等离子体处理设备和等离子体处理方法

专利名称：等离子体处理设备和等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及一种使用由多种流光构成的等离子体来处理物体的等离子体处理设备，和使用等离子体的等离子体处理方法，该方法被用在电子部件和半导体部件的表面清洁或表面修整的各种应用领域里，清洁CSP(芯片规模组件)和BGA(球形栅阵列)的粘合部分来提高和密封材料之间的结合强度和粘合力，清洁液晶板，提高ACF(各向异向的传导性膜)与液晶板之间的结合性，提高薄片式衬底的粘合力和印刷性，抵抗灰化，减少和去除电极上的金属氧化物来提高结合性。
过去，大气压等离子体被用来对物体进行表面处理。例如，使用在大气压下产生的等离子体喷射流处理物体的表面处理在日本专利早期公开[KOKAI]的专利号为3-219082，4-212253，4-334543和6-108257里公开。根据这些表面处理，使用等离子体喷射流只精确处理物体所需区域是可能的。
另外，使用一种宽等离子体喷射流有效地处理一种大面积衬底的方法在日本专利早期公开[KOKAI]的专利号为4-358076和9-232293里公开。前者，具有绝缘层的一对电极以面对面的关系进行安排，使绝缘层放在相临的电极之间，并且在大气压下在电极之间提供高频电源来稳定地产生稀有气体的辉光放电。最终产生的隔离等离子体喷射流注入到物体上。后者，围绕一个平面放电管周边布置一对电极，并且从放电管的一端喷射出隔离等离子体喷射流。然而当等离子体喷射流点射到物体上时，例如BGA(球形栅阵列)衬底或具有相当大表面积要处理的膜片，需要允许等离子体喷射流扫描物体的整个表面。在这种情况下，有一个问题就是降低了处理效率。另一方面，当使用稳定辉光放电的直线等离子体来进行表面处理时，处理效率可以提高到某种程度。然而，由于辉光放电等离子体的电流密度相当低，也就是说等离子体里的活性成分的密度如原子和离子是低的，处理速度还不足以处理大面积物体。
顺便提一下，通常所说的辉光放电是一种空间均匀的随时间放电，它具有相当小的电流密度和低的发光亮度。作为与辉光放电中的一种不同的放电，还有一种流光，它们中的每一种流光都是一种不稳定的细丝状的放电，这种放电和辉光放电相比具有相当大的电流密度和较高的发光亮度。由于流光的高电流密度使活性成分具有高密度，所以流光有大幅度提高处理速度的潜力。
然而，流光的不稳定放电状态容易在处理效果上造成相当大的变化。即，在单个流光产生位置的下游处理速度远高于放电空间里的非产生位置的下游处理速度。由处理速度的不同产生的对物体处理效果的变化是阻碍流光应用于表面处理技术的主要原因。
另外，产生于等离子体产生室的等离子体放电里的活性成分释放到大气里时，它们与氮和氧重新组合，它们大部分变为非活性的。在这种情况下，因为包含活性成分的等离子体喷射流到达所要处理物体表面需要的时间增加，并且因为等离子体喷射流和大气气体之间的接触面积增加，所以活性成分很容易变为非活性的，并且等离子体喷射流作用于物体上的处理效果降低。因此当等离子体喷射流有一个侧向矩形横截面时，处理效果变化容易发生是因为等离子体喷射流的侧向相对端和大气气体之间的接触面积大于等离子体喷射流中心和大气气体之间的接触面积。而且，当物体表面上有突起或凹点时，等离子体喷射流到达凹点所需的时间比等离子体喷射流到达突起的时间长，因此对物体的处理效果的变化进一步增加。这个变化的增加导致物体的性能降低，比如结合可靠性减少。因此希望提高等离子体处理的均匀性。
鉴于上面的事实，从装置和方法的观点，通过改善放电空间里的多种流光的分布均匀性，并且利用由多种流光组成的等离子体以高处理速度均匀地处理物体，本发明在等离子体表面处理的实际使用中已经取得了成功。因此本发明的第一个目的是提供一种等离子体处理设备，使用由多种流光组成的等离子体均匀处理物体，它包括一个由一种电绝缘材料构成的并且具有一个侧向延长横截面的管状容器，在它的一端有一个气体进口，在另一端有一个等离子体出口；一对电极，被设计成这样，当AC电压和脉冲电压中之一加到电极之间时，电力线大体上生成在管状容器的轴向上；一个气体供给源，通过气体进口给管状容器里提供流光产生气；一个电源，用来给电极之间提供AC电压和脉冲电压之一，用来在管状容器里产生气体的多种流光；和一个等离子体均匀装置，用来使管状容器的侧向延长横截面的侧向方向上的多种流光变得均匀，以便从等离子体出口提供等离子体。
优选地，由以下所述提供所说的等离子体均匀装置(1)所形成的管状容器使得它的气体进口的孔面积小于紧靠该管状容器的气体进口下面的横截面积；(2)一种湍流产生部件设置在管状容器里，它有一个能够使管状容器里的流光产生气产生湍流的形状；或(3)所形成的管状容器使得管状容器的侧向延长横截面有一个1-5mm的内部宽度。
本发明的第二个目的是提供一种使用由多种流光组成的等离子体的等离子体处理方法，该方法能够满足上面的目的。也就是，表面处理过程包括下面步骤给由电绝缘体材料构成的管状容器里提供一种流光产生气，该管状容器具有一个侧向延长横截面，在它的一端有一个气体进口而在另一端有一个等离子体出口；在大气压或接近于大气压下，在管状容器里通过给一对电极之间提供AC电压和脉冲电压之一来产生多种流光，该电极是这样设计的，电力线大体上在管状容器的轴向上；在管状容器的侧向延长横截面的侧向方向均匀分布多种流光以便在管状容器里得到等离子体；和从管状容器的等离子体出口提供等离子体来处理物体。
优选地，使多种流光均匀所要执行的步骤是通过以下所述实现的(1)在不放电的状态下，以1700或更多的雷诺氏数的流量给管状容器提供流光产生气，或(2)在管状容器的轴向上以5m/sec或更多的流速给管状容器提供流光产生气。
本发明的进一步的目的是提供一种等离子体处理设备，它具有一种使处理效果均匀的装置，通过控制等离子体喷射流到表面区域所需的时间在所要处理物体的整个表面区域上均匀地进行等离子体处理，以便在物体上得到均匀处理的效果。也就是，这种等离子体处理设备包括一个由电绝缘材料制成的管状容器，并且在它的一端有一个气体进口而另一端上有一个等离子体出口；一对电极；一个气体供应源，用来通过气体进口给管状容器提供等离子体产生气；一个电源，用来在电极之间提供AC电压和脉冲电压之一来使管状容器里的气体产生等离子体；和，处理效果均匀装置，用来促进物体上的等离子体处理效果的均匀性。
这些目的和别的目的和优点将从本发明提到的实施例的详细描述中体现出来，参考附图图1A是本发明的一种等离子体处理设备的一个概要的透视图，图1B是本装置的管状容器的一个剖面图；图2A是一种用来产生多种流光的电极设计的一个概要的剖面图，图2B是一种用来产生辉光放电的电极设计的一个概要的剖面图；图3A是本发明的等离子体处理设备另一个实施例的一个概要的透视图，图3B、3C分别是图3A中的管状容器的部分透视图和部分剖面图；图4是阐明图3设备里的一种等离子体产生气的流程简图；图5A是不放电状态下在等离子体出口测的气流速度分布图，和图5B是放电状态下在等离子体出口测的气流速度分布图；图6A是图3设图的管状容器的平面图，和图6B是管状容器的轴向上等离子体产生气的流速变化图；图7是本发明带有一个湍流产生部件的等离子体处理设备的概要的透视图；图8是处理效果和等离子体出口到所要处理物体的距离(照射距离)之间的关系图；图9是本发明带有一个处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图；图10是本发明带有另一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图；图11是本发明带有另一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图；图12是在图11设备的等离子体出口测的气流速度分布图；图13是本发明带有另一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图；图14A是本发明带有另一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图，它具有一个管状容器，该容器有粗糙表面区作为处理效果均匀装置，和图14B是该管状容器的平面图；图15A是本发明带有一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图，图15B是该设备的管状容器的剖面图，和图15C到图15G是本发明另外的管状容器的剖面图；图16A是本发明带有一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图，图16B是该设备的管状容器里的等离子体产生气的流程图；图17A是本发明带有一种处理效果均匀装置的等离子体处理设备的概要的透视图，图17B是该设备的管状容器的剖面图；图18是本发明带有一个顶盖的等离子体处理设备的概要的透视图；图19是本发明带有一种等离子体点火装置的等离子体处理设备的概要的透视图；图20是本发明带有另一种等离子体点火装置的等离子体处理设备的概要的透视图；图21A到图21J是没有使产生于管状容器里的多种流光均匀的情况下，放电状态随时间变化的照片；图22A到图22J是使产生于管状容器里的多种流光均匀的情况下，在放电状态时变化的照片(本发明)；图23是等离子体处理设备(现有技术)的概要的透视图，用于在对比例1中产生辉光放电；图24是在例19到25使用的一个物体的概要的透视图；图25是在例26到31使用的一个物体的概要的透视图；和图26是在例37里使用的脉冲电压的波形图。
本发明提供一种等离子体处理设备和方法来用等离子体处理物体，可以通过在大气压下或接近于大气压下使管状容器里的一种等离子体产生气产生多种流光，和使垂直于管状容器的轴向的方向上多种流光均匀来实现本发明。
