JP2008077925A - Plasma generating device and work processor 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、常圧下で高密度なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置が開示されている。 For example, there is known a workpiece processing apparatus that irradiates a workpiece to be processed such as a semiconductor substrate with plasma and removes organic contaminants on the surface, surface modification, etching, thin film formation, or thin film removal. For example, Patent Document 1 uses a plasma generation nozzle having concentric inner conductors and outer conductors, and applies a high-frequency pulse electric field between the two conductors, thereby generating glow discharge instead of arc discharge. The plasma is generated, and a high-density plasma is generated by turning the processing gas from the gas supply source from the base end side to the free end side while swirling between both conductors, and is attached to the free end. A plasma processing apparatus is disclosed in which high-density plasma can be obtained under normal pressure by radiating a workpiece to be processed from a nozzle.
そして、本件出願人は、先に特許文献2において、このようなプラズマ発生ノズルを導波管に複数取付け、マイクロ波発生手段からのマイクロ波を導波管を介して各プラズマ発生ノズルに伝搬することで、大規模なワークや複数のワークを一括して処理することができるワーク処理装置を提案した。
上述の先行技術は、複数のプラズマ発生ノズルから同時にプラズマ照射を行うことで、確かに大規模なワークや複数のワークを一括して処理することができる優れたワーク処理装置である。しかしながら、導波管の後端には、スライディングショートと称され、マイクロ波を全反射する反射ブロックを導波管の軸線方向に進退させることで、定在波パターンを調整し、マイクロ波を効率的に利用できるようにした機構が設けられている。したがって、前記全反射によってマイクロ波を効率的に利用できるものの、マイクロ波の反射し過ぎ(戻し過ぎ)によって各プラズマ発生ノズルで受信されるマイクロ波エネルギーがアンバランスになってしまうという問題がある。特に、最後端のプラズマ発生ノズルのエネルギーが高くなり、その1つ前や2つ前のプラズマ発生ノズルと、受信できるマイクロ波のエネルギーが大きく異なってしまう。 The above-described prior art is an excellent workpiece processing apparatus that can surely process a large-scale workpiece or a plurality of workpieces collectively by performing plasma irradiation simultaneously from a plurality of plasma generating nozzles. However, at the rear end of the waveguide, called a sliding short, the standing wave pattern is adjusted by moving the reflection block that totally reflects the microwave back and forth in the axial direction of the waveguide, making the microwave efficient. A mechanism that can be used automatically is provided. Therefore, although the microwave can be efficiently used by the total reflection, there is a problem that the microwave energy received by each plasma generation nozzle becomes unbalanced due to the excessive reflection (return) of the microwave. In particular, the energy of the plasma generating nozzle at the rearmost end becomes high, and the microwave energy that can be received is greatly different from the previous or second previous plasma generating nozzle.
一方、マイクロ波を全反射する前記スライディングショートに代えて、全吸収するダミーロードを設けると、前端側のプラズマ発生ノズルから後端側のプラズマ発生ノズルへ、順に受信できるマイクロ波のエネルギーが小さくなってゆき、最大と最小との差が、前記スライディングショートを用いる場合よりも大きくなってしまう。 On the other hand, if a dummy load that completely absorbs microwaves is provided instead of the sliding short that totally reflects microwaves, the energy of microwaves that can be received in order from the plasma generating nozzles on the front end side to the plasma generating nozzles on the rear end side decreases. As a result, the difference between the maximum and minimum becomes larger than when the sliding short is used.
本発明の目的は、マイクロ波の利用効率を高めつつ、各プラズマ発生ノズルから均一なプラズマ照射を行う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 uniform plasma irradiation from each plasma generation nozzle while improving the utilization efficiency of microwaves, and a work processing apparatus using the plasma generator.
本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段が始端部に取付けられて前記マイクロ波を伝搬する導波管と、前記導波管に複数個がマイクロ波の伝搬方向に相互に間隔を開けて取付けられ、前記マイクロ波を受信し、そのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルとを備えて構成されるプラズマ発生装置において、前記導波管の終端部に設けられ、前記マイクロ波を、吸収する吸収材と反射する反射材とを組合わせて成る終端部材を含むことを特徴とする。 The plasma generator of the present invention comprises a microwave generating means for generating a microwave, a waveguide for propagating the microwave with the microwave generating means attached to a starting end, and a plurality of the waveguides. A plasma comprising a plasma generating nozzle that is attached to each other in the direction of propagation of microwaves, receives the microwaves, and generates and emits plasma gas based on the energy of the microwaves The generation device includes a termination member that is provided at a termination portion of the waveguide and includes a combination of an absorber that absorbs the microwave and a reflector that reflects the microwave.
