CN1954647A - 同轴形微波等离子枪 - Google Patents
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Abstract
具备：外侧导体(1)，其具有圆柱形状；圆筒状的放电管(3)，其插入并固定于在外侧导体的一端面(4)侧形成的轴向的孔(2)内；同轴电缆(6)，其一端从外侧安装在外侧导体的另一端面。在同轴电缆的一端具备与其内部导体(8)电连接的天线(9)，天线通过外侧导体的另一端面(5)及轴向贯通轴向的孔的底面间的贯通孔(11)延伸到放电管内，同轴电缆的外部导体(7)与外侧导体电连接，在外侧导体上设置有向放电管内供给气体的气体导入管路(13)。
Description
技术区域
本发明涉及微波等离子枪，尤其涉及同轴形微波等离子枪。
背景技术
作为在大气压中可产生等离子体的微波等离子枪，一直以来，已知有波导管形微波等离子枪(例如，参照专利文献1)。该以往的波导管形微波等离子枪由大致分为短线调谐器、波导管及反射板这3个构成部分构成，进而，为了在大气压中产生等离子体而需要点火装置，从而具有多个构成部分。因此，装置的设计自由度低，具有在谋求装置的小型化上存在限制的问题。
作为解决该以往的波导管形微波等离子枪的缺陷的方法，提出了具有接替了螺旋谐振器结构的结构的同轴形微波等离子枪(例如，参照专利文献2)。该微波等离子枪具备：同轴形谐振器，其由通过盖体关闭了上端开口的圆筒状的外管构成；同轴线路，其在该谐振器的外管的靠近上端与外管直角连结。而且，通过同轴线路的内部中央的导体在外管内朝上向盖体方向弯曲并固定在盖体的内端面，盖体通过外管与同轴线路的外部导体连接，进而，在盖体的中央粘合有内部导体，内部导体由棒状部和与棒状部的前端粘合的具有导电性的电极构成，在外管的下方，在电极的周围面安装有石英管，在外管的周壁设置有从外侧朝向电极导入气体的气体导入口。
在该微波等离子枪中，如果通过与同轴线路连接的微波振荡器输出微波，则微波通过同轴线路并变换成同轴模式(TEM模式)而传输。其后，微波在通过同轴线路的内部的导体在谐振器的外管内向盖体方向弯曲的部分，暂且变换模式，进而，在谐振器内部再次变换成同轴模式，由内部导体引导到电极，在电极的前端微波的电场集中，电场强度达到最大，从而从电极的前端产生等离子体。
但是，根据该结构，由于使用谐振器，所以需要将等离子枪维持在某种程度的大小，难以使等离子枪小型化。另外，根据该结构，微波在从同轴线路传输到谐振器内的期间，在暂且从同轴模式变换成其它模式后，再次变换成同轴模式，但如果进行如此的模式的变换，则与此对应地产生能量损失，从而存在能量效率低的问题。此外，在该结构中，难以在大气压中使等离子体点火。
专利文献1：日本国专利特开平9-295900号公报
专利文献2：日本国专利特开平6-188094号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种比以往的等离子枪小型且具有高的能量效率、而且能够在大气压中容易地产生等离子体的同轴形微波等离子枪。
为解决上述问题，第1技术方案提供一种同轴形微波等离子枪，其特征在于，具备：外侧导体，其具有圆柱形状；圆筒状的放电管，其插入并固定于在所述外侧导体的一端面侧形成的轴向的孔内；微波传输用的同轴电缆，其一端从外侧安装在所述外侧导体的另一端面，在所述同轴电缆的一端具备与其内部导体电连接的天线，在所述外侧导体上形成从其另一端面侧朝向所述轴向的孔轴向延伸的贯通孔，所述天线在与所述外侧导体电绝缘的状态下通过所述贯通孔并延伸到所述放电管内，所述同轴电缆的外部导体与所述外侧导体电连接，在所述外侧导体上设置有向所述放电管内供给气体的气体导入管路。
