JP2008071500A - Plasma generating device and work processing device using it - 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.
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、常温・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。
上述の従来技術によれば、常温・常圧下でのプラズマ発生が可能になるので、ワークの処理には好都合である。一方、その従来技術では、マイクロ波の伝搬には同軸ケーブルが用いられており、大パワーのマイクロ波を伝搬することができず、前記大パワーのマイクロ波を伝搬するには、導波管を用いる必要がある。また、前記導波管を用いることで、複数のプラズマ発生ノズルに効率的にマイクロ波を伝搬することができる。そこで、マイクロ波の伝搬に導波管を用いると、プラズマ発生ノズルでプラズマが点灯している間は、該プラズマ発生ノズルからの熱伝導で導波管も高温になるものの、消灯すると、放熱してゆき、導波管内が多湿になって結露が生じ、導波管の腐食など、前記結露に伴う不具合が発生するという問題がある。 According to the above-described prior art, plasma generation at normal temperature and normal pressure is possible, which is convenient for workpiece processing. On the other hand, in the prior art, a coaxial cable is used for the propagation of the microwave, and the high-power microwave cannot be propagated. It is necessary to use it. In addition, by using the waveguide, it is possible to efficiently propagate microwaves to a plurality of plasma generation nozzles. Therefore, when a waveguide is used for propagation of microwaves, while the plasma is lit by the plasma generation nozzle, the waveguide becomes hot due to heat conduction from the plasma generation nozzle, but when the light is turned off, heat is dissipated. As a result, there is a problem in that the inside of the waveguide becomes humid and dew condensation occurs, resulting in problems associated with the dew condensation such as corrosion of the waveguide.
本発明の目的は、マイクロ波の伝搬に導波管を用いる構成において、その導波管内での結露に伴う不具合の発生を抑え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 and a work processing apparatus using the same, which can suppress the occurrence of problems associated with condensation in the waveguide in a configuration using a waveguide for microwave propagation. It is.
本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波を伝搬する導波管と、前記導波管に取付けられ、前記マイクロ波を受信してそ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とを備えて構成されるプラズマ発生装置において、前記導波管内を換気する換気手段を含むことを特徴とする。 The plasma generator of the present invention includes a microwave generating means for generating a microwave, a waveguide for propagating the microwave, a plasma attached to the waveguide, receiving the microwave, and plasma based on the energy. A plasma generation apparatus comprising a plasma generation nozzle that generates and discharges gas into gas, characterized in that it includes ventilation means for ventilating the inside of the waveguide.
上記の構成によれば、大パワーのプラズマ照射や大面積のワークの処理などに対応するために、マイクロ波発生手段からのマイクロ波が導波管を介して伝搬されるプラズマ発生装置において、換気手段を設け、前記導波管内を換気する。 According to the above configuration, in order to cope with high-power plasma irradiation, large-area workpiece processing, etc., in the plasma generator in which the microwave from the microwave generating means is propagated through the waveguide, ventilation is performed. Means are provided to ventilate the waveguide.
したがって、プラズマ点灯に伴いプラズマ発生ノズルで発生された熱の伝搬によって導波管が高温になり、プラズマ消灯によって放熱してゆく際に、前記換気手段による換気によって、導波管内が多湿になり結露が生じてしまうことを防止することができ、導波管の腐食など、前記結露に伴う不具合の発生を抑えることができる。 Therefore, when the plasma is turned on, the waveguide becomes hot due to the propagation of heat generated by the plasma generation nozzle, and when the heat is released by turning off the plasma, the inside of the waveguide becomes humid due to ventilation by the ventilation means. Can be prevented, and the occurrence of defects due to the condensation such as corrosion of the waveguide can be suppressed.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記換気手段は、前記導波管の一端側と他端側とに設けられ、前記導波管内への通気を可能にするとともに、マイクロ波の漏洩を防止する網目部材と、前記導波管の一端側と他端側との少なくとも一方に設けられ、前記導波管を風洞とする通風ファンとを備えて構成されることを特徴とする。 In the plasma generator of the present invention, the ventilation means is provided on one end side and the other end side of the waveguide to allow ventilation into the waveguide and to prevent leakage of microwaves. And a ventilation fan provided on at least one of the one end side and the other end side of the waveguide and having the waveguide as a wind tunnel.
