CN114430935A - 等离子体发生装置及等离子体处理方法 - Google Patents

Abstract

等离子体发生装置具备：装置主体，形成有用于使处理气体等离子体化的反应室；陶瓷制的喷嘴，形成有用于喷出在反应室中被等离子体化的等离子体气体的第一喷出口；及金属制的喷嘴罩，以覆盖第一喷出口的方式形成有第二喷出口，上述第二喷出口用于以覆盖等离子体气体的方式喷出气体。

Description

等离子体发生装置及等离子体处理方法

技术领域

本公开涉及喷出等离子体气体的等离子体发生装置等。

背景技术

在等离子体发生装置中，有在反应室中使处理气体等离子体化并将被等离子体化的等离子体气体从形成于喷嘴等的喷出口喷出的结构的等离子体发生装置。在下述专利文献中，记载有这样的等离子体发生装置的一例。

现有技术文献

专利文献1：国际公开第2015/141768号

发明内容

发明所要解决的课题

本说明书以提高从喷出口喷出等离子体气体的结构的等离子体发生装置的实用性为课题。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本说明书公开一种等离子体发生装置，其具备：装置主体，形成有用于使处理气体等离子体化的反应室；陶瓷制的喷嘴，形成有用于喷出在上述反应室中被等离子体化的等离子体气体的第一喷出口；及金属制的喷嘴罩，以覆盖上述第一喷出口的方式形成有第二喷出口，上述第二喷出口用于以覆盖上述等离子体气体的方式喷出气体。

另外，本说明书公开一种等离子体发生装置，其具备：装置主体，形成有用于使处理气体等离子体化的反应室；喷嘴，形成有用于喷出在上述反应室中被等离子体化的等离子体气体的第一喷出口，且设置于上述装置主体；及喷嘴罩，以覆盖上述喷嘴的方式设置于上述装置主体，且形成有用于将从上述第一喷出口喷出的等离子体气体向外部喷出的第二喷出口，上述喷嘴罩由陶瓷制的罩主体和金属制的罩部构成，上述罩主体设置于上述装置主体，上述罩部形成有上述第二喷出口，且设置于上述罩主体。

另外，本说明书公开一种等离子体处理方法，包含如下的工序：等离子体气体喷出工序，从第一喷出口朝被处理体喷出等离子体气体；及保护气体喷出工序，从形成于金属制的部件的第二喷出口朝从上述第一喷出口喷出的等离子体气体喷出保护气体，由此对等离子体气体进行屏蔽。

发明效果

根据本公开，能够提高从喷出口喷出等离子体气体的结构的等离子体发生装置的实用性。

附图说明

图1是表示等离子体装置的图。

图2是表示等离子体头的立体图。

图3是在电极及主体侧等离子体通路的位置沿着X方向和Z方向切断等离子体头的剖视图。

图4是图3中的AA线处的剖视图。

图5是喷嘴罩的立体图。

图6是喷嘴罩的立体图。

具体实施方式

以下，作为用于实施本发明的方式，参照附图对本发明的实施例详细地进行说明。

如图1所示，等离子体装置10具备：等离子体头11、机器人13及控制箱15。等离子体头11安装于机器人13。机器人13例如是串联连杆型机器人(也可以称为多关节型机器人)。等离子体头11能够在保持于机器人13的前端的状态下照射等离子体气体。等离子体头11能够根据机器人13的驱动而三维地移动。

控制箱15以计算机为主体而构成，总括地控制等离子体装置10。控制箱15具有向等离子体头11供给电力的电源部15A及向等离子体头11供给气体的气体供给部15B。电源部15A经由电源线缆(图示省略)而与等离子体头11连接。电源部15A基于控制箱15的控制，变更向等离子体头11的电极33(参照图3及图4)施加的电压。

另外，气体供给部15B经由多个(在本实施方式中为四根)气体管19而与等离子体头11连接。气体供给部15B基于控制箱15的控制，向等离子体头11供给后述的反应气体、载气、加热气体。控制箱15控制气体供给部15B，控制从气体供给部15B向等离子体头11供给的气体的量等。由此，机器人13基于控制箱15的控制进行动作，从等离子体头11对载置于工作台17上的被处理物W照射等离子体气体。

另外，控制箱15具备具有触摸面板和各种开关的操作部15C。控制箱15将各种设定画面和动作状态(例如，气体供给状态等)等显示于操作部15C的触摸面板。另外，控制箱15通过对于操作部15C的操作输入而接受各种信息。

