方面，作為大氣壓等離子體方式的現(xiàn)有例，在專利文獻3中，提出了下述等離子體處理裝置：在等離子體產(chǎn)生部的內部，具備隙縫天線、與該隙縫天線的隙縫形成面成直角地連接并使微波均勻的均勻化線路、以及設置于該均勻化線路的前端側并放射微波的狹縫。在專利文獻3的等離子體處理裝置中，朝與形成于所述狹縫的外側的被處理體之間的間隙連續(xù)地供給工藝氣體而生成等離子體，由此在大氣壓下對被處理體進行等離子體處理。該大氣壓等離子體處理裝置雖然具有不需要電介質板的優(yōu)點，但是需要波導管的隙縫和均勻化線路的狹縫，也就是說形成為分別設置2條波導路和隙縫的結構。因此，裝置結構復雜，并且微波的傳送控制困難，還具有由反射波的產(chǎn)生使微波在中途衰減的可能性，從而從高效地生成等離子體這樣的觀點考慮，并不是令人滿意的裝置。

[專利文獻1]日本特開2009-224269號公報

[專利文獻2]日本特開2004-200390號公報

[專利文獻3]日本特開2001-93871號公報

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種既能盡量降低微波的損失又能高效地生成高密度等離子體的等離子體生成裝置。

為了解決上述課題進行了潛心研究，結果發(fā)現(xiàn)：使用微波的傳送效率優(yōu)異的矩形波導管，通過在其壁上設置隙縫孔，并使處理氣體直接在矩形波導管的內部流動，能夠在該隙縫孔生成大氣壓高密度等離子體。并且，還發(fā)現(xiàn)：通過從隙縫孔朝對置的被處理體噴出以該方式生成的高密度等離子體中的離子基(radical)并利用所輸送的離子基來處理被處理體，能夠提供一種適用于表面處理等用途的等離子體處理裝置。

本發(fā)明的等離子體生成裝置具備：微波發(fā)生裝置，其產(chǎn)生微波；中空狀的波導管，其與所述微波發(fā)生裝置連接，在微波的傳送方向形成為細長狀，并且與該傳送方向正交的方向的截面形成為矩形；氣體供給裝置，其與所述波導管連接并朝其內部供給處理氣體；以及天線部，其是所述波導管的一部分，并將由微波生成的等離子體朝外部放出，其中，所述天線部在其截面上構成為短邊的壁上具有1條或多條隙縫孔，由微波使供給至大氣壓狀態(tài)的所述波導管內的處理氣體在所述隙縫孔等離子體化，進而從所述隙縫孔朝外部放出。