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を導波管を介して複数のプラズマ発生ノズルに伝搬するようにしたプラズマ発生装置において、その始端部にマイクロ波発生手段が取付けられる前記導波管の終端部に、従来では、前記各プラズマ発生ノズルで吸収されなかったマイクロ波を、全吸収するダミーロードまたは全反射する反射部材が設けられていたのを、本発明では、終端部材を設け、その終端部材を、マイクロ波を吸収する吸収材と反射する反射材とを併用する構成とする。 According to the above configuration, in the plasma generator configured to propagate the microwave from the microwave generating means to the plurality of plasma generating nozzles via the waveguide, the microwave generating means is attached to the start end portion thereof. In the present invention, the end portion of the waveguide is provided with a dummy load that totally absorbs microwaves that have not been absorbed by the respective plasma generation nozzles or a reflection member that totally reflects microwaves. And the terminating member is configured to use a combination of an absorbing material that absorbs microwaves and a reflecting material that reflects.
したがって、マイクロ波の無駄を抑えることができる。また、マイクロ波の反射し過ぎ(戻し過ぎ)によって各プラズマ発生ノズルで受信されるマイクロ波エネルギーがアンバランスになってしまうことを抑えることができる。こうして、マイクロ波の利用効率を高めつつ、各プラズマ発生ノズルから均一なプラズマ照射を行うことができる。 Therefore, waste of microwaves can be suppressed. Further, it is possible to prevent the microwave energy received by each plasma generation nozzle from becoming unbalanced due to excessive reflection (returning) of the microwave. In this way, uniform plasma irradiation can be performed from each plasma generation nozzle while increasing the utilization efficiency of the microwave.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記吸収材は、導波管内の導波空間を横切る管体と、その管体内に充填される水とを備えるダミーロードから成ることを特徴とする。 In the plasma generating apparatus of the present invention, the absorbing material comprises a dummy load including a tubular body that traverses the waveguide space in the waveguide, and water filled in the tubular body.
上記の構成によれば、水はマイクロ波を極めて高い効率で吸収することができ、このため前記吸収材としては、導波管内の導波空間を横切る管体と、その管体内に充填される水とを備えるダミーロードを用いることで、マイクロ波の吸収を高い効率で行うことができる。前記管体の材料としては、自身でのマイクロ波の吸収が少ないガラスや樹脂などを用いることができ、水は、吸収すべきマイクロ波のエネルギーに応じて、吸収に影響が生じないように沸騰しない程度の温度を維持できればよく、吸収量が多い場合には、流水を用いればよい。 According to the above configuration, water can absorb microwaves with extremely high efficiency. For this reason, as the absorbing material, a tube that crosses the waveguide space in the waveguide and the tube are filled. By using a dummy load including water, microwaves can be absorbed with high efficiency. As the tube material, glass or resin that absorbs less microwaves can be used, and water boils so as not to affect the absorption depending on the microwave energy to be absorbed. It is only necessary to maintain a temperature at such a level that it does not occur. When the amount of absorption is large, running water may be used.
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、前記反射材は、導波管の外方側から、内方側の導波空間へ突出し、その出没量を調整可能な導電性の部材であることを特徴とする。 Furthermore, in the plasma generating apparatus of the present invention, the reflecting material is a conductive member that protrudes from the outer side of the waveguide to the inner waveguide space and can adjust the amount of protrusion and depression. Features.
上記の構成によれば、前記反射材として、たとえば導波管の外方側から内方側に壁面を通してねじ込んだボルトを用いることができ、ねじ込み量を加減することで、導波管内の導波空間への出没量(すなわちマイクロ波の反射量)を調整可能とすることができる。その場合に、好ましくは、導波管の外方側で、そのボルトの頭部と壁面との間に巻ばねを介在しておくことで、マイクロ波を受けるボルトと、接地電位にある導波管との間で、該ボルトのがたつきを防止して電気的な接触を確実にし、火花が発生することを防止することができる。 According to the above configuration, for example, a bolt screwed through the wall surface from the outer side to the inner side of the waveguide can be used as the reflecting material. By adjusting the screwing amount, the waveguide in the waveguide can be adjusted. It is possible to adjust the amount of appearing and appearing in space (that is, the amount of reflected microwaves). In that case, preferably, a winding spring is interposed between the head of the bolt and the wall surface on the outer side of the waveguide, so that the bolt that receives the microwave and the waveguide that is at the ground potential. The bolt can be prevented from rattling with the tube to ensure electrical contact and prevent sparks from occurring.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記反射材は、前記導波管の管軸中心からオフセットして配置されることを特徴とする。 In the plasma generator of the present invention, the reflecting material is arranged offset from the tube axis center of the waveguide.