图1是本发明的等离子体处理设备的一个优选实施例。这个设备包括一个管状容器1，在该设备里确定了一个放电空间；一对电极2，3排列在管状容器1的周围；一个气体供应源(没表示)给管状容器提供一种流光产生气；一个电源4用来给电极之间提供AC电压或脉冲电压之一，从而可以在管状容器里产生多种流光；和，一个等离子体均匀装置使放电空间里多种流光均匀。
管状容器1可以用电绝缘材料(绝缘材料)制造，该材料具有高熔点，例如玻璃基质材料或陶瓷材料，例如石英玻璃，氧化铝，氧化钇或镐。图1A里表示的管状容器1是一个矩形管状形，在它的顶端有一个气体进口10并且在它的底端有一个等离子体出口12，并且由一对前后壁13，14和一对侧壁15相互平行扩展形成。如图1B所示，垂直于管状容器的轴向的横截面是一个由长度L宽度W确定的侧向延长横截面。在图1B里，“SW”是指管状容器的内部宽度，说明书里称为缝隙宽度。另外“SL”是指管状容器的内部长度(也就是，侧向延长横截面的侧向开口长度)，说明书里称为缝隙长度。“H”是指管状容器的高度。由指管状容器的前、后和侧壁13，14，15围成的内部空间用作放电空间7。流光产生气从气体进口10引入到管状容器1的里面，并且从等离子体出口12射出。
电极2，3是这样设计的，当AC电压或脉冲电压加到电极之间时电力线大体上在管状容器的轴向上。这些电极2，3可以用金属材料制成，该材料具有好的导电率比如铜，铝，黄铜，和具有高耐腐蚀性的不锈钢(日本工业标准SUS304)。每一个电极都是矩形环形并具有一个环形孔21，31，管状容器可以插入其内部。优选的作法是，矩形孔的形成要确保管状容器1和电极2，3之间能够很好地配合。放电空间7定位于管状容器1内部空间的电极2，3之间。在这个实施例里，电极2电连接到电源4作为一个高压电极工作，电极3接地作为一个低压电极工作。
优选的作法是，电极2，3排列在等离子体出口12的附近。由于放电空间7和物体8之间的距离减少了，可有效地增加处理速度。然而，当电极过多地接近等离子体出口12时，由于物体8和放电空间7之间的距离的减少，可能在它们之间产生电弧放电。因此应该把电极2，3排列在接近于等离子体出口12这样的程度，以不出现电弧放电为准。另外为了防止对物体8的热损伤，应该通过在电极里循环冷却水来降低放电空间的温度。
顺便提一下，由于放电路径比较长，该路径是指管状容器里形成的电力线的长度h，电力线是通过电极2，3给放电空间提供AC电压或脉冲电压形成的，所以在管状容器里流光容易产生。因此如图2A所示，当电极2，3排列成这样一个电极和另一个电极在管状容器的轴向上间隔开后面将要描述的所需距离D时，提供一个长的放电路径是可能的。另一方面，如图2B所示，当电极排列在管状容器的两边并且平行于管状容器的轴向时，放电路径变短。在这种情况下，有容易产生辉光放电的趋势。
本发明里，为了在管状容器里同时产生多种流光并连续保持流光，电极2，3之间的距离D应该是2mm或更多。在这种情况下，与流光产生位置相对应的高电流密度区、以及低电流密度区同时出现在放电空间里的多个位置，因此多种流光的同时产生得到加强。当距离D小于2mm时，由于放电路径的减少使流光的数量可能减少。另外有一种趋势就是，火花放电容易出现在管状容器1的外部和电极2，3之间。此时，在管状容器里得到流光变得很困难。要得到大量的流光，特别优选的作法是，距离D是5mm或更多并小于20mm。当距离D是20mm或更多时，由于放电启动电压增加，在管状容器里启动放电可能会变得很困难。
本发明的等离子体均匀装置是使多种流光在管状容器的侧向延长横截面的侧向方向上变得均匀，也就是，图1B里所示长度(L)方向上。最好至少使用下面特征(1)到(3)中的一种作为等离子体均匀装置。
(1)作为具有等离子体均匀装置的管状容器，如图3所示，最好使用气体进口10的孔面积小于等离子体出口12的面积的管状容器。在这种情况下，特别优选的作法是，气体进口10的中心是在管状容器1的轴上。
当使用具有这样一个气体进口10的管状容器1时，等离子体产生气从气体进口10径向扩散到管状容器1的内部空间9，如图4里的箭头所示。此时，管状容器里出现涡流。这些涡流有助于流光放电气的径向流动，因此不是平行到达电力线h的气流成分增加。这提供多种流光的均匀产生。
在使用图3所示的管状容器的等离子体处理设备里，在非放电的状况下，直接在等离子体出口12下方测量的流光产生气的流速有一个流速分布图如图5里所示，在该图里流速在管状容器的大体中心(等离子体出口中心)流速是最快的，并且朝相对的两端(等离子体出口边缘)逐渐减少。当具有图5A的流速分布的流光产生气在放电的状况下提供给放电空间时，从等离子体出口12喷射的等离子体的流速在管状容器的侧向延长横截面的侧向上逐渐变得均匀，如图5B所示。也就是，在放电期间由于气体的热膨胀放电空间里气体压力增加。气体压力的增加给气流带来阻力的增加。当流光产生气进入到放电空间里时，从放电空间的中心流向管状容器的内表面的气体成分的比例增加。因此，在侧向方向流速在宽范围里变得均匀。
在这种情况下，在放电空间里为使管状容器1的侧向延长横截面的侧向方向上的整个区域的多种流光均匀，需要增加流光产生气的平均流速和在管状容器里产生气体的湍流成分。在本发明里，通过使用气体进口10的孔面积小于等离子体出口12的管状容器1，在流光放电气供应量不增加的情况下，可能容易在放电空间里产生气体的湍流成分。因此，本发明在提高放电空间里的流光的均匀性方面取得成功，并且通过减少流光产生气的消耗量来减少等离子体处理设备的运行成本。
由于气体进口10的孔面积比较小，所以大量的流光产生气的湍流在放电空间里产生。然而，当流光产生气的流速在放电空间中心部分过度增加时，流光可能在中心部分喷出，因此处理的均匀性降低。另外，如图6A和6B，因为气体进口10和放电空间之间的距离增加，湍流的影响很难达到放电空间里。因此大体上平行于电力线h的流光产生气的流动变为主导地位，并且由使用气体进口孔面积小于等离子体出口面积而带来的影响减少。因此，优选的作法是，管状容器应该包括一个孔面积调节装置来控制气体进口和等离子体出口中至少一个等离子体出口的孔面积，以便根据等离子体处理条件(例如气流速率)来适当设置气体进口和等离子体出口孔面积的比例。
具体地讲，优选的作法就是，紧靠管状容器1的气体进口10下面的横截面积(S1)和气体进口10的孔面积(S2)之间的比例在0.125≤S2/S1≤0.75的范围内。当上面的比例小于0.125时，流光产生气的流速在气体进口过度增加。在这种情况下，有一个担心就是等离子体在放电空间的中心可能被气流喷出，管状容器里的流光的均匀性降低。当范围大于0.75并且在流光产生气的流量维持一个常数的条件下，在气体进口处的气体流速相应地降低，在下游不能充分提供涡流。
(2)作为等离子体均匀装置，如图7所示，也是优选的作法是，在管状容器里设置湍流产生部件，它有一个能够使管状容器里流光产生气产生湍流的形状。在图7里，这个湍流产生部件6具有一个三棱镜，它设置在管状容器1里的放电空间的上部和相对的侧壁15之间的大致中心位置上。在这种情况下，当流光产生气在非放电的条件下从气体进口10引入到管状容器里时，涡流由此出现在湍流产生部件6的下游的空间里。这些涡流在任意方向提供大量的气流并且这个方向大致平行于电力线h。在这些环境下，在放电空间里多种流光可以在管状容器的侧向延长横截面的侧向方向上均匀产生。因此在管状容器1里均匀产生等离子体并从等离子体出口12稳定地提供均匀的等离子体P是可能的。
湍流产生部件6可以设置在放电空间里。重要的是，设置湍流产生部件6以使包括流光产生气的湍流成分在内的涡流产生区与放电空间部分重叠。湍流产生部件6的形状可以根据情况有选择地设计，例如流光产生气的供应量、管状容器截面的形状、和要处理物体表面的不均匀度、等等。
(3)作为具有等离子体均匀装置的管状容器，优选的作法是，管状容器1的前后壁13，14的内表面之间的距离，也就是缝隙宽度“SW”，是在1-5mm范围之内。也就是，当图1所示的等离子体处理设备的缝隙宽度在上面的范围之内时，在不增加流光产生气供应量的情况下增加放电空间7里的流光产生气的平均流速是可能的。因此，可以产生大量的湍流成分。当缝隙宽度小于1mm时，由于放电空间体积的减少，放电空间的阻抗相应地增加。阻抗的增加导致给放电空间供电的实际有效电功率的减少。因此，在这种情况下，由于等离子体产生效率的降低，等离子体处理效果可能恶化。另一方面，当缝隙宽度大于5mm时，需要流光产生气的一个大的供应量来满足管状容器1里的高流速。因此，等离子体表面处理运行成本可以降低。另外，当给放电空间供电的电功率量保持一个常数时，放电空间7的电功率密度(每单位体积的电功率)随着缝隙宽度的变宽而减少。因此，有一种可能性就是，不能得到足够大的处理速度。这样，当缝隙宽度“SW”在上面的范围之内时，使用从等离子体出口12喷射出的均匀的等离子体P有效地处理物体8是可能的。
当图3所示的装置有1-5mm的缝隙宽度“SW”并且气体进口10的孔小于等离子体出口12时，可以得到等离子体均匀装置的一个协作效果。也就是，由于流光产生气的平均流速在气体进口10增加，并且在下游方向涡流产生区得到扩展，所以促进放电空间里的湍流成分的供应是可能的。类似地，当图7所示的装置有1-5mm的缝隙宽度“SW”并且湍流产生部件6设置在管状容器1里时，可以得到等离子体均匀装置的一个协作效果。在这种情况下，可以得到上面描述相似的效果。
优选地，本发明的等离子体处理设备包括一种处理效果均匀装置，来促进等离子体处理效果的均匀性，甚至当所要处理物体的表面有突起和凹点亦是如此。例如，从一个典型的矩形(图1)的管状容器1里喷射等离子体到这样一个物体8上的情况下，从等离子体出口12喷射的等离子体到达表面上的突起所需要的时间比到表面上的凹点要短些。因此等离子体到达时间的变化与物体的表面形状有关。因此，本发明的处理效果均匀装置的一个目的是控制在等离子体喷射流侧向延长横截面的侧向方向上的等离子体到达时间的分布，该喷射流是从等离子体出口12喷出的。具体的讲，处理效果均匀装置可以控制等离子体在侧向方向的流速，或等离子体出口12和所要处理物体8表面之间的距离，在本说明书里它被叫做照射距离。
