等离子体系统技术方案

在等离子体处理表面的工艺中，在具有入口和出口的介电壳体内产生非平衡大气压等离子体，通过该壳体工艺气体从入口流向出口。在至少部分由介质材料形成的容管从壳体出口向外延伸，其中容管的末端形成等离子体出口。待处理的表面位于等离子体出口附近，使得表面与等离子体接触并相对于等离子体出口而移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及等离子体系统或组件以及利用所述组件处理基片的方法。
技术介绍
当物质被持续提供以能量，其温度会上升，并且通常由固态向液态，然后，向气态转变。持续提供能量导致系统经历进一步的状态转变，在这过程中，气体中性原子或分子被能量碰撞打开，产生了负电子、正或负电性离子以及其他受激物质。上述由带电的以及其他受激的粒子组成的混合物，显示了集合行为，被称作“等离子体”，即物质的第四态。由于自身的电荷，等离子体受到外部电磁场的影响很大，使得等离子体容易被控制。另外，等离子体的高能容量为其实现对于其他物质状态，例如通过液态或气态处理来说是不可能或很难的工艺提供了可能。“等离子体”这个词涵盖了广泛范畴的系统，系统的密度和温度可以变化许多个数量级。有些等离子体非常热，其所有微观物质(离子、电子，等等)大致上处于热平衡，输入系统的能量通过原子/分子水平的碰撞而向四周广泛分布。然而，其他等离子体尤其是那些处于低压(例如100Pa)下碰撞相对频繁的等离子体，具有温度相差很大的组分物质，被称为“非热平衡”等离子体。在上述非热平衡等离子体中，自由电子非常热，温度有若干千(K)开氏温度，而中性和离子态的物质的温度保持较低。由于自由电子的质量几乎可以忽略不计，整个系统的热容量较低，等离子体在接近室温下运行，因而为温度敏感材料，例如塑料或聚合物的处理提供了可能，期间没有对试样施加破坏性的热负荷。然而，通过高能碰撞，热电子产生了大量具有能够进行深度化学和物理反应性的高化学势能的自由基和受激物质。正是上述低温运行与高反应性的结合使得非热等离子体不仅在技术上来说重要，也成为制造和材料处理的非常强大的工具，能够实现需要非常高的温度或有毒的及腐蚀性的化学物质的工艺(如果没有等离子体仍能实现的话)。对于等离子体技术的工业应用，简便的方法就是向大量工艺气体中耦合电磁功率。工艺气体可以是单一气体或气体和蒸汽的混合物，可以通过应用电磁功率将其激发到等离子体态。等离子体通过浸入、或穿过等离子体自身或因工艺气体电离或受激发而产生的带电或受激物质而产生，工件/试样经过等离子体处理，产生了包括化学自由基、离子以及UV射线在内的可以与工件/试样表面反应或交互作用的物质。通过正确选择工艺气体成分，激励功率频率、功率耦合模式、压力以及其他控制参数，等离子体工艺可以根据制造商要求的具体应用而做调整。由于具有巨大的化学和热范畴，等离子体适合于许多技术应用。非热平衡等离子体尤其对表面激活、表面清洗、材料刻蚀和表面涂敷有效力。自20世纪60年代以来，微电子工业已经将低压辉光放电等离子体转变成用于半导体、金属和介电体处理的超高技术和高投资性成本工程工具。自20世纪80年代以来，相同的低压辉光放电型等离子体已经逐渐渗透到其他工业部门，为增加粘结/键合强度、高质量去油/清洗和高性能涂层的沉积提供聚合物表面激活。辉光放电可以在真空和常压下实现。在常压辉光放电情况下，像氦或氩这样的气体被用作稀释剂，高频(例如＞1kHz)电源被用于在常压下通过Penning电离机制(参照，例如，Kanazawa et al，J.Phys.DAppI.Phys.1988，21，pp.838；Okazaki et al，Proc.Jpn.Symp.Plasma Chem.1989，2，pp.95；Kanazawa et al，Nuclear Instruments and Methods in PhysicalResearch 1989，B37/38，pp.842；以及Yokoyama et al.，J.Phys.DAppI.Phys.1990，23，pp.374)产生均匀辉光放电。电晕和焰(也即等离子体)处理系统已经向工业提供了大约30年的大气压等离子体处理能力。