JP2007220588A

JP2007220588A - Plasma generator and workpiece treatment device using it

Info

Publication number: JP2007220588A
Application number: JP2006042199A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yoshida; 和弘吉田; Ryuichi Iwasaki; 龍一岩崎; Masaaki Mike; 正明三毛
Original assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Current assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to adjust to an optimum value plasma energy irradiated from plasma generating nozzle at real time without making a complicated adjustment in a plasma generating device used for treatment of a workpiece such as reforming of a substrate. <P>SOLUTION: The CPU 901 of an overall control section 90 feedback controls the current value supplied to a filament from a bias power supply 23 as detected by a current sensor so that it may be a filament current value capable of obtaining an optimum microwave power stored in a memory 903 beforehand according to the temperature value of a filament of a magnetron 21 as detected by the temperature sensor 24. Therefore, it can adjust the filament current value to a current value that can maintain the plasma energy irradiated from each plasma generating nozzle 31 to a constant theoretical value even against change in the temperature of passage of time. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板等の被処理ワークなどに対してプラズマを照射することで、前記ワークの表面の清浄化や改質などを図ることが可能なプラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma generator capable of purifying or modifying the surface of a workpiece by irradiating plasma on a workpiece to be processed such as a substrate, and a workpiece processing apparatus using the plasma generator.

たとえば半導体基板等の被処理ワークに対してプラズマを照射し、その表面の有機汚染物の除去、表面改質、エッチング、薄膜形成または薄膜除去等を行うワーク処理装置が知られている。たとえば特許文献１には、同心状の内側導電体と外側導電体とを有するプラズマ発生ノズルを用い、両導電体間に高周波のパルス電界を印加することで、アーク放電ではなく、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、ガス供給源からの処理ガスを両導電体間で旋回させながら基端側から遊端側へ向かわせることで高密度なプラズマを生成し、前記遊端に取付けられたノズルから被処理ワークに放射することで、常圧下で高密度なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置が開示されている。 For example, there is known a workpiece processing apparatus that irradiates a workpiece to be processed such as a semiconductor substrate with plasma and removes organic contaminants on the surface, surface modification, etching, thin film formation or thin film removal. For example, Patent Document 1 uses a plasma generation nozzle having concentric inner conductors and outer conductors, and applies a high-frequency pulse electric field between the two conductors, thereby generating glow discharge instead of arc discharge. The plasma is generated, and a high-density plasma is generated by turning the processing gas from the gas supply source from the base end side to the free end side while swirling between both conductors, and is attached to the free end. A plasma processing apparatus is disclosed in which high-density plasma can be obtained under normal pressure by radiating a workpiece to be processed from a nozzle.

一方、特許文献２には、導波管に定在波のパターンを調整するチューナ等のインピーダンスマッチング手段を設けることで、反射電力を略無くし、省電力化を図るようにしたプラズマ処理装置が提案されている。
特開２００３−１９７３９７号公報特開平９−１９０９００号公報 On the other hand, in Patent Document 2, a plasma processing apparatus is proposed in which impedance matching means such as a tuner for adjusting a standing wave pattern is provided in a waveguide, thereby substantially eliminating reflected power and saving power. Has been.
JP 2003-197397 A JP-A-9-190900

したがって、特許文献１に特許文献２を組合わせると、常圧下で高密度なプラズマを得ることができる省電力なプラズマ処理装置を実現することができる。しかしながら、マグネトロンから発生されるマイクロ波のパワーは、フィラメントの経年や温度などによって変化し、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを一定にするには、前記チューナ等の複雑な調整が必要になるという問題がある。また、リアルタイムで調整することは困難である。 Therefore, when Patent Document 2 is combined with Patent Document 1, a power-saving plasma processing apparatus capable of obtaining high-density plasma under normal pressure can be realized. However, the power of the microwave generated from the magnetron varies depending on the aging and temperature of the filament, and in order to make the plasma energy radiated from the plasma generating nozzle constant, complicated adjustment such as the tuner is required. There is a problem. Also, it is difficult to adjust in real time.

本発明の目的は、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで調整することができるプラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a plasma generator capable of adjusting plasma energy radiated from a plasma generating nozzle in real time without complicated adjustment, and a work processing apparatus using the plasma generator.

本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマグネトロンと、前記マイクロ波を伝搬する導波管と、前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に取付けられて成るプラズマ発生部とを備えて構成されるプラズマ発生装置において、前記マグネトロンのフィラメント電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出結果が所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値となるように、前記フィラメント電流を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。 The plasma generator of the present invention generates a magnetron that generates microwaves, a waveguide that propagates the microwaves, and receives the microwaves, and generates and releases plasma gas based on the energy of the microwaves. A plasma generation device including a plasma generation unit in which a plasma generation nozzle is attached to the waveguide; current detection means for detecting a filament current of the magnetron; and a detection result of the current detection means is predetermined. And a control means for controlling the filament current so as to obtain a current value capable of obtaining the microwave power.

上記の構成によれば、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、マグネトロンからのマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬する場合、前記マグネトロンの陰極−陽極間に一定電圧・電流のバイアス電圧・電流を与えても、励起用のフィラメント電流によってマイクロ波パワーが変化する。そのフィラメント電流は、経年などによって変化してしまうので、これを電流検出手段によって検出し、制御手段が、前記フィラメントに与える高周波パルスから成るフィラメント電流、好ましくはバイアス電圧も併せて、フィードバック制御することで、予め設定されている所望とする値などの所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値に維持する。前記望ましいフィラメント電流は、理論および実験で求められる。 According to the above configuration, in the plasma generating apparatus that can be used for workpiece processing such as substrate modification, when the microwave from the magnetron is propagated to the plasma generating nozzle through the waveguide, the magnetron Even when a constant voltage / current bias voltage / current is applied between the cathode and the anode, the microwave power is changed by the filament current for excitation. Since the filament current changes depending on aging, etc., this is detected by the current detection means, and the control means performs feedback control of the filament current consisting of the high frequency pulse applied to the filament, preferably also the bias voltage. Thus, the current value is maintained such that a predetermined microwave power such as a desired value set in advance can be obtained. The desired filament current is determined by theory and experiment.

したがって、定在波のパターンを調整するチューナや、マイクロ波を反射する反射手段などを設けてプラズマ発生ノズルで受信されるパワーを調整しなくても、導波管の端部には、途中のプラズマ発生ノズルで受信されなかったマイクロ波を消費する負荷を設けるだけで、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを、略理論値に調整することができる。 Therefore, there is no need to adjust the power received by the plasma generation nozzle by providing a tuner that adjusts the pattern of the standing wave, reflection means that reflects the microwave, and the like. By simply providing a load that consumes microwaves that were not received by the plasma generation nozzle, the plasma energy radiated from the plasma generation nozzle can be adjusted to a substantially theoretical value in real time without complicated adjustment. .

また、本発明のプラズマ発生装置は、前記マグネトロンのフィラメントの温度を検出する温度検出手段と、前記マグネトロンのフィラメントの各温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を予め記憶している記憶手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に応答し、前記記憶手段からその時の温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値を読出し、その電流値となるように前記フィラメント電流のデューティを制御することを特徴とする。 Further, the plasma generator of the present invention includes a temperature detecting means for detecting a temperature of the magnetron filament, and a filament current capable of obtaining the predetermined microwave power corresponding to each temperature value of the magnetron filament. Storage means for storing values in advance, and the control means responds to the detection result of the temperature detection means, and outputs the predetermined microwave power from the storage means corresponding to the temperature value at that time. A current value that can be obtained is read out, and the duty of the filament current is controlled so as to be the current value.

上記の構成によれば、マグネトロンによるマイクロ波のパワーは、励起用のフィラメント電流が支配的に、その変化に応じて変化するが、フィラメントの温度によっても変化する。そこで、前記フィラメントの温度を検出する温度検出手段と、前記フィラメントの各温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を予め記憶している記憶手段とをさらに設け、前記制御手段は、フィラメントの温度に応じても、前記フィラメント電流を調整する。 According to the above configuration, the microwave power generated by the magnetron changes according to the change, mainly by the exciting filament current, but also changes depending on the temperature of the filament. Therefore, temperature detecting means for detecting the temperature of the filament, and storage means for previously storing a filament current value capable of obtaining the predetermined microwave power corresponding to each temperature value of the filament The control means adjusts the filament current according to the temperature of the filament.

