專利名稱：等離子加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子加工設(shè)備，其中加工氣體被引入到放電空間內(nèi)且在基板被進(jìn)行等離子加工。
背景技術(shù)：
其中連接到電源的電極和接地的電極例如以垂直相對的關(guān)系布置，大氣壓力等離子放電空間形成在這些電極之間且基板安放在此放電空間內(nèi)的設(shè)備是已知的(例如，專利文獻(xiàn)1等)。每一個電極的用于限定放電空間的表面為了穩(wěn)定放電的目的設(shè)置有熱噴涂膜，或由固體電介質(zhì)組成的板。通常，電極被牢固地固定到設(shè)備主體的保持器上，從而不會出現(xiàn)咔嗒聲。專利文獻(xiàn)2披露了其中電極由保持器寬松保持的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1日本公開待審的專利申請No.2004-22813專利文獻(xiàn)2日本公開待審的專利申請No.H09-9249
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題在實施等離子加工時，電極易于熱伸長。然而，因為電極的一些伸長變形被設(shè)備主體限制，所以在電極的內(nèi)部出現(xiàn)了熱應(yīng)力，并使得電極彎曲。在固體電介質(zhì)通過熱噴涂與電極一體形成的情況下，由于電極與固體電介質(zhì)之間的線性膨脹系數(shù)差(熱膨脹差)會出現(xiàn)電極的彎曲。
在固體電介質(zhì)為板的形狀、且與電極不是一體時，電極與固體電介質(zhì)之間的熱膨脹差是個大問題。然而，在任何情況下，由于設(shè)備主體施加的限制電極會彎曲。那么，電極與固體電介質(zhì)板之間形成間隙，且在此間隙中出現(xiàn)了電弧放電。
解決問題的手段

為了解決上述問題做出本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種等離子加工的設(shè)備，其中加工氣體被引入到所述設(shè)備與基板之間的放電空間內(nèi)，且加工通道的至少一部分設(shè)置為放電空間，且基板在其內(nèi)進(jìn)行等離子加工。其中所述等離子加工設(shè)備包括加工單元(等離子加工部分)，所述加工單元設(shè)置在基板的上部，并在基板與加工單元之間形成加工通道，所述加工單元包括底部開口的殼體，由殼體以關(guān)閉所述底部的方式支撐的固體電介質(zhì)板，和容納在殼體內(nèi)用于形成放電空間的電極，所述固體電介質(zhì)板具有可以由它自己單獨支撐所述電極的靜重的強(qiáng)度，且所述電極至少在水平的第一方向上是自由的，且以非固定的狀態(tài)放置在所述固體電介質(zhì)板的上表面上，從而所述電極的靜重幾乎全部施加到所述固體電介質(zhì)板上。
在此使用的表達(dá)“以非固定狀態(tài)放置”指下面的狀態(tài)基板僅僅被放置且沒有使用例如粘附、螺釘連接等的固定手段，且可沿著固體電介質(zhì)板的上表面移位。
由于此布置，電極可與固體電介質(zhì)板獨立地自由熱膨脹，且可以防止否則將會由電極與固體電介質(zhì)板之間的熱膨脹差和殼體的限制而引起的彎曲和變形，且另外，通過由電極的靜重引起的推力電極可以恒定地與固體電介質(zhì)板接觸。通過這樣，可以防止在電極與固體電介質(zhì)板之間出現(xiàn)電弧放電。而且，由于固體電介質(zhì)板與電極之間的熱膨脹差引起的熱應(yīng)力，也可以防止在固體電介質(zhì)板上出現(xiàn)，且可以防止固體電介質(zhì)板破裂。
本發(fā)明在電極具有在第一方向延伸的長的形狀的情況下特別有效。在此情況下，電極容納在殼體內(nèi)，從而電極至少在縱向方向上是自由的(可移位的)。
由于此布置，在縱向方向上電極可以可靠地防止由于熱膨脹而彎曲，且可以可靠地維持與固體電介質(zhì)板的接觸狀態(tài)，并且可以可靠地防止電弧放電的出現(xiàn)和固體電介質(zhì)板的破裂。
所述殼體優(yōu)選地設(shè)置有電極限制部分，所述電極限制部分用于具有游隙地限制電極的與縱向方向正交的橫向位置。
由于此布置，電極可以在某種程度上位于橫向方向上，電極被允許在橫向方向上自由熱膨脹，且可以更加可靠地防止電極彎曲和變形。
優(yōu)選的是固體電介質(zhì)板在與電極相同的方向上延伸，且殼體設(shè)置有一對板支撐件，所述板支撐件用于以在縱向方向上可移位的方式橫向支撐固體電介質(zhì)板的兩端。由于此布置，固體電介質(zhì)板也允許在縱向方向上自由熱膨脹，且可以更加可靠地防止破裂。
也可以接受的是，固體電介質(zhì)板在與電極相同的方向上延伸，在橫向，固體電介質(zhì)板的兩個端面每一個形成為面向下的傾斜表面，且殼體設(shè)置有一對板支撐件，所述板支撐件用于橫向支撐固體電介質(zhì)板的兩端，且每一個板支撐件包括傾斜的板支撐表面，所述傾斜的板支撐表面形成為面向上并與固體電介質(zhì)板的面向下的傾斜表面緊靠。
優(yōu)選的是所述一對板支撐件中的至少一個比固體電介質(zhì)板軟。
由于此布置，通過減輕可施加到固體電介質(zhì)板上的支撐應(yīng)力，可以更加可靠地防止出現(xiàn)破裂。
優(yōu)選的是固體電介質(zhì)板由陶瓷制成，且所述一對板支撐件中的一個由樹脂(優(yōu)選地，具有良好耐蝕性的樹脂)制成，且另一個板支撐件由金屬制成。
由于此布置，固體電介質(zhì)板可以被可靠地定位和支撐，且通過緩解可施加到由陶瓷制成的固體電介質(zhì)板的支撐應(yīng)力，可以可靠地防止出現(xiàn)破裂。
在加工單元與基板之間的放電空間的下游側(cè)，接觸引出放電空間的氣體的組成部件易于被腐蝕。例如，在使用包括作為主要成分的氟基氣體(fluorine-based gas)例如CF4和添加到主要成分中的少量水等的加工氣體的等離子蝕刻中，通過在放電空間中發(fā)生的加工反應(yīng)，產(chǎn)生了例如以HF為基礎(chǔ)的氣體、臭氧等。這些腐蝕性物質(zhì)向下游流動并接觸設(shè)備的組成部件，從而組成部件被腐蝕。這些腐蝕可以是污染的原因，并降低了生產(chǎn)量。
因此，優(yōu)選的是耐蝕性樹脂制成的板支撐件沿在加工單元與基板之間的氣體的流動方向布置在下游側(cè)，且金屬制成的板支撐件沿氣體的流動方向布置在上游側(cè)。
也可以接受的是，在沿著在加工單元與基板之間的氣體的流動方向的下游側(cè)的板支撐件由比沿氣體的流動方向的上游側(cè)的板支撐件更高的耐蝕性材料制成。
由于以上布置，即使腐蝕氣體成分通過在加工單元與基板之間的放電空間內(nèi)發(fā)生的加工反應(yīng)產(chǎn)生，也可以防止在下游側(cè)的板支撐件受到腐蝕并可以防止出現(xiàn)污染。
耐蝕性樹脂可以主要由從由PVDF(聚偏氟乙稀)、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和PEEK(聚醚醚酮)組成的組中選擇的至少一種成分組成，或耐蝕性樹脂可以由Teflon(注冊商標(biāo))制成。
由于以上布置，可以可靠地獲得對以HF為基礎(chǔ)的氣體和臭氧的耐蝕性。
也可以接受的是，耐蝕性涂層施加到在殼體的下游側(cè)的外表面。
由于此布置，殼體的下游側(cè)部分也可以防止受到腐蝕，且由此可以可靠地防止出現(xiàn)污染。
用于將耐蝕特性施加到放電空間的下游側(cè)的技術(shù)不限于其中基板布置在放電空間內(nèi)的所謂的直接類型等離子加工，而且不限于其中基板布置在放電空間外部且等離子氣體吹向基板的所謂的間接類型等離子加工。
優(yōu)選的是電極被分成第一金屬部件和第二金屬部件，第一金屬部件比第二金屬部件重，且第二金屬部件為薄板的形狀，第二金屬部件以非固定的狀態(tài)放置在固體電介質(zhì)板上，且第一金屬部件以非固定的狀態(tài)放置在第二金屬部件上。在此情況下，第二金屬部件的材料和厚度優(yōu)選地設(shè)定成第二金屬部件的上表面與下表面之間的溫度差在等離子放電時變成預(yù)定值或更小。
預(yù)定溫度差優(yōu)選地為當(dāng)?shù)入x子放電時第二金屬部件幾乎彎曲和變形的最大溫度差，且所述最大溫度差優(yōu)選地約為1攝氏度。
組成第二金屬部件的材料的熱導(dǎo)率越高，第二金屬部件的厚度就可以設(shè)定得越大。相反地，熱導(dǎo)率越低，第二金屬部件的厚度就必須設(shè)定得越小。
第二金屬部件優(yōu)選地為鋁制成的平板。在鋁用作第二金屬部件的材料的情況下，第二金屬部件的厚度優(yōu)選地設(shè)定為大約2mm。鋁合金可以用作第二金屬部件的材料。不銹鋼也可以用作第二金屬部件的材料。在那些情況下，厚度優(yōu)選地為大約0.3至0.5mm。第二金屬部件優(yōu)選地具有，作為最低要求，例如可以維持平板形狀的厚度。
根據(jù)上述由第一金屬部件和第二金屬部件組成的兩個部件的分開結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)诙饘俨考捎诘入x子放電熱膨脹時，在第二金屬部件的橫向方向上的溫度差可以變得極小，且可以防止第二金屬部件彎曲和變形。這使得可以可靠地防止在第二金屬部件與固體電介質(zhì)板之間形成間隙，且可以可靠地防止在第二金屬部件與固體電介質(zhì)板之間出現(xiàn)電弧放電。另一方面，即使第一金屬部件由于來自第二金屬部件的熱傳導(dǎo)而變形，只要第一金屬部件在第二金屬部件的一個點與第二金屬部件接觸，也可以在第一金屬部件與第二金屬部件之間維持導(dǎo)電狀態(tài)。
第一金屬部件優(yōu)選地具有比第二金屬部件足夠大的重量。由于此布置，第二金屬部件可以通過第一金屬部件的靜重穩(wěn)固地推壓固體電介質(zhì)板，且可以更加可靠地防止在第二金屬部件與固體電介質(zhì)板之間形成間隙。
第一金屬部件優(yōu)選地具有溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(便于冷卻劑和溫度調(diào)節(jié)媒介流過它的通道等)。由于此布置，可以實現(xiàn)對第二金屬部件的熱膨脹以及一些其它情況的限制。
在通常大氣壓力(幾乎大氣壓力)情況下，本發(fā)明對于大氣壓力等離子加工特別有效。在此使用的表達(dá)“通常大氣壓力”指從1.013×104Pa到50.663×104Pa范圍的壓力。當(dāng)考慮到壓力調(diào)節(jié)的容易和設(shè)備構(gòu)造的簡單時，所述范圍優(yōu)選地為從1.333×104Pa到10.664×104Pa，且更優(yōu)選地從9.331×104Pa到10.397×104Pa。
上述文獻(xiàn)(公開待審的日本專利申請No.2004-228136)中的每一個電極通過由絕緣材料例如樹脂制成的保持器容納在金屬制成的框架內(nèi)。保持器適于使電極與框架彼此絕緣。為了獲得可靠的絕緣特性，所述材料應(yīng)該非常注意地進(jìn)行選擇，且必須適當(dāng)?shù)卦O(shè)定厚度，由此增加了成本。
考慮到以上，也可以接受的是，殼體內(nèi)空間(電極內(nèi)空間)形成在殼體與容納在殼體內(nèi)的電極之間。殼體的此內(nèi)部空間可以填充有大體上純凈的(包括不可避免的雜質(zhì))氮氣。
由于此布置，在沒有依靠例如樹脂的絕緣材料的情況下電極與殼體之間的絕緣特性可以得到提高，且可以防止異常放電的發(fā)生。而且，可以從電極的外部進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
用于將殼體內(nèi)空間填充有氮氣的技術(shù)不限于所謂的直接類型等離子加工，而且不限于所謂的間接類型等離子加工。
優(yōu)選的是，殼體內(nèi)空間與用于氮氣的引入通道和流出通道連接。
