[发明专利]等离子体焰炬

说明书

为了延长直流等离子体消减装置的维修周期，一种经修改的直流等离子体矩阵具备：导电阴极和导电阳极，导电阴极和导电阳极彼此间隔开以在它们之间形成间隙；金属涡流衬套，至少部分地位于间隙内并且包括通道，通道适于在使用中允许气体通过间隙流动；以及陶瓷元件，插置于下列中的任一个或多个之间：阴极与涡流衬套；以及阳极与涡流衬套。

技术领域

本发明涉及等离子体焰炬。本发明特别地用于消减来自例如半导体工业的那些过程的废气。

背景技术

防止或限制从工业过程排出的危险气体排放到大气现为科学和工业部门的主要焦点。特别地，半导体工业，其中过程气体的使用固有地低效，将其自己的目标设定为减小从加工厂排出到大气的气体量。希望破坏的化合物的示例为从蚀刻过程得到的那些，例如氟、SF6、NF3或全氟化碳 (CF4、C2F6等)。

破坏或消减来自废气流的不想要的气体的一种方法使用等离子体消减装置。当通常用来通过燃烧进行消减的燃料气体不易得到时，等离子体是特别适用的；例如，如在EP1773474中所描述。

用于消减装置的等离子体可以以多种方式形成。微波等离子体消减系统可连接到若干过程腔室的排气口。但是，每个装置需要其自己的微波发生器，微波发生器可能给系统增添了显著的成本。直流等离子体焰炬消减装置优于微波等离子体装置，因为可从单功率直流电源来操作多个焰炬。

在图1中以截面图示意性地示出了已知直流等离子体焰炬的示例。焰炬10包括部分地嵌入于大体上管状阳极14的上游开口内的大体上圆柱形的阴极12。环形空间16设置于阴极12与阳极14之间，等离子体源气体例如氩气或氮气(未图示)能流动通过该环形空间16。

阴极12和可选地阳极14电连接到电源(未图示)，电源可被配置成在阴极12与阳极14之间供应直流电压，或者向阴极12和阳极14中的任一者或二者供应交流电压。所需的电压的量值和频率通常参考其它过程参数来确定和选择，例如废气或等离子体源气体种类和流率、阴极-阳极间距、气体温度等。在任何情况下，适当电压范围为造成气体电离并且由此形成等离子体的电压范围。

在图1示出的现有技术示例中，应当指出的是管状阳极14的内部几何形状包括(从上游端(在图中的最上部示出)到下游端(在图中的最下部示出))导向至基本上平行侧喉部20的第一向内呈锥形的截头圆锥部18，基本上平行侧喉部20导向至向外呈锥形的截头圆锥部22。这种几何形状的效果是加速并且压缩进来的气体以在阴极12的紧邻下游的区域中造成相对高速、相对压缩气体的小区域24。

阴极12包括导向至倒角自由端部28的大体上圆柱形主体部26，倒角自由端部28的外部几何形状基本上匹配阳极14的向内呈锥形的截头圆锥部18的内部几何形状。阴极12的主体部26由高传导率金属例如铜制成，其通常被水冷。在阴极12的大体上平面下面30的中心处，设有轴向突出的纽扣型阴极32，轴向突出的纽扣型阴极32提供优先放电位点。这通过选择不同于阴极布置的主体28的材料用于纽扣32而实现，即，使得阴极主体28由热导率和功函数高于纽扣阴极32的热离子材料的热导率和功函数的传导金属形成。例如，通常使用铜阴极主体28和铪纽扣32。阳极14可由类似于阴极12的主体部28的材料(例如，铜)形成。

应当指出的是纽扣阴极32定位于相对高速、相对压缩气体24的区域中。这种布置的效果是当处于相对压缩高速状态，即适合于形成等离子体34时形成等离子体源气体的优先放电的区域。因此，等离子体34在阴极12紧邻下方的区域中成核并且作为射流经由喉部20离开并且在阳极14的向外呈锥形的截头圆锥部22中膨胀并且减速。