したがって、フィラメントの状態（通電開始からの経過時間や周囲温度）などが異なっても、所定のマイクロ波パワーを維持することができる。 Therefore, even if the state of the filament (elapsed time from the start of energization or ambient temperature) is different, a predetermined microwave power can be maintained.

さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、前記プラズマ発生ノズルは、プラズマ発生部の導波管において複数個配列して取付けられることを特徴とする。 Furthermore, in the plasma generating apparatus of the present invention, a plurality of the plasma generating nozzles are arranged and attached in the waveguide of the plasma generating unit.

上記の構成によれば、複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークの処理などに対応するにあたって、複数のプラズマ発生ノズルに、上述のように複雑な調整を行うことなく、リアルタイムでプラズマエネルギーを調整することができる。 According to the above configuration, when dealing with a plurality of workpieces to be processed or a large-area workpiece, the plasma energy can be adjusted in real time without making complicated adjustments as described above. Can be adjusted.

また、本発明のワーク処理装置は、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とする。 The workpiece processing apparatus of the present invention further comprises a moving means for moving the workpiece and the plasma generating nozzle relative to each other on a plane intersecting the plasma irradiation direction in the plasma generating apparatus. And performing a predetermined treatment by irradiating the workpiece with plasma.

上記の構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルに複雑な調整を行うことなく、リアルタイムでプラズマエネルギーを調整することができるワーク処理装置を実現することができる。 According to said structure, the workpiece | work processing apparatus which can adjust plasma energy in real time can be implement | achieved, without performing complicated adjustment to several plasma generation nozzles.

本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、マグネトロンからのマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬するにあたって、フィラメント電流を電流検出手段によって検出し、制御手段が、前記フィラメントに与える高周波パルスから成るフィラメント電流をフィードバック制御することで、所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値に維持する。 As described above, the plasma generating apparatus of the present invention is a plasma generating apparatus that can be used for workpiece processing such as substrate modification. In the plasma generating apparatus, microwaves from a magnetron are passed through a waveguide to a plasma generating nozzle. When propagating, the filament current is detected by the current detection means, and the control means feedback-controls the filament current consisting of the high-frequency pulse applied to the filament, thereby maintaining a current value at which a predetermined microwave power can be obtained. .

それゆえ、定在波のパターンを調整するチューナや、マイクロ波を反射する反射手段などを設けてプラズマ発生ノズルで受信されるパワーを調整しなくても、導波管の端部には、途中のプラズマ発生ノズルで受信されなかったマイクロ波を消費する負荷を設けるだけで、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを、略理論値に調整することができる。 Therefore, there is no need to adjust the power received by the plasma generating nozzle by providing a tuner that adjusts the pattern of the standing wave or a reflecting means that reflects microwaves. It is possible to adjust the plasma energy radiated from the plasma generating nozzle to a substantially theoretical value in real time without making complicated adjustments by simply providing a load that consumes microwaves that were not received by the plasma generating nozzle. it can.

さらにまた、本発明のワーク処理装置は、以上のように、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与する。 Furthermore, the work processing apparatus of the present invention, as described above, has moving means for moving the work and the plasma generating nozzle relative to each other on a plane intersecting the plasma irradiation direction. The workpiece is irradiated with plasma and subjected to a predetermined treatment while performing relative movement.

それゆえ、複数のプラズマ発生ノズルに複雑な調整を行うことなく、リアルタイムでプラズマエネルギーを調整することができるワーク処理装置を実現することができる。 Therefore, it is possible to realize a workpiece processing apparatus that can adjust plasma energy in real time without making complicated adjustments to a plurality of plasma generating nozzles.

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。このワーク処理装置Ｓは、プラズマを発生し被処理物となるワークＷに前記プラズマを照射するプラズマ発生ユニットＰＵ（プラズマ発生装置）と、ワークＷを前記プラズマの照射領域を経由する所定のルートで搬送する搬送手段Ｃとから構成されている。図２は、図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットＰＵの斜視図、図３は一部透視側面図である。なお、図１〜図３において、Ｘ−Ｘ方向を前後方向、Ｙ−Ｙ方向を左右方向、Ｚ−Ｚ方向を上下方向というものとし、−Ｘ方向を前方向、＋Ｘ方向を後方向、−Ｙを左方向、＋Ｙ方向を右方向、−Ｚ方向を下方向、＋Ｚ方向を上方向として説明する。 [Embodiment 1]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a work processing apparatus S according to an embodiment of the present invention. The workpiece processing apparatus S includes a plasma generation unit PU (plasma generation apparatus) that generates plasma and irradiates the workpiece W, which is an object to be processed, with the plasma, and a predetermined route that passes the workpiece W through the plasma irradiation region. It is comprised from the conveyance means C which conveys. 2 is a perspective view of the plasma generation unit PU in which the line-of-sight direction is different from that in FIG. 1, and FIG. 3 is a partially transparent side view. 1 to 3, the XX direction is the front-rear direction, the Y-Y direction is the left-right direction, the ZZ direction is the up-down direction, the -X direction is the front direction, the + X direction is the rear direction,- Y will be described as a left direction, + Y direction as a right direction, -Z direction as a downward direction, and + Z direction as an upward direction.

プラズマ発生ユニットＰＵは、マイクロ波を利用し、常温常圧でのプラズマ発生が可能なユニットであって、大略的に、マイクロ波を伝搬させる導波管１０、この導波管１０の一端側（左側）に配置され所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０、導波管１０に設けられたプラズマ発生部３０および導波管１０の他端側（右側）に配置されプラズマ発生部３０で消費されず余剰となったマイクロ波を吸収するダミーロード６０を備えて構成されている。また搬送手段Ｃは、図略の駆動手段により回転駆動される搬送ローラ８０を含んで構成されている。本実施形態では、平板状のワークＷが搬送手段Ｃにより搬送される例を示している。 The plasma generation unit PU is a unit capable of generating plasma at normal temperature and pressure using microwaves. In general, the waveguide 10 propagates microwaves, and one end side of the waveguide 10 ( A microwave generator 20 arranged on the left side to generate microwaves of a predetermined wavelength, a plasma generator 30 provided in the waveguide 10, and a plasma generator 30 arranged on the other end side (right side) of the waveguide 10. And a dummy load 60 that absorbs excess microwaves that are not consumed. The conveying means C includes a conveying roller 80 that is rotationally driven by a driving means (not shown). In the present embodiment, an example in which a flat workpiece W is conveyed by the conveying means C is shown.

導波管１０は、アルミニウム等の非磁性金属から成り、断面矩形の長尺管状を呈し、マイクロ波発生装置２０により発生されたマイクロ波をプラズマ発生部３０へ向けて、その長手方向に伝搬させるものである。導波管１０は、分割された複数の導波管ピースが互いのフランジ部同士で連結された連結体で構成されており、一端側から順に、マイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１およびプラズマ発生部３０が設けられている第２導波管ピース１３が連結されて成る。第２導波管ピース１３の他端側にはダミーロード６０が連結されている。 The waveguide 10 is made of a nonmagnetic metal such as aluminum, has a long tubular shape with a rectangular cross section, and propagates the microwave generated by the microwave generator 20 toward the plasma generator 30 in the longitudinal direction thereof. Is. The waveguide 10 is composed of a connected body in which a plurality of divided waveguide pieces are connected to each other by flange portions, and the first conductor on which the microwave generator 20 is mounted in order from one end side. The wave tube piece 11 and the second waveguide piece 13 provided with the plasma generating unit 30 are connected to each other. A dummy load 60 is connected to the other end side of the second waveguide piece 13.