由于此布置，即使加工氣體擴(kuò)散到殼體內(nèi)空間內(nèi)，加工氣體也可以與氮氣一起流動并通過流出通道排出，且可以防止殼體內(nèi)空間內(nèi)出現(xiàn)異常放電。而且，可以提高從電極外部進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的效率。
在殼體內(nèi)空間內(nèi)的氮氣壓力優(yōu)選地高于放電空間內(nèi)的氣體壓力。
由于此布置，可以可靠地防止加工氣體擴(kuò)散到殼體內(nèi)空間內(nèi)，并可以更加可靠地防止出現(xiàn)異常放電。
優(yōu)選的是，用于調(diào)節(jié)電極的溫度的電極內(nèi)通道形成在電極內(nèi)部，且允許氮氣通過電極內(nèi)通道。
由于此布置，電極的溫度可以由相同的介質(zhì)從電極內(nèi)部和外部進(jìn)行調(diào)節(jié)。
優(yōu)選的是，所述電極包括金屬制成的板，所述金屬制成的板具有放電空間形成表面；和正方形管道，所述正方形管道設(shè)置在此板的放電空間形成表面的相對側(cè)的表面處，且所述正方形管道的內(nèi)部設(shè)置為電極內(nèi)通道。
由于此布置，具有溫度調(diào)節(jié)內(nèi)部通道的電極可以被簡單地且以很低的成本制造。
所述等離子加工設(shè)備優(yōu)選地進(jìn)一步包括移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)用于相對于基板移動加工單元。加工單元的移動方向優(yōu)選地沿著氣體在加工單元與基板之間的加工通道內(nèi)的流動方向。
當(dāng)輸送速度增加時，不僅實際(substantial)加工時間(等離子被發(fā)射所要求的時間)變短，而且被捕獲到大氣壓力等離子放電空間內(nèi)的周圍空氣中的氧氣的量也增加。另一方面，所有的大氣壓力等離子加工中，存在不希望氧氣侵入放電空間的類型，例如防水加工(water-repellentprocessing)。在這種防水加工中，當(dāng)氧氣在防水加工等中侵入放電空間內(nèi)時，加工能力降低。作為對策，如果加工氣體的流速增加，周圍空氣就可以被防止卷入放電空間內(nèi)并可以被向后推。因為這導(dǎo)致加工氣體消耗量增加，所以從運行成本來看這是不想要的。
本發(fā)明的發(fā)明人對在所謂的直接類型(direct-type)大氣壓力等離子加工設(shè)備(其中基板直接暴露到電極之間的等離子)中的高速掃描(scanning)進(jìn)行了廣泛的研發(fā)。此設(shè)備構(gòu)造為大氣壓力等離子加工設(shè)備，其中加工氣體被允許沿基板的表面在加工通道內(nèi)流動，加工通道的一部分形成為具有通常大氣壓力的等離子放電空間，且基板的表面在等離子放電空間內(nèi)被等離子加工。所述等離子加工設(shè)備包括加工頭，所述加工頭包括用于形成放電空間的電極、和與基板相對以形成加工通道的基板相對表面，且所述基板相對表面設(shè)置有連接到加工通道的上游端的加工氣體引入口；和移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)用于在沿著加工通道的方向(加工通道內(nèi)氣流的正向或反向)上相對于加工頭相對地移動基板。所述加工頭包括單個或多個加工單元。
圖8顯示了通過使用具有上述構(gòu)造的大氣壓力等離子加工設(shè)備對玻璃基板上的保護(hù)膜進(jìn)行防水加工而獲得的結(jié)果。當(dāng)基板的輸送速度在0.5至3m/min的范圍內(nèi)時，根據(jù)接觸角評估的加工能力幾乎恒定，然而當(dāng)基板的輸送速度為4m/min時，根據(jù)接觸角評估的加工能力顯著降低。因為外部空氣通過粘性被捕獲到等離子放電空間內(nèi)、且由此捕獲的空氣中包含的氧氣干擾了用于實現(xiàn)防水的反應(yīng)，所以推測地此現(xiàn)象會發(fā)生。
本發(fā)明的發(fā)明人不僅在輸送速度上而且在氣體流速以及所述設(shè)備的尺寸結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步實施了他們的研究。結(jié)果，獲得了表1中示出的數(shù)據(jù)。
表1


在表1中，L代表從等離子放電空間的下游端到加工通道內(nèi)排氣口的距離，即加工通道的等離子放電空間的下游側(cè)部分的長度(mm)。準(zhǔn)備了兩種不同的長度，即L＝60mm和L＝90mm。
Vf代表加工通道內(nèi)加工氣體的流速。準(zhǔn)備了兩種不同的流速，即Vf＝306mm/sec＝18.36m/min和Vf＝612mm/sec＝36.72m/min。
Vs代表移動機(jī)構(gòu)施加的輸送速度。準(zhǔn)備了兩種不同的輸送速度，即Vs＝25mm/sec＝1.5m/min和Vf＝50mm/sec＝3.0m/min。加工頭被固定，且基板在朝向引入口的方向(與加工通道內(nèi)加工氣體的流動相反的方向)上從排氣口被輸送。
CA代表放水加工已經(jīng)完成之后，基板的表面的接觸角。
其它條件如下。
加工氣體N2+CF4加工頭的下表面與基板之間的間隙1.0mm圖9通過圖表顯示了表1。圖9的橫坐標(biāo)分配有(或表示)L×Vf/Vs(單位mm)。
通過上述結(jié)果，下面的表達(dá)式1a被引導(dǎo)為獲得充分的加工能力的條件。
k＝L×Vf/Vs＞700(表達(dá)式1a)更優(yōu)選的是滿足下面的表達(dá)式2a。
k＝L×Vf/Vs＞1400 (表達(dá)式2a)表1和圖9中的數(shù)據(jù)在大氣環(huán)境中獲得，且捕獲入等離子放電空間內(nèi)的周圍空氣內(nèi)含有的氧氣的濃度為大約20％。另一方面，如果周圍空氣中含有的氧氣的濃度變化，那么捕獲入等離子放電空間內(nèi)的氧氣的量也隨之變化。由此，上述k的下限值改變。
如果也考慮到周圍空氣中含有的氧氣的濃度，那么表達(dá)式1a和2a分別被改寫為下面的表達(dá)式1和2。
k＝L×Vf/Vs＞700×r (表達(dá)式1)k＝L×Vf/Vs＞1400×r(表達(dá)式2)其中r代表包含在周圍空氣中的氧氣的濃度(嚴(yán)格地，在排氣口處包括加工氣體的氣體中包含的氧氣的濃度)與包含在大氣中的氧氣的濃度(大約20％)的比。
由此，優(yōu)選的是滿足下面的關(guān)系。
L×Vf/Vs＞700×r (表達(dá)式1)更優(yōu)選的是滿足下面的關(guān)系。
L×Vf/Vs＞1400×r(表達(dá)式2)其中L從等離子放電空間的下游端到排氣口的距離，即，加工通道內(nèi)等離子放電空間的下游側(cè)的通道部分的長度(mm)Vf加工通道內(nèi)加工氣體的流速。
Vs移動機(jī)構(gòu)施加的輸送速度。
r在排氣口處不包括加工氣體的周圍空氣中的氧氣濃度與大氣中氧氣濃度的比。
通過這樣，可以防止或抑制周圍空氣被捕獲入加工通道內(nèi)，且即使當(dāng)輸送速度Vs增加時，只要從放電空間的下游端到排氣口的距離L設(shè)定得很大，也可以在不增加加工氣體的消耗量的情況下維持加工能力。
由移動機(jī)構(gòu)施加的輸送速度Vs優(yōu)選地為Vs＞2m/min，并且更優(yōu)選地為Vs＞4m/min。根據(jù)本發(fā)明，不僅在Vs＞2m/min的掃描情況下，而且在Vs＞4m/min的高速掃描情況下，也可以可靠地防止或抑制周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)，且可以可靠地維持加工能力。
在防水加工情況下的加工氣體優(yōu)選地是主要包含碳氟化物例如CF4的氣體，所述氣體更優(yōu)選地還包含氮氣。
可以預(yù)期的是，位置越靠近放電空間，在加工通道的下游側(cè)部分處的氧氣的濃度就減少得越多。
在防水加工中，在放電空間處的氧氣的濃度需要為100ppm或更低。因此，優(yōu)選的是設(shè)定上述L、Vf、Vs和r，從而在放電空間下游端處的氧氣的濃度變成100ppm或更低。通過這樣做，可以可靠地獲得在防水加工中的加工能力。
優(yōu)選的是，加工單元在加工通道的相對側(cè)設(shè)置有幕氣吹出部分，且排氣口設(shè)置在加工通道與幕氣吹出部分之間，從而r通過加工通道內(nèi)加工氣體的流速、來自吹出部分的幕氣的流速和通過排氣口流出的排氣的流速得到調(diào)節(jié)。
如上所述，在通常大氣壓力下實施的防水加工等中，當(dāng)周圍空氣被捕獲時，在加工通道的下游側(cè)的端部部分處，加工能力被由此捕獲的周圍空氣中含有的氧氣降低。然而，存在作為清潔加工等的其它情形，其中在加工氣體中混有少量氧氣的情況下與氧氣的濃度為零的情況下相比加工能力得到進(jìn)一步提高。
因此，也可以接受的是，當(dāng)在相對于基板相對地并且往復(fù)地移動加工單元的同時在基板上實施等離子加工時，在加工單元與基板之間的加工通道內(nèi)加工氣體的流動方向根據(jù)加工單元的相對移動方向進(jìn)行切換。
在為了盡可能地防止周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，在防水加工)中，下面的操作是優(yōu)選的。
當(dāng)加工單元在向前的方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)。加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分的引入幾乎被完全阻止，優(yōu)選地被完全阻止。由于此布置，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分流向向后方向側(cè)的端部部分。當(dāng)加工單元的相對移動方向從向前方向轉(zhuǎn)換到向后方向時，加工氣體的主要引入位置從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分切換到向后方向的端部部分。當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)。加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分的引入幾乎被完全阻止，優(yōu)選地被完全阻止。由于此布置，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分流向向前方向側(cè)的端部部分。當(dāng)加工單元的相對移動方向從向后方向轉(zhuǎn)換到向前方向時，加工氣體的主要引入位置從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分切換到向前方向的端部部分。
在用于允許少量周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，清潔加工)中，下面的操作是優(yōu)選的。
當(dāng)加工單元在向前的方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)。加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分的引入幾乎被完全阻止，優(yōu)選地被完全阻止。由于此布置，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分流向向前方向側(cè)的端部部分。當(dāng)加工單元的相對移動方向從向前方向轉(zhuǎn)換到向后方向時，加工氣體的主要引入位置從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分切換到向前方向的端部部分。當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)。加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分的引入幾乎被完全阻止，優(yōu)選地被完全阻止。由于此布置，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分流向向后方向側(cè)的端部部分。當(dāng)加工單元的相對移動方向從向后方向轉(zhuǎn)換到向前方向時，加工氣體的主要引入位置從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分切換到向后方向的端部部分。
