[發明專利]等離子體焰炬

有效

• 申請號: 201510863060.0
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN105376920B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: S.A.沃羅寧;C.J.P.克萊門茨;D.M.麥克格拉思;F.格雷;A.J.西利
• 申請（專利權）人: 愛德華茲有限公司
• 主分類號: H05H1/34
• 分類號: H05H1/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄧雪萌;傅永霄

為了延長直流等離子體消減裝置的維修周期，一種經修改的直流等離子體矩陣具備：導電陰極和導電陽極，導電陰極和導電陽極彼此間隔開以在它們之間形成間隙；金屬渦流襯套，至少部分地位于間隙內并且包括通道，通道適于在使用中允許氣體通過間隙流動；以及陶瓷元件，插置于下列中的任一個或多個之間：陰極與渦流襯套；以及陽極與渦流襯套。

技術領域

本發明涉及等離子體焰炬。本發明特別地用于消減來自例如半導體工業的那些過程的廢氣。

背景技術

防止或限制從工業過程排出的危險氣體排放到大氣現為科學和工業部門的主要焦點。特別地，半導體工業，其中過程氣體的使用固有地低效，將其自己的目標設定為減小從加工廠排出到大氣的氣體量。希望破壞的化合物的示例為從蝕刻過程得到的那些，例如氟、SF6、NF3或全氟化碳 (CF4、C2F6等)。

破壞或消減來自廢氣流的不想要的氣體的一種方法使用等離子體消減裝置。當通常用來通過燃燒進行消減的燃料氣體不易得到時，等離子體是特別適用的；例如，如在EP1773474中所描述。

用于消減裝置的等離子體可以以多種方式形成。微波等離子體消減系統可連接到若干過程腔室的排氣口。但是，每個裝置需要其自己的微波發生器，微波發生器可能給系統增添了顯著的成本。直流等離子體焰炬消減裝置優于微波等離子體裝置，因為可從單功率直流電源來操作多個焰炬。

在圖1中以截面圖示意性地示出了已知直流等離子體焰炬的示例。焰炬10包括部分地嵌入于大體上管狀陽極14的上游開口內的大體上圓柱形的陰極12。環形空間16設置于陰極12與陽極14之間，等離子體源氣體例如氬氣或氮氣(未圖示)能流動通過該環形空間16。

陰極12和可選地陽極14電連接到電源(未圖示)，電源可被配置成在陰極12與陽極14之間供應直流電壓，或者向陰極12和陽極14中的任一者或二者供應交流電壓。所需的電壓的量值和頻率通常參考其它過程參數來確定和選擇，例如廢氣或等離子體源氣體種類和流率、陰極-陽極間距、氣體溫度等。在任何情況下，適當電壓范圍為造成氣體電離并且由此形成等離子體的電壓范圍。

在圖1示出的現有技術示例中，應當指出的是管狀陽極14的內部幾何形狀包括(從上游端(在圖中的最上部示出)到下游端(在圖中的最下部示出))導向至基本上平行側喉部20的第一向內呈錐形的截頭圓錐部18，基本上平行側喉部20導向至向外呈錐形的截頭圓錐部22。這種幾何形狀的效果是加速并且壓縮進來的氣體以在陰極12的緊鄰下游的區域中造成相對高速、相對壓縮氣體的小區域24。

陰極12包括導向至倒角自由端部28的大體上圓柱形主體部26，倒角自由端部28的外部幾何形狀基本上匹配陽極14的向內呈錐形的截頭圓錐部18的內部幾何形狀。陰極12的主體部26由高傳導率金屬例如銅制成，其通常被水冷。在陰極12的大體上平面下面30的中心處，設有軸向突出的紐扣型陰極32，軸向突出的紐扣型陰極32提供優先放電位點。這通過選擇不同于陰極布置的主體28的材料用于紐扣32而實現，即，使得陰極主體28由熱導率和功函數高于紐扣陰極32的熱離子材料的熱導率和功函數的傳導金屬形成。例如，通常使用銅陰極主體28和鉿紐扣32。陽極14可由類似于陰極12的主體部28的材料(例如，銅)形成。

應當指出的是紐扣陰極32定位于相對高速、相對壓縮氣體24的區域中。這種布置的效果是當處于相對壓縮高速狀態，即適合于形成等離子體34時形成等離子體源氣體的優先放電的區域。因此，等離子體34在陰極12緊鄰下方的區域中成核并且作為射流經由喉部20離開并且在陽極14的向外呈錐形的截頭圓錐部22中膨脹并且減速。