また、第１導波管ピース１１および第２導波管ピース１３は、それぞれ金属平板からなる上面板、下面板および２枚の側面板を用いて角筒状に組立てられ、その両端にフランジ板が取付けられて構成されている。なお、このような平板の組み立てによらず、押出し成形や板状部材の折り曲げ加工等により形成された矩形導波管ピースもしくは非分割型の導波管を用いるようにしてもよい。また、断面矩形の導波管に限らず、たとえば断面楕円の導波管を用いることも可能である。さらに、非磁性金属に限らず、導波作用を有する各種の部材で導波管を構成することができる。 The first waveguide piece 11 and the second waveguide piece 13 are each assembled into a rectangular tube shape using an upper plate, a lower plate and two side plates made of a metal flat plate, and flange plates are provided at both ends thereof. Is installed and configured. In addition, you may make it use the rectangular waveguide piece formed by extrusion molding, the bending process of a plate-shaped member, etc., or a non-dividing type | mold waveguide irrespective of the assembly of such a flat plate. In addition, the waveguide is not limited to a rectangular cross section, and for example, a waveguide having an elliptical cross section can be used. Furthermore, not only a nonmagnetic metal but a waveguide can be comprised with the various members which have a waveguide effect | action.

マイクロ波発生装置２０は、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン２１と、マグネトロン２１で発生されたマイクロ波を導波管１０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナ２２とを備えて構成されている。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、たとえば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生装置２０が好適に用いられる。 The microwave generator 20 includes, for example, a magnetron 21 that generates a microwave of 2.45 GHz, and a microwave transmission antenna 22 that emits the microwave generated by the magnetron 21 to the inside of the waveguide 10. ing. In the plasma generation unit PU according to the present embodiment, for example, a continuously variable microwave generator 20 that can output microwave energy of 1 W to 3 kW is preferably used.

図３に示すように、マイクロ波発生装置２０は、マグネトロン２１からマイクロ波送信アンテナ２２が突設された形態のものであり、第１導波管ピース１１に載置される態様で固定されている。詳しくは、マグネトロン２１が第１導波管ピース１１の上面板１１Ｕに載置され、マイクロ波送信アンテナ２２が上面板１１Ｕに穿設された貫通孔１１１を通して第１導波管ピース１１内部の導波空間１１０に突出する態様で固定されている。マグネトロン２１には、バイアス電源２３から、たとえば２．４５ＧＨｚの高周波パルスが入力され、これによって前記マイクロ波送信アンテナ２２からは前記２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放出され、導波管１０により、その一端側（左側）から他端側（右側）に向けて伝搬される。 As shown in FIG. 3, the microwave generator 20 has a configuration in which a microwave transmission antenna 22 protrudes from a magnetron 21, and is fixed in a manner to be placed on the first waveguide piece 11. Yes. Specifically, the magnetron 21 is placed on the upper surface plate 11U of the first waveguide piece 11, and the microwave transmission antenna 22 is guided inside the first waveguide piece 11 through the through hole 111 formed in the upper surface plate 11U. The wave space 110 is fixed in a projecting manner. For example, a high frequency pulse of 2.45 GHz is input from the bias power supply 23 to the magnetron 21, whereby the microwave of 2.45 GHz is emitted from the microwave transmission antenna 22, and one end thereof is output by the waveguide 10. It propagates from the side (left side) toward the other end side (right side).

プラズマ発生部３０は、第２導波管ピース１３の下面板１３Ｂ（処理対象ワークとの対向面）に、左右方向へ一列に整列して突設された８個のプラズマ発生ノズル３１を具備して構成されている。このプラズマ発生部３０の幅員、つまり８個のプラズマ発生ノズル３１の左右方向の配列幅は、平板状ワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔと略合致する幅員とされている。これにより、ワークＷを搬送ローラ８０で搬送しながら、ワークＷの全表面（下面板１３Ｂと対向する面）に対してプラズマ処理が行えるようになっている。なお、８個のプラズマ発生ノズル３１の配列間隔は、導波管１０内を伝搬させるマイクロ波の波長λ_Ｇに応じて定めることが望ましい。たとえば、波長λ_Ｇの１／２ピッチ、１／４ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列することが望ましく、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合は、λ_Ｇ＝２３０ｍｍであるので、１１５ｍｍ（λ_Ｇ／２）ピッチ、或いは５７．５ｍｍ（λ_Ｇ／４）ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列すればよい。この波長λ_Ｇは、導波管１０の形状に依存する。 The plasma generation unit 30 includes eight plasma generation nozzles 31 that are arranged in a row in the left-right direction on the lower surface plate 13B of the second waveguide piece 13 (the surface facing the workpiece to be processed). Configured. The width of the plasma generation unit 30, that is, the arrangement width in the left-right direction of the eight plasma generation nozzles 31 is a width that substantially matches the size t in the width direction orthogonal to the conveying direction of the flat workpiece W. Thereby, the plasma processing can be performed on the entire surface of the workpiece W (the surface facing the lower surface plate 13B) while the workpiece W is being conveyed by the conveying roller 80. The arrangement interval of the eight plasma generating nozzles 31 is preferably determined according to the wavelength lambda _G of the microwave propagating through the waveguide 10. For example, it is desirable to arrange the plasma generating nozzles 31 at a ½ pitch and a ¼ pitch of the wavelength λ _{G. When} a microwave of 2.45 GHz is used, since λ _G = 230 mm, 115 mm (λ _G / 2) The plasma generating nozzles 31 may be arranged at a pitch or 57.5 mm (λ _G / 4) pitch. This wavelength λ _G depends on the shape of the waveguide 10.

図４は、２つのプラズマ発生ノズル３１を拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズル３１は分解図として描いている）、図５は、図４のＡ−Ａ線側断面図である。プラズマ発生ノズル３１は、中心導電体３２（内部導電体）、ノズル本体３３（外部導電体）、ノズルホルダ３４、シール部材３５および保護管３６を含んで構成されている。 4 is an enlarged side view showing two plasma generation nozzles 31 (one plasma generation nozzle 31 is drawn as an exploded view), and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The plasma generating nozzle 31 includes a central conductor 32 (internal conductor), a nozzle body 33 (external conductor), a nozzle holder 34, a seal member 35, and a protective tube 36.

中心導電体３２は、銅、アルミ、真鍮などの良導電性の金属から構成され、φ１〜５ｍｍ程度の棒状部材から成り、その上端部３２１の側が第２導波管ピース１３の下面板１３Ｂを貫通して導波空間１３０に所定長さだけ突出（この突出部分を受信アンテナ部３２０という）する一方で、下端部３２２がノズル本体３３の下端縁３３１と略面一になるように、上下方向に配置されている。この中心導電体３２には、受信アンテナ部３２０が導波管１０内を伝搬するマイクロ波を受信することで、マイクロ波エネルギー（マイクロ波電力）が与えられるようになっている。当該中心導電体３２は、長さ方向略中間部において、シール部材３５により保持されている。 The central conductor 32 is made of a highly conductive metal such as copper, aluminum, or brass, and is made of a rod-like member having a diameter of about 1 to 5 mm. The upper end portion 321 side of the lower conductor 13B of the second waveguide piece 13 is formed. While vertically penetrating and projecting into the waveguide space 130 by a predetermined length (this projecting portion is referred to as a receiving antenna unit 320), the lower end 322 is substantially flush with the lower end edge 331 of the nozzle body 33. Is arranged. Microwave energy (microwave power) is applied to the central conductor 32 when the receiving antenna unit 320 receives the microwave propagating through the waveguide 10. The central conductor 32 is held by a seal member 35 at a substantially intermediate portion in the length direction.