在加工通道的向前方向側(cè)的端部部分和在向后方向側(cè)的端部部分中，在用作加工氣體的引入位置的端部部分的相對側(cè)的端部部分可以被吸入和排出。在此情況下，吸入和排出位置優(yōu)選地與加工氣體引入位置的切換同步。
例如，在其中盡可能地防止周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，防水加工)中，下面的操作是優(yōu)選的。
當(dāng)加工單元在向前的方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)、并從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被吸入和排出。從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分的吸入和排出可以被嚴(yán)格地并完全地阻止或可以只允許少量(比在向后方向側(cè)的吸入和排出更小的量)。由于此布置，加工氣體可靠地從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分流向向后方向側(cè)的端部部分。另一方面，當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)，并從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被吸入和排出。從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分的吸入和排出可以被嚴(yán)格地并完全地阻止或可以只允許少量(比在向前方向側(cè)的吸入和排出更小的量)。由于此布置，加工氣體可靠地從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分流向向前方向側(cè)的端部部分。
在其中允許少量周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，清潔加工)中，下面的操作是優(yōu)選的。
當(dāng)加工單元在向前的方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)、并從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分被吸入和排出。從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分的吸入和排出可以被嚴(yán)格地并完全地阻止或可以只允許少量(比在向前方向側(cè)的吸入和排出更小的量)。由于此布置，加工氣體可靠地從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分流向向前方向側(cè)的端部部分。當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分被引入到加工通道內(nèi)，并從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分被吸入和排出。從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分的吸入和排出可以被嚴(yán)格地并完全地阻止或可以只允許少量(比在向后方向側(cè)的吸入和排出更小的量)。由于此布置，加工氣體可靠地從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分流向向后方向側(cè)的端部部分。
在加工通道的向前方向側(cè)的端部部分和在向后方向側(cè)的端部部分中，在用作主要用于加工氣體的引入位置的端部部分的外部可以形成氣幕。在此情況下，切換主要氣幕形成位置可以與切換加工氣體引入位置同步。
例如，在其中盡可能地防止周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，防水加工)中，當(dāng)加工單元在向前方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分可以被引入到加工通道內(nèi)，且氣幕在加工氣體引入位置的向前方向上可以形成在外側(cè)，并且，當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分可以被引入到加工通道內(nèi)，且氣幕在加工氣體引入位置的向后方向上可以形成在外側(cè)。
在其中允許少量周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，清潔加工)中，當(dāng)加工單元在向前方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向后方向側(cè)的端部部分可以被引入到加工通道內(nèi)，且氣幕在加工氣體引入位置的向后方向上可以形成在外側(cè)，并且，當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，加工氣體從加工通道的向前方向側(cè)的端部部分可以被引入到加工通道內(nèi)，且氣幕在加工氣體引入位置的向前方向上可以形成在外側(cè)。
加工氣體引入位置的切換、排氣位置的切換和氣幕形成位置的切換可以聯(lián)合。在氣幕形成側(cè)的端部部分上，可以實施用于吸入和排出幕氣的吸入操作。
作為對應(yīng)于上述切換方法的設(shè)備構(gòu)造，優(yōu)選的是加工單元沿著加工通道在加工通道的兩個端部部分設(shè)置有一對引入噴嘴，所述一對引入噴嘴用于將加工氣體引入到加工通道內(nèi)，所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)在所述一對引入噴嘴的相對方向上相對于基板相對地并且往復(fù)地移動加工單元，和引入噴嘴切換裝置，所述引入噴嘴切換裝置根據(jù)所述移動機(jī)構(gòu)施加的引入噴嘴的移動方向?qū)⑺鲆粚σ雵娮熘械囊粋€選擇性地連接到加工氣源。
在其中盡可能地防止周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，防水加工)中，優(yōu)選的是當(dāng)加工單元在向前方向上相對移動時，引入噴嘴切換裝置選擇在加工通道的向前方向側(cè)的端部部分上的引入噴嘴、并將其連接到加工氣源，且優(yōu)選的是當(dāng)加工單元在向后方向上相對移動時，引入噴嘴切換裝置選擇在加工通道的向后方向側(cè)的端部部分上的引入噴嘴、并將其連接到加工氣源。
在其中允許少量周圍空氣被捕獲到加工通道內(nèi)的加工(例如，清潔加工)中，優(yōu)選的是當(dāng)加工單元在向前方向上相對移動時，引入噴嘴切換裝置選擇在加工通道的向后方向側(cè)的端部部分上的引入噴嘴、并將其連接到加工氣源，且優(yōu)選的是當(dāng)加工單元在向前方向上相對移動時，引入噴嘴切換裝置選擇在加工通道的向后方向側(cè)的端部部分上的引入噴嘴、并將其連接到加工氣源。
優(yōu)選的是加工單元在加工單元的兩個側(cè)部分設(shè)置有一對排氣噴嘴，且所述等離子加工設(shè)備包括排氣噴嘴切換裝置，所述排氣噴嘴切換裝置適于選擇根據(jù)由移動機(jī)構(gòu)施加的移動方向被選定的引入噴嘴的相對側(cè)的排氣噴嘴，并將其連接到排氣裝置。
排氣噴嘴可以布置在引入噴嘴的外部，或排氣噴嘴可以布置在引入噴嘴的內(nèi)部。在沒有被排氣噴嘴切換裝置選定的一側(cè)的排氣噴嘴優(yōu)選地與排氣裝置切斷。
也可以接受的是加工裝置在所述一對引入噴嘴的外部設(shè)置有連接到排氣裝置的一對排氣噴嘴，且所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括排氣噴嘴調(diào)節(jié)裝置，所述排氣噴嘴調(diào)節(jié)裝置適于相對地增加在與根據(jù)由移動機(jī)構(gòu)施加的移動方向被選定的引入噴嘴相對的側(cè)的排氣噴嘴的吸入量，并相對地減少在與選定的引入噴嘴相同的側(cè)的排氣噴嘴的吸入量。
優(yōu)選的是，加工裝置在所述一對引入噴嘴的外部設(shè)置有用于形成氣幕的一對簾幕噴嘴(curtain nozzles)，且所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括簾幕噴嘴切換裝置，所述簾幕噴嘴切換裝置適于選擇在根據(jù)由移動機(jī)構(gòu)施加的移動方向被選定的引入噴嘴相同的側(cè)的簾幕噴嘴、并將其連接到幕氣源。優(yōu)選的是，在沒有被簾幕噴嘴切換裝置選擇的側(cè)的簾幕噴嘴與幕氣源切斷。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，電極可以與其它部件幾乎獨立地自由熱膨脹，并防止由于固體電介質(zhì)板與電極之間的熱膨脹差以及殼體的限制而彎曲和變形，并通過有電極的靜重引起的推力恒定地與固體電介質(zhì)板保持接觸。由于這些特征，可以防止在電極與固體電介質(zhì)板之間出現(xiàn)電弧放電。而且，可以防止固體電介質(zhì)板出現(xiàn)由于電極與固體電介質(zhì)板之間的熱膨脹差導(dǎo)致的熱應(yīng)力，且由此可以防止固體電介質(zhì)板破裂。


圖1圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的大氣壓力等離子加工設(shè)備，并且圖1是沿圖2中的線I-I做出的主剖面視圖；圖2圖2是上述大氣壓力等離子加工設(shè)備的、沿圖1中的線II-II做出的側(cè)剖面視圖；圖3圖3是在上述大氣壓力等離子加工設(shè)備的左側(cè)的加工通道的放大主剖視圖；圖4圖4是顯示上述大氣壓力等離子加工設(shè)備的電極的變型的透視圖；圖5圖5是顯示上述大氣壓力等離子加工設(shè)備的電極的另一變型的透視圖；圖6圖6是示意性地顯示防水大氣壓力等離子加工設(shè)備的一個實施例的主視圖；圖7圖7是示意性地顯示防水大氣壓力等離子加工設(shè)備的另一實施例的主視圖；圖8圖8是顯示在防水大氣壓力等離子加工設(shè)備中，當(dāng)玻璃基板上的保護(hù)膜在用于獲得優(yōu)選的設(shè)定條件(表達(dá)式1和2)的搜索過程中受到防水加工時，后加工接觸角度相對于輸送速度的圖表；圖9圖9是顯示在防水大氣壓力等離子加工設(shè)備中、在用于獲得優(yōu)選的設(shè)定條件(表達(dá)式1和2)的搜索過程中，在加工通道的下游側(cè)部分的長度、加工通道內(nèi)的加工氣體的流速和輸送速度被分別調(diào)節(jié)的情況下，防水后加工接觸角度的圖表；
圖10圖10是示意性地顯示包括用于切換加工氣體引入位置的裝置的防水大氣壓力等離子加工設(shè)備的一個實施例的解釋性主視圖；圖11圖11是顯示當(dāng)圖10中的實施例的加工單元相對于基板在向左的方向上移動時氣流的狀態(tài)的解釋性主視圖；圖12圖12是顯示當(dāng)圖10中的實施例的加工單元相對于基板在向右的方向上移動時氣流的狀態(tài)的解釋性主視圖；圖13圖13是示意性地顯示包括用于切換加工氣體引入位置的裝置的防水大氣壓力等離子加工設(shè)備的另一實施例的解釋性主視圖；圖14圖14是顯示當(dāng)圖13中的實施例的加工單元相對于基板在向左的方向上移動時氣流的狀態(tài)的解釋性主視圖；和圖15圖15是顯示當(dāng)圖13中的實施例的加工單元相對于基板在向右的方向上移動時氣流的狀態(tài)的解釋性主視圖。
