JP2007227201A - Plasma generating device and workpiece treatment device - Google Patents
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Abstract
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.
近年、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技術が知られている。また、特許文献1には、反応ガスをプラズマで活性化させる低温プラズマ処理装置において、プラズマ又は反応ガスの放射光スペクトルに基づいて、プラズマ又は反応ガスの放電状態を一定に制御する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1には、複数のプラズマ発生ノズルの各々から、プルームが均一なプラズマを放出することに関しての記載が何らなされておらず、この点改良の余地がある。特に、複数のプラズマ発生ノズルからワークに対してプラズマを照射する場合、各プラズマ発生ノズルから均一なプルームのプラズマを長時間安定して照射しなければ、ワークから効率良く有機物を除去したり、表面を改質させたりすることができなくなる。
However, in
本発明の目的は、各プラズマ発生ノズルからプルームが均一なプラズマを長時間安定して出力することができるプラズマ発生装置及び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 generating apparatus and a work processing apparatus capable of stably outputting a plasma with a uniform plume from each plasma generating nozzle for a long time.
本発明によるマイクロ波発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を伝搬する導波管と、プラズマ化されるガスを供給するガス供給部と、前記マイクロ波を受信し、受信したマイクロ波のエネルギーを基に、前記ガス供給部から供給されるガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取り付けられたプラズマ発生部と、前記マイクロ波発生部から出力されるマイクロ波のパワーを測定するマイクロ波測定部と、各プラズマ発生ノズルから、プラズマ化されたガスからなるプルームがほぼ均一な大きさで放出されるように予め定められたマイクロ波のパワーの目標値を記憶する目標値記憶部と、前記マイクロ波測定部により測定されたマイクロ波のパワーが前記目標値を保つように、前記マイクロ波発生部から出力されるマイクロ波のパワーを調整するマイクロ波制御部とを備えることを特徴とする。 A microwave generator according to the present invention includes a microwave generator that generates a microwave, a waveguide that propagates the microwave generated by the microwave generator, and a gas supply that supplies a gas to be converted into plasma And a plurality of plasma generating nozzles that are arranged in the waveguide and receive the microwaves and turn the gas supplied from the gas supply unit into plasma based on the received microwave energy. The plasma generation unit, the microwave measurement unit that measures the power of the microwave output from the microwave generation unit, and the plasma generated plume from each plasma generation nozzle are emitted in a substantially uniform size. A target value storage unit for storing a target value of a predetermined microwave power and a microwave measured by the microwave measurement unit. As the power of the filtered keep the target value, characterized in that it comprises a microwave controller for adjusting the microwave power output from the microwave generation part.
この構成によれば、マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波のパワーが、マイクロ波測定部により測定され、測定されたマイクロ波のパワーが目標値となるようにマイクロ波発生部が制御される。ここで、目標値は、各プラズマ発生ノズルから大きさが均一なプルームのプラズマが発生することができる値が採用されている。つまり、マイクロ波発生部は、各プラズマ発生ノズルから、プルームの大きさが均一なプラズマを発生されるようにフィードバック制御される。そのため、プラズマ発生部を構成する各プラズマ発生ノズルは、プルームの大きさが均一なプラズマを長時間安定して発生することができる。 According to this configuration, the microwave power generated by the microwave generation unit is measured by the microwave measurement unit, and the microwave generation unit is controlled so that the measured microwave power becomes the target value. . Here, the target value is a value that can generate a plume of uniform size from each plasma generating nozzle. That is, the microwave generation unit is feedback-controlled so that plasma having a uniform plume size is generated from each plasma generation nozzle. Therefore, each plasma generating nozzle constituting the plasma generating unit can stably generate plasma with a uniform plume size for a long time.
また、上記構成によれば、前記マイクロ波制御部は、前記マイクロ波発生部にマイクロ波を発生させるために、前記マイクロ波発生部に供給するバイアス電流を調節することで、前記マイクロ波発生部を制御することが好ましい。 Further, according to the above configuration, the microwave control unit adjusts a bias current supplied to the microwave generation unit in order to generate the microwave in the microwave generation unit. Is preferably controlled.
この構成によれば、マイクロ波発生部に供給するバイアス電流を調節することで、マイクロ波発生部が制御されるため、より正確にマイクロ波のパワーを一定の大きさに保つことができる。 According to this configuration, since the microwave generator is controlled by adjusting the bias current supplied to the microwave generator, the microwave power can be more accurately maintained at a constant magnitude.
