專利名稱：大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大面積平板常壓射頻冷等離子體放電系統(tǒng)，尤指一個方形平板電 極之間所形成的常壓射頻電容耦合冷等離子體放電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
等離子體技術(shù)是在近年才迅速發(fā)展起來的，并已得到廣泛的應(yīng)用，例如可用于 (1)微電子工業(yè)硅片清洗，替代目前的酸和去離子水清洗。(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間。(3)替代濕化學(xué)法，可用于制藥和食品行業(yè)原位消毒。 (4)用于醫(yī)療器件消毒和皮膚病的治療。(5)用于清洗放射性材料表面，試驗證明等離子體 技術(shù)是目前唯一可行的手段，而目前世界上的廢棄放射性材料只能填埋處理。(6)食品保鮮 殺菌。(7)薄膜材料的制備。(8)紡織企業(yè)衣料改性。(9)材料表面的改性。(10)刻蝕金 屬、半導(dǎo)體和電介質(zhì)材料等。在空氣中，要使氣體擊穿電離產(chǎn)生等離子體需要幾千伏的高壓。目前生成等離子 體主要有兩種方式一種是利用電弧產(chǎn)生等離子體，電弧放電時氣體溫度將高達3000°C以 上，產(chǎn)生的直流熱平衡等離子體炬，可用于金屬的切割、焊接和表面噴涂。但高溫的等離子 體炬也限制了它的用途，因為它會燒毀所有面對的物品。另一種方式是利用電暈放電產(chǎn)生 等離子體，但電暈放電難以產(chǎn)生大面積平板等離子體，在幾千伏的高壓下，電流范圍僅為微 安培量級，一般只是用來產(chǎn)生臭氧作消毒用。現(xiàn)有的等離子體技術(shù)要使氣體在非高壓下?lián)?穿產(chǎn)生等離子體，并維持穩(wěn)定大面積非熱放電，只能在真空室中進行，從而限制了它的應(yīng) 用。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，以實現(xiàn)對物體 表面改性、表面清洗和表面消毒等應(yīng)用。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，包括 一外殼、射頻電源、供氣源、等離子體發(fā)生器、溫度控制系統(tǒng)和支架，在一個外殼內(nèi)，有兩個 表面彼此平行且相互絕緣的電極，一個與射頻電源連接叫射頻電極，另一個與地連接叫地 電極；在該射頻電極和該地電極之間形成等離子體的放電區(qū)間；在該放電區(qū)間的兩側(cè)和一 端設(shè)有絕緣材料，該兩側(cè)的絕緣材料使兩個電極位置相對固定并使電極兩側(cè)對外密封，在 一端的絕緣材料上開設(shè)有通氣孔，該通氣孔通過進氣導(dǎo)管與供氣源連接；在該兩個電極的 另一端開設(shè)有長條形的開口，通過該開口可以輸送基片進入等離子體的放電區(qū)間或從放電 區(qū)間中取出基片；在地電極的底部設(shè)有一個加熱器來調(diào)節(jié)地電極上的溫度。上述方案中，該射頻電源是13. 56MHz或27. 12MHz的射頻電源，氣體被擊穿的均方 根電壓在50伏至250伏之間，該射頻放電是在常壓下進行的。
上述方案中，該射頻電極和該地電極為長方形的金屬平板，且該平板射頻電極和 該平板地電極的表面相互平行且彼此絕緣。上述方案中，該射頻電極和地電極之間的放電區(qū)間的間隙范圍為0.5至3. 5毫米。上述方案中，在該地電極的中部位置設(shè)有一個方形的窄槽，機械手能通過該窄槽 取放該放電區(qū)間的基片，在地電極的底部設(shè)有一個加熱器來調(diào)節(jié)地電極上的溫度。上述方案中，在該射頻電極內(nèi)開設(shè)有水冷系統(tǒng)，該水冷系統(tǒng)與水冷管連接。上述方案中，該供氣源所供氣體是氬氣，或者是氦氣與少量的反應(yīng)氣體的混合氣 體，或者是氦氣與液體的混合氣體。上述方案中，該射頻電極的外側(cè)有絕緣材料覆蓋，該絕緣材料外有一金屬外殼。上述方案中，該地電極與外殼連接并接地。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種大面積平板常壓射頻冷等離子體放電系統(tǒng)，是在大氣壓下產(chǎn)生 低溫均勻冷等離子體放電，用于在襯地底表面制備薄膜和對襯底表面進行改性、表面清洗 和表面刻蝕的工作，并且不會帶來二次污染，其優(yōu)點是1、射頻電極和地電極之間所形成的是均勻冷等離子體放電區(qū)間。2、地電極上開設(shè)有一個窄槽，可以用機械手取放基片。3、在地電極的底部設(shè)有一個加熱器來調(diào)節(jié)地電極上的溫度。4、在放電區(qū)間與供氣源連通，在氬等離子體或氦等離子體中可以根據(jù)需要通入任 何其他反應(yīng)氣體和液體。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步的描述，其中圖1為本發(fā)明實施例常壓射頻冷等離子放電系統(tǒng)的側(cè)面結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖2為本發(fā)明實施例常壓射頻冷等離子放電系統(tǒng)的正面結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。下面參照附圖，結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。參閱圖1和圖2圖為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)圖，圖1為本發(fā)明實施例的側(cè)面結(jié)構(gòu)剖 視示意圖，圖2為正剖視圖。常壓射頻低溫冷等離子體放電系統(tǒng)包括射頻電源101、供氣源 102，所述的等離子體放電主體包括金屬平板形狀的射頻電極105，金屬板地電極107，平 該射頻電極105通過耐高壓線104與射頻電源101連接，該地電極107與外殼110連接并 接地，射頻電極105與地電極107之間設(shè)有一定的放電區(qū)間108，該區(qū)間的寬度范圍為0. 