上記の構成によれば、導波管内の結露を防止するための換気を、先ず、パンチングメタルや金網などのマイクロ波の波長より充分短い網目間隔でマイクロ波の漏洩を防止しつつ、導波管内を外部に開放することができる網目部材を導波管の一端側と他端側とに設けることで実現する。次に、前記導波管の一端側と他端側との少なくとも一方に、前記導波管を風洞とする通風ファンを設ける。 According to the above configuration, ventilation for preventing dew condensation in the waveguide is first performed while preventing leakage of the microwave at a mesh interval sufficiently shorter than the wavelength of the microwave such as punching metal or wire mesh. This is realized by providing a mesh member that can be opened to the outside on one end side and the other end side of the waveguide. Next, a ventilation fan having the waveguide as a wind tunnel is provided on at least one of the one end side and the other end side of the waveguide.
したがって、たとえば略一直線状の導波管が鉛直に配置され、網目部材がその一直線の略両端部に設けられる場合のように、暖められた導波管内の熱気が自然対流によって上方の網目部材から放散され、新たな冷却用の空気が下方の網目部材から取込まれる場合などのように、自然対流によって換気が可能な場合は前記網目部材を設けるだけで換気を行うことも可能になるが、たとえば導波管が水平に配置される場合のように、前記自然対流があまり期待できない場合は、通風ファンを設けて強制換気を行うことで、より確実に結露を防止することができる。 Therefore, for example, when the substantially straight waveguides are arranged vertically and the mesh members are provided at substantially both ends of the straight lines, the heated air in the waveguides is naturally convected from the upper mesh members by natural convection. When ventilation is possible by natural convection, such as when new cooling air is diffused and taken in from the lower mesh member, it is possible to ventilate only by providing the mesh member, For example, when the natural convection cannot be expected so much as in the case where the waveguide is horizontally disposed, condensation can be more reliably prevented by providing a ventilation fan and performing forced ventilation.
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置は、前記導波管またはその内部の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出結果に応答して、前記通風ファンの駆動制御を行う制御手段とをさらに備えることを特徴とする。 Furthermore, the plasma generator of the present invention comprises a temperature sensor for detecting the temperature of the waveguide or the inside thereof, and a control means for controlling the driving of the ventilation fan in response to the detection result of the temperature sensor. It is further provided with the feature.
上記の構成によれば、前記通風ファンを常時駆動したままとするのではなく、前記導波管自体またはその内部の温度を検出する温度センサを設けるとともに、制御手段を設け、その制御手段が、前記温度センサの検出結果に応答して、前記通風ファンの駆動制御を行う。具体的には、結露は、温度上昇中は生じないので、プラズマ消灯後にのみONする。或いは、プラズマ点灯中にONし、温度をあまり上げないようにしておくことで、冷える際の温度差が小さくなり、結露を生じ難くする。また、湿度を検出し、非常に低い場合は、結露が生じる可能性も小さいので、通風ファンをOFFしたままとするようにしてもよい。さらにまた、導波管内の温度が高い方が、本来ノズルで点灯すべきプラズマが該導波管内で点灯してしまう可能性が高くなるので、導波管内の温度が所定温度以上となると、前記プラズマ点灯を防止するために通風ファンをONするようにしてもよい。 According to the above configuration, the ventilation fan is not always driven, but a temperature sensor for detecting the temperature of the waveguide itself or the inside thereof is provided, and a control unit is provided. In response to the detection result of the temperature sensor, drive control of the ventilation fan is performed. Specifically, dew condensation does not occur during the temperature rise, so it is turned on only after the plasma is extinguished. Alternatively, it is turned on during plasma lighting so that the temperature is not raised so much that the temperature difference during cooling is reduced and condensation is unlikely to occur. If the humidity is detected and the humidity is very low, the possibility of condensation is small, so the ventilation fan may remain off. Furthermore, the higher the temperature in the waveguide, the higher the possibility that the plasma that should originally be lit by the nozzle will be lit in the waveguide, so when the temperature in the waveguide exceeds a predetermined temperature, A ventilation fan may be turned on to prevent plasma lighting.
したがって、前記結露が生じないように、通風ファンを適切に駆動することができる。 Therefore, the ventilation fan can be driven appropriately so that the condensation does not occur.