如图8所示，存在着处理效果随着照射距离的增加而成指数衰减的趋势。另一方面，在处理具有导电性的物体的情况下，由于照射距离比较小，在放电空间7和物体8之间容易出现电弧放电。因此，确保所需的照射距离来抑制电弧放电是重要的。这样，为了进一步提高等离子体处理效果的均匀性，需要针对所要处理物体的表面形状和材料特性选择一种适当的处理效果均匀装置。
在本发明里，最好使用下面的处理效果均匀装置(a)到(g)之一或它们的组合。
(a)最好使用这样的管状容器，管状容器1的高度(H)在管状容器侧向延长横截面的侧向方向上随着所要处理物体表面的不匀度而改变。
例如，如图9所示，管状容器1的高度(H)有一个变化，朝向侧面相对端的高度(HE)比侧面中心的高度(HC)大。当等离子体P从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的一个平面上时，照射距离，也就是等离子体出口12和物体8之间的距离，朝侧面相对端方向平滑地减少。在这种情况下，可到达物体表面的活性成分的数量在管状容器的侧面相对端比在侧面中心大。因此，甚至当等离子体P喷射到物体8的一个平面上、该物体与等离子体出口12隔开的照射距离增加时，或所要处理物体8表面有一个凸面形状时，如图9所示，通过使用管状容器1就可能在那些物体上均匀地进行等离子体处理。换句话说，与不具有处理效果均匀装置的管状容器相比，抑制从等离子体出口12喷射出的等离子体的侧面相对端的活性成分的失效是可能的，并且提供均匀等离子体处理也是可能的。
另外，如图10所示，管状容器1的高度(H)可以有一个变化，朝向侧面相对端的高度(HE)比侧面中心的高度(HC)变小。当等离子体P从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的一个平面上时，照射距离，朝等离子体出口12侧向中心方向平滑地减少。在这种情况下，可到达物体表面的活性成分的数量在管状容器的侧面中心比侧面相对端大。因此，即使当等离子体P喷射到物体8的一个平面上、物体与等离子体出口12隔开的距离增加时，或所要处理物体8表面有凹面形状时，如图10所示，通过使用管状容器1可能在那些物体上均匀地进行等离子体处理。换句话说，与不具有处理效果均匀装置的管状容器相比，抑制从等离子体出口12喷射出的等离子体的侧面中心的活性成分的失效是可能的，并且提供均匀等离子体处理也是可能的。管状容器1的侧向上高度变化的程度可针对物体的表面形状进行确定。
(b)优选的作法是，使用具有至少两个气体进口的管状容器1，从而使从等离子体出口12喷射出的流光产生气有一个根据所要处理物体表面的不均匀度来决定的流速分布。
例如，如图11所示，一对气体进口10在管状容器的顶部形成，它们相对于管状容器1的中心轴对称。在这种情况下，在非放电的状况下从等离子体出口12的下面直接测量的流光产生气的流速在管状容器侧向延长横截面的侧向方向有一个分布，如图12所示。它表示在等离子体侧面相对端上的流速高于等离子体侧面中心。因此，当等离子体从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的一个平面上时，从等离子体出口的侧面相对端喷射的等离子体到达物体的平面上所需要的时间比从等离子体出口的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平面上所需要的时间短。因此，即使当等离子体喷射到物体的平面上、该物体与等离子体出口12隔开的照射距离增加时，或者物体8的表面有凸面形状时，如图11所示，通过使用管状容器1在那些物体上均匀地进行等离子体处理是可能的。气体进口的数量，每个气体进口的位置和孔面积可以根据物体表面的形状等等来确定。
(c)作为具有处理效果均匀装置的管状容器1，优选的作法是使用这样的管状容器，垂直于管状容器的轴向的横截面积在管状容器的轴向上变化。
例如，图13所示的管状容器由一对等腰梯形形状的前后壁13，14和一对矩形的侧壁15构成，因此垂直于管状容器的轴向的横截面积(缝隙的横截面积)在等离子体出口12的方向上逐渐增加。在这种情况下，在朝向管状容器的侧向相对端的方向上，气流成分的量在减少，因此在等离子体出口12的侧向中心的流速高于侧向相对端。因此当等离子体P从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的平面上时，从等离子体出口的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平面所需时间比从等离子体出口的侧面相对端喷射的等离子体到达物体的平面所需时间短。因此，甚至当所需处理的物体8的表面有一个凹面形状时，如图13所示，通过使用管状容器1在这样物体上均匀地进行等离子体处理是可能的。从等离子体出口的侧向中心喷射的流光产生气流量的大小可以通过改变侧壁倾斜角度来调节，这个角度是指侧壁和管状容器的轴向方向之间的角度。当侧壁倾斜角度增加时，在等离子体出口12的侧面中心的流速变高。
(d)作为具有处理效果均匀装置的管状容器，优选的作法是使用这样的管状容器，在它的内表面上形成一个表面粗糙区，因此从等离子体出口喷射出的流光产生气有一个根据所要处理物体表面的不均匀度来决定的流速分布。
例如，如图14A和14B所示的管状容器具有表面粗糙区16，每个表面粗糙区16有一个预定的水平宽度，形成于前后壁13，14的内表面上，并且从气体进口10的下面直接扩展到等离子体出口12的上面一个垂直长度。在这种情况下，由于表面粗糙区16是作为气流阻力来工作的，所以流光产生气很容易地避开表面粗糙区流动，如图14A中箭头所示。也就是在等离子体出口侧面相对端上的流速高于等离子体出口侧面中心。因此，当等离子体P从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的一个平坦的表面上时，从等离子体出口12的侧面相对端喷射的等离子体到达物体的平面所需要的时间比从等离子体出口的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平面所需要的时间短。因此，即使当等离子体P喷射到物体的平面上、该物体与等离子体出口12隔开的照射距离增加时，或者所要处理物体8的表面有凸面形状时，如图14A所示，通过使用管状容器1在那些物体上均匀地进行等离子体处理是可能的。在管状容器的内表面上形成的表面粗糙区16的数量，表面积和位置可以根据物体表面的形状有选择地来确定。
(e)作为具有处理效果均匀装置的管状容器1，优选的作法是使用这样的管状容器，垂直于它的轴向有一个横截面形状，使得从等离子体出口喷射出的流光产生气有一个根据所要处理物体表面的不均匀度来决定的流速分布。
例如，如图15A和15B所示管状容器1，该管状容器的狭缝宽度“SW”在管状容器侧向延长横截面的侧向方向从相对的两端到中心增加。在这种情况下，由于流光产生气很容易地流向具有小阻力的区域，在等离子体出口12的侧向中心的流速比侧面相对端的流速高，侧向中心具有最大的狭缝宽度而侧面相对的端点具有最小的狭缝宽度。因此，当等离子体从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的一个平面上时，从等离子体出口12的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平面上所需要的时间比从等离子体出口的侧面相对端点喷射的等离子体到达物体的平面上所需要的时间短。因此，即使当所要处理物体8的表面有凹面形状时，如图15A所示，通过使用管状容器1在那些物体上均匀地进行等离子体处理是可能的。图15C到15F所示的是根据本发明的另一个优选实施例的管状容器的横截面形状。
(f)作为具有处理效果均匀装置的管状容器1，优选的作法是使用这样的管状容器，它由一对等腰梯形形状的前后壁13，14和一对矩形的侧壁15构成，从而可以使垂直于管状容器的轴向的横截面积朝向等离子体出口12逐渐减少，并且在管状容器的轴向和侧壁之间的角度范围在2-30度之间。
图16A所示的是管状容器1的一个优选实施例。在这种情况下，流光产生气从气体进口10径向流到下游，如图16B箭头所示那样。沿着侧壁15的内表面流向等离子体出口12的气流成分在侧壁倾斜的角度的影响下集中起来。也就是等离子体出口12侧向相对端的流速高于侧向中心的。因此当等离子体从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的平面上时，从等离子体出口12的侧面相对端喷射的等离子体到达物体的平坦表面上所需要的时间比从等离子体出口的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平坦表面上所需要的时间短。因此，即使当等离子体喷射到物体的平面上、该物体等离子体出口12隔开的照射距离增加时，或者所要处理物体8的表面有凸面形状时，如图16A所示，通过使用管状容器1在那些物体上均匀地进行等离子体处理是可能的。
在管状容器侧向延长横截面的侧向上等离子体喷射流的流速分布可以通过改变侧壁15的倾斜的角度θ来控制，如图16B所示。如上面所述那样，为了增加等离子体出口12侧向相对端的流速，最好设置角度θ在2-30度的范围内。当角度θ小于2度时，集中沿着侧壁15的内表面流动的气流成分的效果可能减少，因此不能在等离子体出口12侧向相对端得到足够大的流速。另一方面，当角度θ大于30度时，放电空间的体积增加。因此需要增加流光产生气的供应量。这将带来等离子体处理的运行成本的增加。从这点看，最好使用30度角或更小的角度。
