JP2007273096A - Plasma generator and workpiece processing apparatus using the same - Google Patents
Plasma generator and workpiece processing apparatus using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007273096A JP2007273096A JP2006093512A JP2006093512A JP2007273096A JP 2007273096 A JP2007273096 A JP 2007273096A JP 2006093512 A JP2006093512 A JP 2006093512A JP 2006093512 A JP2006093512 A JP 2006093512A JP 2007273096 A JP2007273096 A JP 2007273096A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- nozzle
- microwave
- conductor
- waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
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.
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。
上述の従来技術は、常圧下で高密度なプラズマを得ることができる優れたプラズマ処理装置である。しかしながら、プラズマ(プルーム)の点火性には、改善の余地がある。具体的には、点火性を良くするためにマイクロ波のパワーを上げると、定常点灯時には、そのパワーが過剰となって、継続点灯させるには安定性に劣り、また電力消費が増大するとともに、マイクロ波発生装置の寿命が短くなるという問題がある。特に、1つのマイクロ波発生手段で複数のプラズマ発生ノズルを駆動する場合、各プラズマ発生ノズルの内側導電体で受信されるマイクロ波の強度に多少差があったり、ガス流量に差があったりして、プラズマ点火のし易さに差が生じることが多い。その場合、もれなく、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせることが困難である。 The above-described prior art is an excellent plasma processing apparatus capable of obtaining high-density plasma under normal pressure. However, there is room for improvement in the ignitability of the plasma (plume). Specifically, if the power of the microwave is increased to improve the ignitability, the power becomes excessive during steady lighting, the stability is poor for continuous lighting, and the power consumption increases. There exists a problem that the lifetime of a microwave generator becomes short. In particular, when a plurality of plasma generating nozzles are driven by one microwave generating means, there is a slight difference in the intensity of microwaves received by the inner conductor of each plasma generating nozzle, or there is a difference in gas flow rate. Therefore, there are many differences in ease of plasma ignition. In that case, it is difficult to perform plasma (plume) ignition reliably and promptly.
本発明の目的は、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせ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 performing plasma (plume) ignition reliably and promptly and a workpiece processing apparatus using the plasma generator.
本発明のプラズマ発生装置は、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、両導電体の先端部付近にグロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するプラズマ発生装置において、プラズマ点火時に、相対的に、外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を後退させる点火補助手段を含むことを特徴とする。 The plasma generating apparatus of the present invention uses a plasma generating nozzle having concentric inner conductors and outer conductors, and applies a high-frequency pulse electric field between the two conductors, so that the vicinity of the tips of both conductors. A plasma generator that generates plasma by generating glow discharge and supplying a processing gas from a gas supply source between them to radiate plasma gas from the nozzle of the outlet under normal pressure to the workpiece. The method further includes ignition assisting means for retreating the front end surface of the inner conductor relative to the front end surface of the outer conductor relatively during plasma ignition.
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、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの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、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するように構成されるプラズマ発生装置において、前記吹出し口のノズル内で、軸方向、すなわちプラズマの吹出し方向に、内側導電体を出没可能に構成しておき、或いは外側導電体を伸縮可能に構成しておき、プラズマ点火時に、相対的に、外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を後退させる点火補助手段を設ける。消灯時は、前記内側導電体と外側導電体との位置関係は任意であり、定常点灯時には、外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を揃え、或いは好ましくは突出させればよい。 According to the above configuration, in the plasma generation apparatus that can be used for workpiece processing such as substrate modification, the plasma generation nozzle has concentric inner conductors and outer conductors, and a space between them. By applying a high-frequency pulsed electric field to the plasma, a glow discharge is generated instead of an arc discharge to generate plasma, and further, a processing gas from a gas supply source is supplied between them, so that the nozzle of the outlet port In a plasma generator configured to radiate plasma gas under normal pressure to a workpiece, the inner conductor can be moved in and out in the axial direction, that is, in the plasma blowing direction, in the nozzle of the blowing port. Alternatively, the outer conductor is configured to be extendable and retracted, and at the time of plasma ignition, the tip surface of the inner conductor is moved backward relative to the tip surface of the outer conductor. Provision of the ignition auxiliary means. When the light is extinguished, the positional relationship between the inner conductor and the outer conductor is arbitrary, and at the time of steady lighting, the tip surface of the inner conductor is aligned with, or preferably protruded from, the tip surface of the outer conductor. Good.