在第1技术方案的结构中，优选，在所述外侧导体的轴向的孔的周面及所述放电管的外周面之间形成有圆筒状的空间，所述圆筒状的空间在所述外侧导体的内部，沿半径方向延伸预先确定的长度，并从所述轴向的孔的底面沿轴向延伸任意的长度。
另外，为了解决上述问题，第2技术方案提供一种同轴形微波等离子枪，其特征在于，具备枪主体，该枪主体具有由圆筒状的外侧导体及在其内侧沿半径方向留有间隔地配置的圆筒状的放电管构成的双重管结构，所述枪主体的所述外侧导体由盖关闭其一端开口，所述放电管的一端固定在所述盖上，另一端从所述外侧导体的另一端开口突出并延伸，在所述枪主体的所述外侧导体的盖上从外侧安装有微波传输用的同轴电缆的一端，在所述同轴电缆的一端具备与其内部导体电连接的天线，所述天线在与所述盖电绝缘的状态下通过形成在所述盖上的贯通孔并轴向延伸到所述枪主体的所述放电管内，所述同轴电缆的外部导体与所述枪主体的所述外侧导体电连接，在所述枪主体上设置有向所述枪主体的所述放电管内供给气体的气体导入管路。
在第2技术方案的结构中，优选，在形成于所述枪主体的所述外侧导体及所述放电管之间的圆筒状的空间内，从所述外侧导体的另一端开口侧嵌入有圆筒状的辅助导体，所述辅助导体可以通过使在与所述外侧导体的内周面之间及与所述放电管的外周面之间不产生微波的泄漏，并且与所述枪主体的所述外侧导体电连接且沿所述放电管的轴向滑动运动，而使微波的相位适当变化。
另外，优选，所述气体导入管路从所述枪主体的外侧，贯通所述外侧导体及所述盖的双方或任一方并延伸到所述外侧导体及所述放电管之间的圆筒状的空间内后，与所述放电管连接，并在所述放电管的所述天线的前端附近区域开口。或者，所述枪主体的所述盖至少具有由圆柱状的电介质构成的、插入所述外侧导体内的插入部，所述放电管的一端固定在所述插入部，所述气体导入管路包括：管部分，其从所述枪主体的外侧贯通所述枪主体的所述外侧导体且具有电绝缘性；第1管路部分，其与所述管部分连接，且贯通所述盖的插入部；第2管路部分，其与所述第1管路部分连接，在所述天线内部延伸到内侧后，从此处在所述天线内部朝向其前端轴向延伸，并在所述前端开口。
在第1及第2技术方案的结构中，优选，所述天线由所述同轴电缆的内部导体构成。
(发明效果)
根据本发明，等离子枪的整体保持同轴结构，因而不同于以往的微波等离子枪，不具备谐振器，所以在同轴电缆中传输的微波保持同轴模式的状态供给于天线，在天线的前端产生等离子体。因此，等离子枪的能量效率比以往格外地提高，另外，即使在大气压中也容易生等离子体。另外，根据本发明，由于与以往的波导管形的等离子枪不同，不需要采用匹配器或反射板，所以可得到更大的设计自由度，能够使等离子枪小型化。
附图说明
图1是表示本发明的1实施例的同轴形微波等离子枪的图，(A)是侧剖面图，(B)是从(A)的箭头A方向看的俯视图；
图2是表示本发明的另一实施例的同轴形微波等离子枪的图，(A)是侧剖面图，(B)是沿(A)的X-X线的剖面图；
图3是表示图2的实施例的变形例的侧剖面图；
图4是本发明的又一实施例的同轴形微波等离子枪的侧剖面图。
图中：1-外侧导体，2-轴向的孔，3-放电管，4-一端面，5-另一端面，6-同轴电缆，7-外部导体，8-内部导体，9-天线，10-同轴连接器，11-贯通孔，12-螺栓，13-气体导入管路，14-圆筒状的空间。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选的实施例。图1是表示本发明的1实施例的同轴形微波等离子枪的图，(A)是侧剖面图，(B)是从(A)的箭头A方向看的俯视图。参照图1，本发明的同轴形微波等离子枪具备：外侧导体1，其具有圆柱形状；圆筒状的放电管3，其插入并固定于在外侧导体1的一端面4侧形成的轴向的孔2内；微波传输用的同轴电缆6，其一端从外侧安装在外侧导体1的另一端面5。