这个实施例的管状容器1表现出一个附加的优点，就是可防止等离子体喷射和物体8之间的电弧放电的出现。因此，当给由导电材料组成的物体进行等离子体处理时，使用这种管状容器是特别优选的。当管状容器里出现高亮度表面放电时，电弧放电容易出现。用来表面放电的结构还没有充分地阐述。在使用如图16A所示的管状容器1的情况下，流光产生气从气体进口10径向传播到管状容器1。当气流成分到达侧壁15的内表面时，气流方向与侧壁(倾斜的壁)的内表面成一角度α。从图16B中很容易理解，角度α大于角度β，角度β是指气流方向和管状容器的一个侧壁(垂直的壁)之间的夹角，该管状容器是典型的矩形状，如图14B虚线所示。因此在侧壁15的一个极性表面出现的速度边界层变薄，因此活性成分，特别是产生于极性表面的离子容易流向速度边界层的外部。另外，由于速度边界层是薄的，侧壁15容易通过在速度边界层的外部流动的具有相当高速度的气流进行热交换。因此，相信在图16A所示管状容器里难于产生表面放电，因为在速度边界层里离子密度减少，并且因为侧壁15通过热交换的冷却，所以可以有效地防止电弧放电的出现。
(g)作为具有处理效果均匀装置的管状容器1，优选的作法是，使管状容器的侧向延长横截面在朝向侧向相对端的宽度大于侧向中心的宽度，并且中心的宽度(SWC)和相对端的宽度(SWE)之间的比例是0.8≤SWC/SWE＜1。
图17A和17B是这种管状容器的优选实施例。在这种情况下，流光产生气很容易地流向管状容器里具有小阻力的区域，在等离子体出口12的侧面相对端的流速比侧向中心上的高。因此，当等离子体从该管状容器的等离子体出口12喷射到物体8的一个平面上时，从等离子体出口12的侧面相对端喷射的等离子体到达物体的平坦表面上所需要的时间比从等离子体出口的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平坦表面所需要的时间短。因此，即使当等离子体喷射到物体的平坦表面上、该物体与等离子体出口12的照射距离增加时，或者所要处理物体8的表面有凸面形状时，如图17A所示，通过使用管状容器1在那些物体上可均匀地进行等离子体处理。
这样，上面描述的处理效果均匀装置有效地促进了对物体的等离子体处理效果的均匀性，除了本发明的等离子体处理设备之外，对能够使用产生于等离子体产生室的等离子体喷射流处理物体的其它等离子体处理设备也是有效的，而不管等离子体产生设备的种类和条件有任何变化。
顺便提一下，当上面解释的作为等离子体均匀装置的湍流产生部件6放在管状容器1的适当位置时，它也可以作为处理效果均匀装置来工作。也就是，当湍流产生部件6放在相对的侧壁15之间的大体中心位置和管状容器1里气体进口10与放电空间7之间时，如图7所示，在等离子体出口12的侧面相对端的流速比侧向中心的流速高。因此，从等离子体出口12的侧面相对端喷射的等离子体到达物体的平坦表面所需要的时间比从等离子体出口的侧面中心喷射的等离子体到达物体的平坦表面所需要的时间短。因此，即使当所要处理物体8的表面有凸面形状时，如图7所示，通过使用管状容器1可以在那些物体上均匀地进行等离子体处理是可能的。
优选地，本发明等离子体处理设备包括一个顶盖50，它可拆卸地附加在管状容器1的具有气体进口10的顶部。也就是如图18所示，顶盖50主要由一个圆柱形部分51构成，它具有气体引入管53在其顶部，和一个聚焦部分52用来耦合圆柱形部分51和气体进口10，并通过气体进口10提供一种聚集气流到管状容器1里。顶盖50也可以整体地与管状容器1做到一起。
当使用顶盖50时，流光产生气通过气体引入管52提供给顶盖，然后通过气体进口从顶盖送到管状容器。在这种情况下，由于流光产生气的流量在它引入管状容器1之前得到校正，所以可有效地给管状容器提供稳定流量的流光产生气，这样，流光产生气的流速分布是相对于管状容器的轴线对称的。这使等离子体处理效果的均匀性进一步提高。
顶盖50并不局限于图18所示的形状。顶盖可以是这样一种结构，使得不需要的流光产生气的流速分布在它传入气体进口10之前不出现，并且可以防止气体进口附近的流光产生气的流速的减少。如果必要的话，顶盖对于上面参考


的每一种等离子体处理设备都是有效的。
还是优选地，本发明等离子体处理设备包括一个等离子体点火装置，用来启动管状容器里多种流光的产生。在使用大气压或接近于大气压下产生的等离子体的等离子体处理设备里，启动等离子体需要通过电极给放电空间7提供一个相当大的电压(约1KV或更大)。另外，由于一种高频，例如13.56MHz，被用做给放电空间供电的电源的频率，在电源4和放电空间7(等离子体产生区)之间需要阻抗匹配。因此，当一个高压提供给电极2来启动等离子体处理设备时，在一个阻抗匹配的装置里的一个可变电容器里可能产生电弧放电。在这种情况下，有一种可能性就是等离子体处理设备不能快速响应启动。
在本发明里，高压脉冲产生器60最好用作等离子体点火设备，它设置在等离子体出口12的附近。产生器60包括一个内设的高压脉冲产生电路和一个发射电极61用来发射由产生电路产生的高压脉冲。发射电极61可以使用与电极2，3相同的材料制成，并具有一个尖端用来加强高压脉冲的发射。另外，等离子体点火设备最好包括一个移动单元(没画出)，用来允许发射电极61在工作位置和休息位置之间移动；在工作位置，发射电极的尖端直接定位在等离子体出口12的下面(下游)；在休息位置，发射电极从工作位离开。例如，一个气缸可以用做移动单元。
为了启动等离子体，在流光产生气引入管状容器里并且AC电压或脉冲电压加到放电空间7上的条件下，发射电极61移动到工作位置，接着从发射电极上发射高压脉冲。在等离子体启动后，发射电极61从工作位置移走，以进行等离子体处理。高压脉冲的大小可以根据流光产生气的种类来确定。例如，通过使用电源4，高压脉冲的大小最好是供给电极2的电压大小的三倍或更多。高压脉冲产生时间可以自由选择。这样，通过使用高压脉冲产生器60作为等离子体点火设备，快速可靠地启动等离子体是可能的，并且可以防止由给电极2提供高压而产生的电弧放电。
如图20所示，还是优选的，使用一个光源70，例如紫外灯，作为等离子体点火设备。光源70提供一种能量光，比如紫外线光可以启动放电空间7里的等离子体。在这个实施例里，光源70作成圆柱形并且设置在毗邻电极2，3和水平于管状容器1延长横截面的侧向方向的位置，如图20所示。因此，要启动等离子体，在流光产生气引入管状容器里和AC电压或脉冲电压加到放电空间7的条件下，通过电极2，3之间的间隙，能量光照射到管状容器1里的放电空间7上。
接着，在下面详细叙述本发明的一种等离子体处理方法。不必说，上面描述的等离子体处理设备最好用来实现等离子体处理方法。然而，等离子体处理方法不一定必须使用本发明的设备。也就是，当等离子体处理设备至少有一个管状容器，在它里面确定了一个放电空间，一对电极，一个气体供应单元用来提供流光产生气，和一个电源用来给电极之间提供高频电压在管状容器里产生多种流光，根据下面的方法，使用由多种流光构成的等离子体以高处理速度均匀处理物体就是可能的。
首先，流光产生气提供给管状容器1。正如上面描述那样，管状容器1是用电绝缘体材料制成的并且具有侧向延长横截面，在它的一端有气体进口10而在另一端有等离子体出口12。
作为流光产生气，最好使用一种包含气体的稀有气体。作为稀有气体，可能使用氩，氦，氖，氪或者它们的混合物。特别优选的是使用氩或氩氦混合物。氩有一个优点就是氩原子比氦原子更容易离子化。当使用主要由氩组成的流光产生气时，可以有效地增加流光产生量和提高处理速度。另外，使用氩作为主要成分是从等离子体处理方法的运行成本考虑的。
在流光产生气里氩的含量优选的是30vol％或更多并，且更加优选的是50vol％或更多。当氩的含量是30vol％或更多时，可靠地完成多种流光的同时产生是可能的。本发明不禁止使用完全由氩组成的流光产生气。但不推荐这种使用，因为电弧放电出现的可能性增加。电弧放电有可能给物体带来严重的破坏。在这种情况下，推荐使用氩和少量别的稀有气体的混合气。特别优选的是使用氩和少量氦的混合气。这种混合气的使用对用等离子体处理具有导电性物体特别有效。具体地讲，等离子体产生气中氦的含量是3vol％或更多。当氦的含量少于3vol％时，不能充分得到抑制电弧放电的效果。通过增加物体8和管状容器1之间的距离或降低给放电空间7供电的电功率可以抑制电弧放电的出现。但这使处理速度产生相当大的减少。因此，使用包含3vol％或更多氦的等离子体产生气在不降低处理速度的前提下抑制电弧放电的出现是有用的。从大量流光同时产生的观点看，最好设置氦含量的上限到50vol％。
另外，作为流光产生气，根据处理的目的可以使用稀有气体和至少一种反应气的混合气。例如，在从所要处理的物体上移走不相关的外来物质(例如有机物质)、剥去保护膜、或实现有机膜的表面改性的情况下，可能使用一种氧化气例如氧气，空气，CO2，N2O作为反应气。为了有效地进行等离子体处理，流光产生气里的通过了氧气转化的氧化气的含量最好是1vol％或更多。另一方面，氧化气含量的上限不限定。然而，例如，从大量流光的同时产生的观点看，设置氧化气的含量的上限为10vol％是可能的。也就是，当流光产生气过多地包含氧化气例如氧气时，有这种可能性，就是等离子体的稳定性降低并且最坏的是等离子体消失。那是因为氧气容易变成负离子，例如O-和O2-，并且有一个反应发生。
另一方面，在减少包含在物体里的金属氧化物的情况下，可能使用一种还原气例如氢气作为反应气。在这种情况下，流光产生气里还原气的含量优选的是1vol％或更多，以促进还原处理。还原气含量的上限不限定。然而，例如，为了安全把还原气含量的上限可能设定到10vol％。另外，即使当使用过多地包含还原气的流光产生气时，还原效果是饱和的。
接着，在大气压或接近于大气压下，例如93.3-106.7kPa(＝700-800托)，在管状容器里通过给一对电极之间提供AC电压或脉冲电压使得电力线大体上在管状容器的轴向上，从而可以产生流光产生气的多种流光。
在使用AC电源的情况下，给放电空间7供电的AC电压的频率最好是在1kHz到200MHz范围之内。当频率小于1kHz时，由于放电稳定性的减少，处理效率逐渐地降低。当频率高于200MHz时，由于等离子体温度的增加，管状容器1或者电极2，3的寿命可能减少。另外，有这种可能性，就是物体受到热损伤。