上記の構成によれば、前記反射材を、前記導波管の管軸中心からオフセットして配置することで、該導波管の前記終端側に到達したマイクロ波に対する影響力(反射の割合)を小さくすることができ、前記反射材の導波管内への出没量の調整による反射量の変化を小さく、すなわち反射量の変化を鈍感(微調整可能に)にすることができる。 According to the above configuration, the reflecting material is arranged to be offset from the tube axis center of the waveguide, so that the influence on the microwave that reaches the terminal side of the waveguide (reflection ratio) , And the change in the reflection amount due to the adjustment of the amount of the reflection material in the waveguide can be reduced, that is, the change in the reflection amount can be made insensitive (finely adjustable).
また、本発明のワーク処理装置は、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とする。 The workpiece processing apparatus of the present invention further comprises a moving means for moving the workpiece and the plasma generating nozzle relative to each other on a plane intersecting the plasma irradiation direction in the plasma generating apparatus. And performing a predetermined treatment by irradiating the workpiece with plasma.
上記の構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルを導波管に備え、それらのプラズマ発生ノズルとワーク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、マイクロ波の利用効率を高めつつ、各プラズマ発生ノズルから均一なプラズマ照射を行う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, a plurality of plasma generating nozzles are provided in the waveguide, and the moving means for relatively moving the plasma generating nozzles and the workpiece are provided, and the workpiece is conveyed while conveying the workpiece to be processed. A workpiece processing apparatus capable of performing uniform plasma irradiation from each plasma generating nozzle while improving the utilization efficiency of microwaves in a workpiece processing apparatus that continuously irradiates plasma with predetermined processing. Can be realized.
本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、マイクロ波発生手段からのマイクロ波を導波管を介して複数のプラズマ発生ノズルに伝搬するようにしたプラズマ発生装置において、前記導波管の終端部に終端部材を設け、その終端部材を、マイクロ波を吸収する吸収材と反射する反射材とを併用する構成とする。 As described above, the plasma generator of the present invention is the plasma generator in which the microwave from the microwave generating means is propagated to the plurality of plasma generating nozzles through the waveguide, and the end of the waveguide. A terminating member is provided in the portion, and the terminating member is configured to use an absorbing material that absorbs microwaves and a reflecting material that reflects.
それゆえ、マイクロ波の無駄を抑えることができるとともに、マイクロ波の反射し過ぎ(戻し過ぎ)によって各プラズマ発生ノズルで受信されるマイクロ波エネルギーがアンバランスになってしまうことを抑えることができる。こうして、マイクロ波の利用効率を高めつつ、各プラズマ発生ノズルから均一なプラズマ照射を行うことができる。 Therefore, it is possible to suppress the waste of microwaves and to prevent the microwave energy received by each plasma generation nozzle from being unbalanced due to excessive reflection (returning) of the microwaves. In this way, uniform plasma irradiation can be performed from each plasma generation nozzle while increasing the utilization efficiency of the microwave.
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。 In addition, as described above, the workpiece processing apparatus of the present invention includes a moving unit that moves the workpiece and the plasma generating nozzle relative to each other on a plane that intersects the plasma irradiation direction. While performing the relative movement, the workpiece is irradiated with plasma to give a predetermined treatment.
それゆえ、マイクロ波の利用効率を高めつつ、各プラズマ発生ノズルから均一なプラズマ照射を行う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 perform uniform plasma irradiation from each plasma generation nozzle while improving the utilization efficiency of microwaves.
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(始端)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(終端)側(右側)に配置されてマイクロ波を適度に反射しつつ吸収も行う終端部材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の他端側には終端部材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.