ノズル本体３３は、良導電性の金属から構成され、中心導電体３２を収納する筒状空間３３２を有する筒状体である。また、ノズルホルダ３４も良導電性の金属から構成され、ノズル本体３３を保持する比較的大径の下部保持空間３４１と、シール部材３５を保持する比較的小径の上部保持空間３４２とを有する筒状体である。一方、シール部材３５は、テフロン（登録商標）等の耐熱性樹脂材料やセラミック等の絶縁性部材から成り、前記中心導電体３２を固定的に保持する保持孔３５１をその中心軸上に備える筒状体から成る。 The nozzle body 33 is a cylindrical body made of a highly conductive metal and having a cylindrical space 332 that houses the central conductor 32. The nozzle holder 34 is also made of a highly conductive metal, and has a relatively large-diameter lower holding space 341 that holds the nozzle body 33 and a relatively small-diameter upper holding space 342 that holds the seal member 35. It is a state. On the other hand, the seal member 35 is made of a heat-resistant resin material such as Teflon (registered trademark) or an insulating member such as ceramic, and has a holding hole 351 for holding the central conductor 32 fixedly on its central axis. It consists of a body

ノズル本体３３は、上方から順に、ノズルホルダ３４の下部保持空間３４１に嵌合される上側胴部３３Ｕと、後述するガスシールリング３７を保持するための環状凹部３３Ｓと、環状に突設されたフランジ部３３Ｆと、ノズルホルダ３４から突出する下側胴部３３Ｂとを具備している。また、上側胴部３３Ｕには、所定の処理ガスを前記筒状空間３３２へ供給させるための連通孔３３３が穿孔されている。 The nozzle body 33 is provided in an annularly projecting manner from the upper side, an upper body part 33U fitted in the lower holding space 341 of the nozzle holder 34, an annular recess 33S for holding a gas seal ring 37 described later. A flange portion 33F and a lower body portion 33B protruding from the nozzle holder 34 are provided. In addition, a communication hole 333 for supplying a predetermined processing gas to the cylindrical space 332 is formed in the upper body portion 33U.

このノズル本体３３は、中心導電体３２の周囲に配置された外部導電体として機能するもので、中心導電体３２は所定の環状空間Ｈ（絶縁間隔）が周囲に確保された状態で筒状空間３３２の中心軸上に挿通されている。ノズル本体３３は、上側胴部３３Ｕの外周部がノズルホルダ３４の下部保持空間３４１の内周壁と接触し、またフランジ部３３Ｆの上端面がノズルホルダ３４の下端縁３４３と接触するようにノズルホルダ３４に嵌合されている。なお、ノズル本体３３は、たとえばプランジャやセットビス等を用いて、ノズルホルダ３４に対して着脱自在な固定構造で装着されることが望ましい。 The nozzle body 33 functions as an external conductor disposed around the central conductor 32. The central conductor 32 is a cylindrical space with a predetermined annular space H (insulation interval) secured around it. It is inserted on the central axis of 332. The nozzle body 33 has a nozzle holder such that the outer peripheral portion of the upper body portion 33U is in contact with the inner peripheral wall of the lower holding space 341 of the nozzle holder 34 and the upper end surface of the flange portion 33F is in contact with the lower end edge 343 of the nozzle holder 34. 34 is fitted. The nozzle body 33 is preferably attached to the nozzle holder 34 with a detachable fixing structure using, for example, a plunger or a set screw.

ノズルホルダ３４は、第２導波管ピース１３の下面板１３Ｂに穿孔された貫通孔１３１に密嵌合される上側胴部３４Ｕ（上部保持空間３４２の位置に略対応する）と、下面板１３Ｂから下方向に延出する下側胴部３４Ｂ（下部保持空間３４１の位置に略対応する）とを備えている。下側胴部３４Ｂの外周には、処理ガスを前記環状空間Ｈに供給するためのガス供給孔３４４が穿孔されている。図示は省略しているが、このガス供給孔３４４には、所定の処理ガスを供給するガス供給管の終端部が接続するための管継手等が取り付けられる。かかるガス供給孔３４４と、ノズル本体３３の連通孔３３３とは、ノズル本体３３がノズルホルダ３４への定位置嵌合された場合に互いに連通状態となるように、各々位置設定されている。なお、ガス供給孔３４４と連通孔３３３との突き合わせ部からのガス漏洩を抑止するために、ノズル本体３３とノズルホルダ３４との間にはガスシールリング３７が介在されている。 The nozzle holder 34 includes an upper body portion 34U (corresponding approximately to the position of the upper holding space 342) and a lower surface plate 13B that are closely fitted in a through hole 131 formed in the lower surface plate 13B of the second waveguide piece 13. And a lower body portion 34B (substantially corresponding to the position of the lower holding space 341). A gas supply hole 344 for supplying a processing gas to the annular space H is formed in the outer periphery of the lower body portion 34B. Although not shown, a pipe joint or the like for connecting a terminal portion of a gas supply pipe for supplying a predetermined processing gas is attached to the gas supply hole 344. The gas supply hole 344 and the communication hole 333 of the nozzle body 33 are set so that they are in communication with each other when the nozzle body 33 is fitted into the nozzle holder 34 at a fixed position. A gas seal ring 37 is interposed between the nozzle body 33 and the nozzle holder 34 in order to suppress gas leakage from the abutting portion between the gas supply hole 344 and the communication hole 333.

これらガス供給孔３４４および連通孔３３３は、周方向に等間隔に複数穿孔されていてもよく、また中心へ向けて半径方向に穿孔されるのではなく、前述の特許文献１のように、処理ガスを旋回させるように、前記筒状空間３３２の外周面の接線方向に穿孔されてもよい。また、ガス供給孔３４４および連通孔３３３は、中心導電体３２に対して垂直ではなく、処理ガスの流れを良くするために、上端部３２１側から下端部３２２側へ斜めに穿設されてもよい。 A plurality of the gas supply holes 344 and the communication holes 333 may be perforated at equal intervals in the circumferential direction, and are not perforated in the radial direction toward the center. The gas may be perforated in the tangential direction of the outer peripheral surface of the cylindrical space 332 so as to swirl the gas. Further, the gas supply hole 344 and the communication hole 333 are not perpendicular to the central conductor 32, and may be formed obliquely from the upper end 321 side to the lower end 322 side in order to improve the flow of the processing gas. Good.

シール部材３５は、その下端縁３５２がノズル本体３３の上端縁３３４と当接し、その上端縁３５３がノズルホルダ３４の上端係止部３４５と当接する態様で、ノズルホルダ３４の上部保持空間３４２に保持されている。すなわち、上部保持空間３４２に中心導電体３２を支持した状態のシール部材３５が嵌合され、ノズル本体３３の上端縁３３４でその下端縁３５２が押圧されるようにして組付けられているものである。 The seal member 35 has a lower end edge 352 in contact with an upper end edge 334 of the nozzle body 33 and an upper end edge 353 in contact with an upper end locking portion 345 of the nozzle holder 34 in the upper holding space 342 of the nozzle holder 34. Is retained. That is, the upper holding space 342 is assembled so that the seal member 35 supporting the central conductor 32 is fitted and the lower end edge 352 of the nozzle body 33 is pressed by the upper end edge 334. is there.

保護管３６（図５では図示省略している）は、所定長さの石英ガラスパイプ等から成り、ノズル本体３３の筒状空間３３２の内径に略等しい外径を有する。この保護管３６は、ノズル本体３３の下端縁３３１での異常放電（アーキング）を防止して、後述するプルームＰを正常に放射させる機能を有しており、その一部がノズル本体３３の下端縁３３１から突出するように、前記筒状空間３３２に内挿されている。なお、保護管３６は、その先端部が下端縁３３１と一致するように、或いは下端縁３３１よりも内側へ入り込むように、その全体が筒状空間３３２に収納されていてもよい。 The protective tube 36 (not shown in FIG. 5) is made of a quartz glass pipe or the like having a predetermined length, and has an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the cylindrical space 332 of the nozzle body 33. The protective tube 36 has a function of preventing abnormal discharge (arcing) at the lower end edge 331 of the nozzle body 33 and radiating a plume P to be described later normally. The cylindrical space 332 is inserted so as to protrude from the edge 331. Note that the entire protective tube 36 may be accommodated in the cylindrical space 332 so that the tip end thereof coincides with the lower end edge 331 or enters the inner side of the lower end edge 331.