在使用脉冲电源的情况下，给放电空间供电的脉冲电压的频率优选的是在0.5kHz到200MHz范围之内，更加优选的是在1kHz到200kHz范围之内。当频率不在上面的范围时，在使用AC电源时描述的同样的困难可能出现。另外脉冲电压的上升时间最好是100μsec或更少。当上升时间大于100μsec时，在放电空间里得到足够大的等离子体密度是困难的。在这种情况下，等离子体处理效率降低。上升时间的下限没有特别限定。在目前的环境下，约40nsec(纳秒)可用做上升时间的下限。如果能实现短于40nsec的上升时间，最好使用短于40nsec的上升时间。脉冲电场强度在1-150kV/cm也是优选的。
另外，提供给放电空间7的电功率密度(＝提供的电功率/放电空间的体积；W/cm3)最好是在20-3500W/cm3的范围之内。当电功率密度小于20W/cm3时，完成大量的流光的同时产生可能是困难的。当电功率密度大于3500W/cm3时，放电的稳定性降低。
接着，在管状容器侧向延长横截面的侧向方向使多种流光变得均匀，以便在管状容器里得到等离子体。
作为本发明的发明人认真研究和开发的结果，已经发现，当流光产生气在非放电的状态下提供到管状容器里以使该流光产生气的流量是1700雷诺氏数(Re)或更多时，多种流光在侧向上可以均匀地分布。在这种情况下，每种流光不能在它的产生地点保持一段延续的时间。换句话说，正如后面详述的那样，每一种流光的产生地点在侧向上不断地变化，因此由多种流光构成的等离子体整体变得均匀。
雷诺氏数(Re)表示流体的一但无量纲参数，它用下面的等式(1)表示Re＝uD/ν＝ρuD/μ这里的“ρ”是流光产生气的密度；“u”是非放电的状况下放电空间的上端部分的流光产生气的平均速度，它是由供给放电空间的气流总量“Q”去除放电空间顶端部分的横截面积“S”得到的；“D”是放电空间顶端宽度；“ν”是流光产生气的运动粘度系数；和“μ”是流光产生气的粘度系数。
因此，在管状容器的狭缝宽度是一个常量情况下，雷诺氏数随着平均速度“u”的增加而增加，或者随运动粘度系数“ν”的减小而增加。当雷诺氏数(Re)是1700或更多时，在管状容器里产生大量的流光产生气的湍流成分，用来提高流光的分布均匀性。
要得到1700或更多雷诺氏数(Re)，例如，在管状容器里流光提供产生气，该流光产生气在管状容器的轴向上的流速最好是5m/sec或更多。在这种情况下，即使当流光产生气里的氩含量很高时，也就是，运动粘度系数是一个大值时，湍流成分可能很容易产生。流速的上限没有限定。然而，例如，从产生等离子体的稳定性的观点看，可能设置流速的上限到40m/sec。
为了对本发明更好地理解，讨论在侧向上使多种流光均匀的等离子体均匀步骤的存在与否的对比是有用的。图21A到图21J是没有等离子体均匀步骤的情况下在管状容器里产生多种流光的照片，该照片是从电极2，3之间的间隙每1/30秒连续拍摄得到。
在这种情况下，具有高亮度的流光产生区从流光非产生区清楚地区分出来，每个流光非产生区是相邻的流光产生区之间的一个暗区。在侧向方向(图21A到图21J里的水平方向)多种流光不能变得均匀。另外，流光的不均匀分布事实上不随时间而改变，如这些照片所示。相信这是出于下面的原因。也就是，当在由绝缘体材料制作的管状容器里产生流光且流光与电力线平行时，面向流光的绝缘体材料(管状容器的内表面)的表面温度增加，从而使次级电子很容易从绝缘体材料中发射出来。因此对应的流光的增长在射出的次级电子的帮助下得到加强。此时，当流光产生气仅仅在大致与电力线平行的方向流动并且在不同方向上不存在气流成分时，仅仅在已产生的流光的附近出现电子雪崩。因此流光的产生地点和非产生地点的分布得以随着时间稳定保持，并且每一种流光仍然位于产生地点。
当使用由不均匀分布的多种流光构成的等离子体来进行等离子体表面处理时，直接在流光产生地点下放置的物体表面区是以高处理速度进行处理的。然而，直接放在流光非产生地点下的物体表面区实际上也得到了处理效果。因此，在管状容器的侧向方向，处理效果有相当大的差异。这样的处理不能达到实用的状态。
另一方面，图22A到图22J是通过进行等离子体均匀步骤在管状容器里产生的多种流光的照片，该照片是在与上面相同的照相角度每1/30秒连续拍摄得到的。如这些照片所示，流光的产生量增加，结果流光产生地点和流光非产生地点之间的差异变得非常小。与上面的情况相比时，在侧向方向(图22A到图22J里的水平方向)多种流光的分布均匀性得到显著的的高。换句话说，通过执行本发明的等离子体均匀步骤和/或使用本发明的具有等离子体均匀装置的等离子体处理设备，在放电空间里流光的产生与消失在很短的时间被诱发，因此侧向方向的多种流光的分布整体上变得均匀。例如，6或7个流光的产生与消失在几百微秒和几毫秒之间的时间段里重复。由于流光亮线的位置随着时间变化，在长的时间范围内流光是一种空间均匀的稳定放电。
另外，讨论一下用来使流光在侧向上均匀的机制。正如上面叙述的那样，当在管状容器里产生的流光产生气的湍流成分至少在放电空间的一部分发生重叠时，有可能获得使流光在侧向方向均匀的效果。当湍流成分到达放电空间时，具有除与电力线大致平行的方向以外的随机方向的气流成分出现在放电空间里。在这些气流成分的帮助下，产生的活性成分、特别是离子能够在放电空间里自由移动。因此，在放电空间里电子雪崩随机发生。因此严格地讲，流光产生地点侧向方向的分布无休止地变化，并且大部分流光不能停留在同样的产生地点保持一段延续的时间。这就导致侧向方向的等离子体整体上的均匀性。
当使用由均匀分布的多种流光构成的等离子体来进行等离子体表面处理时，与使用辉光放电的情况相比，直接放在等离子体下的物体表面区是以比较高的处理速度得以均匀处理。这样，由于侧向方向处理效果的差异大大减小，同时高处理速度得到保持，所以本发明的等离子体处理设备和方法达到实用性的状态。
接着，使用由管状容器的等离子体出口提供的等离子体来处理物体，该等离子体具有帘子形状。
在这一步骤里，在等离子体从等离子体出口喷射到物体上时，物体在输送方向上水平地移动，该方向垂直于管状容器侧向延长横截面的侧向方向。按另一种方式，在喷射等离子体时，管状容器可以水平地移动。另外，当物体或等离子体处理设备在垂直于输送方向的方向进行往复移动时，重复进行等离子体向物体上的喷射，因此可以进一步促进等离子体表面处理的均匀性。而且，当物体的尺寸大于管状容器的长度(L)时，最好使用一种物体移动工具(例如机器人)移动物体使得等离子体均匀地喷射到物体的整个表面。另外，在管状容器的侧向方向移动物体或等离子体处理设备时，有选择地处理物体上的直线区是可能的。在这种情况下，由于等离子体辐射时间增加，处理效果明显得到提高。
下面是本发明的优选实施例。在例1-18和对比例1里，使用1μm厚的一种带有阴性保护膜的硅晶片作为物体。另外，在等离子体出口和物体之间的距离是5mm的情况下，通过在水平方向以10mm/sec的速度移动物体来连续地进行等离子体处理。作为评价，在等离子体处理期间观察放电状态。另外，在等离子体处理后，进行保护摸的腐蚀深度测量，从而可以计算腐蚀深度的平均值。
例1和对比例1在例1里，使用图1中的等离子体处理设备并带有图18里所示的顶盖50。管状容器1是矩形并由1mm厚的石英玻璃做成。狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，40mm和80mm。一对电极2，3之间的距离是5mm。电极2，3中的每一个是由铜制作并在它的外表面有镀金层。另外，电极2，3有一个中空结构，在它里面形成一个冷却水通道。因此，在等离子体处理期间通过这个通道来循环冷却水以便抑制放电空间7的温度过度地增加。电极2连接到电源4上。电极3接地。
在对比例1里，使用一种传统的等离子体处理设备，它使用辉光放电。也就是，如图23所示，该设备大体上与图1所示的设备相同，只是电极2，3是这样设计的，使管状容器1夹在两个电极之间。
在大气压下，通过提供12升/分钟的氦和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率1000W)给放电空间7，产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体。在例1里，为了使得流光均匀，流光产生气是以在管状容器的轴向方向5m/sec或更大(计算值5.17m/sec)的流速提供给管状容器1，并且管状容器1的狭缝宽度为1mm用来作为等离子体均匀装置。
如表1所示，当进行例1的等离子体处理时，在管状容器侧向延长横截面的侧向方向多种流光在放电空间里均匀地产生。在对比例里，在管状容器里产生辉光放电。另外，例1中的腐蚀深度的平均值比对比例1大的多。这意味着，与使用辉光放电的等离子体处理相比，使用例1中的流光的等离子体处理可以以高处理速度有效地处理物体。
表1
例2-5在这些例子中使用的等离子体处理设备大体上与例1中使用的设备相同，只是狭缝宽度、狭缝长度、和管状容器1的高度分别是1mm、56mm、和80mm，管状容器的气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm，如图3所示。
在大气压下，通过提供12升/分钟的稀有气体和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。作为稀有气体，在例2里只有氩用，具有不同组成的氩氦混合物用在例3-5里，如表2所示。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。在这些例子里，为了使得流光均匀，具有宽度为1mm狭缝的管状容器和气体进口10用作等离子体均匀装置，进口的孔面积(16mm2)比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积(56mm2)小。
如表2所示，因为流光产生气里的氩含量增加，所以有一个处理速度增加的趋势。这是因为流光产生量的增加与氩含量成比例。这样，流光产生量和腐蚀处理效果之间有直接的联系。另外，随着氩含量增加，腐蚀处理的均匀性得到提高。