したがって、前記処理ガスは、その流れに伴い、電界の集中する内側導電体の前記先端部付近から外側導電体の前記先端部付近を通過することになるので、分子→原子→プラズマへと変化し易く、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせることができる。 Therefore, the process gas passes from the vicinity of the tip portion of the inner conductor where the electric field is concentrated to the vicinity of the tip portion of the outer conductor with the flow, and thus changes from molecule to atom to plasma. Easy, reliable and quick plasma (plume) ignition can be performed.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記点火補助手段は、プラズマの定常点灯時には、相対的に、外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を突出させることを特徴とする。 In the plasma generator of the present invention, the ignition assisting means causes the tip surface of the inner conductor to protrude relative to the tip surface of the outer conductor when the plasma is steadily lit.
上記の構成によれば、定常点灯時には、同軸伝送路の終端となる内側導電体の先端部を外側導電体の先端部よりも突出させることで、外側導電体との間には、その先端部よりもインピーダンスの小さい内方側の部分で電界が形成される。 According to the above configuration, at the time of steady lighting, the tip of the inner conductor that is the end of the coaxial transmission line is protruded from the tip of the outer conductor, so that the tip of the inner conductor is between the tip of the outer conductor. An electric field is formed in an inner portion having a smaller impedance than the inner portion.
したがって、プラズマ(プルーム)の大きさは変わらなくても、定常点灯時における消費電力を削減することができる。 Therefore, even if the size of the plasma (plume) does not change, power consumption during steady lighting can be reduced.
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、前記内側導電体は、伸胴および縮胴自在な沈胴式の外筒部および内筒部から成り、前記点火補助手段は、作動片が前記内筒部の基端側に連結される電磁ソレノイドから成ることを特徴とする。 Furthermore, in the plasma generator of the present invention, the inner conductor includes a collapsible outer cylinder part and an inner cylinder part that are freely retractable and retractable, and the ignition assisting means includes an operating piece that is the inner cylinder part. It consists of the electromagnetic solenoid connected with the base end side of this.
上記の構成によれば、可動部分の少ない最も簡易な形で、上記のようなプラズマ点火時には外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を後退させ、定常点灯時には外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を突出させる構成を実現することができる。 According to the above configuration, in the simplest form with few movable parts, the front end surface of the inner conductor is moved backward with respect to the front end surface of the outer conductor at the time of plasma ignition as described above, and the outer conductor is The structure which makes the front end surface of an inner side conductor protrude with respect to a front end surface is realizable.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記外側導電体の先端部は、外筒部と、その外筒部内に沈胴式に伸胴および縮胴自在な内筒部とに分離形成されて成り、前記点火補助手段は、作動片が前記内筒部に連結される電磁ソレノイドから成ることを特徴とする。 Further, in the plasma generator of the present invention, the distal end portion of the outer conductor is formed by being separated into an outer tube portion and a retractable inner tube portion that can be retracted and retracted in the outer tube portion, The ignition assisting means includes an electromagnetic solenoid having an operating piece connected to the inner cylinder portion.
上記の構成によれば、可動部分は多少大きくなるものの、内側導電体の外径および外側導電体の内径、すなわちインピーダンス変化が最も小さい構成で、上記のようなプラズマ点火時には内側導電体の先端面に対して外側導電体の先端面を突出させ、定常点灯時には内側導電体の先端面に対して外側導電体の先端面を後退させる構成を実現することができる。 According to the above configuration, although the movable part is somewhat larger, the outer diameter of the inner conductor and the inner diameter of the outer conductor, that is, the configuration with the smallest impedance change, the front end surface of the inner conductor at the time of plasma ignition as described above On the other hand, it is possible to realize a configuration in which the front end surface of the outer conductor is protruded and the front end surface of the outer conductor is retreated with respect to the front end surface of the inner conductor during steady lighting.
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、マイクロ波発生手段からのマイクロ波は導波管によって伝搬され、その導波空間に突出したプラズマ発生ノズルの内側導電体で受信され、前記内側導電体は電気絶縁性のシール部材によって外側導電体との間で保持され、そのシール部材が筒状の外側導電体の内周面との間で前記筒状の軸方向に摺動自在に形成され、前記点火補助手段は、作動片が前記シール部材に連結される電磁ソレノイドから成ることを特徴とする。 Furthermore, in the plasma generator of the present invention, the microwave from the microwave generating means is propagated by the waveguide and received by the inner conductor of the plasma generating nozzle protruding into the waveguide space, and the inner conductor is It is held between the outer conductor by an electrically insulating seal member, and the seal member is formed to be slidable in the cylindrical axial direction between the inner peripheral surface of the cylindrical outer conductor, The ignition assisting means includes an electromagnetic solenoid having an operating piece connected to the seal member.