プラズマ発生ノズル３１は上記のように構成されている結果、ノズル本体３３、ノズルホルダ３４および第２導波管ピース１３（導波管１０）は導通状態（同電位）とされている一方で、中心導電体３２は絶縁性のシール部材３５で支持されていることから、これらの部材とは電気的に絶縁されている。したがって、図６に示すように、導波管１０がアース電位とされた状態で、中心導電体３２の受信アンテナ部３２０でマイクロ波が受信され中心導電体３２にマイクロ波電力が給電されると、その下端部３２２およびノズル本体３３の下端縁３３１の近傍に電界集中部が形成されるようになる。 As a result of the plasma generating nozzle 31 being configured as described above, the nozzle body 33, the nozzle holder 34, and the second waveguide piece 13 (waveguide 10) are in a conductive state (the same potential). Since the central conductor 32 is supported by the insulating seal member 35, it is electrically insulated from these members. Therefore, as shown in FIG. 6, when the microwave is received by the receiving antenna unit 320 of the central conductor 32 and the microwave power is supplied to the central conductor 32 in a state where the waveguide 10 is at the ground potential. An electric field concentration portion is formed in the vicinity of the lower end portion 322 and the lower end edge 331 of the nozzle body 33.

かかる状態で、ガス供給孔３４４から、たとえば酸素ガスや空気のような酸素系の処理ガスが環状空間Ｈへ供給されると、前記マイクロ波電力により処理ガスが励起されて中心導電体３２の下端部３２２付近においてプラズマ（電離気体）が発生する。このプラズマは、電子温度が数万度であるものの、ガス温度は外界温度に近い反応性プラズマ（中性分子が示すガス温度に比較して、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であって、常圧下で発生するプラズマである。 In this state, when an oxygen-based processing gas such as oxygen gas or air is supplied from the gas supply hole 344 to the annular space H, the processing gas is excited by the microwave power and the lower end of the central conductor 32 is excited. Plasma (ionized gas) is generated near the portion 322. Although this plasma has an electron temperature of tens of thousands of degrees, the gas temperature is a reactive plasma that is close to the outside temperature (a plasma in which the electron temperature indicated by electrons is extremely high compared to the gas temperature indicated by neutral molecules). It is a plasma generated under normal pressure.

このようにしてプラズマ化された処理ガスは、ガス供給孔３４４から与えられるガス流によりプルームＰとしてノズル本体３３の下端縁３３１から放射される。このプルームＰにはラジカルが含まれ、たとえば処理ガスとして酸素系ガスを使用すると酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用、レジスト除去作用等を有するプルームＰとすることができる。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、プラズマ発生ノズル３１が複数個配列されていることから、左右方向に延びるライン状のプルームＰを発生させることが可能となる。 The processing gas thus converted into plasma is radiated from the lower edge 331 of the nozzle body 33 as a plume P by the gas flow provided from the gas supply hole 344. This plume P contains radicals. For example, when an oxygen-based gas is used as the processing gas, oxygen radicals are generated, and the plume P having an organic substance decomposition / removal action, a resist removal action, and the like can be obtained. In the plasma generation unit PU according to the present embodiment, since a plurality of plasma generation nozzles 31 are arranged, it is possible to generate a line-shaped plume P extending in the left-right direction.

因みに、処理ガスとしてアルゴンガスのような不活性ガスや窒素ガスを用いれば、各種基板の表面クリーニングや表面改質を行うことができる。また、フッ素を含有する化合物ガスを用いれば基板表面を撥水性表面に改質することができ、親水基を含む化合物ガスを用いることで基板表面を親水性表面に改質することができる。さらに、金属元素を含む化合物ガスを用いれば、基板上に金属薄膜層を形成することができる。 Incidentally, when an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used as the processing gas, the surface cleaning and surface modification of various substrates can be performed. Further, if a compound gas containing fluorine is used, the substrate surface can be modified to a water-repellent surface, and using a compound gas containing a hydrophilic group can modify the substrate surface to a hydrophilic surface. Furthermore, if a compound gas containing a metal element is used, a metal thin film layer can be formed on the substrate.

ダミーロード６０は、上述の余剰マイクロ波を吸収して熱に変換する水冷型（空冷型でも良い）の電波吸収体である。このダミーロード６０には、冷却水を内部に流通させるための冷却水流通口６１が設けられており、余剰マイクロ波を熱変換することにより発生した熱が前記冷却水に熱交換されるようになっている。 The dummy load 60 is a water-cooled (or air-cooled) radio wave absorber that absorbs the above-described excess microwave and converts it into heat. The dummy load 60 is provided with a cooling water circulation port 61 for circulating cooling water therein so that heat generated by heat conversion of the surplus microwaves is exchanged with the cooling water. It has become.

搬送手段Ｃは、所定の搬送路に沿って配置された複数の搬送ローラ８０を備え、図略の駆動手段により搬送ローラ８０が駆動されることで、処理対象となるワークＷを、前記プラズマ発生部３０を経由して搬送させるものである。ここで、処理対象となるワークＷとしては、プラズマディスプレイパネルや半導体基板のような平型基板、電子部品が実装された回路基板等を例示することができる。また、平型形状でないパーツや組部品等も処理対象とすることができ、この場合は搬送ローラに代えてベルトコンベア等を採用すればよい。 The conveyance means C includes a plurality of conveyance rollers 80 arranged along a predetermined conveyance path, and the conveyance roller 80 is driven by a driving means (not shown), so that the workpiece W to be processed is generated by the plasma generation. It is conveyed via the section 30. Here, examples of the workpiece W to be processed include a flat substrate such as a plasma display panel and a semiconductor substrate, a circuit substrate on which electronic components are mounted, and the like. Also, parts or assembled parts that are not flat-shaped can be processed, and in this case, a belt conveyor or the like may be employed instead of the conveying roller.

次に、本実施形態に係るワーク処理装置Ｓの電気的構成について説明する。図７は、ワーク処理装置Ｓの制御系を示すブロック図である。この制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）９０１およびその周辺回路等から成る全体制御部９０と、出力インタフェイスや駆動回路等から成るマイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２および搬送制御部９３と、表示手段や操作パネル等から成り、前記全体制御部９０に対して所定の操作信号を与える操作部９５と、入力インタフェイスやアナログ／デジタル変換器等から成るセンサ入力部９６，９７と、センサ９６１，９７１ならびに駆動モータ９３１および流量制御弁９２３とを備えて構成される。 Next, an electrical configuration of the work processing apparatus S according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a control system of the work processing apparatus S. This control system includes a CPU (central processing unit) 901 and an overall control unit 90 including its peripheral circuits, a microwave output control unit 91 including an output interface and a drive circuit, a gas flow rate control unit 92, and a conveyance control. Unit 93, a display means, an operation panel, and the like, an operation unit 95 for supplying a predetermined operation signal to the overall control unit 90, and sensor input units 96, 97 including an input interface, an analog / digital converter, and the like. And sensors 961, 971, a drive motor 931, and a flow rate control valve 923.

マイクロ波出力制御部９１は、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波のＯＮ−ＯＦＦ制御、出力強度制御を行うもので、前記バイアス電源２３に、後述するように可変デューティで前記２．４５ＧＨｚのパルス信号から成るフィラメント電流等を生成させてマグネトロン２１によるマイクロ波発生の動作制御を行う。 The microwave output control unit 91 performs ON / OFF control and output intensity control of the microwave output from the magnetron 21, and the 2.45 GHz pulse signal with a variable duty is supplied to the bias power source 23 as will be described later. The operation of the microwave generation by the magnetron 21 is performed by generating the filament current and the like.

ガス流量制御部９２は、プラズマ発生部３０の各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２１と各プラズマ発生ノズル３１との間を接続するガス供給管９２２に設けられた前記流量制御弁９２３の開閉制御乃至は開度調整をそれぞれ行う。 The gas flow rate control unit 92 controls the flow rate of the processing gas supplied to each plasma generation nozzle 31 of the plasma generation unit 30. Specifically, opening / closing control or opening degree adjustment of the flow rate control valve 923 provided in the gas supply pipe 922 connecting the processing gas supply source 921 such as a gas cylinder and each plasma generation nozzle 31 is performed.