表2
例6-8除了下面的特征，在这些例子中使用的等离子体处理设备大体上与例1中使用的设备相同。也就是，狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm，管状容器的气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm，如图3所示。在每个例子中，电极2，3之间的距离(D)是确定的，如表3所示。
在大气压下，通过提供2升/分钟的氦，10升/分钟的氩和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功600W)给放电空间7，产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。在这些例子里，为了使得流光均匀，具有宽度为1mm狭缝的管状容器和比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积(56mm2)小的孔面积(16mm2)用做等离子体均匀装置。
如从表3可知，在例6里(d＝5mm)，在放电空间7的侧向方向均匀地产生大量的流光。另外，腐蚀深度的差异明显地减少。因此可以肯定，腐蚀处理的进行具有很高的可靠性。在例7里(d＝1mm)，启动流光产生时，火花放电经常出现在管状容器的外部和电极2，3之间。另一方面，在例8里(d＝20mm)，有一种情况就是流光难以产生。
表3
例9-11在这些例子中使用的等离子体处理设备大体上与例1中使用的设备相同，只是狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm。
在大气压下，通过提供一种氦、氩和氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。例9-11中每个例子的氦，氩和氧气的供应量如表4中所示。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。在这些例子里，为了使得流光均匀，在非放电的状况下将流光产生气供给管状容器，管状容器里的流光产生气具有1700雷诺氏数(Re)或更多的流量(例10-11)，并且具有宽度为1mm狭缝的管状容器(例9-11)用做等离子体均匀装置。
关于例9-11，除了腐蚀深度的平均值外，通过计算腐蚀深度最大量和最小量之间的差，并由腐蚀深度的平均值去除这个差，得到腐蚀深度的变化范围(％)。而且，雷诺氏数(Re)是通过方程(1)计算的。这些结果在表4中给出。
表4表示腐蚀深度的变化范围随着雷诺氏数(Re)增加而变窄。另外，有一个趋势，就是腐蚀速度的增加与等离子体产生气的总流量成比例。例11的等离子体有超过1700的大的雷诺氏数，这可以通过控制流光产生气的流量和成分得到，它的放电情况说明比较大的流光量在管状容器的侧向方向产生，如图22A-22J所示。另一方面，在例9里，虽然等离子体的均匀性相当好，但流光产生量减少。可以推断，流光产生量的减少导致腐蚀深度有相当大的减少。
表4
例12-14在这些例子中使用的等离子体处理设备大体上与例1中使用的设备相同，只是狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是在表5中所列的值，30mm和80mm，气体进口10的孔宽和孔长分别是与狭缝宽度相同的值和8.5mm。
在大气压下，通过提供1升/分钟的氦，5升/分钟的氩和0.2升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。在这些例子里，为了使得流光均匀，具有宽度为1mm狭缝(例13)和气体进口10的管状容器1的用做等离子体均匀装置，该气体进口具有和比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积(例1215mm2，例1330mm2，例14210mm2)小的孔面积(例124.25mm2，例138.5mm2，例1459.5mm2)。
等离子体处理后，确定腐蚀深度的平均值和腐蚀深度的变化范围(％)。通过计算腐蚀深度最大量和最小量之间的差，并由腐蚀深度的平均值去除这个差，得到腐蚀深度的变化范围。这些结果在表5中给出。
表5
*1非常大＞很大＞大*2非常好＞很好＞好如表5所示，在例12里，处理的均匀性非常好，但是腐蚀深度的平均值是例13的一半。另一方面，在例14里，由于大的狭缝宽度，在管状容器的气体进口，流光产生气的足够大的流速不能通过本例气体供应量达到。因此，由于气体的涡流流量在下游不能充分供应，与例15和16相比，流光产生量减少。另外，电功率密度(＝提供的电功率/放电空间的体积；W/cm3)的减少导致腐蚀深度的平均值的减少。
例15-17在这些例子中使用的等离子体处理设备大体上与例1中使用的设备相同，只是狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm，气体进口10的孔长在表6中列出。
在大气压下，通过提供3.39升/分钟的氦，0.48升/分钟的氩和0.43升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。
在这些例子里，为了使得流光均匀，在非放电的状况下流光产生气供给管状容器，管状容器里的流光产生气具有1700雷诺氏数(Re)或更多的流量(例16-17)，并且具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器(例15-17)用做等离子体均匀装置，该气体进口具有和比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积(56mm2)小的孔面积(例1616mm2，例178mm2)。
等离子体处理后，确定腐蚀深度的平均值和腐蚀深度的变化范围(％)。通过计算腐蚀深度最大量和最小量之间的差，并由腐蚀深度的平均值去除这个差，得到腐蚀深度的变化范围。这些结果在表6中给出。
表6
如表6所示，例15的等离子体处理设备导致腐蚀深度的变化比例17的等离子体处理设备大，在例15里，气体进口10的孔面积与等离子体出口面积相同。在本例的气流量和气体成分的条件下，雷诺氏数(Re)是1093，小于提供充分量的湍流成分所需的雷诺氏数(Re)1700。另一方面，例17的等离子体处理设备导致腐蚀深度的变化比例16的等离子体处理设备大，在这种情况下，由于气体进口10的孔面积比例16的孔面积小，提供给放电空间中心的流光产生气的流速变得非常快。因此，放电空间中心的放电状态的稳定性降低。
例18在例18里，使用图7中的等离子体处理设备并带有图18里所示的顶盖50。管状容器1是一种矩形并由1mm厚的石英玻璃做成。狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm。一对电极2，3之间的距离是5mm。在这个例子里，一种具有三棱镜形状的湍流产生部件6用做等离子体均匀装置。三棱镜底平面是等腰三角形，该三角形底为20mm、高为15mm。湍流产生部件6直接定位于管状容器1气体进口的下面，并且气体进口和湍流产生部件6的一个顶点之间的距离是5mm，湍流产生部件6的底面与管状容器的前后壁13，14平行。等离子体处理设备的别的部件大致与例1中的设备相同。
在大气压下，通过提供3.39升/分钟的氦，0.48升/分钟的氩和0.43升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。在这些例子里，具有宽度为1mm狭缝的管状容器1和湍流产生部件6作等离子体均匀装置。
等离子体处理后，确定腐蚀深度的平均值和腐蚀深度的变化范围(％)。通过计算腐蚀深度最大量和最小量之间的差，并由腐蚀深度的平均值去除这个差，得到腐蚀深度的变化范围。这些结果与例15的结果一起在表7中给出。
表7
如表7所示，当使用具有湍流产生部件的等离子体处理设备时，大量的流光在管状容器里产生并且产生的流光在管状容器的侧向方向均匀地分布。因此，例18的表面处理导致腐蚀深度的变化比例15的表面处理小，在例18里雷诺氏数(Re)是1093。
例19-25在例19里，使用图3中的等离子体处理设备。它大体上与例1中使用的设备相同，只是狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm，气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm。
在例20里，使用图17A的等离子体处理设备大体上与例1中使用的设备相同，只有下面的特征不同。狭缝长度和管状容器1的高度分别是56mm和80mm。该设备具有处理效果均匀装置(g)。也就是，管状容器是由一对具有曲面的前后壁13，14和一对具有平面的侧壁15构成，因此它的侧向延长横截面具有这样一种宽度，在朝向侧向相对端的宽度比在中心的宽度要宽。该管状容器横截面的中心宽度是1mm。横截面的中心宽度(Swc)和相对端的宽度(Swe)之差是45μm。管状容器的气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm。
在例21里，使用图16中的等离子体处理设备，它大体上与例1中使用的设备相同，只有下面的特征不同。狭缝宽度，在气体进口10一边的第一狭缝长度，在等离子体出口12一边的第二狭缝长度，和管状容器1的高度分别是1mm，85mm，56mm和80mm。该装置具有处理效果均匀装置(f)。也就是，管状容器是由一对等腰梯形前后壁13，14和一对矩形侧壁15构成，因此垂直于管状容器的轴向的横截面积朝等离子体出口12方向逐渐递减。管状容器的轴向和侧壁15之间的夹角θ是10.3度。气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和24mm。