上記の構成によれば、マイクロ波発生手段からのマイクロ波が導波管によって伝搬され、プラズマ発生ノズルの内側導電体で受信される場合、前記内側導電体を外側導電体との間で保持する電気絶縁性のシール部材を、筒状の外側導電体の内周面との間で軸方向に摺動自在に形成し、前記点火補助手段となる電磁ソレノイドの作動片をそのシール部材に連結し、該シール部材ごと、内側導電体の先端部を、点火時には外側導電体の先端部よりも後退させ、定常点灯時には前記外側導電体の先端部よりも突出させる。 According to the above configuration, when the microwave from the microwave generating means is propagated by the waveguide and received by the inner conductor of the plasma generating nozzle, the inner conductor is held between the outer conductor. An electrically insulating seal member is formed so as to be slidable in the axial direction between the inner peripheral surface of the cylindrical outer conductor, and an operating piece of an electromagnetic solenoid serving as the ignition auxiliary means is connected to the seal member. For each of the seal members, the tip of the inner conductor is retracted from the tip of the outer conductor during ignition, and protrudes from the tip of the outer conductor during steady lighting.
したがって、受信アンテナ部となる前記内側導電体の前記シール部材よりも導波管側の部分は、導波空間に対して、点火時には突出し、定常点灯時には後退することになる。これによって、点火時には前記受信アンテナ部の受信マイクロ波エネルギーが大きくなり、より点火し易くすることができる。 Therefore, the portion of the inner conductor that becomes the receiving antenna portion on the side of the waveguide with respect to the seal member protrudes with respect to the waveguide space during ignition and retreats during steady lighting. This increases the reception microwave energy of the reception antenna unit at the time of ignition, making it easier to ignite.
また、本発明のプラズマ発生装置では、マイクロ波発生手段からのマイクロ波は、導波管によって伝搬され、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。 In the plasma generating apparatus of the present invention, the microwave from the microwave generating means is propagated by the waveguide, and a plurality of the plasma generating nozzles are arranged and attached in the waveguide of the plasma generating unit. Features.
上記の構成によれば、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波が導波管を介して伝搬され、プラズマ発生部では、前記のプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取付けられて構成されるプラズマ発生装置では、前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波は、導波管に配列された複数の各プラズマ発生ノズルの内側導電体で順に捉えられてプラズマ作成に使用される。 According to the above configuration, the microwave generated by the microwave generating means is propagated through the waveguide, and a plurality of the plasma generating nozzles are arranged and attached to the waveguide in the plasma generating unit. In the plasma generator configured as described above, the microwaves from the microwave generating means are sequentially captured by the inner conductors of the plurality of plasma generating nozzles arranged in the waveguide and used for plasma generation.
したがって、各プラズマ発生ノズルの点火性を向上することで、多くのプラズマ発生ノズルに対して、マイクロ波発生手段は定常点灯時の略最大パワーに対応したものを使用することができ、マイクロ波発生手段を小型化し、低コスト化することができる。 Therefore, by improving the ignitability of each plasma generating nozzle, for many plasma generating nozzles, it is possible to use the microwave generating means corresponding to the substantially maximum power during steady lighting, The means can be miniaturized and the cost can be reduced.
さらにまた、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。 Furthermore, the workpiece processing apparatus of the present invention 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. A predetermined process is performed by irradiating the workpiece with plasma while moving.
上記の構成によれば、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせ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 perform plasma (plume) ignition reliably and rapidly is realizable.
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、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの間に高周波のパルス電界を印加することでグロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、先端のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するように構成されるプラズマ発生装置において、前記吹出し口のノズル内で、軸方向、すなわちプラズマの吹出し方向に、内側導電体を出没可能に構成しておき、或いは外側導電体を伸縮可能に構成しておき、プラズマ点火時に、相対的に、外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を後退させる点火補助手段を設ける。 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 which the plasma generating nozzle has a concentric inner conductor and outer conductor. A high-frequency pulse electric field is applied between them to generate a glow discharge to generate plasma, and a processing gas from a gas supply source is supplied between them, so that the nozzle at the tip is always used. In the plasma generator configured to radiate gas that has been converted into plasma under pressure to the workpiece, the inner conductor can be moved in and out in the axial direction, that is, in the plasma blowing direction, within the nozzle of the blowing port. Alternatively, the outer conductor is configured to be extendable and retracted, and at the time of plasma ignition, the tip surface of the inner conductor is moved backward relative to the tip surface of the outer conductor. An auxiliary means provided.
それゆえ、前記処理ガスは、その流れに伴い、電界の集中する内側導電体の前記先端部付近から外側導電体の前記先端部付近を通過することになるので、分子→原子→プラズマへと変化し易く、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせることができる。 Therefore, as the process gas flows, it passes from the vicinity of the tip of the inner conductor where the electric field is concentrated to the vicinity of the tip of the outer conductor, and thus changes from molecule to atom to plasma. It is easy to perform, and plasma (plume) ignition can be performed reliably and promptly.