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、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、処理対象とされるワークを搬送しつつ該ワークにプラズマを照射して所定の処理を連続して施与してゆくワーク処理装置において、導波管内を換気する換気手段を設ける前記のプラズマ発生装置を用いることで、導波管内の結露に伴う不具合の発生を抑え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 the above configuration, the plasma generating apparatus includes the moving unit that relatively moves the workpiece and the plasma generating nozzle on a surface that intersects the plasma irradiation direction, and transports the workpiece to be processed. On the other hand, in the workpiece processing apparatus that continuously irradiates the workpiece with plasma and applies predetermined processing continuously, by using the plasma generator provided with a ventilation means for ventilating the inside of the waveguide, It is possible to realize a work processing apparatus that can suppress the occurrence of defects due to condensation.
本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、大パワーのプラズマ照射や大面積のワークの処理などに対応するために、マイクロ波発生手段からのマイクロ波が導波管を介して伝搬されるプラズマ発生装置において、換気手段を設け、前記導波管内を換気する。 As described above, the plasma generating apparatus of the present invention propagates microwaves from the microwave generating means through the waveguide in order to cope with high-power plasma irradiation, large-area workpiece processing, and the like. In the plasma generator, ventilation means is provided to ventilate the inside of the waveguide.
それゆえ、プラズマ点灯に伴いプラズマ発生ノズルで発生された熱の伝搬によって導波管が高温になり、プラズマ消灯によって放熱してゆく際に、前記換気手段による換気によって、導波管内が多湿になり結露が生じてしまうことを防止することができ、導波管の腐食など、前記結露に伴う不具合の発生を抑えることができる。 Therefore, when the plasma is turned on, the waveguide is heated due to the propagation of heat generated by the plasma generation nozzle, and when the heat is released by turning off the plasma, the inside of the waveguide becomes humid due to ventilation by the ventilation means. It is possible to prevent the occurrence of condensation, and to suppress the occurrence of problems associated with the condensation such as corrosion of the waveguide.
また、本発明のワーク処理装置は、以上のように、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、処理対象とされるワークを搬送しつつ該ワークにプラズマを照射して所定の処理を連続して施与してゆくワーク処理装置において、導波管内を換気する換気手段を設ける前記のプラズマ発生装置を用いる。 In addition, as described above, the workpiece processing apparatus of the present invention includes a moving unit that relatively moves the workpiece and the plasma generation nozzle on a plane that intersects the plasma irradiation direction, In the workpiece processing apparatus in which the workpiece is irradiated with plasma and continuously subjected to a predetermined process while being conveyed, the plasma generator described above is provided which has ventilation means for ventilating the inside of the waveguide.
それゆえ、導波管内の結露に伴う不具合の発生を抑え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 that can suppress the occurrence of defects due to condensation in the waveguide.
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 generating unit PU (plasma generating apparatus) that generates plasma and irradiates the workpiece W as a workpiece 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 conveyed by. 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吸収するダミーロード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、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および導波管10内を換気する送風ファン80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C1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 room temperature and normal 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の他端側にはダミーロード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C1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(内側導電体)、ノズル本体33(外側導電体)、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
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.