搬送制御部９３は、搬送ローラ８０を回転駆動させる駆動モータ９３１の動作制御を行うもので、ワークＷの搬送開始／停止、および搬送速度の制御等を行うものである。 The conveyance control unit 93 controls the operation of the drive motor 931 that rotationally drives the conveyance roller 80, and controls the start / stop of conveyance of the workpiece W, the conveyance speed, and the like.

全体制御部９０は、当該ワーク処理装置Ｓの全体的な動作制御を司るもので、操作部９５から与えられる操作信号に応じて、センサ入力部９６から入力される流量センサ９６１の測定結果、センサ入力部９７から入力される速度センサ９７１によるワークＷの搬送速度の測定結果、センサ入力部９８から入力される温度センサ２４によるマグネトロン２１のフィラメントの温度の測定結果、センサ入力部９９から入力される電流センサ２５によるマグネトロン２１のフィラメント電流の測定結果等をモニタし、上記マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２および搬送制御部９３を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。 The overall control unit 90 is responsible for overall operation control of the work processing apparatus S. The measurement result of the flow rate sensor 961 input from the sensor input unit 96 according to the operation signal given from the operation unit 95, the sensor Measurement result of the conveyance speed of the work W by the speed sensor 971 input from the input unit 97, measurement result of the temperature of the filament of the magnetron 21 by the temperature sensor 24 input from the sensor input unit 98, and input from the sensor input unit 99 The measurement result of the filament current of the magnetron 21 by the current sensor 25 is monitored, and the operation of the microwave output control unit 91, the gas flow rate control unit 92, and the transfer control unit 93 is controlled based on a predetermined sequence.

具体的には、前記ＣＰＵ９０１は、メモリ９０２に予め格納されている制御プログラムに基づいて、ワークＷの搬送を開始させてワークＷをプラズマ発生部３０へ導き、所定流量の処理ガスを各プラズマ発生ノズル３１へ供給させつつマイクロ波電力を与えてプラズマ（プルームＰ）を発生させ、ワークＷを搬送しながらその表面にプルームＰを放射させるものである。これにより、複数のワークＷを連続的に処理する。 Specifically, the CPU 901 starts the conveyance of the workpiece W based on a control program stored in advance in the memory 902, guides the workpiece W to the plasma generation unit 30, and generates a processing gas having a predetermined flow rate for each plasma. Plasma (plume P) is generated by supplying microwave power while being supplied to the nozzle 31, and the plume P is radiated on the surface of the workpiece W while it is being conveyed. Thereby, a plurality of works W are processed continuously.

このとき、前記ＣＰＵ９０１は、マグネトロン２１のフィラメントに設けられ、温度検出手段である温度センサ２４の測定結果から、記憶手段であるメモリ９０３において、メーカ側で理論および実験によって予め求められて格納されているフィラメントの各温度値に対応した最適なマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を読出し、電流検出手段である電流センサ２５によって検出されるフィラメント電流値がその望ましい電流値となるように、前記マイクロ波出力制御部９１に前記バイアス電源２３がマグネトロン２１のフィラメントに与える高周波パルスから成るフィラメント電流のデューティを制御させる。したがって、前記ＣＰＵ９０１、マイクロ波制御部９１およびバイアス電源２３は、特許請求の範囲における制御手段を構成する。 At this time, the CPU 901 is provided on the filament of the magnetron 21 and is obtained and stored in advance by the manufacturer on the basis of the theory and experiment in the memory 903 as the storage means from the measurement result of the temperature sensor 24 as the temperature detection means. The filament current value that can obtain the optimum microwave power corresponding to each temperature value of the filament is read, and the filament current value detected by the current sensor 25 that is the current detection means becomes the desired current value. The microwave output control unit 91 controls the duty of the filament current composed of the high frequency pulse that the bias power supply 23 gives to the filament of the magnetron 21. Therefore, the CPU 901, the microwave control unit 91, and the bias power source 23 constitute a control unit in the claims.

前記バイアス電源２３は、直流電圧を所望のデューティの高周波パルスに変換して前記マグネトロン２１のフィラメントに与えるインバータ電源から成る。マグネトロン２１のフィラメントには、高周波パルスの励起用の直流が高周波スイッチングされたフィラメント電圧および電流が印加されるとともに、マイクロ波に変換される直流のバイアス電圧および電流が印加される。前記バイアス電圧および電流は一定で、前記フィラメント電圧および電流のデューティが前記温度センサ２４の測定結果に応じて変化される。前記フィラメント電圧および電流は、数Ｖおよび数Ａ〜数十Ａで、数十Ｗ程度、前記バイアス電圧および電流は、数ｋＶおよび数十ｍＡ〜数百ｍＡで、数百Ｗ〜数ｋＷ程度であり、たとえばマグネトロン２１が前述のように３ｋＷまで出力可能な場合、前記フィラメント電圧および電流は、４Ｖおよび２２Ａであり、前記バイアス電圧および電流は、５．１ｋＶおよび８４０ｍＡである。 The bias power source 23 is composed of an inverter power source that converts a DC voltage into a high-frequency pulse with a desired duty and applies it to the filament of the magnetron 21. The filament of the magnetron 21 is applied with a filament voltage and current obtained by high-frequency switching of a direct current for exciting a high-frequency pulse, and a direct-current bias voltage and current converted into microwaves are applied. The bias voltage and current are constant, and the filament voltage and current duty are changed according to the measurement result of the temperature sensor 24. The filament voltage and current are several volts and several A to several tens of A, about several tens of watts, and the bias voltage and current are several kW, several tens of mA to several hundred mA, and several hundred W to several kW. For example, when the magnetron 21 can output up to 3 kW as described above, the filament voltage and current are 4 V and 22 A, and the bias voltage and current are 5.1 kV and 840 mA.

ここで、マグネトロン２１から出力されたマイクロ波エネルギーは、設計、加工、組立て精度などに依存する一定の効率でマイクロ波送信アンテナ２２に伝搬され、経年による変化は殆どない。また、前記ダミーロード６０によって定在波が存在しない場合、各プラズマ発生ノズル３１で受信されるマイクロ波電力の総和は、マグネトロン２１から出力されたマイクロ波エネルギーに比例し、たとえば６０％の効率で受信される。さらにまた、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーには、フィラメント電流が支配的である。 Here, the microwave energy output from the magnetron 21 is propagated to the microwave transmission antenna 22 with a certain efficiency depending on the design, processing, assembly accuracy, and the like, and hardly changes over time. When no standing wave is present due to the dummy load 60, the sum of the microwave power received by each plasma generating nozzle 31 is proportional to the microwave energy output from the magnetron 21, for example, with an efficiency of 60%. Received. Furthermore, the filament current is dominant in the microwave energy output from the magnetron 21.

したがって、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーが温度や経年によって変化しようとしても、上述のようにバイアス電源２３がマグネトロン２１のフィラメントに与える高周波パルス（フィラメント電流）のデューティを調整することで、そのデューティに略比例して、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーを変化させ、前記マイクロ波エネルギーを一定に保持することができる。好ましくは、さらにバイアス電圧も併せて変化することで、より正確にマイクロ波エネルギーを調整することができる。ただし、バイアス電圧だけでは、マイクロ波エネルギーを調整できず、少なくとも前記フィラメント電流を制御する必要がある。前記マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーは、同じ条件（前記フィラメント電圧および電流ならびにバイアス電圧および電流を一定）で駆動されても、前記温度や経年によって、数％〜十数％変化してしまう。 Therefore, even if the microwave energy output from the magnetron 21 is going to change with temperature or aging, the duty of the high frequency pulse (filament current) given to the filament of the magnetron 21 by the bias power source 23 is adjusted as described above. The microwave energy output from the magnetron 21 can be changed substantially in proportion to the duty to keep the microwave energy constant. Preferably, the microwave energy can be adjusted more accurately by further changing the bias voltage. However, the microwave energy cannot be adjusted only by the bias voltage, and at least the filament current needs to be controlled. Even if the microwave energy output from the magnetron 21 is driven under the same conditions (the filament voltage and current and the bias voltage and current are constant), the microwave energy changes by several% to several tens of% depending on the temperature and aging. .