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、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせ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 work processing apparatus capable of performing plasma (plume) ignition reliably and promptly.
[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、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および導波管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スタブチューナ70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
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、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2導波管ピース12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、第1導波管ピース11、第2導波管ピース12および第3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
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。プラズマ発生装置であるプラズマ発生ノズル31は、中心導電体32、ノズル本体33、ノズルホルダ34、シール部材35、保護管36および電磁ソレノイド38を含んで構成されている。
4 is an enlarged side view showing two plasma generation nozzles 31 (one
内側導電体である中心導電体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
外側導電体であるノズル本体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、同様に外側導電体であるノズルホルダ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
これらのノズル本体33およびノズルホルダ34は、中心導電体32の周囲に配置された前記外側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
吹出し口のノズルである保護管36は、所定長さの透明な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
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。
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.
上記のように構成されるプラズマ発生ノズル31において、注目すべきは、本実施の形態では、内側導電体である中心導電体32の下端部322がノズル本体33の下端縁331と上述のように略面一になるように上下方向に配置されているものの、その長さが若干伸縮可能となっており、点火時と定常点灯時とで、その長さを、点火補助手段である電磁ソレノイド37によって調整可能となっていることである。
In the
具体的には、中心導電体32の下端部322は、沈胴式に伸胴および縮胴自在な外筒部3221および内筒部3222から構成されている。そして、前記外筒部3221は前記受信アンテナ部320となる上端部321と一体となっており、下端側から軸方向に案内孔3221aが穿設されている。これに対応して、前記内筒部3222は、実際に前記ノズル本体33の下端縁331と対向し、電界集中部を形成する下端部3222aと、前記下端部3222aよりも小径に形成され、前記案内孔3221a内に嵌り込み、軸線方向に摺動自在となる上端部3222bとを備えて構成される。
Specifically, the
そして、前記下端部3222aの上端(基端)側が、電気絶縁性および非磁性の連結部材39に連結されている。前記連結部材39は、前記ノズル本体33の下側胴部33Bにおいて、内周側と外周側とを連通し、軸線(プラズマの吹出し)方向に延びて形成される長孔33Hを遊挿し、外周側で、その下側胴部33Bの外周面に取付けられた前記電磁ソレノイド38の作動片(アクチュエータ)381に連結される。
The upper end (base end) side of the
前記電磁ソレノイド38の作動片381は、後述するようにして、プラズマ点火時は伸長され、これによって内筒部3222の下端部3222aの先端面3222cはノズル本体33の下端縁331よりも後退し、定常点灯時には縮退され、これによって内筒部3222の下端部3222aの先端面3222cはノズル本体33の下端縁331よりも突出する。図5では、分り易くするために、前記保護管36を省略し、内筒部3222が突出、すなわち定常点灯時の状態を示している。
As will be described later, the
これは、本件発明者の実験結果によるもので、先ず定常点灯時には、同軸伝送路の終端となる中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも突出させることで、ノズル本体33の下端縁331との間には、前記下端部3222aの先端部分よりもインピーダンスの小さい内方側の部分で電界が形成され、継続点灯させるにあたって、安定性に優れ、またマイクロ波のパワーが小さくて済み、電力消費を抑えることができるとともに、マイクロ波発生装置20の寿命を長くすることができるためである。しかしながら、そのようにすると、点火性が悪くなる。このため、プラズマ点火時は、前記中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも後退させることで、処理ガスが、その流れに伴い、電界の集中する前記中心導電体32の下端部3222a付近から前記ノズル本体33の下端縁331付近を通過することになるので、分子→原子→プラズマへと変化し易く、確実かつ速やかにプラズマ(プルーム)点火を行わせることができるためである。
This is based on the experiment results of the present inventors. First, at the time of steady lighting, the
図11および表1は、その本件発明者の実験結果を示すものである。図11は、定常点灯時における陽極、すなわち中心導電体32の長さを変化した場合のプラズマ発生ノズル31の損失の変化を示すグラフである。前記中心導電体32の下端部3222aの外径を1.6mm、ノズル本体33の筒状空間332の内径を6mmとし、保護管36は取外している。参照符号α1は処理ガスの流量が1l/minの場合であり、参照符号α1は処理ガスの流量が3l/minの場合である。そして、マイクロ波発生装置20から与えられるマイクロ波パワーは500Wであり、陰極長さ、すなわち筒状空間332の高さは40mmである。
FIG. 11 and Table 1 show the experimental results of the inventors. FIG. 11 is a graph showing changes in the loss of the