附圖標(biāo)記說明M……等離子加工設(shè)備F……移動機(jī)構(gòu)G……加工氣源H……加工頭L……加工通道的下游側(cè)部分的長度(從放電空間的下游端到排氣口的距離)S……平臺W……基板10L、10R……加工單元11……等離子氣體引入通道12……加工通道
12a……放電空間12b……在加工通道中連接到放電空間的上游側(cè)的空間(加工通道的上游側(cè)部分)12c……在加工通道中連接到放電空間的下游側(cè)的空間(加工通道的下游側(cè)部分)20……殼體29、29a、29b……殼體內(nèi)空間30……電極30a，30b……電極內(nèi)通道31……正方形管道32U、32L……平板34……第一金屬部件35……第二金屬部件46a……電極限制部分50……固體電介質(zhì)板61……上游側(cè)由金屬制成的支撐部件(上游部件)61a……上游側(cè)板支撐件62……下游側(cè)由金屬制成的支撐部件(下游部件)62a……下游側(cè)金屬板支撐件73a……氮氣引入通道74a……氮氣流出通道80……加工氣體供給系統(tǒng)82……共用供給通道84L……單獨的供給通道84R……單獨的供給通道85L……進(jìn)氣噴嘴85R……進(jìn)氣噴嘴90……排氣系統(tǒng)91……排氣裝置92……共用氣體放電通道
93……電磁三通閥(排氣噴嘴切換裝置)93L、93R……電磁流量控制閥(排氣噴嘴調(diào)節(jié)裝置)94L，94R……單獨的排氣通道95……排氣缸95a……排氣口95L、95R……排氣噴嘴100……幕氣供給系統(tǒng)101……幕氣源102……共用供給通道103……電磁三通閥(簾幕噴嘴切換裝置)104L、104R……單獨的供給通道105、105L、105……簾幕噴嘴((簾)幕氣吹出部分)具體實施方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的第一實施例。
如圖1中所示，大氣壓力等離子加工設(shè)備M包括加工頭H和平臺S。加工頭H固定到設(shè)備框架(沒有示出)并由設(shè)備框架支撐。加工頭H包括兩個(多個)左和由加工單元10。小間隙11形成在兩個加工單元10之間。間隙11的厚度例如為大約1mm。加工氣源G連接到此間隙11的上端部分。間隙11設(shè)置為加工氣體引入通道。間隙11的下端開口11a設(shè)置為引入口，所述引入口用于將加工氣體引入到后面描述的加工通道12內(nèi)。加工氣體使用適于加工內(nèi)容的氣體種類。例如，在蝕刻加工中使用混和氣體，所述混和氣體由作為主要成分的氟基氣體(fluorine-based gas)例如CF4和添加到氟基氣體中的少量水等組成。
排氣缸95分別設(shè)置在加工頭H的左側(cè)和右側(cè)。每一個排氣缸95的下表面與加工頭H的下表面齊平。排氣缸95的下端面可以不與加工頭H的下表面齊平。
狹縫狀的排氣口95a形成在排氣缸95的下表面。盡管沒有示出，排氣缸95的上端部分連接到例如吸入泵的排氣裝置。
平臺S設(shè)置在加工頭H的下面。平臺S電接地并組成用于后面描述的應(yīng)用電極30的接地電極。平臺S與移動機(jī)構(gòu)F連接(圖3)。通過此移動機(jī)構(gòu)F，平臺S在左右方向上移動。也可以接受的是，平臺S被固定而加工頭H是可移動的。
要被加工的基板W安放在平臺S的上表面上。由于此布置，從中心部分指向左右方向的加工通道12形成在加工頭H與基板W之間。加工通道12的厚度(工作距離)例如為1mm至2mm。
基板W可以直接電接地。
兩個加工單元10、10彼此兩側(cè)對稱。兩個加工單元10L、10R可以在構(gòu)造、尺寸、結(jié)構(gòu)等上彼此不同。下文中，在兩個加工單元10需要彼此區(qū)分的情況下，左側(cè)加工單元10附帶有L，而右側(cè)加工單元10附帶有R。下文將描述左側(cè)加工單元10L，除非另外特別說明。
如圖1和2中所示，加工單元10包括作為主體的殼體20，和容納在殼體20內(nèi)的電極30。加工單元10在前后方向(與圖1中紙表面正交的方向，以及圖2中的左右方向)上延伸得很長。
殼體20包括由沒有示出的支撐框架支撐的殼體主體21，和內(nèi)襯部件40，所述內(nèi)襯部件40設(shè)置在殼體主體21的內(nèi)周邊表面上。
殼體主體21包括左壁和右壁22，前壁和后壁23以及上板25。殼體主體21的底部開口。殼體主體21的這些組成部件22、23、25由例如不銹鋼的金屬制成。殼體主體21在左右方向上的外部寬度例如為大約100m，且在它的前后方向上的長度例如為大約2m或更長。
內(nèi)襯部件40包括設(shè)置在殼體主體21的左壁和右壁22的內(nèi)表面的內(nèi)壁部分42，設(shè)置在前壁和后壁23的內(nèi)表面的內(nèi)壁部分43、44，和設(shè)置在上板25的下側(cè)的天花板部分45。內(nèi)壁部件40的那些組成部件42、43、44、45由例如樹脂的絕緣材料組成。
由陶瓷例如氧化鋁或石英制成的固體電介質(zhì)板50設(shè)置在殼體主體21的下部。固體電介質(zhì)板50為在前后方向上延伸很長的薄板狀形狀。固體電介質(zhì)板50的厚度例如為大約2mm，它的寬度例如為大約60mm且它的長度幾乎等于殼體20的長度并為2m或更長。殼體主體21的底部部分被此固體電介質(zhì)板50堵塞。
固體電介質(zhì)板50以下面的方式支撐。
如圖1和3中所示，固體電介質(zhì)板50在橫向方向上的兩個端面形成為面向下的傾斜表面。一對板支撐部件61、62固定地螺栓連接到殼體主體21的左壁和右壁22的下端部分。在彼此相反的方向上凸出的板支撐件61a、62a分別設(shè)置在板支撐部件62、62的下端部分。板支撐件61a、62a的端面每一個形成為面向上的傾斜表面。固體電介質(zhì)板50的面向下的傾斜端面分別緊靠板支撐件61a、62a的面向上的傾斜端面(板支撐表面)。由于此布置，固體電介質(zhì)板50以此方式被水平地支撐，即在兩側(cè)放置在板支撐部件61、62之間。在這樣的支撐狀態(tài)下，固體電介質(zhì)板50在縱向方向上可移位。用于允許移位的間隙形成在固體電介質(zhì)板50的前或后端部分與殼體20的內(nèi)壁部分43或44之間。
固體電介質(zhì)板50的上表面的左側(cè)部分和右側(cè)部分與殼體主體21的左壁和右壁22緊靠。盡管沒有示出，但是密封部件(沒有示出)置于固體電介質(zhì)板50與壁22的下端面之間。
加工單元10L的右側(cè)(加工通道12的上游側(cè)部分)的板支撐部件61由與殼體主體21相同的金屬(例如，不銹鋼)制成。加工單元10L的左側(cè)(加工通道12的下游側(cè)部分)的板支撐部件62由樹脂制成。組成板制成部件62的樹脂材料優(yōu)選地為對例如臭氧、HF為基礎(chǔ)的氣體等腐蝕性物質(zhì)具有良好的耐蝕性的類型。這樣的樹脂優(yōu)選地為Teflon(注冊商標(biāo))為基礎(chǔ)的樹脂，更優(yōu)選地為PVDF(聚偏氟乙稀)。PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)是可接受的，PEEK(聚醚醚酮)也是可以接受的。樹脂制成的板支撐部件62當(dāng)然比金屬制成的板制成部件61柔軟些，且比陶瓷制成的固體電介質(zhì)板50柔軟些。
如圖3中所示，固體電介質(zhì)板50的右側(cè)部分的下表面和金屬制成的板支撐部件61的下表面與基板W配合以限定通道部分12b，所述通道部分12b在加工通道12內(nèi)在后面將描述的放電空間12a的更上游側(cè)。上游側(cè)通道部分12b占據(jù)從加工氣體引入口11a到放電空間12a的上游端的范圍的加工通道12。
固體電介質(zhì)板50的左側(cè)部分的下表面和耐蝕性的樹脂制成的板制成部件62與基板W配合以限定通道部分12c，所述通道部分12c在加工通道12內(nèi)在后面將要描述的放電空間12a的更下游側(cè)。下游側(cè)通道部分12c占據(jù)從放電空間12a的下游端到排氣口95a的范圍的加工通道12。
接下來將描述加工單元10內(nèi)的電極30。
如圖1和2中所示，電極30由例如鋁或不銹鋼的金屬制成，并以正方形形狀的截面在前后水平方向上延伸很長。此電極30的長度例如為大約2m。肋33設(shè)置在電極30的上部。用于將肋33固定到電極30上的裝置是螺栓(沒有示出)等。肋33在與電極30相同的方向上延伸，加強(qiáng)電極30并防止電極30彎曲。肋33由與電極30相同的金屬(不銹鋼等)制成，并與電極30一體地電連接。盡管沒有示出，但是供電銷從肋33突出，且供電線從供電銷延伸并連接到電源。由于此布置，電力被供給到電極30。通過由此供給的電力，在電極30與位于電極30下面并用作接地電極的基板W等之間(即在加工通道12的中心部分12a)產(chǎn)生大氣壓力輝光放電，從而加工通道12的中心部分12a起放電空間的作用。電極30的下表面起“放電空間形成表面”的作用。
所述電源是與兩個加工單元10L、10R共用的類型。
電極30(包括肋33)的每單位長度的重量例如大約為30至60g/cm。此電極30容納在殼體20內(nèi)，并以非固定的狀態(tài)僅僅放置在固體電介質(zhì)板50的上表面上。由于前述布置，電極30(包括肋33)的靜重全部施加到固體電介質(zhì)板50上。通過此由電極30的靜重引起的推力，電極30的整個平坦下表面緊緊地推壓在固體電介質(zhì)板50的平坦上表面上。由具有2mm厚度的陶瓷制成的固體電介質(zhì)板50具有足以經(jīng)受電極30的負(fù)荷的強(qiáng)度。
電極30的前端部分由內(nèi)壁部分43定位在殼體20的前側(cè)。間隙形成在電極30的后端部分與殼體20的后側(cè)的內(nèi)壁部分44之間。由于此布置，電極30在縱向方向上是自由的且可熱膨脹和收縮。
由絕緣樹脂制成的電極限制部件46從殼體20的天花板部分45懸吊下來。一對左右電極限制部分46a以向下突出的方式設(shè)置在電極限制部件46的下表面。肋33的上端部分插入這些左右電極限制部分46a之間。一些程度(例如，大約0.5mm)的游隙設(shè)置在電極限制部分46a與肋33之間。左右電極限制部分46a限制電極30在左右方向上的位置同時允許這種游隙。
兩個通道30a、30b形成在電極30內(nèi)。這些電極內(nèi)通道30a、30b以彼此平行的關(guān)系并排布置，并在電極3的整個長度范圍內(nèi)前后延伸。電極內(nèi)通道30a的前側(cè)(圖2中的左側(cè))的端部部分通過氮氣引入通道71a和通過氮氣引入連接器71c連接到氮氣供給管道71，所述氮氣引入通道71a形成在前側(cè)內(nèi)壁部分43和上板25處。大體上純凈(包括不可避免的雜質(zhì))的氮氣以壓縮狀態(tài)存儲在氮氣源內(nèi)。電極內(nèi)通道30a的后側(cè)的端部部分通過形成在后側(cè)內(nèi)壁部分44內(nèi)的連通通道44a與電極內(nèi)通道30b的后側(cè)的端部部分連通。電極內(nèi)通道30b的前側(cè)的端部部分通過氮氣流出部分72a和通過氮氣流出連接器72c連接到氮氣回收通道72，所述氮氣流出部分72a形成在前側(cè)內(nèi)壁部分43和上板25處。