また、上記構成において、前記ガス供給部が供給するガス流量が一定の値を保つように、前記ガス供給部を制御するガス供給制御部を更に備えることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable to further include a gas supply control unit that controls the gas supply unit so that a gas flow rate supplied by the gas supply unit maintains a constant value.
この構成によれば、ガス流量が一定の値を保つようにガス供給部が制御されるため、各プラズマ発生ノズルに供給されるガス流量が一定になり、各プラズマ発生ノズルは、よりプルームの大きさが均一なプラズマを発生することができる。 According to this configuration, since the gas supply unit is controlled so that the gas flow rate is maintained at a constant value, the gas flow rate supplied to each plasma generation nozzle is constant, and each plasma generation nozzle has a larger plume. A uniform plasma can be generated.
本発明によるワーク処理装置は、請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備え、前記プラズマ発生装置により放出されたプラズマをワークに照射することを特徴とする。
A workpiece processing apparatus according to the present invention includes the plasma generator according to any one of
この構成によれば、プラズマ発生部を構成する各プラズマ発生ノズルは、プルームの大きさが均一なプラズマを発生することができ、プラズマが照射されるワークへの表面改質効果及び有機物除去効果をより高めることができる。 According to this configuration, each plasma generation nozzle constituting the plasma generation unit can generate plasma with a uniform plume size, and has a surface modification effect and an organic matter removal effect on the workpiece irradiated with plasma. Can be increased.
本発明によれば、マイクロ波発生装置から出力されるマイクロ波のパワーが一定になるようにフィードバック制御されているため、安定したプルームのプラズマを長時間発生させることができる。 According to the present invention, feedback control is performed so that the power of the microwave output from the microwave generator is constant, so that stable plume plasma can be generated for a long time.
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。 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、導波管10の他端側(右側)に配置されマイクロ波を反射させるスライディングショート40、導波管10に放出されたマイクロ波のうち反射マイクロ波がマイクロ波発生装置20に戻らないよう分離するサーキュレータ50、サーキュレータ50で分離された反射マイクロ波を吸収するダミーロード60、インピーダンス整合を行うスタブチューナ70およびパワーメータ100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。本実施の形態では、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
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、パワーメータ100が組付けられる第4導波管ピース14、スタブチューナ70が組付けられる第2導波管ピース12およびプラズマ発生部30が設けられている第3導波管ピース13が連結されて成る。なお、第1導波管ピース11と第4導波管ピース14との間にはサーキュレータ50が介在され、第3導波管ピース13の他端側にはスライディングショート40が連結されている。
The
また、各導波管ピース11〜14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。
Each of the
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等のマイクロ波発生源を具備する装置本体部21と、装置本体部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。本実施の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
図3に示すように、マイクロ波発生装置20は、装置本体部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、装置本体部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。このように構成されることで、マイクロ波送信アンテナ22から放出された、たとえば2.45GHzのマイクロ波は、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
プラズマ発生部30は、第3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λGに応じて定めることが望ましい。たとえば、波長λG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、λG=230mmであるので、115mm(λG/2)ピッチ、或いは57.5mm(λG/4)ピッチでプラズマ発生ノズル31を配列すればよい。
The
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
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3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
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
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
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
ノズルホルダ34は、第3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
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
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
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の耐蝕性を向上させるため、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
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3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。なお、本実施の形態では、各中心導体32の長さは、中心導体32が後述する目標値となるようにパワーが調整されたマイクロ波を受信したときに、各プラズマ発生ノズル31からプルームの大きさが均一なプラズマが放射されるような値が採用されている。
As a result of the
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
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。本実施の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
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.