図11から明らかなように、流量が少ない場合(α1)は、陽極の長さが陰極の長さ以上であれば、損失が少ない、すなわち与えられたマイクロ波がプラズマ作成に使用される効率が高くなり、流量が多い場合(α2)は、陽極の長さが陰極の長さより2mm長い場合が最も効率が高くなっている。処理ガスの流量をさらに増加しても、同様の傾向が現れる。したがって、本実施の形態では、定常点灯時には、中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも2mm突出させることとする。
As is apparent from FIG. 11, when the flow rate is small (α1), if the anode length is equal to or longer than the cathode length, the loss is small, that is, the efficiency with which a given microwave is used for plasma generation is low. When the flow rate is high and the flow rate is large (α2), the efficiency is highest when the length of the anode is 2 mm longer than the length of the cathode. The same tendency appears even when the flow rate of the processing gas is further increased. Therefore, in the present embodiment, the
一方、表1から明らかなように、プラズマ点火時は、前記中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも後退させる程、点火し易い傾向を有することが理解される。しかしながら、この表1で最も短い38mm、したがって中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも2mm後退させた場合、陰極に対向する長さが短いために、長時間の放置で、該中心導電体32が焼損する虞がある。したがって、後述するスタブチューナ70やスライディングショート40の調整に手間取ると、前記のように中心導電体32が焼損する虞が生じるので、本実施の形態では、プラズマ点火時には、中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも1mm後退させることとする。
On the other hand, as can be seen from Table 1, it is understood that, during plasma ignition, the lower the
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。したがって、定在波を利用しない場合は、当該スライディングショート40に代えて、電波吸収作用を有するダミーロードが取付けられる。
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内に収納された円柱状の反射ブロック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に組付けられた移動機構44と、反射ブロック42にシャフト45を介して直結されている調整ノブ46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、マイクロ波の反射面となる先端面421が第3導波管ピース13の導波空間130に対向するよう左右方向に延在する円柱体である。この反射ブロック42は、矩形ブロック43と同様な角柱状を呈していてもよい。前記移動機構44は、調整ノブ46の回転操作により、矩形ブロック43およびこれと一体化された反射ブロック42を左右方向に推進若しくは後退させる機構であって、調整ノブ46を回転させることで反射ブロック42が中空空間410内において矩形ブロック43にてガイドされつつ左右方向に移動可能とされている。かかる反射ブロック42の移動による先端面421の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。なお、調整ノブ46の回転操作を、ステッピングモータ等を用いて自動化することが望ましい。
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52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に直結された操作棒72と、スタブ71を上下方向に出没動作させるための移動機構73と、これら機構を保持する外套74とから構成されている。
The
スタブチューナユニット70A〜70Cに各々備えられているスタブ71は、その導波空間120への突出長が各操作棒72により独立して調整可能とされている。これらスタブ71の突出長は、たとえばマイクロ波電力パワーをモニタしつつ、中心導電体32による消費電力が最大となるポイント(反射マイクロ波が最小になるポイント)を探索することで決定される。なお、このようなインピーダンス整合は、必要に応じてスライディングショート40と連動させて実行される。このスタブチューナ70の操作も、ステッピングモータ等を用いて自動化することが望ましい。
In 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。 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、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、搬送制御部93およびソレノイド駆動制御部98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。
The conveyance means C includes a plurality of
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。
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、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、搬送制御部93およびソレノイド駆動制御部98を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。
The
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
このとき、前記CPU901は、複数のプラズマ発生ノズル31のそれぞれに対して設けられる流量センサ961の測定結果をモニタしており、記憶手段であるメモリ903において、メーカ側で予め測定されて格納されている流量に対応したプルームの大きさや形状、プラズマの温度などのプラズマ出力特性を読出し、所望の特性となるように、前記メモリ902格納されている制御プログラムに基づいて、前記流量制御弁923の開度調整をそれぞれ行う。たとえば、プルームPを大きくする場合には流量を上げ、プラズマ温度を上げる場合には流量を下げるなどである。また、ワークWに電子部品が実装されているなどして高さが異なる場合など、各プラズマ発生ノズル31からのプルームPの高さを変化させることなども可能である。