殼體內(nèi)空間29限定在殼體20的內(nèi)襯部件40與電極30之間。殼體內(nèi)空間29被分成兩個，且電極30(包括肋33)和電極限制部件46在它們之間。當(dāng)有必要將殼體20內(nèi)的這兩個空間彼此區(qū)分時，附圖標(biāo)記與“a”或“b”連用。加工單元10L內(nèi)的左側(cè)殼體內(nèi)空間29的前側(cè)的端部部分通過氮氣引入通道73a和通過氮氣引入連接器73c連接到氮氣供給管道73，所述氮氣引入通道73a形成在前側(cè)壁部分43和上板25處。氮氣供給管道73連接到氮氣源。殼體內(nèi)空間29a的后側(cè)的端部部分通過連通通道44b連接到右側(cè)殼體內(nèi)空間29b的后側(cè)的端部部分，所述連通通道44b形成在后側(cè)的內(nèi)壁部分44內(nèi)。殼體內(nèi)空間29b的前側(cè)的端部部分通過氮氣流出通道74a和通過氮氣流出連接器74c連接到氮氣回收通道74，所述氮氣流出通道74a形成在前側(cè)內(nèi)壁部分43和上板25處。
在通過具有上述構(gòu)造的等離子加工裝置M等離子加工基板W時，基板W布置在加工單元10L、10R的下面，且加工氣源G的包括CF4等的加工氣體被輸送到氣體引入通道11內(nèi)。此加工氣體通過氣體引入通道11分支進(jìn)入左和右加工通道12，并通過加工通道12的上游側(cè)部分12b流到中心部分12a。與此同步，電壓從電源供給到電極30。通過這樣做，加工通道12的中心部分12a結(jié)果為大氣壓力等離子放電空間，且加工氣體可以在中心部分12a內(nèi)被等離子化。由此被等離子化的加工氣體與基板W的表面接觸，從而基板W在大氣壓力下受到諸如蝕刻的等離子加工。
通過此加工反應(yīng)，產(chǎn)生了例如臭氧和基于HF的氣體的腐蝕性物質(zhì)。含有這些腐蝕性物質(zhì)的加工氣體通過在放電空間12a的下游側(cè)的通道12c，然后通過排氣口95a被吸入排氣缸95并被排出。因為限定下游側(cè)通道12c的板支撐部件62具有耐蝕性，所以即使板支撐部件62暴露在腐蝕性物質(zhì)中也不會被腐蝕。這使得可以防止污染的出現(xiàn)。
電極30通過上述放電被加熱且易于主要在縱向方向上膨脹。因為此電極30被制成在縱向方向上自由、且在縱向方向上可熱膨脹，所以在電極30內(nèi)沒有產(chǎn)生由殼體20的限制引起的熱應(yīng)力。相似地，固體電介質(zhì)板50在縱向方向上可自由膨脹，且沒有出現(xiàn)由殼體20的限制引起的熱應(yīng)力。而且，因為電極30以非固定的狀態(tài)僅僅放置在固體電介質(zhì)板50上，所以電極30和固體電介質(zhì)板50可獨立地?zé)崤蛎?，并且彼此沒有施加由熱膨脹差引起的熱應(yīng)力。因此，電極30僅僅在縱向方向上線性伸長和變形，且固體電介質(zhì)板50沒有彎曲。而且，因為電極30通過它的靜重推壓固體電介質(zhì)板50，所以電極30的下表面和固體電介質(zhì)板50的上表面通常可以保持在接觸狀態(tài)。由于此布置，可以可靠地防止在電極30與固體電介質(zhì)板50之間出現(xiàn)間隙。結(jié)果，可以防止在電極30與固體電介質(zhì)板50之間出現(xiàn)電弧放電。
如上所述，固體電介質(zhì)板50沒有受到由于固體電介質(zhì)板50與電極30之間的熱膨脹導(dǎo)致的熱應(yīng)力。此外，因為固體電介質(zhì)板50允許通過在左右端部部分的支撐機(jī)構(gòu)和通過在前后端面的間隙在縱向方向上移位，所以固體電介質(zhì)板50沒有受到由于殼體20的限制等引起的熱應(yīng)力。通過這樣，固體電介質(zhì)板50可以被防止由于熱應(yīng)力而破裂。
與加工氣體流動的同時，也允許來自氮氣源的純凈氮氣流動。氮氣的一部分順序通過氮氣供給管道71、氮氣引入連接器71c和氮氣引入通道71a被引入到電極30內(nèi)的通道30a的前端部分。然后，氮氣從前端向后流過電極內(nèi)通道30a。然后，氮氣通過連通通道44a從后端向前流過另一電極內(nèi)通道30b。氮氣然后通過氮氣流出連接器72c從氮氣流出通道72a輸送到氮氣回收通道72。由于此布置，電極30可以從內(nèi)部被冷卻并進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。而且，因為氮氣沿電極30的縱向方向往復(fù)流動，整個電極30可以被沒有偏差地均勻地冷卻和進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，且可以防止形成溫度分布。因為氮氣被用作冷卻劑(溫度調(diào)節(jié)媒介)，所以不用擔(dān)心漏電的出現(xiàn)等。
而且，來自氮氣源的氮氣的另一部分通過氮氣供給管道73、氮氣引入連接器73c和氮氣引入通道73a被引入到位于電極30外部的通道13的前端部分。所述氮氣的另一部分然后從前端部分向后流過電極外通道13。所述氮氣的另一部分然后通過連通通道44b從后端部分向前流過另一電極外通道14。然后，所述氮氣的另一部分通過氮氣流出連接器74c從氮氣流出通道74a輸送到氮氣回收通道74。由于此布置，電極30也可以從外部被冷卻和進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。而且，就像在內(nèi)部的情況一樣，電極30可以被沒有偏差地均勻地冷卻和進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。由于此布置，可以提高電極30的冷卻和溫度調(diào)節(jié)效率，且不僅在電極30的縱向方向上、而且在電極30的厚度方向上也可以防止形成溫度分布的形成。
因為樹脂制成的內(nèi)襯部件40設(shè)置在金屬制成的殼體主體21內(nèi)，且此外因為殼體內(nèi)空間29形成在內(nèi)襯部件40與電極30之間，所以電極30和殼體主體21可以可靠地彼此絕緣。此外，因為空間29填充有純凈的氮氣，所以可以更加提高絕緣特性。由于此布置，可以可靠地防止在電極30與殼體主體21之間出現(xiàn)異常放電。
而且，即使在間隙形成在電極30與固體電介質(zhì)板50之間的情況下，流入間隙內(nèi)的氮氣也可以防止發(fā)生電弧放電。
而且，通過對氮氣施加壓力，殼體內(nèi)空間29可以被制得比氣體引入通道11和加工通道12壓力更高，且可以可靠地防止加工氣體擴(kuò)散到殼體內(nèi)空間29內(nèi)。由于此布置，電極30與殼體主體21之間的絕緣特性可以被可靠地維持，且可以可靠地防止出現(xiàn)異常放電。而且，如上所述，氮氣流過殼體內(nèi)空間29a和另一殼體內(nèi)空間29b，且分別地，殼體內(nèi)空間29a用作向前通道，另一殼體內(nèi)空間29b用作向后通道。由此，即使在加工氣體擴(kuò)散到殼體內(nèi)空間29內(nèi)的情況下，加工氣體也可以與氮氣一起立即排出。由于此布置，電極30與殼體主體20之間的絕緣特性可被更加可靠地維持，且可以更加可靠地防止異常放電的出現(xiàn)。
因為殼體主體21由金屬制成且截面形成為門形，所以殼體主體21可靠地呈現(xiàn)了抗彎剛性并可以被制得很長。
因為固體電介質(zhì)板50形成為扁平板狀形狀且形狀簡單，所以它可以被容易地制造，并可以容易地滿足制成諸如2m或更長的長尺寸的要求。
因為用于固體電介質(zhì)板50的一個端部部分的支撐部件61(所述支撐部件61設(shè)置為面向下的傾斜表面)由金屬制成，且用于另一端部部分的支撐部件62由樹脂制成，所以即使在固體電介質(zhì)板50、支撐部件61、62等中存在尺寸差別的情況下，也可以使得沒有不適當(dāng)?shù)牧Ρ皇┘拥焦腆w電介質(zhì)板50的面向下的傾斜表面上。由于此布置，當(dāng)陶瓷制成的固體電介質(zhì)板50被組裝到設(shè)備M上時或在其它相似的情況下，可以防止面向下的傾斜表面破裂。
接下來將描述本發(fā)明的其它實施例。在后面的實施例中，在適當(dāng)?shù)那闆r下，與上述實施例中的組成部分相同的組成部分用相同的附圖標(biāo)記表示，且省略了對它們的描述。
圖4顯示了電極的變型。
此電極30通過將兩個金屬制成的正方形管道31(所述正方形管道31每一個具有正方形截面)并排平行布置，并使用一對金屬制成的平板32U、32L從上面和下面將這些正方形管道31、31加入中間，且電極30在前后方向上延伸得很長。金屬制成的肋33沿縱向方向設(shè)置在上側(cè)平板32U的上表面。此電極30僅僅放置在固體電介質(zhì)板50(沒有示出)上，且下側(cè)平板32L的下表面(放電空間形成表面)與固體電介質(zhì)板50的上表面相鄰。
正方形管道31可以從在商業(yè)上可獲得的那些管道中進(jìn)行選擇。正方形管道31的內(nèi)部空間設(shè)置為用于允許氮氣通過的電極內(nèi)通道30a、30b。因此，如在上述第一實施例(圖1)的電極中地，沒有必要通過沉孔(counterboring)等形成長達(dá)兩米的電極內(nèi)通道，且可以實現(xiàn)成本的降低。
圖5顯示了電極的另一變型。
此電極30被分成上側(cè)第一金屬部件34和下側(cè)第二金屬部件35。第一金屬部件34和第二金屬部件35僅僅放置成一個在另一個之上，且它們沒有通過例如螺栓連接、焊接等固定手段被固定地結(jié)合。
第一金屬部件34具有與第一實施例的電極30相同的結(jié)構(gòu)。簡單描述地，第一金屬部件34由例如鋁和不銹鋼的金屬制成。第一金屬部件34具有厚的平板的形狀(正方形截面)，且在前后方向上延伸很長。第一金屬部件34具有比第二金屬部件35足夠大的重量。金屬肋93設(shè)置在第一金屬部件34的上表面。兩個通道30a、30b形成在第一金屬部件34內(nèi)作為冷卻/溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。通過使得純凈的氮氣(冷卻/溫度調(diào)節(jié)媒介)流過作為向前通道的通道30a和作為向后通道的通道30b，第一金屬部件34從內(nèi)部被冷卻/進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
第一金屬部件34的冷卻/溫度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可以由如圖4中所示的兩個管道31、31代替通道30a、30b組成。
第二金屬部件35比第一金屬部件34稍微寬些，并具有比第一金屬部件34足夠薄的平板形狀，且第二金屬部件35在前后方向上延伸得很長。
第二金屬部件35由鋁組成且它的厚度被設(shè)定為大約2mm。
此第二金屬部件35僅僅以非固定的狀態(tài)被放置在固體電介質(zhì)板50上。第一金屬部件34僅僅以非固定的狀態(tài)被放置在此第二金屬部件35上。
因此，第二金屬部件35不僅通過它的靜重而且通過第一金屬部件34的重量推壓固體電介質(zhì)板50。由于此布置，第二金屬板35的整個平坦的下表面可以與固體電介質(zhì)板50進(jìn)行表面接觸。第一金屬部件34具有厚的平板狀的形狀，且它的載荷可以被均勻地施加到幾乎整個第二金屬部件35上。
在等離子放電時，第二金屬部件35的下表面(與固體電介質(zhì)板50的相鄰表面)的溫度變成最高。因為作為第二金屬部件35的材料的鋁熱導(dǎo)率良好，所以第二金屬部件35的下表面的熱量在橫向方向上快速地傳導(dǎo)。而且，第二金屬部件35的厚度小到大約2mm。由于此布置，熱量可以容易地到達(dá)第二金屬部件35的上表面。從而，因為當(dāng)實施等離子放電時整個第二金屬部件35溫度幾乎均勻地增加，所以第二金屬部件35在橫向方向上的溫度梯度非常小。第二金屬部件35的上表面與下表面之間的溫度差小到大約在1℃內(nèi)。而且，第二金屬部件35僅僅以非固定狀態(tài)放置在固體電介質(zhì)板50上，并在水平方向上可沿著固體電介質(zhì)板50的上表面自己獨立地移位。由于此布置，第二金屬部件35是線性細(xì)長的并主要在縱向方向上變形。由此，可以防止第二金屬部件35彎曲和變形，并且可以維持它的扁平形狀(或平面形狀)。由此，可以可靠地防止在第二金屬部件35與固體電介質(zhì)板50之間形成間隙，且可以可靠地防止在第二金屬部件35與固體電介質(zhì)板50之間出現(xiàn)電弧放電。