如图2所示，等离子体头11具备等离子体生成部21、加热气体供给部23等。等离子体生成部21使从控制箱15的气体供给部15B(参照图1)供给的处理气体等离子体化，而生成等离子体气体。加热气体供给部23对从气体供给部15B供给的气体进行加热而生成加热气体。本实施方式的等离子体头11将在等离子体生成部21中生成的等离子体气体与通过加热气体供给部23生成的加热气体一起向图1所示的被处理物W喷出。在等离子体头11，在图2所示的箭头的方向上从上游侧向下游侧供给处理气体。另外，等离子体头11也可以是不具备加热气体供给部23的结构。即，本公开的等离子体装置也可以是不使用加热气体的结构。

如图3及图4所示，等离子体生成部21包含头主体部31、一对电极33、等离子体照射部35等。另外，图3是对应于一对电极33及后述的多个主体侧等离子体通路71的位置地切断的剖视图，图4是图3中的AA线处的剖视图。头主体部31由耐热性较高的陶瓷成形，在该头主体部31的内部，形成有产生等离子体气体的反应室37。一对电极33分别呈例如圆柱形状，以使其前端部向反应室37突出的状态被固定。在以下的说明中，有时将一对电极33简称为电极33。另外，将一对电极33排列的方向称为X方向，将等离子体生成部21和加热气体供给部23排列的方向称为Y方向，将圆柱形状的电极33的轴向称为Z方向来进行说明。另外，在本实施方式中，X方向、Y方向、Z方向是相互正交的方向。

加热气体供给部23具备气体管41、加热器43、连结部45等。气体管41及加热器43安装于头主体部31的外周面，并由图4所示的罩47覆盖。气体管41经由气体管19(参照图1)而与控制箱15的气体供给部15B连接。从气体供给部15B向气体管41供给气体(例如，空气)。加热器43安装在气体管41的中途。加热器43对在气体管41中流动的气体进行加热而生成加热气体。

如图4所示，连结部45将气体管41与等离子体照射部35连结。在等离子体照射部35安装于头主体部31的状态下，连结部45的一端部与气体管41连接，另一端部与形成于等离子体照射部35的加热气体通路51连接。经由气体管41而向加热气体通路51供给加热气体。

如图4所示，电极33的一部分的外周部被由陶瓷等的绝缘体制造的电极罩53覆盖。电极罩53呈大致中空筒状，在长度方向上的两端部形成有开口。电极罩53的内周面与电极33的外周面之间的间隙作为气体通路55发挥功能。电极罩53的下游侧的开口与反应室37连接。电极33的下端从电极罩53的下游侧的开口突出。

另外，在头主体部31的内部形成有反应气体流路61和一对载气流路63。反应气体流路61设置于头主体部31的大致中央部，经由气体管19(参照图1)而与气体供给部15B连接，使从气体供给部15B供给的反应气体向反应室37流入。另外，一对载气流路63在X方向上配置于将反应气体流路61夹在中间的位置。一对载气流路63分别经由气体管19(参照图1)而与气体供给部15B连接，从气体供给部15B供给载气。载气流路63使载气经由气体通路55而向反应室37流入。

作为反应气体(种子气体)，可以采用氧(O₂)。气体供给部15B例如经由反应气体流路61而使氧和氮(N₂)的混合气体(例如，干燥空气(Air))流入反应室37的电极33之间。以下，为了方便，有时将该混合气体称为反应气体，将氧称为种子气体。作为载气，能够采用氮。气体供给部15B使载气从气体通路55分别以包围一对电极33中的各电极33的方式流入。

从控制箱15的电源部15A向一对电极33施加交流的电压。通过施加电压，例如如图4所示，在反应室37内，在一对电极33的下端之间，产生模拟电弧A。在反应气体通过该模拟电弧A时，反应气体被等离子体化。因此，一对电极33产生模拟电弧A的放电，使反应气体等离子体化，产生等离子体气体。

另外，在头主体部31中的反应室37的下游侧的部分，形成有在X方向上隔开间隔地排列且在Z方向上延伸地形成的多个(在本实施例中，为六条)主体侧等离子体通路71。多个主体侧等离子体通路71的上游侧的端部与反应室37连接。

等离子体照射部35具备喷嘴73、喷嘴罩75等。喷嘴73在从X方向的侧视时呈大致T字形，由喷嘴主体77和喷嘴前端79构成。另外，喷嘴73是由喷嘴主体77和喷嘴前端79构成的一体物，由耐热性高的陶瓷成形。喷嘴主体77呈大致凸缘形状，通过螺栓80固定在头主体部31的下表面。另外，喷嘴前端79形成为从喷嘴主体77的下表面朝向下方延伸的形状。并且，在喷嘴73中形成有在上下方向、即Z方向上贯通喷嘴主体77和喷嘴前端79的多个(在本实施例中，为六条)喷嘴侧等离子体通路81，这些多个喷嘴侧等离子体通路81在X方向上隔开间隔排列。另外，多个喷嘴侧等离子体通路81在Z方向上形成在与多个主体侧等离子体通路71相同的位置。因此，主体侧等离子体通路71与喷嘴侧等离子体通路81连通。