At this time, the
また、前記CPU901は、ソレノイド駆動制御部98を介して、各プラズマ発生ノズル31の電磁ソレノイド38を駆動制御し、プラズマ点火時には、中心導電体32の下端部3222aをノズル本体33の下端縁331よりも1mm後退させ、点火すると、2mm突出させる動作を、各プラズマ発生ノズル31に対して順次、たとえばマイクロ波発生装置20から遠い(スライディングショート40)側から行ってゆく。
The
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
また、マイクロ波発生装置20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
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
さらにまた、その複数のプラズマ発生ノズル31に対して、中心導電体32の下端部322を伸縮可能な外筒部3221および内筒部3222から構成し、点灯補助手段である電磁ソレノイド38によって、プラズマ点火時には、前記内筒部3222の下端部3222aの先端面3222cをノズル本体33の下端縁331よりも1mm後退させ、点火すると、2mm突出させるので、可動部分の少ない最も簡易な形で、プラズマ点火時には、確実かつ速やかにプラズマ(プルームP)点灯を行わせることができ、多くのプラズマ発生ノズル31が設けられている場合に特に好適であり、また定常点灯時には、プラズマ(プルームP)の大きさは変わらなくても、消費電力を削減することができる。
Furthermore, the
なお、上述のようなプラズマ点火時における中心導電体32の後退と、定常点灯時における中心導電体32の突出とは、必ずしも併用される必要はなく、たとえば中心導電体32の下端部3222aの先端面3222cとノズル本体33の下端縁331とが揃った位置を基準位置とし、プラズマ点火時に中心導電体32を後退させるだけに構成してもよく、定常点灯時に突出させるだけに構成してもよい。ただし、両方法を併用することで、プラズマ点灯時および定常点灯時における中心導電体32の先端面322bとノズル本体33の下端縁331との位置関係を常に最適に維持し、上述のような点火性の向上と、消費電力の削減との2つの効果を併せて実現することができる。
The retreat of the
また、マイクロ波発生装置20に商用交流を電源として用い、前記マグネトロンの内部電源がそれを全波整流し、プラズマ(プルームP)を交流点灯させる場合、たとえば60Hzの電源周波数で、120Hzで点滅が行われることになる。このような継続点灯している際の再点灯は、本発明で対象とする点灯ではなく、定常点灯であり、本発明の対象とする点灯時は、処理ガスの供給が開始され、マイクロ波のパワーが供給され始める時である。
In addition, when commercial alternating current is used as a power source for the
また、このように中心導電体32の長さを変化させることで点火性を向上することで、プラズマ点火の前後でマイクロ波パワーの大幅な調整を無くし、またスタブチューナ70やスライディングショート40の調整も少なくすることができる。
In addition, by changing the length of the
[実施の形態2]
図12は、本発明の実施の他の形態に係るプラズマ発生ノズル31aの構造を示す縦断面図である。このプラズマ発生ノズル31aは、前述の図5で示すプラズマ発生ノズル31に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このプラズマ発生ノズル31aでは、内側導電体である中心導電体32aは、上端部321から下端部322にかけて一体の棒状に形成されるのに対して、外側導電体であるノズル本体33aの先端部である下側胴部33Baが、沈胴式に伸胴および縮胴自在な外筒部33Ba1および内筒部33Ba2から成り、前記電磁ソレノイド38は、内筒部33Ba2を伸縮駆動することである。
[Embodiment 2]
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the structure of a
前記内筒部33Ba2は、前記筒状空間332を形成する筒部33Ba21と、その先端(下端)側から鍔状に延びる折返し部33Ba22と、前記折返し部33Ba22の遊端側がさらに折返された筒部33Ba23とを備えて構成され、前記筒部33Ba21,33Ba2が前記外筒部33Ba1の先端(下端)を挟み込み、摺動変位自在となっている。前記電磁ソレノイド38は、内筒部33Ba2の摺動変位を阻害しない位置で外筒部33Ba1に取付けられ、その作動片381は、連結部材39を介して、内筒部33Ba2の筒部33Ba23に連結されている。
The inner cylindrical portion 33Ba2 includes a cylindrical portion 33Ba21 that forms the
そして、前記電磁ソレノイド38の作動片381は、プラズマ点火時は縮退され、これによって中心導電体32aの下端部322aの先端面322bは前記内筒部33Ba2の下端縁331よりも後退し、定常点灯時には伸長され、これによって下端部322aの先端面322bは前記内筒部33Ba2の下端縁331よりも突出する。図12では、筒部33Ba2が突出したプラズマ点火時の状態を示す。
The
このように構成してもまた、プラズマ点火時には、確実かつ速やかにプラズマ(プルームP)点灯を行わせることができ、定常点灯時には、プラズマ(プルームP)の大きさは変わらなくても、消費電力を削減することができる。また、上記の構成によれば、可動部分は多少大きくなるものの、内側導電体の外径および外側導電体の内径、すなわちインピーダンス変化が小さい構成で、プラズマ点火時は中心導電体32aの下端部322aの先端面322bを内筒部33Ba2の下端縁331よりも後退させ、定常点灯時には前記下端部322aの先端面322bを内筒部33Ba2の下端縁331よりも突出させる構成を実現することができる。
Also with this configuration, the plasma (plume P) can be turned on reliably and promptly at the time of plasma ignition, and the power consumption can be maintained even when the size of the plasma (plume P) does not change during steady lighting. Can be reduced. Further, according to the above configuration, although the movable portion is somewhat larger, the outer diameter of the inner conductor and the inner diameter of the outer conductor, that is, the impedance change is small, and at the time of plasma ignition, the
[実施の形態3]