在例22里，使用图11中的等离子体处理设备，它大体上与例1中使用的设备相同，只有下面的特征不同。狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm。该设备具有处理效果均匀装置(b)。也就是，管状容器有两个气体进口10，每个进口的孔宽和孔长分别是1mm和8mm。它们相对于管状容器的中心轴线对称。
在例23里，使用图9中的等离子体处理设备，它大体上与例1中使用的设备相同，只有下面的特征不同。狭缝宽度和狭缝长度分别是1mm和56mm。该设备具有处理效果均匀装置(a)。也就是，该管状容器是这样的，管状容器1的高度从等离子体出口12的侧向延长横截面的中心到侧向相对端逐渐增加，如图9所示。管状容器1的高度(HE)和(HC)分别是90mm和80mm。气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm。
在例24里，使用图14中的等离子体处理设备，它大体上与例1中使用的7设备相同，只有下面的特征不同。狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm。该装置具有处理效果均匀装置(d)。也就是，该管状容器有一对表面粗糙区16，在前后壁的内表面上，该粗糙区的水平宽度是10mm，垂直距离是从紧靠气体进口10的下面到紧靠等离子体出口12的上面。表面粗糙区16的平均表面粗糙度约为10μm。气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm。
在例25里，使用图7中的等离子体处理设备，它大体上与例18中使用的设备相同，该设备的等离子体均匀装置作为处理效果均匀装置来工作。
关于例19-25，在大气压下，通过提供1.4升/分钟的氦，7升/分钟的氩和0.28升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。为了使得流光均匀，在例19-23里，具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器用做等离子体均匀装置，该气体进口具有比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积小的孔面积。在例24里，除了有例19里使用的管状容器的特征外，管状容器1有表面粗糙区，通过上面描述的流光产生气的供应量得到具有9370(＞1700)雷诺氏数(Re)的流光产生气的流量。在例25里，管状容器1里设置了湍流产生部件6，并且也用1mm的狭缝宽度。
作为一个要处理的物体，一种具有凸出的横截面的环氧树脂模制品，如图24所示。在等离子体出口和物体之间的距离是5mm的条件下，通过在其轴向方向以100mm/sec的速度移动物体，等离子体处理能够连续地进行。作为评价，测量物体被处理的表面上的波纹接触角。也就是，接触角的测量是在多个位置上进行的，这些位置是在物体上确定的三条线A，B和C上，如图24所示，从而可以计算接触角的平均值。结果如表8所示。在等离子体处理之前，在线A，B和C上测量的接触角的平均值分别是93度(A)，95度(B)和100度(C)。
表8
如表8所示，由不具有处理效果均匀装置的例19中的设备进行的表面处理导致在线B上测的接触角与在线A，C上测的接触角之间有差异。另一方面，在例20-25的每一种表面处理中，由于等离子体处理设备具有处理效果均匀装置，在线A和C上测的波纹接触角的变化范围是窄的。这些结果表明，在给具有图24所示凸起的物体进行等离子体处理的情况下，等离子体处理设备最好具有处理效果均匀装置。
例26-31在例26和29里，使用图3中的等离子体处理设备。它大体上与例2-5中使用的设备相同。在例27和30里，使用图17A中的等离子体处理设备。它大体上与例20中使用的设备相同。在例28和31里，使用图16中的等离子体处理设备。它大体上与例21中使用的设备相同。
关于例26-31中的每一个，在大气压下，通过提供1升/分钟的氦，5升/分钟的氩和0.2升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。为了使得流光均匀，在例26-31里，具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器用做等离子体均匀装置，该气体进口具有比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积小的孔面积。
作为一种物体，一种具有要处理的平坦表面并且宽度为55mm的聚酰亚胺薄膜，如图25所示。在其轴向上以30mm/sec速度卷对卷地移动物体，等离子体处理能够连续地进行。在等离子体出口12和物体8之间的距离(照射距离)在例26-28是2mm，在例29-31是10mm。
等离子体处理后，测量所说物体的被处理的表面上的波纹接触角。也就是，接触角的测量是在多个位置上进行的，这些位置是物体8上确定的三条线A，B和C，如图25所示，从而可以计算接触角的平均值。结果如表9所示。在等离子体处理之前，在线A，B和C上测量的接触角的平均值分别是37度(A)，40度(B)和38度(C)。
表9
如表9所示，在例26里，在线A，C上的波纹接触角的变化最小，但是由于小照射距离(＝2mm)带来的热破坏，可以观察到薄膜的轻微变形。另一方面，在例29中，由于等离子体处理设备不具有处理效果均匀装置并且照射距离是10mm，所以出现一个相当宽的波纹接触角的变化范围。在例27，28，30和31中，由于等离子体处理设备具有处理效果均匀装置，即使当照射距离是10mm时，也将得到一个窄的波纹接触角的变化范围。特别是在例30和31中，在薄膜变形不出现的情况下，变化最小。这样，可以肯定，使用具有处理效果均匀装置的管状容器可以在物体上有效地均匀地进行等离子体处理。
例32在这个例子里，使用图3中的等离子体处理设备。它大体上与例2-5中使用的设备相同。
在大气压下，通过提供2升/分钟的氦，10升/分钟的氩和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。为了使得流光均匀，具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器用做等离子体均匀装置，该气体进口具有比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积(56mm2)小的孔面积(16mm2)。
作为一种物体，使用一种具有焊盘的电路板，它是通过在氧化铝衬底上网版印刷一种含有银糊剂的钯并进行脱脂、烧结该印刷的衬底而制成。在等离子体出口12和物体8之间的距离(照射距离)是5mm的条件下，在与管状容器的侧向延长横截面的侧向方向成45度角的方向以5mm/sec速度移动物体，等离子体处理能够成功地进行。
在等离子体处理后，用X射线(XPS)来分析压焊部分。等离子体处理前可以观察到银氧化物的峰值。然而，在等离子体处理后，这些峰值消失。这表示银氧化物可以通过等离子体处理减少。
例33-35在例33和34里，使用图3中的等离子体处理设备。它大体上与例2-5中使用的设备相同。在例35里，使用图16中的等离子体处理设备。它大体上与例21中使用的设备相同。
关于例33-35，在大气压下，通过提供12升/分钟的表10中列出的稀有气体，和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率700W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。为了使得流光均匀，具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器被用做等离子体均匀装置，该气体进口具有比等离子体出口12小的孔面积。
一种铜板作为物体使用，它具有导电性。在等离子体出口12和物体8之间的距离(照射距离)是3mm的条件下，在水平方向上以10mm/sec速度移动物体，等离子体处理能够成功地执行。在等离子体处理期间，可以观察到电弧放电的存在或消失。结果在表10中给出。
表10
如表10所示，在例33里，由于流光产生气中不包含氦，从等离子体出口可以观察到物体和等离子体之间电弧放电。另一方面，在例35里虽然使用不包含氦的流光产生气，但电弧放电不出现。这表示例35中的等离子体处理均匀装置出现抑制电弧放电的效果。
例36在这个例子里，使用一种具有等离子体点火设备的等离子体处理设备，如图20所示。狭缝宽度，狭缝长度和管状容器1的高度分别是1mm，56mm和80mm。管状容器的气体进口10的孔宽和孔长分别是1mm和16mm。另外，在电源4和电极2，3之间设置一个阻抗匹配装置80。而且，一个用来发射紫外光的放电灯例如一个杀菌灯被用作等离子体点火工具。它与电极3的一边平行设置。其它部件与例1的一样。
在大气压下，通过提供2升/分钟的氦，10升/分钟的氩和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个AC电源(频率13.56MHz，提供的电功率400W)给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。为了使得流光均匀，具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器用做等离子体均匀装置，该气体进口具有比等离子体出口12小的孔面积。
当放电灯70的光照射到放电空间7上时，通过电源4给放电空间7提供3kV电压可以启动放电。另一方面，当不使用杀菌灯70时，一个5kV或更高的高压必须提供给放电空间来启动放电的产生。这些结果表明等离子体点火设备的使用对显著地降低给放电空间提供的电压是有效的。也就是，在使用电源4给电极2，3提供AC或脉冲电压的条件下，通过给放电空间7照射杀菌灯70的紫外光，增加放电空间里电子的数量是可能的。因此，在放电空间里火花放电很容易产生。火花放电的产生诱导流光的点火。