スライディングショート40は、各々のプラズマ発生ノズル31に備えられている中心導電体32と、導波管10の内部を伝搬されるマイクロ波との結合状態を最適化するために備えられているもので、マイクロ波の反射位置を変化させて定在波パターンを調整可能とするべく第3導波管ピース13の右側端部に連結されている。
The sliding short 40 is provided for optimizing the coupling state between the
図7は、スライディングショート40の内部構造を示す透視斜視図である。図7に示すように、スライディングショート40は、導波管10と同様な断面矩形の筐体構造を備えており、導波管10と同じ材料で構成された中空空間410を有する筐体部41と、前記中空空間410内に収納された反射ブロック42と、反射ブロック42の基端部に一体的に取り付けられ、前記断面矩形の中空空間410内を左右方向に摺動する矩形ブロック43と、この矩形ブロック43に組付けられたナット44と、前記ナット44に螺合し、前記矩形ブロック43および反射ブロック42を摺動させるボールねじ45と、前記ボールねじ45を回転駆動するステッピングモータ46と、前記ステッピングモータ46の出力軸461と前記ボールねじ45の一端部451とを直結する継手47とを備えている。
FIG. 7 is a perspective view showing the internal structure of the sliding short 40. As shown in FIG. 7, the sliding short 40 includes a housing structure having a rectangular cross section similar to that of the
反射ブロック42は、円筒状の筒状部422の一端にマイクロ波の反射面となる端板421が、第3導波管ピース13の導波空間130に対向するよう取付けられて成り、前記筒状部422の他端は前記矩形ブロック43に固着され、その内部には前記ボールねじ45の他端部452側を収納可能となっている。この反射ブロック42の前記筒状部422は、矩形ブロック43と同様な角筒状を呈していてもよい。前記矩形ブロック43の中央に形成された孔431には、ナット44が嵌め込まれており、このナット44の内ねじに螺合しているボールねじ45が回転すると、該矩形ブロック43および前記反射ブロック42が左右方向に摺動する。かかる反射ブロック42の移動による端板421の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。前記ボールねじ45の一端部451とステッピングモータ46の出力軸461とは、ビス48によって継手47にそれぞれ固定され、連動して回転するようになる。
The
サーキュレータ50は、たとえばフェライト柱を内蔵する導波管型の3ポートサーキュレータからなり、一旦はプラズマ発生部30へ向けて伝搬されたマイクロ波のうち、プラズマ発生部30で電力消費されずに戻って来る反射マイクロ波を、マイクロ波発生装置20に戻さずダミーロード60へ向かわせるものである。このようなサーキュレータ50を配置することで、マイクロ波発生装置20が反射マイクロ波によって過熱状態となることが防止される。
The
図8は、サーキュレータ50の作用を説明するためのプラズマ発生ユニットPUの上面図である。図示するように、サーキュレータ50の第1ポート51には第1導波管ピース11が、第2ポート52には第2導波管ピース12が、さらに第3ポート53にはダミーロード60がそれぞれ接続されている。そして、マイクロ波発生装置20のマイクロ波送信アンテナ22から発生されたマイクロ波は、矢印aで示すように第1ポート51から第2ポート52を経由して第2導波管ピース12へ向かう。これに対して、第2導波管ピース12側から入射する反射マイクロ波は、矢印bで示すように、第2ポート52から第3ポート53へ向かうよう偏向され、ダミーロード60へ入射される。
FIG. 8 is a top view of the plasma generation unit PU for explaining the operation of the
ダミーロード60は、上述の反射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、反射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
スタブチューナ70は、導波管10とプラズマ発生ノズル31とのインピーダンス整合を図るためのもので、第2導波管ピース12の上面板12Uに所定間隔を置いて直列配置された3つのスタブチューナユニット70A〜70Cを備えている。図9は、スタブチューナ70の設置状況を示す透視側面図である。図示するように、3つのスタブチューナユニット70A〜70Cは同一構造を備えており、第2導波管ピース12の導波空間120に突出するスタブ71と、該スタブ71に一端721が直結された筒状体72と、前記筒状体72の他端722固着されるナット73と、前記ナット73に螺合し、前記ナット73ならびにそれに連なる筒状体72およびスタブ71を前記導波空間120に出没させるボールねじ75と、前記ボールねじ75を回転駆動するステッピングモータ76と、前記ステッピングモータ76の出力軸761と前記ボールねじ75の一端部751とを直結する継手77と、後述する外套74の内周面に固定され、筒状に形成されて前記筒状体72およびスタブ71を収納するとともに、軸方向に形成された長孔791を有し、その長孔791内を前記筒状体72に立設されたピン723が摺動することで前記ボールねじ75によって回転駆動される筒状体72を軸方向に変位させ、スタブ71を導波空間120に出没させる案内筒79と、これら機構を保持する前記外套74とから構成されている。前記ステッピングモータ76の出力軸761と前記ボールねじ75の一端部751とは、ビス78によって継手77にそれぞれ固定され、連動して回転するようになる。
The
パワーメータ100は、図3で示すように、第4導波管ピース14の上面板14Uに所定間隔を置いて直列配置された2つのパワーメータ100A,100Bを備えている。2つのパワーメータユニット100A,100Bは同一構造を備えており、第4導波管ピース14の導波空間140に突出し、伝搬されるマイクロ波の電力を検知する検知部101を有する。マイクロ波発生装置20側のパワーメータユニット100Aはプラズマ発生部30への入力波の電力を検知し、プラズマ発生部30側のパワーメータユニット100Bは該プラズマ発生部30からの反射波の電力を検知する。
As shown in FIG. 3, the
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