熱量從第二金屬部件35傳導(dǎo)到第一金屬部件34，且第一金屬部件34的溫度也增加。此時，在第一金屬部件34內(nèi)在厚度方向上形成溫度梯度，且第一金屬部件34有時彎曲。然而，因為第一金屬部件34沒有直接連接到固體電介質(zhì)板50，且第一金屬部件34與第二金屬部件35獨立地彎曲和變形，所以熱應(yīng)力沒有傳導(dǎo)到第二金屬部件35。因此，即使電極90的第一金屬部件34彎曲和變形，因為固體電介質(zhì)板50與電極90之間沒有形成間隙，所以也不會出現(xiàn)問題，且在固體電介質(zhì)板50與電極90之間不會產(chǎn)生電弧放電。
即使在第一金屬部件34彎曲的情況下，第一金屬部件34也必然在它的一個點接觸到第二金屬部件35。由于此特征，可以維持第一金屬部件34與第二金屬部件35之間的電接觸狀態(tài)，且電力通過第一金屬部件34可以被可靠地供給到第二金屬部件35。
因為第二金屬部件35在橫向方向上從第一金屬部件34稍微凸出，所以可以防止電弧在第一金屬部件34的橫向方向上從端部部分飛出。
在等離子放電的同時，純凈的氮氣(冷卻/溫度調(diào)節(jié)媒介)通過通道30a、30b。通過這樣做，第一金屬部件34且由此第二金屬部件35可以被冷卻/進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。由此，這些金屬部件34、35可以被抑制熱變形。
第二金屬部件35可以由鋁以外的其它金屬材料例如不銹鋼制成。第二金屬部件35的厚度根據(jù)材料的熱導(dǎo)率進(jìn)行設(shè)定，從而由于在等離子放電時加熱引起的上表面與下表面之間的溫度差變成大約1℃或更小。因此，在具有比鋁的熱導(dǎo)率小的熱導(dǎo)率的材料的情況下，第二金屬部件35的厚度被減小。例如，在不銹鋼的情況下，第二金屬部件35的厚度被設(shè)定為大約0.3至0.5mm。
在諸如不希望氧氣侵入放電空間12a內(nèi)的防水加工的加工中，優(yōu)選的是滿足下面的表達(dá)式。
L×Vf/Vs＞700(mm) (表達(dá)式1a)更優(yōu)選的是滿足下面的表達(dá)式。
L×Vf/Vs＞1400(mm)(表達(dá)式2a)其中，分別地，如圖3和6中所示，L代表加工通道12的下游側(cè)部分12c的左右方向長度(mm)；Vs，平臺S的輸送速度(m/min)；且Vf，加工通道12內(nèi)的加工氣體的流速(m/min)。加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L代表從加工通道12的中心放電空間12a的下游端到排氣口95a的距離，且此距離等于從電源電極30的在排氣口95a側(cè)的邊緣到排氣口95a的距離。
在圖6中，電源電極30以非固定的狀態(tài)放置在固體電介質(zhì)板50上。在殼體20、電極30和固體電介質(zhì)板50之中的殼體內(nèi)空間29填充有純凈的氮氣。
圍繞等離子加工設(shè)備M的空氣是大氣，且空氣壓力通常等于大氣壓。
例如，被氮氣稀釋的諸如CF4的碳氟化物，用作防水加工氣體。
要受到防水加工的基板W，例如是具有很大面積的液晶玻璃。保護(hù)膜覆蓋在液晶玻璃的表面上，且此保護(hù)膜施加有防水性。
當(dāng)基板W例如在從左側(cè)到右側(cè)的方向上輸送時，在基板W的左側(cè)部分上方的大氣由于粘性易于被捕獲到左側(cè)單元10L的加工通道12的下游側(cè)部分12c內(nèi)。(應(yīng)該注意的是，此時大氣難以被捕獲到右側(cè)單元10R的加工通道12內(nèi))。
因為加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L、輸送速度Vs和加工通道12內(nèi)加工氣體流速Vf被設(shè)定成滿足上述表達(dá)式1a和2a，所以可以防止大氣被捕獲到左側(cè)加工通道12的下游側(cè)部分12c內(nèi)，或可以抑制大氣到達(dá)左側(cè)放電空間12a。由此，包含在侵入左側(cè)放電空間12a的大氣內(nèi)的氧氣的濃度可以被限制到幾乎為零(例如，100ppm或更少)。
相似地，當(dāng)基板W在從右到左的方向上輸送時，大氣易于被捕獲到右側(cè)單元10R的加工通道12的下游側(cè)部分12c內(nèi)。然而，因為使得這種設(shè)定布置滿足上述表達(dá)式1a和2a，所以可以防止或抑制大氣到達(dá)右側(cè)單元10R的放電空間12a，由此，包含在侵入右側(cè)放電空間12a的大氣內(nèi)的氧氣的濃度可以被限制到幾乎為零(例如，100ppm或更少)。
由于此布置，可以充分地維持加工能力。
在每一個加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L被設(shè)定為足夠長的情況下，即使輸送速度Vs增加，加工能力也可以被充分地維持且沒有增加加工氣體的消耗量。例如，即使輸送速度Vs被設(shè)定成速度高達(dá)大約Vs＝4m/min，也可以充分地維持加工能力。結(jié)果，在維持加工能力的同時可以實施高速加工。
下面將描述由與圖6中的設(shè)備相同的設(shè)備實施防水加工的一個示例。所述設(shè)備的尺寸布置和加工條件如下電源電極的尺寸40mm(左右)×700(前后)加工頭H與基板W之間的間隙(加工通道12的厚度)1mm輸入功率1kW基板W玻璃(#1737)，880mm(左右長度)×680mm(前后寬度)在基板W的表面上的保護(hù)膜的預(yù)加工接觸角70度(與水)加工氣體N2+CF4每一個加工通道12的加工氣體流量Qp＝30slm每一個加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L＝90mm每一個加工通道12內(nèi)的加工氣體流速Vf＝42.8m/min輸送速度Vs＝4m/min因此，實現(xiàn)了L×Vf/Vs＝963(mm)＞700(mm)，由此上述表達(dá)式1a得到滿足。
結(jié)果，加工之后與在基板的表面上的保護(hù)膜的與水的接觸角可以被設(shè)定為110度。由此，在例如Vs＝4m/min的高速掃描(scanning)的情況下，可以獲得足夠的防水表面。
圖7中顯示了防水大氣壓力等離子加工設(shè)備M的另一實施例。在此實施例中，幕氣(curtain gas)吹出噴嘴105分別布置在加工頭H的左右排氣缸95的外部。幕氣源(沒有示出)連接到每一個吹出噴嘴105。氮氣(N2)被用作幕氣。用于加工氣體的氮氣源可以共同用作幕氣。
根據(jù)圖7中的實施例，在加工基板W時，氮氣吹出左右吹出噴嘴105。通過這樣做，在吹出噴嘴105的下端與基板之間可以形成氮氣幕。由于此布置，可以更加可靠地防止或抑制外部大氣進(jìn)入吹出噴嘴105的排氣口95a側(cè)并由此進(jìn)入加工通道12。通過這樣，可以更加可靠地維持加工能力。
在第二實施例中，設(shè)定成建立下面的表達(dá)式。
L×Vf/Vs＞700×r (表達(dá)式1)L×Vf/Vs＞1400×r(表達(dá)式2)
其中，r為r＝(在排氣口95a處的周圍空氣內(nèi)的氧氣的濃度)/(大氣內(nèi)的氧氣的濃度)(表達(dá)式3)大氣中氧氣的濃度為大約20％。如果分別地，Qp代表加工氣體的流量；Qc代表幕氣的流量；Qs代表通過排氣口95a的排氣的流量；且Qa代表被捕獲的大氣的流量，那么在它們之中可以建立下面的關(guān)系Qs＝Qp+Qc+Qa(表達(dá)式4)排氣口95a處的周圍空氣的流量Q1，如下面列出的表達(dá)式5，是幕氣流量Qc與被捕獲的大氣的流量的和。流量Q1等于通過從整個氣體流量Qp+Qc+Qa(＝Qs)減去加工氣體的流量Qp獲得的值。
Q1＝Qa+Qc＝Qs-Qp(表達(dá)式5)通過表達(dá)式3至5，r可以由下面的表達(dá)式表達(dá)，且可以通過加工氣體的流量Qp、幕氣的流量Qc和排氣的流量Qs進(jìn)行調(diào)節(jié)。
r＝(Qs-Qp-Qc)/(Qs-Qp)(表達(dá)式6)通過上述設(shè)定，可以可靠地防止外部大氣中含有的氧氣侵入加工通道12內(nèi)，且在沒有增加加工氣體的消耗的情況下可以更加可靠地維持加工能力。而且，加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L可以比在第一實施例中的長度制得更短，且可以實現(xiàn)更加高速的掃描(scanning)。
下面將描述由圖7中的相同設(shè)備實施防水加工的一個示例。所述設(shè)備的尺寸構(gòu)成和加工條件如下電源電極的尺寸40mm(左右)×700(前后)
加工頭H與基板W之間的間隙(加工通道12的厚度)1mm輸入功率1kW基板W玻璃(#1737)，880mm(左右長度)×680mm(前后寬度)在基板W的表面上的保護(hù)膜的預(yù)加工接觸角70度(與水)加工氣體N2+CF4每一個加工通道的加工氣體流量Qp＝15slm通過每一個噴嘴105的幕氣的流量Qc＝17slm通過每一個排氣口95a的排氣流量Qs＝50 l/min被捕獲的氧氣的濃度與大氣中氧氣的濃度的比r＝0.5每一個加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L＝90mm每一個加工通道12內(nèi)的加工氣體流速Vf＝21.4m/min輸送速度Vs＝4m/min由此，可以實現(xiàn)L×Vf/Vs＝482(mm)＞700(mm)×r＝350(mm)，這滿足表達(dá)式1。
結(jié)果，加工之后與在基板W的表面上的保護(hù)膜的接觸角CA可以被設(shè)定為CA＞100度，且在例如Vs＝4m/min的高速掃描的情況下，可以獲得足夠的防水表面。得到確認(rèn)的是，通過形成氣幕，可以使得加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L和加工氣體的消耗量，比沒有采用氣幕的圖6中的情形的加工通道12的下游側(cè)部分12c的長度L和加工氣體的消耗量小很多。
圖10顯示了防水大氣壓力等離子加工設(shè)備的另一實施例。圍繞設(shè)備M的氣體是大氣。
盡管此實施例的加工頭由單個加工單元10組成，但是此實施例的加工頭也可以由多個平行布置的加工單元組成。
在此實施例中，加工單元10連接到移動機(jī)構(gòu)F。通過此移動機(jī)構(gòu)F，加工單元10在左右方向上(在后面將描述的一對引入噴嘴85L、85R的相對方向上)往復(fù)移動。例如，如果左方向是向前方向，那么右方向是向后方向。
當(dāng)然，如前述實施例中的，可以接受的是，加工單元10被固定且平臺S連接到移動機(jī)構(gòu)從而平臺S向左和向右往復(fù)地移動。
加工單元10的底面組成相對基板的表面或限定加工通道的表面。
大氣壓力等離子加工設(shè)備M設(shè)置有加工氣體供給系統(tǒng)80和排氣系統(tǒng)90。
加工氣體供給系統(tǒng)80如下構(gòu)成共用供給通道82從加工氣體源G延伸。用于防水的加工氣源G將適當(dāng)量的碳氟化物化合物例如CF4與適當(dāng)量的氮氣混和，并將所述混和氣體輸送到共有的供給通道82。兩個單獨的供給通道84L、84R通過電磁三通閥83(引入噴嘴切換裝置)從共用的供給通道82分支。
加工單元10在它的左側(cè)部分設(shè)置有氣體引入噴嘴85L，并在它的右側(cè)部分設(shè)置有氣體引入噴嘴85R。左側(cè)氣體引入噴嘴85L與單獨的供給通道84L連接。右側(cè)氣體引入噴嘴85R與單獨的供給通道84R連接。
通過電磁三通閥83，單獨的供給通道84L、84R中的一個并且由此左、右引入噴嘴85L、85R中的一個被選擇性地打開并與加工氣源G連通。