在本实施例中，外侧导体1通过接合一端面4侧的圆柱状的第1部分1a、和另一端面5侧的圆柱状的第2部分1b这2个部分而构成。另外，轴向的孔2沿外侧导体1的中心轴延伸，放电管3与外侧导体1同轴地配置。另外，放电管3由石英管及氧化铝管等电介质形成。
在同轴电缆6的一端具备与其内部导体8电连接的天线9。在本实施例中，在同轴电缆6的一端安装有同轴连接器10，经由该同轴连接器10，同轴电缆6的内部导体8和天线9电连接。另外，在外侧导体1上形成从其另一端5侧朝向轴向的孔2轴向延伸的贯通孔11，天线9在与外侧导体1电绝缘的状态下通过贯通孔11突出到放电管3内，同轴连接器10由螺栓12安装在外侧导体1的另一端面5。在此种情况下，螺栓12不仅将同轴连接器10安装在外侧导体1上，而且也被用于相互接合外侧导体1的第1部分1a及第2部分1b。同时，同轴电缆6的外侧导体7经由同轴连接器10与外侧导体1电连接。
天线9由具有高的导电性的材料形成。而且，天线9和外侧导体1的贯通孔11留有间隔地配置在半径方向，这样一来，天线9和外侧导体1相互电绝缘。为了防止在产生等离子体时杂质混入等离子体，优选对天线9实施适当的表面涂覆。在本实施例中，天线9作为与同轴电缆6的内部导体8另成一体的构件而形成，但也可以由内部导体8形成天线9。
外侧导体1的轴向的孔2，从该孔2的底面沿轴向延伸任意的长度(但是，不到达外侧导体1的一端面4)，其径比放电管3的外径大预先确定的长度，在该区域(外侧导体1的内部)，在孔2的内周面及放电管3的外周面之间，形成在半径方向具有预先确定的厚度且具有任意的长度的圆筒状的空间14。
圆筒状的空间14用于得到传输阻抗的匹配。传输阻抗的匹配通过使同轴电缆6的内部导体8和外部导体7的径的比率、和天线9的外径和外侧导体1的内径的比率一致来进行。在此种情况下，通过外侧导体1内部的圆筒状的空间14的半径方向的长度，确定外侧导体1的内经。还有，有时也不需要在外侧导体1及放电管3之间设置圆筒状的空间14。
在外侧导体1上设置有用于向放电管3内供给气体的气体导入管路13。气体导入管路13由石英管等由电介质构成的管构成，从外侧导体1的外侧，通过形成在外侧导体1上的半径方向的贯通孔，延伸到圆筒状的空间14内，其一端与放电管3连接，并在放电管3内开口。
如此，在大气压中，在同轴电缆6的另一端连接(未图示的)微波振荡器，从微波振荡器输出规定波长的微波。另外，在气体导入管路13上连接(未图示的)气体供给源。而且，从气体供给源通过气体导入管路13向放电管3内导入气体，并且从微波振荡器输出的微波在同轴电缆6中传输，经由同轴连接器10以同轴模式传输于天线9。然后，微波在天线9的表面传输，在天线9的前端产生最高的电场，在天线9的前端和放电管3的内壁之间生成等离子体，从放电管3的前端开口照射。
本发明的同轴形微波等离子枪由于整体保持同轴结构，不需要像使用了以往的同轴形谐振器的微波等离子枪那样具备谐振器，所以在同轴电缆中传输的微波在保持同轴模式的状态下供给于天线，产生等离子体。因此，等离子枪的能量效率比以往格外地提高，另外，即使在大气压中也能够容易地点火，维持等离子体。另外，根据本发明，由于不需要像以往的波导管形的等离子枪那样采用匹配器或反射板，能够减少等离子枪的构成部件数目，所以可得到更大的设计自由度，能够使等离子枪小型化。
图2是表示本发明的另一实施例的同轴形微波等离子枪的图，(A)是侧剖面图，(B)是沿(A)的X-X线的剖面图。如图2所示，本发明的同轴形微波等离子枪具备枪主体20，该枪主体20具有由圆筒状的外侧导体21及在其内侧沿半径方向留有间隔地配置的放电管22构成的双重管结构。
枪主体20的外侧导体21由盖23关闭其一端开口。在本实施例中，盖23由具有导电性的材料形成。放电管22的一端22a固定在盖23上，另一端22b从外侧导体21的另一端开口21a突出并延伸。放电管22由石英管及氧化铝管等电介质形成，并与盖23电绝缘。另外，在枪主体20的外侧导体21的盖23上从外侧安装有微波传输用的同轴电缆24的一端，在同轴电缆24的一端具备与其内部导体25电连接的天线28。
