一种大面积均匀微波等离子体清洗机

1.本实用新型属于低温等离子体应用领域，具体涉及一种大面积均匀微波等离子体清洗机。


背景技术：

2.低温等离子体应用技术十分广泛，有电弧焊接、材料表面改性、刻蚀及清洗、等离子体化学气相沉积、溅射等。其同时应用于处理硅、石英和其他如陶瓷或玻璃等特殊材料的关键工艺中。其中等离子体清洗是利用等离子体中的高活性带电粒子通过化学或物理作用对工件表面进行分子水平处理，去除污染物，改善表面性能的工艺过程。根据选择的工艺气体不同，分为化学清洗、物理清洗及物理化学清洗。目前常用的有四种放电激励方式，分别是直流、低频40khz、射频13.56mhz以及微波2.45ghz。这其中，微波等离子体清洗工艺具有无污染利于环保，清洗均匀性好、重复性好、可控性好及方向选择处理等优势，成为芯片集成技术和封装工艺中的优先选择。
3.微波放电等离子体为无极放电，防止了因溅射现象而造成的污染，可以得到非常纯净的等离子体且密度高。适用于高纯度物质的制备和处理，而且工艺效率高，通过设置工艺参数可以控制等离子体的密度和粒子能量来适应不同被清洗组件的工艺要求。同时，可通过设计外部磁场增强等方式进一步提高等离子体均匀性和密度。
4.微波等离子体清洗技术在国外诸多领域已经得到广泛应用，成为许多精密制造行业的必备设备，以美国和德国的生产制造为主。而在国内，微波等离子体清洗技术及设备的研究尚处于起步阶段，尤其是对大面积且均匀性好的微波等离子体放电设备的研制尚有需求。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于克服现有技术的不足，通过设计并排相连阵列天线以及永磁体组件，提供一种大面积均匀微波等离子体清洗机。本实用新型通过设计并排相连阵列天线并同时引入外部永磁体组件，通过磁场增强微波放电方式得到高密度等离子体，利用此天线结构调节微波传输以及与等离子体的相互作用，使得等离子体在放电腔式均匀分布，为微波等离子体清洗技术提供一种大面积均匀等离子体放电设备。
6.本实用新型的技术方案为，一种大面积均匀微波等离子体清洗机，其特征在于：包括有微波传输腔和等离子体放电腔，传输腔外部设有永磁铁组件，放电腔外接真空机组，传输腔与放电腔之间设有石英板隔开；所述的微波传输腔内设有并排相连阵列天线，在左右两侧设置有进气口以及出气口，形成大气压下流动空气散热；同时传输腔两端设有与微波源相连接的同轴线接口；石英玻璃上设置有与放电腔相通的工作气体进气口；所述的等离子体放电腔也作为反应腔体，反应腔体为圆柱体并设有石英观察窗口，充满工作气体；微波源产生的能量由同轴线接口进入微波传输腔，通过并排相连阵列天线在传输腔内传播并透过石英板进入放电腔激发产生高密度等离子体，等离子体与待处理样品发生反应实现样品
清洗。
7.进一步的，所述的并排相连阵列天线为良导体材料，阵列天线间相互连接，弯曲形成s形状。
8.进一步的，所述的永磁铁组件为多块铷铁硼永磁体或铁氧体永磁体组成，用于调节磁场分布。
9.进一步的，所述的微波传输腔及放电腔为无磁或弱磁不锈钢腔体。
10.进一步的，所述的工作气体为惰性气体，或者还原性气体，或者汽化的液体，或者惰性气体与硅烷或烃类气体的混合气体。
11.进一步的，所述的微波电源为磁控管微波源或固态微波源，频率为0.915ghz或者2.45ghz，或2.45
‑
30ghz频段内的频率，同轴线接口尺寸与频率相匹配。
12.进一步的，所述的传输腔与放电腔之间的石英板为馈波窗口，材料为纯度大于99.99％的石英或其他透波材料。
13.进一步的，所述的微波传输腔内为大气压流动空气冷却，放电腔内为低气压工作气体放电，气压为10pa
‑
1000pa。
14.进一步的，所述的等离子体放电腔内内置基片台用于进行薄膜沉积。
15.进一步的，所述的大面积均匀微波等离子体清洗机，用于废气处理，材料表面清洗、镀膜。