次に、本実施の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10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、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、搬送制御部93、スタブチューナ駆動部98およびスライディングショート駆動部99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94,97と、センサ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. 10 is a block diagram showing a control system of the work processing apparatus S. The control system includes an
マイクロ波出力制御部91は、マイクロ波発生装置20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2.45GHzのパルス信号を生成してマイクロ波発生装置20の装置本体部21によるマイクロ波発生の動作制御を行う。
The microwave
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の開度調整をそれぞれ行う。本実施の形態では、ガス流量制御部92は、各流量制御弁923の開度が同じ大きさになるように、各流量制御弁923の開度調整を行う。
The gas flow
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
全体制御部90は、CPU、ROM、RAM等から構成され、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等をモニタし、ワークWの搬送速度を一定にする。
The
具体的には、全体制御部90は、ROM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
また、全体制御部90は、バイアス電流調整部901、及び目標値記憶部902の機能を備えている。バイアス電流調整部901は、操作部95からの作業者の操作などに応答して、センサ入力部94から入力されるパワーメータ100のパワーメータユニット100A,100Bの測定結果をモニタしながら、測定結果の差(パワーメータユニット100Aで測定されるプラズマ発生部30への入力波の電力から、パワーメータユニット100Bで測定されるプラズマ発生部30からの反射波の電力を減算した値)が予め定められた目標値を保つように、すなわち、各プラズマ発生ノズル31での受信マイクロ波電力及び電力伝送効率が一定の値を保つように、バイアス電流Ibの値を調整する。具体的には、バイアス電流調整部901は、測定結果の差が目標値よりも大きい場合は、目標値となるまでバイアス電流Ibの値を1ビットずつ減じていき、測定結果の差が目標値よりも小さい場合は、目標値となるまでバイアス電流Ibの値を1ビットずつ増加させていく。これにより、マイクロ波発生装置20から出力されるマイクロ波のパワーが一定の値に保たれる。
The
目標値記憶部902は、マイクロ波発生装置20から出力されるマイクロ波のパワーの目標値を記憶している。この目標値は、各プラズマ発生ノズル31から放出されるプルームPの大きさが均一になるように、実験的に得られた値が採用されている。そのため、センサ入力部94に取り込まれた測定結果の差が目標値となるようにマイクロ波発生装置20を制御することで、各プラズマ発生ノズル31からプルームの大きさが均一なプラズマを発生させることができる。
The target
D/A変換器903は、所定ビット、例えば10ビットの分解能を有し、出力端がマイクロ波発生装置20を構成するマグネトロンのアノード電極に接続され、バイアス電流調整部901から出力されるデジタルのバイアス電流Ibをアナログのバイアス電流Ibに変換し、マイクロ波発生装置20に出力する。
The D /
図11は、全体制御部90による処理を示すフローチャートである。まず、ステップS1において、ユーザにより図略の電源スイッチがオンされると、全体制御部90は、装置を構成する各回路に対して商用電源からの電力の供給を開始する。
FIG. 11 is a flowchart showing processing by the
ステップS2において、全体制御部90は、ガス流量制御部92にガス流量弁923の開度を調整するための開信号を出力して、全ての流量制御弁923を開け、処理ガス供給源921からのガスを、プラズマ発生ノズル31に供給する。ここで、ガス流量制御部92は、各流量制御弁923の開度が同一となるように、各流量制御弁923の開度を調節する。
In step S <b> 2, the
ステップS3において、マイクロ波出力制御部91は、マイクロ波発生信号をマイクロ波出力制御部91に出力し、バイアス電流調整部901は、バイアス電流IbをD/A変換器903を介してマイクロ波発生装置20に出力することで、マイクロ波発生装置20からマイクロ波を発生させる。これにより、マイクロ波発生装置20は、バイアス電流Ibに応じたパワーを有するマイクロ波を出力する。そして、8個のプラズマ発生ノズル31は、搬送手段Cによって搬送されるワークWに対してプラズマを照射する。
In step S <b> 3, the microwave
ステップS4において、バイアス電流調整部901は、ステップS3、S7、又はS9の処理が終了してから、所定時間経過(例えば3秒)したか否かを判定し、所定時間経過した場合は(ステップS4でYES)、センサ入力部94は、パワーメータ100による測定結果を取り込み、バイアス電流調整部901に出力する(S5)。すなわち、センサ入力部94は、パワーメータ100による測定結果を所定時間間隔で取り込む。
In step S4, the bias
ステップS6において、バイアス電流調整部901は、ステップS5で取り込まれた測定結果の差が目標値よりも大きい場合(S6でYES)、バイアス電流Ibの値を1ビット分下げる(ステップS8)。一方、ステップS5で取り込まれた測定結果の差が目標値よりも小さい場合(S6でNO、S7でYES)、バイアス電流調整部901は、バイアス電流Ibの値を1ビット分上げる(S9)。
In step S6, when the difference between the measurement results captured in step S5 is larger than the target value (YES in S6), the bias
以上説明したように、本マイクロ波発生装置PUによれば、マイクロ波発生装置20から出力されるパワーメータ100による測定結果の差が目標値を保つようにマイクロ波発生装置20がフィードバック制御されている。ここで、目標値は、各プラズマ発生ノズル31からプルームの大きさが均一なプラズマが発生されるような値が採用されている。そのため、各プラズマ発生ノズル31は、プルームが均一プラズマを長時間安定して発生させることができる。
As described above, according to the present microwave generator PU, the
なお、本発明は以下の態様を採用してもよい。 The present invention may adopt the following aspects.