如图4～图6所示，喷嘴罩75在从X方向的侧视时呈大致T字形，具备罩主体85和罩前端87。罩主体85和罩前端87是不同的部件，罩主体85由陶瓷成形，罩前端87由金属、具体而言由不锈钢成形。

罩主体85形成为板厚的大致板形状，在罩主体85中形成有在上表面开口并且在Z方向上凹陷的形状的凹部89。并且，以在该凹部89收纳喷嘴73的喷嘴主体77的方式，罩主体85通过螺栓90固定在头主体部31的下表面。而且，在罩主体85以沿着Y方向延伸的方式形成有加热气体通路51，该加热气体通路51的一端部在凹部89开口，加热气体通路51的另一端部在罩主体85的侧面开口。并且，在罩主体85的侧面开口的加热气体通路51的端部与上述加热气体供给部23的连结部45连结。

罩前端87形成为与罩主体85的厚度尺寸相同程度的板形状，以从罩主体85的下表面朝向下方延伸的方式，通过螺栓91固定于该罩主体85的下表面。在罩前端87形成有在Z方向上贯通的一个贯通孔93，该贯通孔93的上端部与罩主体85的凹部89连通。并且，在该贯通孔93中插入有喷嘴73的喷嘴前端79。由此，喷嘴73被喷嘴罩75整体地覆盖。另外，喷嘴73的喷嘴前端79的下端和喷嘴罩75的罩前端87的下端位于相同的高度。

另外，在喷嘴73被喷嘴罩75覆盖的状态下，喷嘴73的喷嘴主体77位于喷嘴罩75的凹部89的内部，喷嘴73的喷嘴前端79位于喷嘴罩75的贯通孔93的内部。在这样的状态下，在凹部89与喷嘴主体77之间及贯通孔93与喷嘴前端79之间存在间隙，该间隙作为加热气体输出通路95发挥功能。经由加热气体通路51而向加热气体输出通路95供给加热气体。

通过这样的结构，在反应室37中产生的等离子体气体与载气一起流过主体侧等离子体通路71及喷嘴侧等离子体通路81，从喷嘴侧等离子体通路81的下端的开口81A喷出。另外，从气体管41向加热气体通路51供给的加热气体流过加热气体输出通路95。该加热气体作为保护等离子体气体的保护气体发挥功能。加热气体流过加热气体输出通路95，从加热气体输出通路95的下端的开口95A沿着等离子体气体的喷出方向喷出。此时，加热气体以包围从喷嘴侧等离子体通路81的开口81A喷出的等离子体气体的周围的方式喷出。这样，通过加热后的加热气体向等离子体气体的周围喷出，由此能够提高等离子体气体的功效(润湿性等)。

另外，等离子体装置10是等离子体发生装置的一例。加热气体供给部23是喷出装置的一例。头主体部31是装置主体的一例。反应室37是反应室的一例。喷嘴73是喷嘴的一例。喷嘴罩75是喷嘴罩的一例。喷嘴主体77是喷嘴主体的一例。喷嘴前端79是喷嘴前端的一例。喷嘴侧等离子体通路81的开口81A是第一喷出口的一例。罩主体85是罩主体的一例。罩前端87是罩部的一例。加热气体输出通路95的开口95A是第二喷出口的一例。加热气体是密封气体的一例。

以上，在上述的本实施方式中，起到以下的效果。

在等离子体头11中，陶瓷制的喷嘴73被具有金属制的罩前端87的喷嘴罩75覆盖。由此，能够防止喷嘴73的破损。也就是说，由于喷嘴73由陶瓷成形，因此较脆而容易破损。另一方面，喷嘴罩75的前端部即罩前端87由金属成形，不容易破损。因此，在利用等离子体头11进行等离子体照射时等，即使等离子体头11的前端与被处理物W等接触，也通过金属制的喷嘴罩75保护喷嘴73，由此能够防止喷嘴73的破损。另外，陶瓷比较昂贵，但金属廉价。因此，即使罩前端87破损，发生变形等，也能够抑制成本而更换罩前端87。

另外，如上所述，喷嘴罩75由罩主体85和罩前端87构成，罩主体85由陶瓷成形，罩前端87由不锈钢成形。由此，能够确保适当的等离子体化，并且能够实现成本降低。也就是说，如果通过金属成形喷嘴罩整体，则能够实现成本降低，但若接近头主体部31的反应室37的喷嘴罩的上端部、即罩主体85为金属制，则由于向反应室37中的电极33的电压的施加，有时在罩主体85的周边产生放电。在这样的情况下，由于反应室37以外的放电，不能确保适当的等离子体化。因此，接近反应室37的罩主体85由陶瓷成形，远离反应室37的罩前端87由金属成形。由此，能够确保适当的等离子体化，并且能够实现成本降低。

