[发明专利]等离子体处理装置和使用该装置的等离子体产生方法

说明书

本发明涉及用大气压力等离子体来处理对象的等离子体处理装置以及使用该装置的等离子体产生方法。

过去，使用大气压力等离子体进行各种表面处理。例如，日本专利早期公开[KOKAI]2-15171、3-241739和1-306569每篇公开了通过包括一对电极和在反应室中置于其间的介电材料的等离子体处理设备来进行等离子体处理。在这些方法中，将含有以惰性气体如氦或氩为主要成分的产生等离子体的气体输送到室内，通过在电极间提供AC(交流)电场以产生的等离子体来处理对象。

另外，日本专利早期公开[KOKAI]4-358076、3-219082、4-212253、6-108257和11-260597公开了等离子体处理设备，每个都使用在大气压力附近的压力下产生的等离子流。例如，如图8所示，典型的现有技术等离子体处理设备包括反应管2P、供气单元8P、围绕反应管设置的一对第一与第二电极3P，4P、以及通过阻抗匹配单元12P连接到第一电极3P的AC电源11P。第二电极4P接地。

反应管2P在其顶部开口形成气体入口10P、在其底部开口形成等离子体吹放喷嘴1P。标记12P表示阻抗匹配单元12P，它具有可变电容器14P和电感器(未显示)，用于在电源11P和第一与第二电极3P，4P之间的反应管2P中的等离子体产生区域13P之间获得阻抗匹配。

通过使用上述装置，如下进行等离子体处理。首先，从供气单元8P经气体入口10P将产生等离子体的气体送入反应管2P，然后在第一与第二电极3P，4P之间提供AC电场以便在反应管中产生大气压力等离子体。通过从反应管2P喷射的气流状等离子体经吹放喷嘴1P来处理对象。

在这种等离子体处理中，由于使用大气压力等离子体，需要对第一电极3P提供1kV以上的高压以产生等离子体。另外，当电极3P，4P位于反应管2P外侧时，如图8所示，大部分所提供的AC电场释放到周围空间而非反应管的内部，从而需要在放电初始电压中提高电压大小。而且，由于AC电场的典型频率为13．56MHz，从而需要在电源11P和等离子体产生区域13P之间取得阻抗匹配。

所以，当对第一电极3P提供这样的高压以便在反应管2P中产生大气压力的等离子体时，在阻抗匹配单元12P的可变电容器14P如传统的空气电容器中可能出现弧光放电。这种情况下，存在反应管中不能产生等离子体且等离子体处理装置的工作因此中止的缺点。为了解决这个问题，提出使用一种昂贵的阻抗匹配单元，它带有具备高耐受电压的真空电容器。但是，这又出现另一问题，装置的价格性能变差。

鉴于上述观点，本发明的主要目的是提供一种等离子体处理装置，特征是，通过利用点火电极易于启动装置而不使用昂贵的阻抗匹配设备，可在大气压力附近的压力下可靠地产生等离子体。即，本发明的等离子体处理装置包括：具有孔的产生等离子体的室，等离子体从该孔吹出；气体供应，用于将产生等离子体的气体送入室；一对电极；电源，用于在电极之间施加AC电场以维持室内的等离子体；用于提供脉冲电压的脉冲发生器；以及用于对室内所送入的气体施加脉冲电压以产生等离子体的点火电极。

优选地，一对电极接触室的外表面。此时，由于这些电极不曝露于等离子体，可防止等离子体污染电极表面。

优选地，点火电极置于孔的附近。

在本发明的一个优选实施例中，等离子体处理装置包括电极移动单元，用于在第一位置与第二位置之间移动点火电极，在第一位置处点火电极位于孔附近以便对气体提供脉冲电压，在第二位置处点火电极离开孔。此时，由于在等离子体产生之后点火电极可从第一位置移动到第二位置，所以具有点火电极不妨碍等离子体处理的优点。

优选地，点火电极位于室的外侧且邻近由一对电极在室中提供的放电区域。此时，由于点火不曝露于等离子体，所以可防止等离子体污染电极表面。优选地，点火电极接触室的外表面。

在本发明的另一优选实施例中，孔的内侧尺寸在1mm至20mm的范围内。此时，可提高等离子体处理的效率。

本发明的另一目的是提供一种使用上述等离子体处理装置的等离子体产生方法，包括步骤：利用点火电极向大气压力附近的压力下的用于产生等离子体的气体供给脉冲电压，以便在室中产生等离子体。

在等离子体产生方法中，当脉冲发生器提供的脉冲电压大小是加在一对电极之间的电压值的三倍或以上时，可稳定地产生大气压力等离子体。

通过下面对本发明的详细描述和例子，上述和其它目的与优点将变得明显。

图1是按照本发明优选实施例的等离子体处理装置的示意图；