一方、マグネトロン２１がトランスドライブの場合には、デューティ制御ではなく、交流入力を電流センサなどで検知し、前記バイアス電圧およびフィラメント電圧を作成するそのトランスへの電流の通電角を制御するようにすればよい。 On the other hand, when the magnetron 21 is a transformer drive, instead of duty control, the AC input is detected by a current sensor or the like, and the current conduction angle to the transformer that creates the bias voltage and filament voltage is controlled. That's fine.

図８は、前記ＣＰＵ９０１によるフィラメント電流のデューティ制御動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１では、流量センサ９６１によって検出される処理ガスの流量が所定の流量となるまで流量制御弁９２３が開放され、プラズマ点灯すべきプラズマ発生ノズル３１に処理ガスを供給した状態で、マグネトロン２１からマイクロ波を発生させてプラズマ点火を行い、ステップＳ２で、前記温度センサ２４によってフィラメントの温度Ｔａが検出される。 FIG. 8 is a flowchart for explaining the duty control operation of the filament current by the CPU 901. In step S1, the flow rate control valve 923 is opened until the flow rate of the processing gas detected by the flow rate sensor 961 reaches a predetermined flow rate, and the processing gas is supplied from the magnetron 21 to the plasma generating nozzle 31 to be plasma-lit. Plasma is ignited by generating a microwave, and the filament temperature Ta is detected by the temperature sensor 24 in step S2.

ステップＳ３では、検出された温度Ｔａにおいて最適なマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流Ｉｆの仕様範囲（最大値のＩｍａｘ、最小値のＩｍｉｎ）が前記メモリ９０３から読出され、ステップＳ４では、実際に電流センサ２５で測定されたフィラメント電流値Ｉｆが、前記仕様範囲内であるか否かが判断され、仕様範囲内であるときにはデューティ変更が行われずに前記ステップＳ２に戻る。 In step S3, the specification range (maximum value Imax, minimum value Imin) of the filament current If capable of obtaining the optimum microwave power at the detected temperature Ta is read from the memory 903. In step S4, the actual range is read. Whether the filament current value If measured by the current sensor 25 is within the specification range is determined. If the filament current value If is within the specification range, the duty is not changed and the process returns to step S2.

これに対して、ステップＳ４においてフィラメント電流値Ｉｆが仕様範囲外であるとき、前記最大値Ｉｍａｘを超えているときにはステップＳ５で、前記フィラメント電流のデューティが小さくされてマイクロ波のパワーが絞られた後前記ステップＳ２に戻り、前記最小値Ｉｍｉｎ未満であるときにはステップＳ６で、前記フィラメント電流のデューティが大きくされてマイクロ波のパワーが増大された後前記ステップＳ２に戻る。 On the other hand, when the filament current value If is out of the specification range in step S4 and exceeds the maximum value Imax, in step S5, the duty of the filament current is reduced to reduce the microwave power. Thereafter, the process returns to step S2, and when it is less than the minimum value Imin, in step S6, the duty of the filament current is increased to increase the microwave power, and then the process returns to step S2.

以上説明したワーク処理装置Ｓによれば、ワーク搬送手段ＣでワークＷを搬送しつつ、導波管１０に複数個配列して取付けられたプラズマ発生ノズル３１からプラズマ化されたガスをワークＷに対して放射することが可能であるので、複数の被処理ワークに対して連続的にプラズマ処理を行うことができ、また大面積のワークに対しても効率良くプラズマ処理を行うことができる。したがって、バッチ処理タイプのワーク処理装置に比較して、各種の被処理ワークに対するプラズマ処理作業性に優れるワーク処理装置Ｓ若しくはプラズマ発生装置ＰＵを提供することができる。しかも、外界の温度および圧力でプラズマを発生させることができるので、真空チャンバー等を必要とせず、設備構成を簡素化することができる。 According to the workpiece processing apparatus S described above, the workpiece W is transported by the workpiece transport means C, and the plasmaized gas from the plasma generating nozzles 31 arranged and attached to the waveguide 10 is supplied to the workpiece W. Since it can radiate | emit with respect to a workpiece | work, a plasma processing can be continuously performed with respect to several to-be-processed workpiece | work, and a plasma processing can be efficiently performed also about the workpiece | work of a large area. Therefore, it is possible to provide the work processing apparatus S or the plasma generation apparatus PU that is superior in plasma processing workability to various types of workpieces as compared with batch processing type work processing apparatuses. Moreover, since plasma can be generated at an external temperature and pressure, a vacuum chamber or the like is not required, and the equipment configuration can be simplified.

また、マグネトロン２１から発生されたマイクロ波を、各々のプラズマ発生ノズル３１が備える中心導電体３２で受信させ、そのマイクロ波のエネルギーに基づきそれぞれのプラズマ発生ノズル３１からプラズマ化されたガスを放出させることができるので、マイクロ波が保有するエネルギーの各プラズマ発生ノズル３１への伝達系を簡素化することができる。したがって、装置構成のシンプル化、コストダウン等を図ることができる。 Further, the microwave generated from the magnetron 21 is received by the central conductor 32 provided in each plasma generation nozzle 31, and the plasmaized gas is released from each plasma generation nozzle 31 based on the energy of the microwave. Therefore, the transmission system of the energy held by the microwaves to each plasma generation nozzle 31 can be simplified. Therefore, simplification of the device configuration, cost reduction, and the like can be achieved.

さらに、複数のプラズマ発生ノズル３１が一列に整列配置されて成るプラズマ発生部３０が、平板状のワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔに略合致した幅員を有しているので、当該ワークＷを、搬送手段Ｃにより一度だけプラズマ発生部３０を通過させるだけで、その全面の処理を完了させることができ、平板状のワークに対するプラズマ処理効率を格段に向上させることができる。また、搬送されて来るワークＷに対して同じタイミングでプラズマ化されたガスを放射できるようになり、均質的な表面処理等を行うことができる。 Further, since the plasma generation unit 30 in which the plurality of plasma generation nozzles 31 are arranged in a line has a width that substantially matches the size t in the width direction orthogonal to the conveyance direction of the flat workpiece W, By simply passing the workpiece W through the plasma generating unit 30 only once by the conveying means C, the processing of the entire surface can be completed, and the plasma processing efficiency for the plate-shaped workpiece can be remarkably improved. In addition, plasmaized gas can be radiated to the workpiece W being conveyed at the same timing, and uniform surface treatment or the like can be performed.

さらにまた、ＣＰＵ９０１が、温度センサ２４によって検出されるマグネトロン２１のフィラメントの温度値に応じて、メモリ９０３に予め記憶されている所定のマイクロ波エネルギーを得ることができるフィラメント電流値となるように、バイアス電源２３からフィラメントに与えるフィラメント電流をフィードバック制御することで、温度や経年などに対しても、フィラメント電流値を、各プラズマ発生ノズル３１から放射されるプラズマエネルギーを一定の理論値に維持することができる電流値に調整することができる。したがって、定在波のパターンを調整するチューナや、マイクロ波を反射する反射手段などを設けてプラズマ発生ノズル３１で受信されるパワーを調整しなくても、導波管１０の端部には、途中のプラズマ発生ノズル３１で受信されなかったマイクロ波を消費するダミーロード６０を設けるだけで、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズル３１から放射されるプラズマエネルギーを、前記一定の理論値に調整することができる。 Furthermore, the CPU 901 has a filament current value that can obtain a predetermined microwave energy stored in advance in the memory 903 in accordance with the temperature value of the filament of the magnetron 21 detected by the temperature sensor 24. By controlling the filament current applied to the filament from the bias power source 23, the filament current value and the plasma energy radiated from each plasma generating nozzle 31 are maintained at a constant theoretical value even with respect to temperature and aging. The current value can be adjusted. Therefore, the end of the waveguide 10 does not have to adjust the power received by the plasma generation nozzle 31 by providing a tuner that adjusts the pattern of the standing wave, reflection means that reflects microwaves, and the like. Only by providing a dummy load 60 that consumes microwaves that are not received by the plasma generating nozzle 31 on the way, the plasma energy radiated from the plasma generating nozzle 31 in real time can be obtained without performing complicated adjustment. It can be adjusted to the theoretical value.

