[发明专利]水冷式表面波等离子体发生装置

说明书

本发明公开一种水冷式表面波等离子体发生装置。水冷式表面波等离子体发生装置的特征在于包括：传输电磁波的导波管、一端部与所述导波管电磁耦合使得在所述导波管内传输的电磁波能够流入的电介质管、具有中空的管形状，包覆所述电介质管的整个或部分长度使得管的内面接触所述电介质管的外面，具有位于管的内面及外面之间使从管的外部注入的冷却流体沿着管的长度方向及圆周方向移动的第一冷却流路的冷却护套；与所述电介质管连接成能够疏通流体以向所述电介质管的内部注入放电气体的放电气体注入部。本发明的水冷式表面波等离子体发生装置解决了用于冷却电介质管的冷却流体泄漏的问题。

技术领域

本发明涉及表面波等离子体发生装置，特别是涉及一种解决了用于冷却电介质管的冷却流体泄漏的问题的间接冷却方式的水冷式表面波等离子体发生装置。

背景技术

表面波等离子体能够利用通过向等离子体与电介质的分界面传播的表面波生成的等离子体形成稠密等离子体，具有电磁波发生装置 (Applicator)或天线适用于腔体外部的结构，因此与现有RF等离子体相比具有非常简单有效且柔软的结构。并且，能够在数十毫托(m Torr)至大气压这一非常宽的压力范围内运转，密度范围可具有约10E8～10E15cm^-3。并且，由于电子温度高，因此分子的解离与自由基的生成方面比目前的DC/RF方式效率更高。因此表面波等离子体广泛用于半导体工程领域，例如，远程清洗、生成自由基、分解/减少温室气体(SF₆、CF₄、PFC等)、半导体钝化及覆膜去除工程等。

作为表面波等离子体的典型例子，波导型表面波等离子体发生器 (surfaguide)方式的等离子体发生源从原理特性来讲使用电介质放电管，如图1所述，放电管20向垂直于电磁波传输方向的方向贯通传输电磁波的导波管10。并且，放电管20由电磁波能够通过的电介质构成，放电管 20的内部被注入放电气体。根据这种结构，通过导波管10传输的电磁波向放电管20的内侧导入，导入放电管20内侧的电磁波和注入放电管20 内部的放电气体反应而在放电管20的内部生成等离子体。

这种如图1所示的表面波等离子体装置为发生表面波，需要使电磁波经过电介质并传输到放电气体，此处，发生的等离子体具有非常高的热负荷，因此需要有效冷却由电介质构成的放电管以防止放电管破裂及损伤。为此，表面波等离子体放电管为注入冷却流体而具有双重管结构，使冷却流体在各内部管及外部管之间流动。

关于冷却电介质放电管，通常等离子体密度低的情况下空冷方式也能够充分进行冷却，而密度高的情况下利用基于冷却流体的直接冷却方式，而从传输电磁波的角度来讲，由于内部管与外部管之间存在冷却流体，因此具有效率低的问题。

使用的冷却流体种类大致有电介质油(dielectric oil)和去离子水(D.Iwater)。

电介质油的情况下因电介质的损耗角正切(Loss tangent)低，因此电磁波传输效率方面没有多大损失，但由于油的冷却效率低，因此需要用高压力和大流量进行冷却循环，从而还需要电能消耗高的油冷却机(Oil chiller)。至关重要的缺点是油冷却流体可能成为将清洁度看得非常重的半导体/显示器工程领域的最大污染源，因此忌讳将油作为冷却流体使用。为解决这种问题而使用所述去离子水，虽然这种去离子水的冷却效率好，但是难以像电介质油具有高纯度的电介质特性，因此比使用电介质油消耗更多能量。因此，应将放电管的形状设计成最小化电磁波的损失。

上述使用冷媒的冷却方式结构的最大缺点是电介质放电管发生皴裂时冷却流体能够直接流入腔体内部，因此需要一种能够从根本上解决这种问题的方法。

这种表面波等离子体装置的放电管结构，由于施加电磁波能量的限制，即由于能够处理的气体流量受限及可生成的自由基量减少等，成为表面波等离子体在其性能与运行领域、运用领域等受限的主要因素。

发明内容

技术问题