終端部材40は、各々のプラズマ発生ノズル31の受信アンテナ部320において、受信されるマイクロ波エネルギーを均一にするために備えられているもので、注目すべきは、本実施の形態では、各プラズマ発生ノズルで吸収されなかったマイクロ波を、全吸収するダミーロード41と、全反射する反射部材42とを併用する構成となっていることである。図7は、その終端部材40の分解斜視図である。吸収材である前記ダミーロード41と、反射材である前記反射部材42とは、フランジ141が前記第3導波管ピースに結合される第4導波管ピース14に設けられ、その第4導波管ピース14の終端側は、端板142で閉塞されている。
The terminating
ダミーロード41は、第4導波管ピース14の前後一対の側壁14Sに形成された冷却水流通口143間に挿通され、該第4導波管ピース14内の導波空間140を横切る管体411と、その管体を前記側壁14Sに固定する口金412と、管体411内に供給される冷却水とを備えて構成される。口金412で第4導波管ピース14に固定された管体411の両端には、可撓性を有するホースが連結され、ポンプや水道水の蛇口などに連結され、前記冷却水の供給が行われる。この管体411の材料としては、自身でのマイクロ波の吸収が少ないガラスや樹脂などを用いることができ、冷却水には、本実施の形態では、流水を用いる例を示しているけれども、吸収すべきマイクロ波のエネルギーに応じて、吸収に影響が生じないように沸騰しない程度の温度を維持できればよく、吸収量が少ない場合には管体411内に封入されていてもよい。こうして、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、水は高い効率で吸収して熱に変換し、排出することができる。
The
反射部材42は、導波管の外方側から、内方側の導波空間へ突出し、その出没量を調整可能な導電性の部材であればよく、たとえば図7で示すような、前記第4導波管ピース14の上面板14Uの外方側から内方側にねじ込まれ、前記導波空間140への出没量を調整可能なボルト421を用いることができる。好ましくは、前記第4導波管ピース14の外方側で、前記ボルト421の頭部4211と上面板14Uとの間に、該ボルト421のがたつきを防止する巻ばね422を介在しておくことで、マイクロ波を受けるボルト421と、接地電位にある導波管10との間で、該ボルト421のがたつきを防止して電気的な接触を確実にし、火花が発生することを防止することができる。前記反射部材42としては、スライド式に出没量が調整可能なものであってもよく、形状も、円柱状、角柱状、板状などであってもよい。
The
また、前記ボルト421の出没量を自動調整可能とすることが好ましい。具体的には、反射部材42として、図7で示すように、前記ボルト421を回転駆動するモータ423と、そのモータ423の出力軸4231と前記ボルト421の頭部4211とを連結するカプラ424と、前記モータ423の回転量、すなわちボルト421の導波空間140への出没量を検出するエンコーダ425と、以上の構成を収容し、前記第4導波管ピース14の上面板14U上に搭載固定する外套426とをさらに設ける。
In addition, it is preferable that the amount of protrusion and disengagement of the
前記カプラ424は、前記モータ423の出力軸4231が嵌り込む円柱状の孔4241を有する筒部4242と、前記ボルト421の頭部4211が嵌り込む六角柱状の孔4243を有する筒部4244とが連結されて構成されている。そして、ボルト421が巻ばね422に挿通され、その導波空間140への出没量が規定の長さとなるように前記上面板14Uにねじ込まれた後、前記カプラ424の孔4241にモータ423の出力軸4231が嵌め込まれてビス4245で固定され、そのモータ423を外套426内に収容し、所定高さに固定した後、孔4243に前記ボルト421の頭部4211が嵌り込むように被せられ、該外套426のフランジ4261がビス4262によって前記上面板14Uにねじ止め固定されることで、出没量を調整可能な反射部材42が作製される。
The
前記管体411は、前記側壁14Sの高さ方向の中央部に取付けられ、前記ボルト421は、図8で示すように、管体411の前方側で、導波管10の管軸中心10Yからオフセットして配置される。
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
ダミーロード60は、上述のダミーロード41と同様に構成され、管体61内に供給される冷却水によって、上述の反射マイクロ波を吸収して熱に変換して排出するものである。
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80が駆動されることで、処理対象となるワークWを、前記プラズマ発生部30を経由して搬送させるものである。ここで、処理対象となるワークWとしては、プラズマディスプレイパネルや半導体基板のような平型基板、電子部品が実装された回路基板等を例示することができる。また、平型形状でないパーツや組部品等も処理対象とすることができ、この場合は搬送ローラに代えてベルトコンベア等を採用すればよい。
The conveyance means C includes a plurality of conveyance rollers C1 arranged along a predetermined conveyance path, and 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9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およびモータ駆動部94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と、駆動モータ931と、流量制御弁923と、前記モータ423と、前記エンコーダ425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. 9 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。モータ駆動部94は、前記モータ423を正逆両方向に回転させるものである。
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から入力されるエンコーダ425によるモータ423の回転角度等をモニタし、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およびモータ駆動部94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、CPU901は、ワークWの搬送速度を切換える際に、処理ガス流量とともに、モータ423を駆動してボルト421の出没量も変化し、反射するマイクロ波の量を切換えることである。
At this time, it should be noted that when switching the conveyance speed of the workpiece W, the