16.本实用新型的工作原理是：通过石英板充当馈波窗口，在大气压微波传输腔与低气压等离子体放电腔隔离的同时，实现微波能量馈入激发产生等离子体。通过设计并排相连阵列天线，与在放电腔内石英板表面激发产生的高密度等离子体形成多个类同轴结构，提高微波传输稳定，以及等离子体分布均匀性。传输腔外部设计引入的永磁体组件，通过远场磁场增强等离子体密度，增加电子在有效范围内的碰撞频率，使得等离子体密度得到提高。
17.有益效果：
18.本实用新型采用磁场增强微波放电方式，提高等离子体密度，产生的等离子体纯净无污染；通过设计并排相连阵列天线调节微波能量传输，激发产生大面积高密度等离子体，利用等离子体与微波相互作用实现多个并排类同轴结构，提高等离子体分布均匀性；本实用新型应用范围广，大大降低了低温等离子应用于材料表面处理，材料清洗刻蚀或改性时的设备开发难度，易于实现工业化生产。
附图说明
19.图1大面积均匀微波等离子体清洗机结构示意图；
20.图2大面积均匀微波等离子体清洗机并排相连阵列天线及传输腔示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的具体应用实施方式作进一步描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的应用范围。
22.如图1所示为大面积均匀微波等离子体清洗机结构示意图，包括有微波传输腔2(下简称传输腔)和低气压等离子体放电腔(下简称放电腔)，传输腔外部设有永磁钢组件或
永磁铁组件，放电腔外接真空机组，传输腔与放电腔之间设有石英玻璃板隔开。其中，传输腔内设有并排相连阵列天线1，在左右两侧设置有进气口以及出气口，用于空气的进气和出气。同时，传输腔两端设有与微波源相连接的同轴线接口，石英玻璃板设置有与放电腔相通的工作气体进气口3；放电腔壁设有石英观察窗口。
23.如图2所示为大面积均匀微波等离子体清洗机微波传输腔2和并排相连阵列天线1示意图，其中设有与放电腔连通的工作气体进气口3和4，共4个。如图所示，阵列天线并排排布并弯曲相连，形成s形状，两端连接同轴线接口。
24.根据本实用新型的一个具体实施例：将放电腔体、石英玻璃板、并排相连阵列天线1、微波传输腔2和永磁钢组件以此安装密封后，由机械泵真空机组抽真空，通过进气口3通入氩气工作气体至所需压强；利用空气压缩机由空气进气口、出气口在微波传输腔2中形成流动空气散热，通过同轴线接口与磁控管或固态微波电源相连接，微波能量由两端进入微波传输腔2。微波源产生的电磁波能量经由并排阵列天线1在传输腔2中传播，并穿过石英玻璃板(馈波窗口)进入低气压放电腔激发产生等离子体。高密度等离子体在放电腔内的石英板表面产生，与并排阵列天线形成多个类同轴结构，有助于微波稳定传输，等离子体的大面积均匀分布，在永磁钢组件的磁场增强下，提高等离子体密度，调节等离子体分布均匀性。放电腔内产生的等离子体含有高活性粒子可用于大面积(面积范围200
‑
1000cm2)等离子体清洗、镀膜以及材料表面处理等。
25.本实用新型微波源产生的能量由同轴线接口进入微波传输腔，通过并排相连阵列天线在传输腔内传播并透过石英板进入放电腔激发产生高密度等离子体，等离子体与待处理样品发生反应实现样品清洗。本实用新型通过设计并排相连阵列天线以及永磁铁组件，实现在放电腔内的石英板表面产生高密度等离子体，等离子体与天线形成多个类同轴结构，有助于微波的稳定传输，等离子体的大面积均匀分布，可应用于等离子体清洗，镀膜以及薄膜制备。
26.尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，且应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。