在本实施例中，在同轴电缆24的一端安装同轴连接器27，并经由该同轴连接器27电连接同轴电缆24的内部导体25和天线28。而且，天线28在与盖23电绝缘的状态下通过形成在盖23上的贯通孔29并沿放电管22的轴向突出到枪主体20的放电管22内，同轴连接器27由螺栓30安装在盖23上。在此种情况下，螺栓30不仅将同轴连接器27安装在盖23上，而且也用于将盖23与外侧导体21电结合。同时，同轴电缆24的外侧导体26经由同轴连接器27与枪主体20的外侧导体21电连接。
天线28由具有高的导电性的材料形成。而且，天线28和盖23的贯通孔29沿半径方向留有间隔地配置，这样一来，天线28和盖23相互电绝缘。为了防止在产生等离子体时杂质混入等离子体，优选对天线28实施适当的表面涂覆。在本实施例中，天线28作为与同轴电缆24的内部导体25另成一体的构件而形成，但也可以由内部导体25形成天线28。
另外，可通过使天线28的外径和外侧导体1的内径的比率，与同轴电缆24的内部导体25和外部导体26的径的比率一致，进行传输阻抗的匹配。
在枪主体20上设置有向枪主体20的放电管22内供给气体的气体导入管路32。气体导入管路32由石英管等由电介质构成的管构成，从外侧导体21的外侧，通过形成在外侧导体21上的半径方向的贯通孔，延伸到外侧导体21及放电管22之间的空间33内，其一端与放电管22连接，并在放电管22的天线28的前端附近区域开口。
在形成于枪主体20的外侧导体21及放电管22之间的圆筒状的空间33内，从外侧导体21的另一端开口21a嵌入圆筒状的辅助导体34。进而，在辅助导体34的外周面具有螺纹牙35，另一方面，在外侧导体21的内周面具有与辅助导体34的螺纹牙35卡合的螺纹槽36。而且，通过使辅助导体34绕放电管22旋转，辅助导体34能够使在与外侧导体21的内周面之间及与放电管22的外周面之间不产生微波泄漏，并且与枪主体20的外侧导体21电接触且沿放电管22的轴向滑动运动。还有，37是与辅助导体35结合的、用于容易进行辅助导体34的旋转操作的操作旋钮。
在本实施例中，辅助导体34通过与外侧导体21螺纹卡合，能够沿放电管22的轴向滑动运动，但是例如如图3所示，通过辅助导体34的外周面与外侧导体21的内周面接触，且内周面与放电管22的外周面接触这一结构，也能够使辅助导体34在不依靠螺纹卡合的情况下滑动运动。
如此，在大气压中，在同轴电缆24的另一端连接(未图示的)微波振荡器，从微波振荡器输出规定波长的微波。另外，在气体导入管路32上连接(未图示的)气体供给源。而且，从气体供给源通过气体导入管路32向放电管22内导入气体，并且从微波振荡器输出的微波在同轴电缆24中传输，经由同轴连接器27以同轴模式传输于天线28。然后，微波在天线28的表面传输，在天线28的前端产生最高的电场，在天线28的前端和放电管22的内壁之间生成等离子体，从放电管22的前端开口照射。
在本实施例中也得到与图1的实施例相同的效果，尤其在本实施例中，通过在放电管22内维持等离子体，能够生成长的等离子体。
图4是本发明的又一实施例的同轴形微波等离子枪的侧剖面图。如图4所示的实施例与图2的实施例基本相同，只是盖的结构及气体导入管路的结构有所不同。因此，在图4中，对与图2的结构要素相同的结构要素标注相同符号，省略说明。
参照图4，枪主体20的盖40的包括：插入部42，其由圆柱状的电介质构成，且插入外侧导体21内；凸缘部41，其设在插入部42的一端，且由导体构成。而且，放电管22的一端固定在插入部42。