なお、前記導波管１０の端部には、前記ダミーロード６０のようにマイクロ波を吸収するものに限らず、マイクロ波を透過させたり、反射させたりするものが設けられてもよく、マイクロ波が導波管１０に戻らず、定在波を発生させないようにするものであればよい。 Note that the end of the waveguide 10 is not limited to the one that absorbs microwaves, such as the dummy load 60, and may be provided with one that transmits or reflects microwaves. Any method may be used as long as the wave does not return to the waveguide 10 and does not generate a standing wave.

以上、本発明の一実施形態に係るワーク処理装置Ｓについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば下記の実施形態を取ることができる。
（１）上記実施形態では、複数のプラズマ発生ノズル３１を一列に整列配置した例を示したが、ノズル配列はワークＷの形状やマイクロ波電力のパワー等に応じて適宜決定すればよく、たとえばワークＷの搬送方向に複数列プラズマ発生ノズル３１をマトリクス整列したり、千鳥配列したりしてもよい。
（２）上記実施形態では、移動手段としてワークＷを搬送する搬送手段Ｃが用いられ、その搬送手段Ｃとしては搬送ローラ８０の上面にワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に、たとえば上下の搬送ローラ間にワークＷをニップさせて搬送させる形態、搬送ローラを用いず所定のバスケット等にワークを収納し前記バスケット等をラインコンベア等で搬送させる形態、或いはロボットハンド等でワークＷを把持してプラズマ発生部３０へ搬送させる形態であってもよい。或いは、移動手段としてはプラズマ発生ノズル３１側を移動させる構成であってもよい。すなわち、ワークＷとプラズマ発生ノズル３１とは、プラズマ照射方向（Ｚ方向）とは交差する面（Ｘ，Ｙ面）上で相対的に移動すればよい。
（３）上記実施形態では、マイクロ波発生源として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン２１を例示したが、異なる波長のマイクロ波を用いるようにしてもよい。 The work processing apparatus S according to the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and for example, the following embodiment can be taken.
(1) In the above embodiment, an example in which a plurality of plasma generating nozzles 31 are arranged in a line is shown. However, the nozzle arrangement may be appropriately determined according to the shape of the workpiece W, the power of microwave power, and the like. The plurality of rows of plasma generating nozzles 31 may be arranged in a matrix or in a staggered arrangement in the conveyance direction of the workpiece W.
(2) In the above-described embodiment, the transport unit C that transports the workpiece W is used as the moving unit. As the transport unit C, a mode in which the workpiece W is mounted on the upper surface of the transport roller 80 and transported is exemplified. In addition to this, for example, a form in which the work W is nipped between the upper and lower transport rollers and transported, a form in which the work is stored in a predetermined basket or the like without using the transport roller, and the basket or the like is transported by a line conveyor or the like, or a robot hand For example, the workpiece W may be gripped and conveyed to the plasma generation unit 30 by using a method such as that described above. Alternatively, the moving means may be configured to move the plasma generating nozzle 31 side. That is, the workpiece W and the plasma generation nozzle 31 may be relatively moved on a plane (X, Y plane) intersecting with the plasma irradiation direction (Z direction).
(3) In the above embodiment, the magnetron 21 that generates a microwave of 2.45 GHz is exemplified as the microwave generation source. However, microwaves having different wavelengths may be used.

本発明に係るワーク処理装置およびプラズマ発生装置は、半導体ウェハ等の半導体基板に対するエッチング処理装置や成膜装置、プラズマディスプレイパネル等のガラス基板やプリント基板の清浄化処理装置、医療機器等に対する滅菌処理装置、タンパク質の分解装置等に好適に適用することができる。 A workpiece processing apparatus and a plasma generation apparatus according to the present invention include an etching processing apparatus and a film forming apparatus for a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer, a glass substrate such as a plasma display panel and a cleaning processing apparatus for a printed board, and a sterilization process for medical equipment The present invention can be suitably applied to an apparatus, a protein decomposition apparatus, and the like.

本発明に係るワーク処理装置の全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the workpiece processing apparatus which concerns on this invention. 図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a plasma generation unit with a different line-of-sight direction from FIG. 1. ワーク処理装置の一部透視側面図である。It is a partial see-through | perspective side view of a workpiece | work processing apparatus. ２つのプラズマ発生ノズルを拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズルは分解図として描いている）である。It is a side view which expands and shows two plasma generation nozzles (one plasma generation nozzle is drawn as an exploded view). 図４のＡ−Ａ線側断面図である。It is the sectional view on the AA line side of FIG. プラズマ発生ノズルにおけるプラズマの発生状態を説明するための透視側面図である。It is a see-through | perspective side view for demonstrating the generation state of the plasma in a plasma generation nozzle. ワーク処理装置の制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of a workpiece processing apparatus. ＣＰＵによるフィラメント電流のデューティ制御動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the duty control operation | movement of the filament current by CPU.

Explanation of symbols

１０導波管
２０マイクロ波発生装置（マイクロ波発生手段）
２１マグネトロン
２２マイクロ波送信アンテナ
２３バイアス電源
２４温度センサ
２５電流センサ
３０プラズマ発生部
３１プラズマ発生ノズル
３２中心導電体（内部導電体）
３３ノズル本体（外部導電体）
３４ノズルホルダ
３４４ガス供給孔
６０ダミーロード
８０搬送ローラ
９０全体制御部
９０１ＣＰＵ
９０２，９０３メモリ
９１マイクロ波出力制御部
９２ガス流量制御部
９２１処理ガス供給源
９２２ガス供給管
９２３流量制御弁
９３搬送制御部
９３１駆動モータ
９５操作部
９６，９７，９８，９９センサ入力部
９６１流量センサ
９７１速度センサ
Ｓワーク処理装置
ＰＵプラズマ発生ユニット（プラズマ発生装置）
Ｃ搬送手段
Ｗワーク 10 Waveguide 20 Microwave generator (microwave generator)
21 Magnetron 22 Microwave Transmitting Antenna 23 Bias Power Supply 24 Temperature Sensor 25 Current Sensor 30 Plasma Generating Unit 31 Plasma Generating Nozzle 32 Central Conductor (Internal Conductor)
33 Nozzle body (external conductor)
34 Nozzle holder 344 Gas supply hole 60 Dummy load 80 Transport roller 90 Overall control unit 901 CPU
902, 903 Memory 91 Microwave output control unit 92 Gas flow rate control unit 921 Processing gas supply source 922 Gas supply pipe 923 Flow control valve 93 Transport control unit 931 Drive motor 95 Operation units 96, 97, 98, 99 Sensor input unit 961 Flow rate Sensor 971 Speed sensor S Work processing unit PU Plasma generation unit (plasma generator)
C Conveying means W Workpiece

Claims

A magnetron that generates a microwave, a waveguide that propagates the microwave, and a plasma generation nozzle that receives the microwave and generates and emits a plasma gas based on the energy of the microwave. In the plasma generator configured to include a plasma generating unit attached to,
Current detection means for detecting a filament current of the magnetron;
And a control means for controlling the filament current so that a detection result of the current detection means becomes a current value capable of obtaining a predetermined microwave power.

Temperature detecting means for detecting the temperature of the filament of the magnetron;
In correspondence with each temperature value of the filament of the magnetron, further comprising storage means for preliminarily storing a filament current value capable of obtaining the predetermined microwave power,
The control means responds to the detection result of the temperature detection means, reads out a current value capable of obtaining the predetermined microwave power corresponding to the temperature value at that time from the storage means, and becomes the current value. 2. The plasma generator according to claim 1, wherein the duty of the filament current is controlled as described above.

3. The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the plasma generating nozzles are arranged and attached in the waveguide of the plasma generating unit.

4. The plasma generating apparatus according to claim 3, further comprising a moving means for relatively moving the workpiece and the plasma generating nozzle on a surface intersecting with the plasma irradiation direction, and performing the relative movement while moving the workpiece. A workpiece processing apparatus characterized in that a predetermined process is performed by irradiating a plasma on the workpiece.