然而，尽管有着高制造性，上述系统已经不能以像低压、仅涉及盐浴处理的等离子体类型那样的程度浸入市场或被工业所接受。原因在于电晕/焰系统有很大的局限。焰系统对沉积涂层极为有效，但不能在高温(＞10,000K)下运行。因此，它们仅适合一定的高温基片，例如金属和陶瓷。电晕系统运行于大气中，通常提供单一的表面激活工艺(即氧化)，对许多材料的影响可以忽略不计，对大部分材料的影响较弱。上述处理通常是不均匀的，这是因为电晕放电是产生于点和面电极之间的非均匀放电。电晕工艺与厚网或3D工件不相匹配。已经开发出多种“等离子体流”系统，作为大气压等离子体处理方法。通常，等离子体流系统包括指向两电极之间的气流。当在电极间施加功率时，等离子体即形成，所产生的离子、自由基和活性物质的混合物可用于处理各种基片。作为一种类焰现象，由等离子体流系统产生的等离子体指向于电极之间的空隙(等离子体区)，并可以用于处理远程目标。美国专利5,198,724和5,369,336首次描述了由外圆柱形阳极环绕的“冷”或非热平衡大气压等离子体流(以下简称APPJ)，包括作为阴极的RF驱动的金属针。美国专利6,429,400描述了用于产生充气常压辉光放电(APGD)的系统。该系统包括通过电绝缘容管与外电极隔离的中央电极。专利技术者声称本设计不产生与已有技术相关的高温。Kang等人(Surf Coat.Technol.，2002，171，pp.141-148)也已描述了通过输送穿越两个共轴电极的氦或氩气而运行的13.56MHz RF等离子体源。为了防止电弧放电，在中央电极外加上了介电材料。WO94/14303描述了一种器件，其电极圆柱在出口处具有尖角部分以增强等离子体流的形成。美国专利5,837,958描述了一种基于共轴金属电极的APPJ，该共轴电极利用了受驱中央电极和涂敷介电体的接地电极。接地电极的一部分被暴露以便在气体出口附近形成裸露的环状电极。气流(空气或氩气)通过顶端进入并被引导用于形成涡流，使得电弧被限定并集中以形成等离子体流。为了覆盖广泛的区域，可以合并许多等离子体流以提高覆盖率。Schutze等人(IEEE Trans.Plasma Sci.，1998，26(6)，pp.1685)描述了一种使用同中心电极的器件，尽管电极间没有介电体存在。通过使用作为工艺气体的高流速的氦(He)(通常每分钟92标准升(slm)，有可能避免电弧放电并产生稳定的等离子体焰。美国专利6,465,964描述了一种用于产生APPJ的替代系统，该系统的一对电极被安置在圆柱形容管的周围。工艺气体通过容管的顶端进入，从底部出去。当在两电极间提供交流电场，通过在容管内的两极之间传递工艺气体而产生等离子体，使得在出口处产生APPJ。电极的位置确保了电场产沿轴向形成。为了将本技术拓展到覆盖大面积基片，本设计可以做修改，使得中央容管和电极被重新设计成具有直角管形。这产生了大面积的等离子体，可以用于处理大型基片，例如卷盘到卷盘式塑料薄膜。其他作者已经报道基于平行板技术的大面积等离子体流的形成。Gherardi N.等人在2000年第33卷的J.Phys DAppl.Phys第L104至L108页描述了通过输送N2、SiH4和N2的混合物穿过形成于两个平行电极间的介电阻挡层放电(DBD)等离子体而进行二氧化硅涂敷的生产。离开反应器的物质被允许沉积在下游基片上。EP1171900描述了一种平行板反应器，采用(RF)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子体处理表面的工艺，其特征在于非平衡大气压等离子体产生于具有入口和出口的介电壳体内，工艺气体从入口流向出口，至少部分由介电材料制成的容管从壳体的出口向外延伸，其中壳体的末端形成等离子体出口，待处理表面位于等离子体出口附近，以便表面与等离子体接触且相对于等离子体出口移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：利亚姆奥奈尔，彼得杜宾，沃尔特卡斯塔格那，
申请(专利权)人：陶氏康宁爱尔兰有限公司，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]