以上のように、本実施の形態では、複数のプラズマ発生ノズル31に対するマイクロ波の伝搬に導波管10を用いるにあたって、その導波管10の終端に終端部材40を設け、その終端部材40を、マイクロ波を吸収するダミーロード41と反射する反射部材42とを併用した構成とするので、先ず、反射部材42によってマイクロ波の無駄を抑えることができ、次に反射部材42によってマイクロ波の反射し過ぎ(戻し過ぎ)によって各プラズマ発生ノズル31で受信されるマイクロ波エネルギーがアンバランスになってしまうことを抑えることができる。こうして、マイクロ波の利用効率を高めつつ、各プラズマ発生ノズル31から均一なプラズマ照射を行うことができる。また、ワークWの搬送速度、すなわちプラズマ照射量に応じて、反射部材40が反射するマイクロ波の量と、ダミーロード41が吸収するマイクロ波の量とを調整することで、一層均一なプラズマ照射を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, when the
さらにまた、前記ボルト421を導波管10の管軸中心10Yからオフセットして配置することで、該導波管10の前記終端側に到達したマイクロ波に対する影響力(反射の割合)を小さくすることができ、前記ボルト421の出没量の調整による反射量の変化を小さく、すなわち反射量の変化を鈍感(微調整可能に)にすることができる。
Furthermore, by disposing 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。
(5)上記実施形態では、反射量可変の反射部材40としてボルト421を使用し、その導波空間140への出没量で反射量を調整しているけれども、たとえば楕円形状の柱を用い、その柱の角度を変化する、すなわちマイクロ波の投影面積を変化することで反射量を調整してもよい。板状の部材を昇降するようにしてもよいが、前記ボルト421や楕円形状の柱のような棒状の部材は、板状の部材に比べて、適度な反射が得られて好適である。また、反射部材40としては、尖鋭なエッジの無いことが望ましい。
(6)上記実施形態では、ボルト421の出没量をモータ423で連続して調整することで反射量の調整を行っているけれども、複数の棒状の部材を導波空間140内に出没可能とし、それらを択一的に、或いは組合わせて、ソレノイドなどで突出させるか、没入させるかを切換えることで反射量の調整を行うようにしてもよい(ただし、前記棒状の部材をアース線で第4導波管ピースと接続しておくなどの前記火花に対する対策は必要)。
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
(5) In the above embodiment, the
(6) In the above-described embodiment, the amount of reflection is adjusted by continuously adjusting the amount of protrusion / disengagement of 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
30 プラズマ発生部
31 プラズマ発生ノズル
32 中心導電体
320 受信アンテナ部
33 ノズル本体
34 ノズルホルダ
40 終端部材
41,60 ダミーロード
411 管体
42 反射部材
421 ボルト
422 巻ばね
423 モータ
424 カプラ
425 エンコーダ
50 サーキュレータ
70 スタブチューナ
80 搬送ローラ
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
94 モータ駆動部
95 操作部
96,97,98 センサ入力部
961 流量センサ
971 速度センサ
S ワーク処理装置
PU プラズマ発生ユニット
C 搬送手段
W ワーク
DESCRIPTION OF
902
Claims (5)
前記導波管の終端部に設けられ、前記マイクロ波を、吸収する吸収材と反射する反射材とを組合わせて成る終端部材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 with the microwave generating means attached to a starting end, and a plurality of the waveguides in the propagation direction of the microwave. In a plasma generator comprising: a plasma generating nozzle that is mounted at intervals, receives the microwave, and generates and discharges a plasma gas based on the energy of the microwave;
A plasma generating apparatus comprising: a termination member provided at a termination portion of the waveguide, wherein the termination member is formed by combining an absorbing material that absorbs the microwave and a reflecting material that reflects the microwave.
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WO2012121132A1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-09-13 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma generating apparatus, plasma processing apparatus, and plasma processing method |
DE102010016301B4 (en) * | 2009-04-13 | 2017-01-19 | Denso Corporation | plasma generator |
CN109413789A (en) * | 2018-10-17 | 2019-03-01 | 广东美的厨房电器制造有限公司 | A kind of control method of micro-wave oven and micro-wave oven |
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2006
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