單獨的供給通道84L、84R中的每一個與噴嘴85L、85R中的每一個可以設(shè)置有開/閉裝置作為引入噴嘴切換裝置代替電磁三通閥83。
排氣系統(tǒng)90以如下方式構(gòu)造。
加工單元10在左、右氣體引入噴嘴85L、85R的更遠(yuǎn)的外部分別設(shè)置有排氣噴嘴95L、95R。單獨的排氣通道94L、94R分別從排氣噴嘴95L、95R延伸。兩個單獨的排氣通道94L、94R連接到電磁三通閥93(排氣噴嘴切換裝置)，從所述電磁三通閥93，共用的排氣通道92延伸并連接到例如吸入泵的排氣裝置91。
通過電磁三通閥93，單獨排氣閥94L、94R中的一個，且由此左排氣噴嘴95L和右排氣噴嘴95R中的一個被選擇性地打開并與排氣裝置91連通。
單獨的供給通道94L、94R中的每一個和噴嘴95L、95R中的每一個可以設(shè)置有打開/關(guān)閉裝置，所述打開/關(guān)閉裝置代替電磁三通閥93作為排氣噴嘴切換裝置。
通過從電源將電壓供給到電源電極30，加工通道12的中間部分變成具有通常的大氣壓力的等離子放電空間12a。在供給電壓的同時，加工氣體從加工氣體供給系統(tǒng)80吹出到加工通道12。此加工氣體被引入到放電空間12a，在放電空間12a，加工氣體被等離子化并與基板W接觸，結(jié)果出現(xiàn)反應(yīng)。通過這樣，基板W的表面可以進(jìn)行防水加工。加工氣體和反應(yīng)副產(chǎn)品通過排氣系統(tǒng)90排出。同時，加工單元10向左和向右往復(fù)移動，且基板W的整個表面進(jìn)行防水加工。
在等離子加工時，電磁三通閥83、83和移動機(jī)構(gòu)F配合操作。通過這樣，加工氣體從前面在加工單元10前進(jìn)進(jìn)入加工通道12的方向上被正常地引入到加工通道12內(nèi)。
如圖11中所示，當(dāng)加工單元10被移動機(jī)構(gòu)F在向左的方向上移動時，左側(cè)氣體引入噴嘴85L被加工氣體供給系統(tǒng)80的電磁三通閥83打開，且右側(cè)氣體引入噴嘴85R關(guān)閉。而且，通過排氣系統(tǒng)90的電磁三通閥93，右側(cè)排氣噴嘴95R被打開且左側(cè)排氣噴嘴95L被關(guān)閉。
通過這樣，加工氣體從左側(cè)引入噴嘴85L吹出，在加工通道12內(nèi)向右移動，并通過右側(cè)排氣噴嘴95R被吸入和排出。此時，因為加工通道12的右端部分在相對于外部大氣的退卻方向上移動，所以外部大氣幾乎沒有從加工通道12的右端部分捕獲到加工通道12內(nèi)。而且，由于加工氣體的幕效應(yīng)(curtain effect)，在加工通道12的左端部分幾乎不會出現(xiàn)外部大氣的侵入。
當(dāng)加工單元10到達(dá)在往復(fù)移動的范圍內(nèi)的左側(cè)極限位置時，移動機(jī)構(gòu)F將加工單元10的移動方向轉(zhuǎn)換為向右方向。在對其的操作連接中，加工氣體供給系統(tǒng)80的左側(cè)氣體引入噴嘴85L關(guān)閉，且右側(cè)氣體引入噴嘴85R打開，排氣系統(tǒng)90的右側(cè)排氣噴嘴95R關(guān)閉，且左側(cè)排氣噴嘴95L打開。
通過這樣，如圖2中所示，當(dāng)加工單元10在向右的方向上移動時，加工氣體通過右側(cè)引入噴嘴85R吹出，在加工通道12內(nèi)向左流動，并通過左側(cè)排氣噴嘴95L被吸入和排出。此時，因為加工通道12的左端部分在相對于外部大氣的退卻方向上移動，所以外部大氣幾乎沒有從加工通道12的左端部分捕獲到加工通道12內(nèi)。而且，由于加工氣體的幕效應(yīng)，在加工通道12的右端部分幾乎不會出現(xiàn)外部大氣的侵入。
當(dāng)加工單元10到達(dá)在往復(fù)移動的范圍內(nèi)的右側(cè)極限位置時，移動機(jī)構(gòu)F將加工單元10的移動方向轉(zhuǎn)換為向左方向。在對其的操作連接中，加工氣體供給系統(tǒng)80的左側(cè)氣體引入噴嘴85L再次打開，且右側(cè)氣體引入噴嘴85R關(guān)閉，排氣系統(tǒng)90的右側(cè)排氣噴嘴95R打開，且左側(cè)排氣噴嘴95L關(guān)閉。
通過重復(fù)上述操作，外部大氣通?？梢员环乐骨秩爰庸ねǖ?2內(nèi)，而不論加工單元10是否在向左方向上或向右方向上移動。結(jié)果，移動速度、且由此等離子加工可以更加高速同時充分地維持大氣壓力等離子加工的加工能力。
也可以接受的是，如圖11中所示，當(dāng)加工氣體通過左側(cè)引入噴嘴85L吹出并通過右側(cè)排氣噴嘴95R吸入時，少量氣體也通過左側(cè)噴嘴95L被吸入(見圖11中的虛線)。由于此布置，在通過左側(cè)引入噴嘴85L吹出的一部分加工氣體易于泄漏到外部的情況下，這些泄漏的氣體可以通過排氣噴嘴95L被排出。相似地，也可以接受的是，如圖12中所示，當(dāng)加工氣體通過右側(cè)引入噴嘴85R吹出并通過左側(cè)排氣噴嘴95L吸入時，少量氣體也通過右側(cè)噴嘴95R被吸入(見圖12中的虛線)。由于此布置，在通過右側(cè)引入噴嘴85R吹出的一部分加工氣體易于泄漏到外部的情況下，這些泄漏的氣體可以通過排氣噴嘴95R被排出。結(jié)果，可以可靠地防止加工氣體泄漏到外部。
優(yōu)選的是，單獨的排氣通道94L、94R每一個設(shè)置有排氣噴嘴調(diào)節(jié)裝置，例如代替排氣噴嘴切換裝置(例如電磁流量調(diào)節(jié)閥)的電磁流量調(diào)節(jié)裝置，從而可以調(diào)節(jié)通過各個排氣噴嘴95L、95R的吸入量。
圖13顯示了防水的大氣壓力等離子加工設(shè)備M的另一實施例。此實施例的設(shè)備M采用幕氣供給系統(tǒng)100。所述幕氣供給系統(tǒng)100以如下方式構(gòu)造。
共用供給通道102從幕氣源101延伸。氮氣用作幕氣。兩個單獨的供給通道104L、104R通過電磁三通閥103(幕氣噴嘴切換裝置)從共用供給通道102分支。
加工單元10在左和右排氣噴嘴95L、95R的更遠(yuǎn)的外部分別設(shè)置有簾幕噴嘴105L、105R。單獨的供給通道104L連接到左側(cè)簾幕噴嘴105L，且單獨的供給通道104R連接到右側(cè)簾幕噴嘴105R。
簾幕噴嘴105L可以設(shè)置在排氣噴嘴95L與引入噴嘴85L之間。簾幕噴嘴105R可以設(shè)置在排氣噴嘴95R與引入噴嘴85R之間。
通過電磁三通閥103，單獨的供給通道104L、104R中的一個、且由此左和右簾幕噴嘴105L、105R中的一個被選擇性地打開并與幕氣源101連通。
也可以接受的是，單獨的供給通道104L、104R分別設(shè)置有電磁打開/關(guān)閉閥，所述電磁打開/關(guān)閉閥代替電磁三通閥103作為簾幕噴嘴切換裝置，且這些電磁打開/關(guān)閉閥中的一個選擇性地打開且另一個關(guān)閉。備選地，也可以接受的是，單獨的供給通道104L、104R分別設(shè)置有電磁流量控制閥，電磁流量控制閥中的一個被選擇相對增加它的開度，且另一個被選擇相對降低開度或完全關(guān)閉。
在圖13中的實施例的排氣系統(tǒng)90中，代替電磁三通閥93，單獨的供給通道941設(shè)置有電磁流量控制閥93L(排氣噴嘴調(diào)節(jié)裝置)，且單獨的供給通道94R設(shè)置有電磁流量控制閥93R(排氣噴嘴調(diào)節(jié)裝置)。
根據(jù)此實施例，當(dāng)?shù)入x子加工基板W時，電磁閥83、93L、93R、103和移動機(jī)構(gòu)F配合操作。這將在后文中詳細(xì)描述。
如圖14中所示，當(dāng)加工單元10由移動機(jī)構(gòu)F在向左的方向上移動時，通過加工氣體供給系統(tǒng)80的電磁三通閥83，左側(cè)氣體引入噴嘴85L打開、且右側(cè)氣體引入噴嘴85R關(guān)閉。而且，右側(cè)排氣噴嘴95R由排氣系統(tǒng)90的控制閥93R打開到對應(yīng)于加工氣體的被供給流量或更多的程度，且左側(cè)排氣噴嘴95L打開到大體上對應(yīng)于幕氣的吹出流量的程度。而且，通過幕氣供給系統(tǒng)100的電磁三通閥103，左側(cè)簾幕噴嘴105L打開且右側(cè)簾幕噴嘴105R關(guān)閉。
由于此布置，加工氣體通過左側(cè)引入噴嘴85L吹出，在向右方向上流過加工通道12的內(nèi)部，并通過右側(cè)排氣噴嘴95R吸入和排出。另外，氮氣通過左側(cè)簾幕噴嘴105L吹出，且氮氣幕形成在加工通道13的左端部分的外部。通過此氮氣幕，外部大氣和加工通道12的左端部分可以彼此隔離，且可靠地防止了外部大氣通過加工通道12的左端部分侵入加工通道12內(nèi)。通過排氣噴嘴95L，幕氣可以被吸入并排出。
如圖15中所示，當(dāng)加工單元10由移動機(jī)構(gòu)F在向右的方向上移動時，加工氣體供給系統(tǒng)80的右側(cè)氣體引入噴嘴85R打開、且左側(cè)氣體引入噴嘴85L關(guān)閉。而且，排氣系統(tǒng)90的左側(cè)排氣噴嘴95L打開到對應(yīng)于大于加工氣體的被供給流量的程度，且右側(cè)排氣噴嘴95R打開到大體上對應(yīng)于幕氣的吹出流量的程度。而且，幕氣供給系統(tǒng)100的右側(cè)簾幕噴嘴105R打開且左側(cè)簾幕噴嘴105L關(guān)閉。
由于此布置，加工氣體通過右側(cè)引入噴嘴85R吹出，在向左方向上流過加工通道12的內(nèi)部，并通過左側(cè)排氣噴嘴95L吸入和排出。另外，氮氣通過右側(cè)簾幕噴嘴105R吹出，且氮氣幕形成在加工通道13的右端部分的外部。通過此氮氣幕，外部大氣和加工通道12的右端部分可以彼此隔離，且可靠地防止了外部大氣通過加工通道12的右端部分侵入加工通道12內(nèi)。通過排氣噴嘴95R，幕氣可以被吸入并排出。
結(jié)果，可以更加可靠地獲得大氣壓力等離子加工的加工能力。
如果加工氣體內(nèi)包含少量氧氣時，與如同在清潔加工的情況下加工氣體中一點也沒有包括氧氣時相比，加工能力得到進(jìn)一步提高，那么與加工單元10通過移動機(jī)構(gòu)F的移動方向、和各個電磁閥的移動的配合操作，可以與上述防水的實施例中的配合操作相反，從而加工氣體通常從加工單元10的前進(jìn)方向的反向被引入到加工通道12內(nèi)。
本發(fā)明不限于上述實施例，且可以做出很多變化和修改。
也可以接受的是，由特氟綸(Toflon)(注冊商標(biāo))等制成的耐蝕性涂層被施加到殼體主體21中加工通道12的下游側(cè)的外表面上。
由于主要成分是例如PVDF(聚偏氟乙稀)和PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)的耐蝕性材料，沿加工通道12的氣流在下游側(cè)的板支撐部件62，可以包括其它材料。多種耐蝕性成分可以混和在其內(nèi)，例如PVDF(聚偏氟乙稀)和PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)。
從防止陶瓷制成的固體電介質(zhì)50破裂的觀點看，可以接受的是，在下游側(cè)的板支撐部件62由金屬制成，且在上游側(cè)的板支撐部件61由比固體電介質(zhì)50軟的樹脂等制成，且也可以接受的是，兩個部件61、62由比固體電介質(zhì)50軟的樹脂等制成。
金屬制成的板支撐部件61可以與殼體主體21成為一體。
除了氮氣的其它物質(zhì)(例如，水、空氣等)可以用作用于電極的冷卻/溫度調(diào)節(jié)媒介。
加工頭H可以只由一個加工單元組成，從而全部的加工氣體從僅僅一個加工單元的一端流到另一端。
