JP2007265829A - Plasma generator 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。
しかしながら、上述の従来技術では、プラズマ発生ノズルの構造が示されているだけで、実装される電子部品等、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに、どのようにすれば均一な(密度で)プラズマ照射を行うことができるかが想到し得ないという問題がある。 However, the above-described conventional technology only shows the structure of the plasma generating nozzle, and it is possible to obtain a uniform (density) on a workpiece of any height or a rugged workpiece such as an electronic component to be mounted. There is a problem that it is impossible to conceive whether plasma irradiation can be performed.
本発明の目的は、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応することができるワーク処理装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the workpiece processing apparatus which can respond | correspond to the workpiece | work of arbitrary heights, or a workpiece | work with severe unevenness | corrugations.
本発明のプラズマ発生装置は、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルがマイクロ波を受信した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装置において、前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在することを特徴とする。 The plasma generation apparatus of the present invention propagates the microwave generated by the microwave generation means to the plasma generation nozzle through the waveguide, and the plasma generation gas is converted into plasma based on the energy received by the plasma generation nozzle. In the plasma generating apparatus that generates and emits, the microwave feeding member having flexibility is interposed between the waveguide and the plasma generating nozzle.
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を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルが受信した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ようにしたプラズマ発生装置において、前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、同軸ケーブルなどの可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在する。 According to the above configuration, the microwave generated by the microwave generation means is propagated to the plasma generation nozzle via the waveguide, and the plasma generation gas is generated based on the microwave energy received by the plasma generation nozzle. In the plasma generating apparatus, the microwave feeding member having flexibility such as a coaxial cable is interposed between the waveguide and the plasma generating nozzle.
したがって、前記プラズマ発生ノズル部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上することで、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができる。 Therefore, by reducing the size of the plasma generating nozzle part and improving the degree of freedom of handling, it is possible to deal with workpieces of any height or workpieces with severe irregularities.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記給電部材は同軸ケーブルであることを特徴とする。 In the plasma generator of the present invention, the power supply member is a coaxial cable.
上記の構成によれば、汎用品を使用して、効率良くエネルギー伝達を行うことができる。 According to said structure, energy transmission can be performed efficiently using a general purpose product.
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置は、前記導波管において前記同軸ケーブルに対向配置され、該導波管の内周長を変化することによって該導波管のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材を備えることを特徴とする。 Furthermore, the plasma generator of the present invention includes an impedance adjusting member that is disposed opposite to the coaxial cable in the waveguide and adjusts the impedance of the waveguide by changing an inner peripheral length of the waveguide. It is characterized by providing.
上記の構成によれば、前記可撓性を有するマイクロ波の給電部材を同軸ケーブルで実現する場合、その同軸ケーブルに対向して、導波管におけるマイクロ波の伝達方向とは直交する断面での内周長を変化することによって該導波管のインピーダンスを調整することができるインピーダンス調整部材を設ける。 According to the above configuration, when the flexible microwave feeding member is realized by a coaxial cable, the cross-section orthogonal to the microwave transmission direction in the waveguide is opposed to the coaxial cable. An impedance adjusting member capable of adjusting the impedance of the waveguide by changing the inner peripheral length is provided.
したがって、導波管と同軸ケーブルとのインピーダンスのずれを小さくし、マイクロ波の反射や損失を小さくすることができるとともに、同軸ケーブルやプラズマ発生ノズルの交換によるインピーダンスの変化に対応することができる。 Therefore, it is possible to reduce the impedance deviation between the waveguide and the coaxial cable, reduce the reflection and loss of microwaves, and cope with the change in impedance due to the replacement of the coaxial cable and the plasma generating nozzle.
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記導波管には、複数のプラズマ発生ノズルにそれぞれ対応した給電部材が接続されることを特徴とする。 In the plasma generating apparatus of the present invention, a power supply member corresponding to each of a plurality of plasma generating nozzles is connected to the waveguide.