図13は、本発明の実施のさらに他の形態に係るプラズマ発生ノズル31bの構造を示す縦断面図である。このプラズマ発生ノズル31bは、前述のプラズマ発生ノズル31,31aに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このプラズマ発生ノズル31bでは、内側導電体である中心導電体32aは、前述のプラズマ発生ノズル31aと同様に、上端部321から下端部322にかけて一体の棒状に形成され、また外側導電体であるノズル本体33は、前述のプラズマ発生ノズル31と同様に構成されるのに対して、もう1つの外側導電体であるノズルホルダ34bにおいて、上側胴部34Ubの上部保持空間342b内で、前記中心導電体32aが取付けられたシール部材35が上下に摺動可能となっており、前記電磁ソレノイド38によって駆動変位されることである。
[Embodiment 3]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing the structure of a
具体的には、前記上部保持空間342bは、上部保持空間342に比べて若干大径に、かつ前記中心導電体32aおよびシール部材35の変位量分だけ上下に長く形成されており、係止部348,349によって、その上下に変位するシール部材35の下端縁352および上端縁353にそれぞれに当接して、シール部材35の上部保持空間342bからの脱落が防止されている。そして、前記上側胴部34Ubの外周面に取付けられた前記電磁ソレノイド38の作動片381に連結された連結部材39が、前記上側胴部34Ubに形成された長孔34Hを遊挿し、前記シール部材35に連結されることで、前述のように中心導電体32aが取付けられたシール部材35が上下に駆動変位される。
Specifically, the
前記電磁ソレノイド38の動作としては、前述の図5の場合と同様であり、作動片381は、プラズマ点火時に伸長され、これによって中心導電体32aの下端部322の先端面322bはノズル本体33の下端縁331よりも後退し、定常点火時には縮退され、これによって中心導電体32aの下端部322の先端面322bはノズル本体33の下端縁331よりも突出する。図13は、点火時の状態を示している。
The operation of the
なお、シール部材35および中心導電体32aを交換可能とするには、たとえば上側係止部34を、中央に中心導電体32aが遊挿する孔が形成され、上側胴部34Ubにねじ止め可能なキャップ式に形成するなど、適宜工夫されればよい。或いは、連結部材39によって抜け止めが可能な場合は、省略されてもよい。
In order to make the
このように構成することで、受信アンテナ部320となる中心導電体32aのシール部材35よりも導波管10側の上端部321は、導波空間130に対して、点火時には突出し、定常点灯時には後退することになる。これによって、点火時には前記受信アンテナ部320の受信マイクロ波エネルギーが大きくなり、より点火し易くすることができる。特に、導波管10に複数配列されたプラズマ発生ノズル31を順次点灯してゆく際に、点灯させる際には、受信アンテナ部320が他のノズルよりも高くなってマイクロ波を受信し易くなり、点灯すると低くなって他のノズルの受信アンテナ部でのマイクロ波の受信の邪魔にならないようになる。こうして、マイクロ波発生装置20に、必要最小限のパワーのものを使用することができる。
With this configuration, the
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)導波管10内におけるマイクロ波電力を測定するために、パワーメータを導波管10の適所に設置することが望ましい。たとえば、マイクロ波発生装置20のマイクロ波送信アンテナ22から放出されたマイクロ波電力に対する反射マイクロ波電力の比を知見するために、サーキュレータ50と第2導波管ピース12との間に、パワーメータを内蔵する導波管を介在させるようにすることができる。
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
(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
(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 microwave having a wavelength different from 2.45 GHz. A wave may be used.
(4) In order to measure the microwave power in 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
31,31a,31b プラズマ発生ノズル
32,32a 中心導電体(内部導電体)
320 受信アンテナ部
321 上端部
322 下端部
3221 外筒部
3222 内筒部
33,33a ノズル本体(外部導電体)
33Ba 下側胴部
33Ba1 外筒部
33Ba2 内筒部
34,34b ノズルホルダ
342,342b 上部保持空間
344 ガス供給孔(ガス供給部)
34Ub 上側胴部
36 保護管
38 電磁ソレノイド
39 連結部材
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 CPU
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 センサ入力部
98 ソレノイド駆動制御部
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
30
320 receiving
33Ba Lower body part 33Ba1 Outer cylinder part 33Ba2
34 Ub
902, 903
C Conveying means W Workpiece
Claims (7)
プラズマ点火時に、相対的に、外側導電体の先端面に対して内側導電体の先端面を後退させる点火補助手段を含むことを特徴とするプラズマ発生装置。 Using a plasma generating nozzle with concentric inner and outer conductors and applying a high-frequency pulsed electric field between the two conductors, a glow discharge is generated near the tip of both conductors to generate plasma. In the plasma generator that radiates the gas to be processed into a workpiece under normal pressure from the nozzle of the outlet by supplying a processing gas from a gas supply source between them,
A plasma generating apparatus comprising ignition auxiliary means for retreating the front end surface of the inner conductor relative to the front end surface of the outer conductor, during plasma ignition.