(1)上記実施の形態では、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)上記実施の形態では、搬送手段Cとして搬送ローラ80の上面に平板状のワーク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。
(3)上記実施の形態では、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を例示したが、マグネトロン以外の各種高周波電源も使用可能であり、また2.45GHzとは異なる波長のマイクロ波を用いるようにしてもよい。
(4)上記実施の形態では、パワーメータ100が組付けられる第4導波管ピース14をサーキュレータ50及び第2導波管ピース12間に設けたが、これに限定されず、スライディングショート40及び第3導波管ピース13間に設けてもよい。
(1) In the above embodiment, an example in which a plurality of
(2) In the above-described embodiment, a mode in which a flat plate-like workpiece is placed on the upper surface of the
(3) In the above embodiment, a magnetron that generates a microwave of 2.45 GHz is illustrated as a microwave generation source. However, various high-frequency power sources other than the magnetron can be used, and a wavelength different from 2.45 GHz. Microwaves may be used.
(4) In the above embodiment, the
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.
10 導波管
20 マイクロ波発生装置(マイクロ波発生手段)
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(ガス供給部)
36 保護管
40 スライディングショート
50 サーキュレータ
60 ダミーロード
70 スタブチューナ
80 搬送ローラ
90 全体制御部
901 バイアス電流調整部
902 目標値記憶部
903 D/A変換器
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
94,97 センサ入力部
S ワーク処理装置
PU プラズマ発生装置
C 搬送手段
W ワーク
10
30
33 Nozzle body (external conductor)
34
36
Claims (4)
前記マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を伝搬する導波管と、
プラズマ化されるガスを供給するガス供給部と、
前記マイクロ波を受信し、受信したマイクロ波のエネルギーを基に、前記ガス供給部から供給されるガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取り付けられたプラズマ発生部と、
前記マイクロ波発生部から出力されるマイクロ波のパワーを測定するマイクロ波測定部と、
各プラズマ発生ノズルから、プラズマ化されたガスからなるプルームがほぼ均一な大きさで放出されるように予め定められたマイクロ波のパワーの目標値を記憶する目標値記憶部と、
前記マイクロ波測定部により測定されたマイクロ波のパワーが前記目標値を保つように、前記マイクロ波発生部から出力されるマイクロ波のパワーを調整するマイクロ波制御部とを備えることを特徴とするプラズマ発生装置。 A microwave generator for generating microwaves;
A waveguide for propagating microwaves generated by the microwave generator;
A gas supply unit for supplying a gas to be converted into plasma;
Plasma in which a plurality of plasma generating nozzles that receive the microwaves and turn the gas supplied from the gas supply unit into plasma based on the received microwave energy are arranged and attached to the waveguide. Generating part,
A microwave measurement unit for measuring the power of the microwave output from the microwave generation unit;
A target value storage unit that stores a target value of a predetermined microwave power so that a plume of plasmaized gas is emitted from each plasma generation nozzle in a substantially uniform size;
A microwave control unit that adjusts the power of the microwave output from the microwave generation unit so that the microwave power measured by the microwave measurement unit maintains the target value. Plasma generator.
前記マイクロ波制御部は、前記バイアス電流を調整することで、前記マイクロ波測定部により測定されるマイクロ波のパワーを目標値にすることを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。 The microwave generator adjusts the power of the microwave output by the bias current output from the microwave controller,
The plasma generation apparatus according to claim 1, wherein the microwave control unit adjusts the bias current to set a microwave power measured by the microwave measurement unit to a target value.
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