5 至3. 5毫米，在該放電區(qū)間108的一端設(shè)有成直角形的絕緣材料111，該直角形的絕緣材料 111放置在地電極107的端部臺階107-1處，如圖1所示，該臺階107-1處所放置的絕緣材 料111是為了從該材料一側(cè)的多個進氣通孔100進入的氣體經(jīng)過該段擴散后，進入到放電 區(qū)間108的氣體能夠均勻分布，在設(shè)頻電極105的另一端設(shè)有開口 115，在絕緣材料111上 的多個通孔100與進氣導(dǎo)管109連接，該進氣導(dǎo)管109通過氣體減壓閥門103與供氣源102連接，供氣源102供給的氣體包括氬氣，氦氣，氬氣或氦氣與反應(yīng)氣體的混合氣體，及氬氣 或氦氣可攜帶其他液體的混合成份。地電極107和射頻電極105分別固定在兩側(cè)的絕緣材料117上，該絕緣材料117 還密封地電極107和射頻電極105的兩側(cè)，在射頻電極105的上表面覆蓋有絕緣材料106， 絕緣材料106、射頻電極105和兩側(cè)的絕緣材料117放置在外殼110內(nèi)，該外殼110與地電 極連接并接地，在地電極107的底部位置設(shè)有加熱器114，該加熱器放置在支架112上，加熱 電阻絲與電源113連接，調(diào)節(jié)電源113的電壓，可以控制地電極107的表面溫度。在地電極107的中部位置上開設(shè)有一個窄槽116，通過該窄槽機械手可以取放放 電區(qū)間108的基片，地電極107在開口一端的露出一段長度是為了放置待放入放電區(qū)間108 中的基片。由長方形的金屬材料制成，例如由不銹鋼、鋁、銅等加工制成；絕緣材料107和絕 緣體113可用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯等絕緣材料制成，在地電極106和射頻電極105之間 的縫隙108中的放電是在常壓下進行的。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，包括一外殼、射頻電源、供氣源、等離子體發(fā)生器、溫度控制系統(tǒng)和支架，其特征在于在一個外殼內(nèi)，有兩個表面彼此平行且相互絕緣的電極，一個與射頻電源連接叫射頻電極，另一個與地連接叫地電極；在該射頻電極和該地電極之間形成等離子體的放電區(qū)間；在該放電區(qū)間的兩側(cè)和一端設(shè)有絕緣材料，該兩側(cè)的絕緣材料使兩個電極位置相對固定并使電極兩側(cè)對外密封，在一端的絕緣材料上開設(shè)有通氣孔，該通氣孔通過進氣導(dǎo)管與供氣源連接；在該兩個電極的另一端開設(shè)有長條形的開口，通過該開口可以輸送基片進入等離子體的放電區(qū)間或從放電區(qū)間中取出基片；在地電極的底部設(shè)有一個加熱器來調(diào)節(jié)地電極上的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于該射頻 電源是13. 56MHz或27. 12MHz的射頻電源，氣體被擊穿的均方根電壓在50伏至250伏之間， 該射頻放電是在常壓下進行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于該射頻 電極和該地電極為長方形的金屬平板，且該平板射頻電極和該平板地電極的表面相互平行 且彼此絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于該射頻 電極和地電極之間的放電區(qū)間的間隙范圍為0. 5至3. 5毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于在該地 電極的中部位置設(shè)有一個方形的窄槽，機械手能通過該窄槽取放該放電區(qū)間的基片，在地 電極的底部設(shè)有一個加熱器來調(diào)節(jié)地電極上的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于在該射 頻電極內(nèi)開設(shè)有水冷系統(tǒng)，該水冷系統(tǒng)與水冷管連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于該供氣 源所供氣體是氬氣，或者是氦氣與少量的反應(yīng)氣體的混合氣體，或者是氦氣與液體的混合 氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于該射頻 電極的外側(cè)有絕緣材料覆蓋，該絕緣材料外有一金屬外殼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，其特征在于該地電 極與外殼連接并接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大面積平板常壓射頻冷等離子體系統(tǒng)，包括一外殼、射頻電源、供氣源、等離子體發(fā)生器、溫度控制系統(tǒng)和支架；在一個外殼內(nèi)，有兩個表面彼此平行且相互絕緣的電極，一個與射頻電源連接叫射頻電極，另一個與地連接叫地電極；在該射頻電極和該地電極之間形成等離子體的放電區(qū)間；在該放電區(qū)間的兩側(cè)和一端設(shè)有絕緣材料，該兩側(cè)的絕緣材料使兩個電極位置相對固定并使電極兩側(cè)對外密封，在一端的絕緣材料上開設(shè)有通氣孔，該通氣孔通過進氣導(dǎo)管與供氣源連接；在該兩個電極的另一端開設(shè)有長條形的開口，通過該開口可以輸送基片進入等離子體的放電區(qū)間或從放電區(qū)間中取出基片；在地電極的底部設(shè)有一個加熱器來調(diào)節(jié)地電極上的溫度。
文檔編號H05H1/46GK101902872SQ200910085918
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者王守國, 趙玲利 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所