例37在这个例子里，使用图16中的等离子体处理设备。它大体上与例21中使用的设备相同。
在大气压下，通过提供2升/分钟的氦，10升/分钟的氩和0.4升/分钟的氧气的混合气作为进入到管状容器的流光产生气，并且提供一个下面描述的脉冲电压给放电空间7，从而可以产生由多种流光构成的等离子体。使用从等离子体出口12喷射的具有帘子形状的等离子体来处理物体8。为了使得流光均匀，在管状容器的轴向上以5m/sec或更大的流速给管状容器提供流光产生气。并且具有宽度为1mm狭缝和气体进口10的管状容器用做等离子体均匀装置，该气体进口具有比紧靠着管状容器的气体进口下方的横截面积(85mm2)小的孔面积(24mm2)。
图26是提供的脉冲电压的波形。脉冲电压的频率(fr)和周期(T)是120kHz和8.3μsec。另外，上升时间(tr)，脉冲宽度(tp)和峰-峰电压(vpp)分别是70nsec，280nsec和5.5kV。
使用一种具有1μm厚的阴性保护摸的硅晶片作为物体。在等离子体处理后，完成保护摸的腐蚀深度的测量。腐蚀深度的平均值是450。
正如上面叙述那样，本发明已经在使用由多种流光组成的等离子体以高处理速度均匀处理物体方面取得成功。也就是，通过使用具有等离子体均匀装置的等离子体处理设备和/或执行由本发明的等离子体均匀步骤构成的等离子体处理方法，使得产生于管状容器里的多种流光在管状容器的侧向延长横截面的侧向方向变得均匀是可能的。
因此，本发明的等离子体处理设备和方法有利于从要处理的物体上去除杂质例如有机物质，剥去抗蚀剂，提高有机膜的附着，实现表面改性，薄膜形成，腐蚀处理，还原金属氧化物，或清洁液晶的玻璃基片。特别是，本发明的等离子体处理设备和方法最好用来对电子元件和半导体元件进行表面清洁或表面改性，在半导体制作过程，电子元件和半导体元件是需要精确连接的。
权利要求
1.一种使用等离子体(P)处理物体(8)的等离子体处理设备，其特征在于包括一个由电绝缘材料制作的管状容器(1)，它有一个侧向延长横截面，在它的一端有一个气体进口(10)，在另一端有一个等离子体出口(12)；一对电极(2，3)，它是这样排列的，当AC电压和脉冲电压中的一种供应到所述电极之间时，电力线大体上生成在所述管状容器的轴向方向上；一个气体供应源，用来通过所述气体进口给所述管状容器提供一种流光产生气；一个电源(4)，用来给所述电极之间提供所述AC电压或脉冲电压之一来在所述管状容器里产生所述气体的多种流光；和一种等离子体均匀装置，用来使多种流光在所述管状容器侧向延长横截面的侧向方向变得上均匀，以便从所述等离子体出口提供所述等离子体。
2.根据权利要求1所述等离子体处理设备，其特征在于所述等离子体均匀装置通过所述管状容器(1)来提供，所述管状容器的所述气体进口的孔面积(S2)小于紧靠所述气体进口下面的横截面积(S1)。
3.根据权利要求1所述等离子体处理设备，其特征在于所述等离子体均匀装置是一个定位于所述管状容器里的湍流产生部件(6)，它有一个能使所述管状容器里的所述流光产生气产生湍流的形状。
4.根据权利要求1所述等离子体处理设备，其特征在于所述等离子体均匀装置由所述管状容器(1)提供，所述管状容器的侧向延长横截面有一个1-5mm的内部宽度。
5.根据权利要求1所述等离子体处理设备，其特征在于所述的电极是一对环形电极(2，3)，它们围绕着所述管状容器排列并且环形电极中的一个与另一个在所述管状容器的轴向方向隔开的距离(D)是2mm或更大并小于20mm。
6.根据权利要求1所述等离子体处理设备，其特征在于包含一个处理效果均匀装置来促进所述物体上的等离子体处理效果的均匀性。
7.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述处理效果均匀装置由所述管状容器(1)提供，所述管状容器的高度(H)在所述管状容器的侧向延长横截面的所述侧向方向的改变与所述物体要处理的表面不匀度有关。
8.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述处理效果均匀装置由所述管状容器(1)提供，它具有至少两个所述气体进口(10)，从所述等离子体出口喷射的所述流光产生气有一个根据所述物体要处理的表面不匀度来确定的流速分布。
9.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述处理效果均匀装置由所述管状容器提供，垂直于所述管状容器的轴向的横截面积在它的轴向方向有所变化。
10.根据权利要求9所述等离子体处理设备，其特征在于所述管状容器是由一对具有等腰梯形形状的前后壁和一对侧壁构成的。
11.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述处理效果均匀装置由所述管状容器(1)提供，在它的内表面上形成一个表面粗糙区(16)，从所述等离子体出口喷射的所述流光产生气具有一个根据所述物体要处理的表面的不匀度确定的流速分布。
12.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述处理效果均匀装置由所述管状容器提供，它有一个垂直于它的轴向方向的横截面，从所述等离子体出口喷射的所述流光产生气具有一个根据所述物体要处理的表面不匀度确定的流速分布。
13.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述管状容器是由一对具有等腰梯形形状的第一壁和一对具有矩形形状的第二壁构成，因此垂直于所述管状容器的轴向方向的横截面积朝向所述等离子体出口逐渐减小，并且其特征在于所述管状容器的轴向方向和所述第二壁之间的夹角在2-30度范围内。
14.根据权利要求6所述等离子体处理设备，其特征在于所述管状容器的侧向延长横截面具有一定的宽度，朝向侧向方向的相对端的宽度比在中心的宽度要宽，中心宽度(SWC)和端点宽度(SWE)的比是0.8≤SWC/SWE＜1。
15.根据权利要求1所述等离子体处理设备，其特征在于包括一个等离子体点火设备(60，70)，用来启动所述管状容器里的多种流光的产生。
16.一种等离子体处理方法，其特征在于包括下面步骤给管状容器(1)里提供流光产生气，该管状容器由电绝缘材料做成并具有一个侧向延长横截面，在它的一端有一个气体进口(10)而在另一端有一个等离子体出口(12)；在大气压或接近于大气压下，通过给一对电极(2，3)之间供应AC电压和脉冲电压中的一种来在所述管状容器里产生多种流光，所述电极是这样设计的，电力线大致生成在管状容器的轴向方向；在所述管状容器的侧向延长横截面的侧向方向，均匀分布多种流光以在所述管状容器里得到等离子体；并且使用从所述管状容器的所述等离子体出口提供的所述等离子体(P)来处理物体(8)。
17.根据权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于所述使多种流光均匀的步骤是通过给所述管状容器里提供所述流光产生气来完成的，在非放电的情况下所述管状容器里所述流光产生气的流量是1700或更多雷诺氏数(Re)。
18.根据权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于所述使多种流光均匀的步骤是通过给所述管状容器里提供所述流光产生气来完成的，所述流光产生气在所述管状容器的轴向方向的流速是5m/sec或更大。
19.根据权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于流光产生气包含一种稀有气体。
20.根据权利要求19所述的等离子体处理方法，其特征在于所述稀有气体是氩。
21.根据权利要求20所述的等离子体处理方法，其特征在于所述流光产生气包含30％vol或更多的氩。
22.根据权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于所述流光产生气包含1％vol或更多的通过氧气转换的氧化气。
23.根据权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于所述流光产生气包含1％vol或更多的氢气。
24.根据权利要求16所述的等离子体处理方法，其特征在于所述流光产生气包含3％vol或更多的氦气。
25.一种使用等离子体处理物体的等离子体处理设备，其特征在于包括一个由电绝缘材料制作的管状容器(1)，在它的一端有一个气体进口(10)，在另一端有一个等离子体出口(12)；一对电极(2，3)；一个气体供应源，用来通过所述气体进口给所述管状容器提供等离子体产生气；一个电源(4)，用来给所述电极之间提供AC电压或脉冲电压来在所述管状容器里产生所述气体的等离子体；和一个处理效果均匀装置，用来促进所述物体上的等离子体处理效果的均匀性。
26.一种使用等离子体处理物体的等离子体处理设备，它可以通过以下所述得到在大气压或接近于大气压下，在管状容器里产生流光产生气的多种流光，和使多种流光在垂直于所述管状容器的轴向方向变得均匀。
全文摘要
提供一种等离子体处理设备和一种等离子体处理方法,使用等离子体以高速均匀地处理物体。它包括:一个具有侧向延长横截面的管状容器;一对电极,当AC电压或脉冲电压之一加到电极之间时,电力线大体上在管状容器的轴向;一个气体供应源,用来给管状容器提供流光产生气;一个电源,用来给电极之间提供电压以在管状容器里产生气体的多种流光;和一个等离子体均匀装置,用来使多种流光在管状容器侧向延长横截面的侧向均匀。
文档编号H01J37/32GK1334694SQ01118648
公开日2002年2月6日 申请日期2001年6月6日 优先权日2000年6月6日
发明者山崎圭一, 猪冈结希子, 泽田康志, 田口典幸, 中园佳幸, 仲野章生 申请人:松下电工株式会社