[发明专利]大气等离子体化学平坦化方法及装置

权利要求书

1.一种大气等离子体化学平坦化方法，其特征在于：所述方法在大气压下对氦气等气体放电激发形成等离子体，通过等离子体激发四氟化碳等反应气体生成氟原子等活性反应原子，活性反应原子与工件表面原子发生化学反应生成气态产物，气态产物离开表面实现材料去除，该大气等离子体化学反应过程具有良好的选择性，工件表面上较高形貌的化学反应速率高于较低形貌的化学反应速率，因而表面微观不平度可以进一步降低，且通过过程精确控制可实现化学反应在整个反应界面上的均匀推进(各部分反应特性均一)，因而能够实现全局平坦化，另外，当对局部区域进行针对性放电加工时，也可实现局部平坦化。

2.一种大气等离子体化学平坦化装置，其特征在于：所述加工装置包括氦气瓶(1)、四氟化碳气瓶(2)、氧气瓶(3)、氦气质量流量控制器(4)、四氟化碳质量流量控制器(5)、氧气质量流量控制器(6)、混气阀(7)、进气孔(8)、台座(9)、调整垫片(10)、保持架(11)、水冷电极(12)、成型电极(14)、放电挡板(16)、阻抗匹配器(17)、射频电源(18)、接地线(19)、排气孔(20)、水冷吸附工作台(21)、密封槽(22)、微型真空泵(24)、循环水泵(25)、水槽(26)、定位挡块(27)，水冷电极(12)上设有上端盖(13)，水冷电极(12)设置在成型电极(14)上端面上，水冷电极(12)与成型电极(14)通过螺纹紧密连接后共同设置在保持架(11)内，保持架(11)下端面与成型电极(14)下端面处于同一平面内，放电挡板(16)通过螺纹固定在保持架(11)下端面上，水冷电极(12)、成型电极(14)、放电挡板(16)共同组成组合式电极，台座(9)内设有进气孔(8)和排气孔(20)，保持架(11)放置在台座(9)内，且保持架(11)与台座(9)同轴设置以保持气流缓冲间隙(15)的尺寸均匀，台座(9)与保持架(11)的轴向定位面间设有调整垫片(10)，成型电极(14)下端面须置于进气孔(8)和排气孔(20)下边缘的下方，保持架(11)设置在水冷吸附工作台(21)上端面上，水冷吸附工作台(21)上端面还设有环形密封槽(22)，水冷吸附工作台(21)主要分为两层，上层设有水冷室(21-1)、出水孔(21-2)、进水孔(21-3)，水冷室中部设有密封性良好的吸附孔(21-4)，进水孔(21-3)与循环水泵(25)连接，出水孔(21-2)与水槽(26)连接，循环水泵(25)放置在水槽(26)内，下层为负压气室(21-5)，负压气室(21-5)与吸附孔(21-4)连通，水冷吸附工作台(21)下端面的负压抽气孔与微型真空泵(24)连接，射频电源(18)通过阻抗匹配器(17)与水冷电极(12)连接，接地线(19)与水冷吸附工作台(21)上端面连接形成地电极，射频电源(18)、阻抗匹配器(17)、水冷电极(12)、成型电极(14)、水冷吸附工作台(21)与接地线(19)构成等离子体平板放电回路，氦气瓶(1)、四氟化碳气瓶(2)、氧气瓶(3)分别通过氦气质量流量控制器(4)、四氟化碳质量流量控制器(5)、氧气质量流量控制器(6)与混气阀(7)连接，混气阀(7)出口与进气孔(8)连接，氦气质量流量控制器(4)用于控制氦气流量、四氟化碳质量流量控制器(5)用于控制四氟化碳流量、氧气质量流量控制器(6)用于控制氧气流量。

3.根据权利要求2所述的大气等离子体化学平坦化装置，其特征在于：成型电极下端面与水冷吸附工作台上端面间形成的放电间隙的距离为1-5mm。

4.根据权利要求2、3所述的大气等离子体化学平坦化装置，其特征在于：水冷吸附工作台(21)上端面设有垂直分布的定位挡块(27)。

5.根据权利要求2～4所述的大气等离子体化学平坦化装置，其特征在于：水冷电极(12)的上端盖(13)设有进水孔(13-1)和出水孔(13-2)，进水孔(13-1)与循环水泵(25)连接，出水孔(13-2)与水槽(26)连接。

6.一种利用权利要求1～5中任一权利要求所述的大气等离子体化学平坦化方法，其特征在于平坦化方法步骤如下：

步骤一、将待加工工件置于水冷吸附工作台(21)上端面上，将工件边沿靠紧两定位挡块(27)确定位置，之后启动微型真空泵(24)，借助负压吸附力固定工件。

步骤二、根据放电间隙尺寸要求调整垫片(10)的厚度，将保持架(11)连同组合电极放置于台座(9)的定位面上，并调整和固定相对位置，检查水冷吸附工作台(21)接地是否良好。

步骤三、启动循环水泵(25)，检查水冷电极上端盖(13)、水冷吸附工作台(21)的进、出水口及相关管路是否密封良好。

步骤四、打开氦气质量流量控制器(4)、四氟化碳质量流量控制器(5)、氧气质量流量控制器(6)，打开混气阀(7)，打开氦气瓶(1)、四氟化碳气瓶(2)、氧气瓶(3)，其中氦气为等离子体气体，四氟化碳为反应气体，通过氦气质量流量控制器(4)调节氦气流量为1～10L/min，通过四氟化碳质量流量控制器(5)调节四氟化碳流量为10～200ml/min；

步骤五、打开射频电源(18)、阻抗匹配器(17)，对射频电源(18)逐步增加功率，功率控制范围为50～400瓦，调整阻抗匹配至反射功率为0；

步骤六、控制稳定的等离子体放电至需要的驻留时间，一般为1-15分钟。

步骤七、关闭射频电源(18)、阻抗匹配器(17)，关闭氦气瓶(1)、四氟化碳气瓶(2)、氧气瓶(3)，关闭氦气质量流量控制器(4)、四氟化碳质量流量控制器(5)、氧气质量流量控制器(6)，关闭混气阀(7)，关闭循环水泵(25)，关闭微型真空泵(24)；

步骤八、升起保持架(11)，取出工件。