ダミーロード40,60は、各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。これらのダミーロード40,60には、冷却水を内部に流通させるための冷却水流通口41,61が設けられており、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 loads 40 and 60 are water-cooled (or air-cooled) radio wave absorbers that absorb microwaves that are not received by the respective
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た反射マイクロ波を、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
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。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、図3で示すように第2導波管ピース12の導波空間120に突出するスタブ71を、上下方向に出没動作させることで中心導電体32による消費電力が最大、すなわち反射マイクロ波を最小として、プラズマ点火を生じ易くするものである。
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C1を備え、図略の駆動手段により搬送ローラC1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 conveying means C includes a plurality of conveying rollers C1 arranged along a predetermined conveying path, and the conveying roller C1 is driven by an unillustrated driving means, so that the workpiece W to be processed is generated by the plasma generation. It is conveyed via the
上述のように構成されるワーク処理装置Sにおいて、注目すべきは、本実施の形態では、一直線状の導波管10の略一端側となる前記ダミーロード60と、他端側となる前記ダミーロード40との少なくとも一方(本実施の形態では両方)の先端に、導波管10内を換気する通風ファン65,45がそれぞれ設けられていることである。これに対応して、図1の分解斜視図で示すように、前記ダミーロード60,40の先端を覆う端板62,42は、パンチングメタル或いは金網などの網目部材から成り、多数の開口63,43を有し、それら多数の開口の幅は、マイクロ波の波長λGの1/2以下、好ましくは1/8以下に短くされて、マイクロ波の漏洩が防止されている。前記端板62,42および通風ファン65,45は、換気手段を構成する。なお、前記通風ファン65,45は、ダミーロード60,40よりも内方(マイクロ波伝搬方向の上流)側に設けられていてもよいが、外方(下流)側に設けた方が、該通風ファン65,45に対するマイクロ波の影響を小さくすることができ、好適である。
In the workpiece processing apparatus S configured as described above, it should be noted that in the present embodiment, the
導波管10の略一端側に設けられる通風ファン65は、マイクロ波発生装置20を搭載する第1導波管ピース11の端部に設けられてもよい。ただし、それに対応した開口は、導波管10の筒部に設けてしまうと、一直線の筒状導波管10をスパイラル状に進行するマイクロ波電流の経路を遮断してしまうことになるので、前記筒状導波管10の端板に設けることが好ましい。また、通風ファン65,45による通風方向は、通風ファン45が吸込み側となり、通風ファン65が排出側となることが好ましい。これによって、通風ファン45−ダミーロード40−プラズマ発生部30−スタブチューナ70−サーキュレータ50−ダミーロード60−通風ファン65の経路で通風を行い、外部から取込んだ空気で、直ちに高温を発するプラズマ発生ノズル31を冷却することができる。
The
このように構成することで、大パワーのプラズマ照射や大面積のワークの処理などに対応するために、マイクロ波発生装置20からのマイクロ波を導波管10を介して伝搬するにあたって、前記通風ファン65,45によって導波管10内を換気することで、プラズマ点灯に伴いプラズマ発生ノズル31で発生された熱の伝搬によって導波管10が高温になり、プラズマ消灯によって放熱してゆく際に、該導波管10内が多湿になり、結露が生じてしまうことを防止することができ、導波管10の腐食など、前記結露に伴う不具合の発生を抑えることができる。
With this configuration, in order to cope with high-power plasma irradiation, large-area workpiece processing, and the like, when the microwave from the
また、たとえば略一直線状の導波管10が鉛直に配置され、網目部材がその一直線の略両端部に設けられる場合のように、暖められた導波管10内の熱気が自然対流によって上方の網目部材から放散され、新たな冷却用の空気が下方の網目部材から取込まれる場合などのように、自然対流によって換気が可能な場合は前記網目部材を設けるだけで換気を行うことも可能になるが、前記導波管10を風洞とする通風ファン65,45を設けて強制換気を行うことで、たとえば導波管10が水平に配置される場合のように、前記自然対流があまり期待できない場合に、より確実に結露を防止することができる。
Further, for example, when the substantially
さらにまた、導波管10内に通風して冷却を行うことで、前記図6において参照符号P’で示すような導波管10内でのプラズマ点灯を抑え、プラズマ発生ノズル31側での点灯がより高い確率で行われるようにすることができる。これによって、受信アンテナ部320の損耗や、その受信アンテナ320の絶縁支持体であるシール部材35の損傷などの前記導波管10内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることもできる。
Furthermore, the cooling is performed by ventilating the
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、搬送制御部93およびファン駆動部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96,97,98と、センサ961,971,981と、駆動モータ931と、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
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の開度調整を行う。
The gas flow
搬送制御部93は、搬送ローラC1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。ファン駆動部99は、前記通風ファン45,65のON−OFF制御を行うものである。
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、センサ入力部98から入力される温度センサ981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およびファン駆動部99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。マイクロ波パワーおよび処理ガス流量を制御することでプルームPの大きさを制御することができ、搬送速度を制御することで、プルームPの照射量を制御することができる。このようにして、複数のワークWを連続的に処理する。