进一步而言，金属制的罩前端87形成为向远离远离罩主体85的方向延伸的形状。也就是说，金属制的罩前端87形成为向远离反应室37的方向延伸的形状。由此，能够更好地防止反应室37以外的放电，能够进一步确保适当的等离子体化。

另外，喷嘴73的喷嘴前端79也与喷嘴罩75的罩前端87相同地形成为向远离喷嘴主体77的方向、即下方延伸的形状。并且，向下方延伸的喷嘴前端79插入向下方延伸的罩前端87的内部。由此，能够将从喷嘴前端79的开口81A喷出的等离子体气体适当地向喷嘴罩75的外部喷出。

另外，在等离子体头11中，加热后的加热气体在喷嘴73与喷嘴罩75之间流动，该加热后的加热气体向等离子体气体的周围喷出。由此，如上所述，能够提高等离子体气体的功效(润湿性等)。

另外，本公开不限于上述实施例，而是可以以基于本领域技术人员的知识而实施各种变更、改良的各种方式来实施。具体而言，例如，在等离子体头11中，加热气体在喷嘴73与喷嘴罩75之间流动，但也可以不使加热气体流动。也就是说，也可以将喷嘴罩75仅配置为用于保护喷嘴73的罩。

另外，在上述实施方式中，从一台等离子体头11喷出等离子体气体和加热气体，但也可以从两台头喷出等离子体气体和加热气体。也就是说，也可以从一台头喷出等离子体气体，从与该喷头不同的头喷出加热气体。另外，也可以在一台喷头上，在不同的位置形成喷嘴侧等离子体通路81和加热气体输出通路95，从各通路喷出等离子体气体和加热气体。

另外，在上述实施方式中，喷嘴73及喷嘴罩75固定于头主体部31，但也可以仅进行设置。即，喷嘴主体77只要设置于头主体部31即可。另外，喷嘴前端79只要设置于喷嘴主体77即可。

附图标记说明

10：等离子体装置(等离子体发生装置)，23：加热气体供给部(喷出装置)，31：头主体部(装置主体)，37：反应室，73：喷嘴，75：喷嘴罩，77：喷嘴主体，79：喷嘴前端，81A：开口(第一喷出口)，85：罩主体，87：罩前端(罩部)，95A：开口(第二喷出口)。

Claims (6)

1.一种等离子体发生装置，具备：

装置主体，形成有用于使处理气体等离子体化的反应室；

陶瓷制的喷嘴，形成有用于喷出在所述反应室中被等离子体化的等离子体气体的第一喷出口；及

金属制的喷嘴罩，以覆盖所述第一喷出口的方式形成有第二喷出口，所述第二喷出口用于以覆盖所述等离子体气体的方式喷出气体。

2.一种等离子体发生装置，具备：

装置主体，形成有用于使处理气体等离子体化的反应室；

喷嘴，形成有用于喷出在所述反应室中被等离子体化的等离子体气体的第一喷出口，且设置于所述装置主体；及

喷嘴罩，以覆盖所述喷嘴的方式设置于所述装置主体，且形成有用于将从所述第一喷出口喷出的等离子体气体向外部喷出的第二喷出口，

所述喷嘴罩由陶瓷制的罩主体和金属制的罩部构成，

所述罩主体设置于所述装置主体，

所述罩部形成有所述第二喷出口，且设置于所述罩主体。

3.根据权利要求2所述的等离子体发生装置，其中，

所述罩部设为向远离所述罩主体的方向延伸的形状。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的等离子体发生装置，其中，

所述喷嘴由喷嘴主体和喷嘴前端构成，

所述喷嘴主体固定于所述装置主体，

所述喷嘴前端形成有所述第一喷出口，且固定于所述喷嘴主体，

所述喷嘴前端设为向远离所述喷嘴主体的方向延伸的形状，且插入于所述罩部的内部。

5.根据权利要求2至权利要求4中任一项所述的等离子体发生装置，其中，

所述等离子体发生装置具备向所述喷嘴罩的内部喷出保护气体的喷出装置，

利用密封气体对从所述第二喷出口向所述喷嘴罩的外部喷出的等离子体气体进行屏蔽。

6.一种等离子体处理方法，包含如下的工序：

等离子体气体喷出工序，从第一喷出口朝被处理体喷出等离子体气体；及

保护气体喷出工序，从形成于金属制的部件的第二喷出口朝从所述第一喷出口喷出的等离子体气体喷出保护气体，由此对等离子体气体进行屏蔽。

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