前記内側導電体は電気絶縁性のシール部材によって外側導電体との間で保持され、そのシール部材が筒状の外側導電体の内周面との間で前記筒状の軸方向に摺動自在に形成され、前記点火補助手段は、作動片が前記シール部材に連結される電磁ソレノイドから成ることを特徴とする請求項1または2記載のプラズマ発生装置。 The microwave from the microwave generation means is propagated by the waveguide and received by the inner conductor of the plasma generation nozzle protruding into the waveguide space,
The inner conductor is held between the outer conductor by an electrically insulating seal member, and the seal member is slidable in the cylindrical axial direction with the inner peripheral surface of the cylindrical outer conductor. The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the ignition assisting unit includes an electromagnetic solenoid having an operating piece coupled to the seal member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006093512A JP2007273096A (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Plasma generator and workpiece processing apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006093512A JP2007273096A (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Plasma generator and workpiece processing apparatus using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007273096A true JP2007273096A (en) | 2007-10-18 |
Family
ID=38675718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006093512A Withdrawn JP2007273096A (en) | 2006-03-30 | 2006-03-30 | Plasma generator and workpiece processing apparatus using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007273096A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012531699A (en) * | 2009-06-29 | 2012-12-10 | ユニヴェルシテ ポール サバティエ トゥールーズ トロワ | A device that emits a plasma jet from ambient air at normal temperature and pressure, and its use |
TWI627655B (en) * | 2015-03-30 | 2018-06-21 | 東京威力科創股份有限公司 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and recording medium |
-
2006
- 2006-03-30 JP JP2006093512A patent/JP2007273096A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012531699A (en) * | 2009-06-29 | 2012-12-10 | ユニヴェルシテ ポール サバティエ トゥールーズ トロワ | A device that emits a plasma jet from ambient air at normal temperature and pressure, and its use |
TWI627655B (en) * | 2015-03-30 | 2018-06-21 | 東京威力科創股份有限公司 | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and recording medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008066159A (en) | Plasma generator and workpiece treatment device using it | |
JP4620015B2 (en) | Plasma generating apparatus and work processing apparatus using the same | |
JP4865034B2 (en) | Plasma generating apparatus and work processing apparatus using the same | |
JP2009525566A (en) | Work processing apparatus and plasma generating apparatus | |
JP4724625B2 (en) | Plasma generating apparatus and work processing apparatus using the same | |
JP4647566B2 (en) | Plasma generating apparatus and work processing apparatus using the same | |
JP4837394B2 (en) | Plasma generating apparatus and work processing apparatus using the same | |
JP2007265838A (en) | Plasma generator and workpiece processing device using it | |
JP2007273096A (en) | Plasma generator and workpiece processing apparatus using the same | |
JP2008071500A (en) | Plasma generating device and work processing device using it | |
JP2007227069A (en) | Method and device for generating plasma, and workpiece treatment device using the same | |
JP4619973B2 (en) | Plasma generating apparatus and work processing apparatus using the same | |
JP4724572B2 (en) | Work processing device | |
JP2007227312A (en) | Plasma generating device and workpiece processing device | |
JP2008077925A (en) | Plasma generating device and work processor using it | |
JP2007227071A (en) | Plasma generating device and workpiece processing device using same | |
JP2008066058A (en) | Plasma generation nozzle, plasma generating device, and work treatment device using it | |
JP2007220499A (en) | Plasma generator and workpiece treatment device using the same | |
JP4680095B2 (en) | Work processing apparatus and plasma generating apparatus | |
JP2007220504A (en) | Plasma generating nozzle, plasma generator, and work processing device using them | |
JP2008059840A (en) | Plasma generating device and work treatment device using it | |
JP2007234298A (en) | Plasma generating device and workpiece processing device using it | |
JP2007220503A (en) | Plasma generator and workpiece processor using it | |
JP2007220498A (en) | Plasma generating device and work processing device using same | |
JP2007220587A (en) | Workpiece treatment device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090602 |