Specifically, the
このとき、注目すべきは、制御手段である前記CPU901は、前記通風ファン45,65を常時駆動したままとするのではなく、図1や図2などで示すように、プラズマ発生部30の第3導波管ピース13の側壁13Sに取付けられた温度センサ981からの出力をセンサ入力部98を介してモニタしており、その検出結果に応じて、通風ファン45,65のON−OFF制御を行う。たとえば、40℃以上となると、通風ファン45,65をONし、プラズマ点灯時に導波管10内の温度をあまり上げないようにしておくことで、冷える際の温度差が小さくなり、結露を生じ難くすることができる。またこれによって、導波管10内の温度が高い程発生し易くなる前記参照符号P’で示すような該導波管10内でのプラズマ点灯を抑えることもできる。
At this time, it should be noted that the
なお、前記通風ファン45,65の駆動方法としては、結露は、温度上昇中は生じないので、プラズマ消灯後にのみONするようにしてもよく、或いは40℃以上となった場合とプラズマ消灯後の所定時間とにONするようにしてもよい。さらに、湿度も検出し、非常に低い場合は、結露が生じる可能性も小さいので、通風ファンをOFFしたままとするようにしてもよい。このようにして、前記結露が生じないように、通風ファン45,65を適切に駆動することができる。
As a method for driving the
なお、特開昭62−264623号公報には、マイクロ波を導波管を介して伝搬し、その終端にはマイクロ波の進行方向と垂直に石英やセラミックから成るマイクロ波透過窓を設け、そのマイクロ波透過窓を介して反対側が被処理室となり、被処理ワークが配置されるとともに、処理ガスが供給されるようにしたマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波透過窓の中央に気体を吹付け、冷却することが記載されている。しかしながら、この従来技術は、マイクロ波の放出口を冷却するもので、導波管を冷却するものではなく、本発明が課題とする導波管内の結露は、依然として生じる。 In JP-A-62-264623, a microwave is propagated through a waveguide, and a microwave transmission window made of quartz or ceramic is provided at the end of the microwave perpendicular to the traveling direction of the microwave. In the microwave plasma processing apparatus in which the opposite side is a chamber to be processed through the microwave transmitting window, the workpiece to be processed is arranged, and the processing gas is supplied, a gas is blown to the center of the microwave transmitting window. It is described that it is attached and cooled. However, this conventional technique cools the microwave emission port and does not cool the waveguide, and condensation in the waveguide, which is the subject of the present invention, still occurs.
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
30 プラズマ発生部
31 プラズマ発生ノズル
32 中心導電体
33 ノズル本体
34 ノズルホルダ
344 ガス供給孔
40,60 ダミーロード
41,61 冷却水流通口
42,62 端板
43,63 開口
45,65 通風ファン
50 サーキュレータ
70 スタブチューナ
90 全体制御部
901 CPU
902 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 センサ入力部
981 温度センサ
99 ファン駆動部
S ワーク処理装置
PU プラズマ発生ユニット
C 搬送手段
C1 搬送ローラ
W ワーク
DESCRIPTION OF
902
Claims (4)
前記導波管内を換気する換気手段を含むことを特徴とするプラズマ発生装置。 Microwave generating means for generating a microwave, a waveguide for propagating the microwave, and a microwave attached to the waveguide for receiving the microwave and generating a plasma gas based on the energy. In the plasma generator configured to include a plasma generating nozzle that
A plasma generator comprising a ventilation means for ventilating the inside of the waveguide.
前記導波管の一端側と他端側とに設けられ、前記導波管内への通気を可能にするとともに、マイクロ波の漏洩を防止する網目部材と、
前記導波管の一端側と他端側との少なくとも一方に設けられ、前記導波管を風洞とする通風ファンとを備えて構成され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 ventilation means is
A mesh member provided on one end side and the other end side of the waveguide, allowing ventilation into the waveguide and preventing leakage of microwaves;
2. The plasma generating apparatus according to claim 1, further comprising a ventilation fan provided on at least one of the one end side and the other end side of the waveguide and having the waveguide as a wind tunnel.
前記温度センサの検出結果に応答して、前記通風ファンの駆動制御を行う制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項2記載のプラズマ発生装置。 A temperature sensor for detecting the temperature of the waveguide or the inside thereof;
The plasma generating apparatus according to claim 2, further comprising a control unit that performs drive control of the ventilation fan in response to a detection result of the temperature sensor.
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