在本实施例中，气体导入管路包括：管部分43，其从枪主体20的外侧沿半径方向贯通枪主体20的外侧导体21，且具有电绝缘性；第1管路部分44，其与管部分43连接，且沿半径方向贯通盖40的插入部42；第2管路部分45，其与第1管路部分44连接，在天线28内部沿半径方向延伸到内侧后，从此处在天线28内部朝向其前端轴向延伸，并在该前端开口。
如此，在本实施例中，可从天线28的前端向放电管22内导入气体。在本实施例的情况下，也能得到与图2的实施例相同的效果。
(工业上的可利用性)
根据本发明，能够提供一种在大气压中能够容易地产生等离子体的、非常小型的、能量效率高的同轴形微波等离子枪。而且，本发明的微波等离子枪能够代替以往的波导管形微波等离子枪而使用于刻蚀装置、CVD装置、表面处理装置、表面改质装置及材料改质装置等。
Claims (7)
1.一种同轴形微波等离子枪，其特征在于，具备：
外侧导体，其具有圆柱形状；
圆筒状的放电管，其插入并固定于在所述外侧导体的一端面侧形成的轴向的孔内；
微波传输用的同轴电缆，其一端从外侧安装在所述外侧导体的另一端面，
在所述同轴电缆的一端具备与其内部导体电连接的天线，在所述外侧导体上形成从其另一端面侧朝向所述轴向的孔轴向延伸的贯通孔，所述天线在与所述外侧导体电绝缘的状态下通过所述贯通孔并延伸到所述放电管内，所述同轴电缆的外部导体与所述外侧导体电连接，在所述外侧导体上设置有向所述放电管内供给气体的气体导入管路。
2.如权利要求1所述的同轴形微波等离子枪，其特征在于，
在所述外侧导体的轴向的孔的周面及所述放电管的外周面之间形成有圆筒状的空间，所述圆筒状的空间在所述外侧导体的内部，沿半径方向延伸预先确定的长度，并从所述轴向的孔的底面沿轴向延伸任意的长度。
3.一种同轴形微波等离子枪，其特征在于，
具备枪主体，该枪主体具有由圆筒状的外侧导体及在其内侧沿半径方向留有间隔地配置的圆筒状的放电管构成的双重管结构，
所述枪主体的所述外侧导体由盖关闭其一端开口，所述放电管的一端固定在所述盖上，另一端从所述外侧导体的另一端开口突出并延伸，在所述枪主体的所述外侧导体的盖上从外侧安装有微波传输用的同轴电缆的一端，在所述同轴电缆的一端具备与其内部导体电连接的天线，所述天线在与所述盖电绝缘的状态下通过形成在所述盖上的贯通孔并轴向延伸到所述枪主体的所述放电管内，所述同轴电缆的外部导体与所述枪主体的所述外侧导体电连接，在所述枪主体上设置有向所述枪主体的所述放电管内供给气体的气体导入管路。
4.如权利要求3所述的同轴形微波等离子枪，其特征在于，
在形成于所述枪主体的所述外侧导体及所述放电管之间的圆筒状的空间内，从所述外侧导体的另一端开口侧嵌入有圆筒状的辅助导体，所述辅助导体可以通过使在与所述外侧导体的内周面之间及与所述放电管的外周面之间不产生微波的泄漏，并且与所述枪主体的所述外侧导体电连接且沿所述放电管的轴向滑动运动，而使微波的相位适当变化。
5.如权利要求3或4所述的同轴形微波等离子枪，其特征在于，
所述气体导入管路从所述枪主体的外侧，贯通所述外侧导体及所述盖的双方或任一方并延伸到所述外侧导体及所述放电管之间的圆筒状的空间内后，与所述放电管连接，并在所述放电管的所述天线的前端附近区域开口。
6.如权利要求3或4所述的同轴形微波等离子枪，其特征在于，
所述枪主体的所述盖至少具有由圆柱状的电介质构成的、插入所述外侧导体内的插入部，所述放电管的一端固定在所述插入部，所述气体导入管路包括：管部分，其从所述枪主体的外侧贯通所述枪主体的所述外侧导体且具有电绝缘性；第1管路部分，其与所述管部分连接，且贯通所述盖的插入部；第2管路部分，其与所述第1管路部分连接，在所述天线内部延伸到内侧后，从此处在所述天线内部朝向其前端轴向延伸，并在所述前端开口。
7.如权利要求1～6中任一项所述的同轴形微波等离子枪，其特征在于，所述天线由所述同轴电缆的内部导体构成。
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