電極結(jié)構(gòu)和根據(jù)本發(fā)明的加工單元結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到各種等離子加工，例如蝕刻、薄膜形成和表面改性，且它們可以不僅應(yīng)用到大氣壓力加工技術(shù)，而且可以應(yīng)用到降壓加工技術(shù)。
工業(yè)應(yīng)用性例如在半導(dǎo)體制造中，本發(fā)明可以使用于基板的等離子表面加工。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1、一種等離子加工設(shè)備，其中加工氣體被引入到形成在所述設(shè)備與基板之間的加工通道，所述加工通道的至少一部分設(shè)置為放電空間，且所述基板在所述放電空間內(nèi)被等離子加工，其中所述等離子加工設(shè)備包括加工單元，所述加工單元設(shè)置在所述基板的上部，并在所述基板與所述加工單元之間形成加工通道，所述加工單元包括殼體，所述殼體的底部開口，由所述殼體以關(guān)閉所述底部的方式支撐的固體電介質(zhì)板，和容納在所述殼體內(nèi)用于形成所述放電空間的電極，所述固體電介質(zhì)板具有能夠由它自己單獨支撐所述電極的靜重的強(qiáng)度，且所述電極至少在水平方向上是自由的，且以非固定的狀態(tài)放置在所述固體電介質(zhì)板的上表面上，從而所述電極的靜重幾乎全部施加到所述固體電介質(zhì)板上。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述電極具有在自由方向上延伸的長的形狀。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其中所述殼體設(shè)置有電極限制部分，所述電極限制部分用于有間隙地限制與所述電極的縱向方向正交的橫向位置。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其中所述固體電介質(zhì)板在與所述電極相同的方向上延伸，且所述殼體設(shè)置有一對板支撐器，所述一對板支撐器用于以在縱向方向上可移位的方式支撐所述固體電介質(zhì)板的橫向兩端。
5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其中所述固體電介質(zhì)板在與所述電極相同的方向上延伸，所述固體電介質(zhì)板的橫向兩端面中的每一個形成為面向下的傾斜表面，且所述殼體設(shè)置有一對板支撐器，所述一對板支撐器用于支撐所述固體電介質(zhì)板的橫向兩端，且每一個板支撐器包括面向上并與所述固體電介質(zhì)板的面向下的所述傾斜表面緊靠的傾斜的板支撐表面。
6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其中所述一對板支撐器中的至少一個比所述固體電介質(zhì)板軟。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其中所述固體電介質(zhì)板由陶瓷制成，且所述一對板支撐器中的一個由具有良好耐蝕性的樹脂制成，所述一對板支撐器中的另一個由金屬制成。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述電極被分成第一金屬部件和第二金屬部件，所述第一金屬部件比所述第二金屬部件重，所述第二金屬部件為薄板狀的形狀，所述第二金屬部件以非固定的狀態(tài)放置在所述固體電介質(zhì)板上，且所述第一金屬部件以非固定的狀態(tài)放置在所述第二金屬部件上，且所述第二金屬部件的材料和厚度設(shè)定成當(dāng)?shù)入x子放電時所述第二金屬部件的上表面與下表面之間的溫度差為預(yù)定值或更小。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子加工設(shè)備，其中所述預(yù)定溫度差約為一攝氏度。
10、根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的等離子加工設(shè)備，其中所述第二金屬部件是具有大約2mm厚度的鋁制成的平板。
11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中在所述殼體與設(shè)置在所述殼體的內(nèi)部的所述電極之間形成殼體內(nèi)空間，且所述殼體內(nèi)空間填充有大體上純凈的氮氣。
12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)沿著所述加工通道相對于所述加工單元相對地移動所述基板，所述加工單元在它的側(cè)面部分設(shè)置有連接到所述加工通道的下游端的排氣口，且滿足下面的關(guān)系L×Vf/Vs＞700×r (1)
其中L從所述放電空間的下游端到所述排氣口的距離(mm)Vf所述放電空間內(nèi)的加工氣體的流速Vs移動機(jī)構(gòu)施加的輸送速度r在所述排氣口的不包括加工氣體的周圍空氣中的氧氣濃度與大氣中氧氣濃度的比。
13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述加工單元在它的兩端沿所述加工通道設(shè)置有將加工氣體引入所述放電空間內(nèi)的一對引入噴嘴，所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)在所述一對引入噴嘴的相對方向上相對于所述基板往復(fù)地且相對地移動所述加工單元，和引入噴嘴切換裝置，所述引入噴嘴開關(guān)裝置通過所述移動機(jī)構(gòu)、根據(jù)所述引入噴嘴的移動方向?qū)⑺鲆粚σ雵娮熘械囊粋€選擇性地連接到加工氣源。
權(quán)利要求
1.一種等離子加工設(shè)備，其中加工氣體被引入到形成在所述設(shè)備與基板之間的加工通道，所述加工通道的至少一部分設(shè)置為放電空間，且所述基板在所述放電空間內(nèi)被等離子加工，其中所述等離子加工設(shè)備包括加工單元，所述加工單元設(shè)置在所述基板的上部，并在所述基板與所述加工單元之間形成加工通道，所述加工單元包括殼體，所述殼體的底部開口，由所述殼體以關(guān)閉所述底部的方式支撐的固體電介質(zhì)板，和容納在所述殼體內(nèi)用于形成所述放電空間的電極，所述固體電介質(zhì)板具有能夠由它自己單獨支撐所述電極的靜重的強(qiáng)度，且所述電極至少在水平的第一方向上是自由的，且以非固定的狀態(tài)放置在所述固體電介質(zhì)板的上表面上，從而所述電極的靜重幾乎全部施加到所述固體電介質(zhì)板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述電極具有在第一方向上延伸的長的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其中所述殼體設(shè)置有電極限制部分，所述電極限制部分用于有間隙地限制與所述電極的縱向方向正交的橫向位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其中所述固體電介質(zhì)板在與所述電極相同的方向上延伸，且所述殼體設(shè)置有一對板支撐器，所述一對板支撐器用于以在縱向方向上可移位的方式支撐所述固體電介質(zhì)板的橫向兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子加工設(shè)備，其中所述固體電介質(zhì)板在與所述電極相同的方向上延伸，所述固體電介質(zhì)板的橫向兩端面中的每一個形成為面向下的傾斜表面，且所述殼體設(shè)置有一對板支撐器，所述一對板支撐器用于支撐所述固體電介質(zhì)板的橫向兩端，且每一個板支撐器包括面向上并與所述固體電介質(zhì)板的面向下的所述傾斜表面緊靠的傾斜的板支撐表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其中所述一對板支撐器中的至少一個比所述固體電介質(zhì)板軟。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子加工設(shè)備，其中所述固體電介質(zhì)板由陶瓷制成，且所述一對板支撐器中的一個由具有良好耐蝕性的樹脂制成，所述一對板支撐器中的另一個由金屬制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述電極被分成第一金屬部件和第二金屬部件，所述第一金屬部件比所述第二金屬部件重，所述第二金屬部件為薄板狀的形狀，所述第二金屬部件以非固定的狀態(tài)放置在所述固體電介質(zhì)板上，且所述第一金屬部件以非固定的狀態(tài)放置在所述第二金屬部件上，且所述第二金屬部件的材料和厚度設(shè)定成當(dāng)?shù)入x子放電時所述第二金屬部件的上表面與下表面之間的溫度差為預(yù)定值或更小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子加工設(shè)備，其中所述預(yù)定溫度差約為一攝氏度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的等離子加工設(shè)備，其中所述第二金屬部件是具有大約2mm厚度的鋁制成的平板。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中在所述殼體與設(shè)置在所述殼體的內(nèi)部的所述電極之間形成殼體內(nèi)空間，且所述殼體內(nèi)空間填充有大體上純凈的氮氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)沿著所述加工通道相對于所述加工單元相對地移動所述基板，所述加工單元在它的側(cè)面部分設(shè)置有連接到所述加工通道的下游端的排氣口，且滿足下面的關(guān)系L×Vf/Vs＞700×r (1)其中L從所述放電空間的下游端到所述排氣口的距離(mm)Vf所述放電空間內(nèi)的加工氣體的流速Vs移動機(jī)構(gòu)施加的輸送速度r在所述排氣口的不包括加工氣體的周圍空氣中的氧氣濃度與大氣中氧氣濃度的比。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子加工設(shè)備，其中所述加工單元在它的兩端沿所述加工通道設(shè)置有將加工氣體引入所述放電空間內(nèi)的一對引入噴嘴，所述等離子加工設(shè)備進(jìn)一步包括移動機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)在所述一對引入噴嘴的相對方向上相對于所述基板往復(fù)地且相對地移動所述加工單元，和引入噴嘴切換裝置，所述引入噴嘴開關(guān)裝置通過所述移動機(jī)構(gòu)、根據(jù)所述引入噴嘴的移動方向?qū)⑺鲆粚σ雵娮熘械囊粋€選擇性地連接到加工氣源。
全文摘要
一種等離子加工設(shè)備，其中防止了由電極與固體電介質(zhì)之間熱膨脹差引起的電弧放電的出現(xiàn)。加工單元(10L、10R)的殼體(20)的底部開口，并使用固體電介質(zhì)板(50)關(guān)閉，且電極(30)容納在殼體(20)內(nèi)，且電極(30)在縱向方向上是自由的。固體電介質(zhì)板(50)具有例如可以由自己支撐電極(30)的靜重的強(qiáng)度。電極(30)安裝在固體電介質(zhì)板(50)的上表面，且沒有固定到其上，從而電極(30)的靜重大體上全部由固體電介質(zhì)板(50)承受。
文檔編號C23C16/50GK101023714SQ20058003189
公開日2007年8月22日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者武內(nèi)稔公, 中島節(jié)男, 齋藤直道, 西川理 申請人:積水化學(xué)工業(yè)株式會社