上記の構成によれば、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には、導波管の長手方向に、前記給電部材が順次取付けられることになるが、その給電部材で受信されるマイクロ波のエネルギーは、定在波のパターンなどによってばらつく。 According to the above configuration, when a plurality of plasma generating nozzles are driven by one microwave generating means, the power supply members are sequentially attached in the longitudinal direction of the waveguide. The microwave energy received varies depending on the standing wave pattern and the like.
したがって、複数のプラズマ発生ノズルのそれぞれに対するバランス調整が可能な本発明は、特に好適である。 Therefore, the present invention that can adjust the balance for each of the plurality of plasma generating nozzles is particularly suitable.
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を用いることを特徴とする。 Furthermore, a workpiece processing apparatus according to the present invention is characterized by using the plasma generator.
上記の構成によれば、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができるワーク処理装置を実現することができる。 According to said structure, the workpiece | work processing apparatus which can respond | correspond to the workpiece | work of arbitrary height or a workpiece | work with severe unevenness | corrugation can be implement | achieved.
また、本発明のワーク処理装置は、前記プラズマ発生ノズルをロボットアームの先端に取付けて成ることを特徴とする。 The workpiece processing apparatus of the present invention is characterized in that the plasma generating nozzle is attached to the tip of a robot arm.
上記の構成によれば、上述のように小型化で取扱いの自由度が高いプラズマ発生ノズルはロボットアームの先端に取付けるのに好適であり、そのように構成することで、これまでは対応できなかった複雑な形状のワークに対応することができ、またワークを移動させずに処理を行うことができる。 According to the above configuration, the plasma generating nozzle that is small in size and has a high degree of freedom of handling as described above is suitable for being attached to the tip of the robot arm. It is possible to deal with workpieces having complicated shapes, and processing can be performed without moving the workpiece.
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で発生されたマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬し、そのプラズマ発生ノズルが受信した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ようにしたプラズマ発生装置において、前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、同軸ケーブルなどの可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在する。 As described above, the plasma generating apparatus of the present invention propagates the microwave generated by the microwave generating means to the plasma generating nozzle through the waveguide, and based on the energy of the microwave received by the plasma generating nozzle. In the plasma generator configured to generate and discharge plasma gas, the flexible microwave feeding member such as a coaxial cable is interposed between the waveguide and the plasma generating nozzle.
それゆえ、前記プラズマ発生ノズル部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上することで、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができる。 Therefore, by reducing the size of the plasma generating nozzle part and improving the degree of freedom in handling, it is possible to deal with workpieces of any height or workpieces with severe irregularities.
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を用いる。 In addition, as described above, the work processing apparatus of the present invention uses the plasma generator.
それゆえ、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークに対応可能とすることができるワーク処理装置を実現することができる。 Therefore, it is possible to realize a workpiece processing apparatus that can cope with a workpiece having an arbitrary height or a workpiece having severe irregularities.
さらにまた、本発明のワーク処理装置は、前記プラズマ発生ノズルをロボットアームの先端に取付けて成ることを特徴とする。 Furthermore, the workpiece processing apparatus of the present invention is characterized in that the plasma generating nozzle is attached to the tip of a robot arm.
[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ノズル31と、そのプラズマ発生ノズル31にマイクロ波を与えるマイクロ波発生ユニット1と、前記プラズマ発生ノズル31を照射台110上に載置されたワークW上の任意の位置に変位させ、プラズマ照射を実現させるロボットアーム80と、前記プラズマ発生ノズル31に処理ガスを供給するガス供給系90とを備えて構成される。図2は、図1とは視線方向を異ならせたマイクロ波発生装置1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
マイクロ波発生ユニット1は、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に設けられたマイクロ波分配部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とマイクロ波分配部30内の受信アンテナ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。固定位置に設置される前記照射台110上には、基板W1上に電子部品W2が実装されて凹凸を有するワークWが載置される。
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マイクロ波分配部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およびマイクロ波分配部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。本実施形態に係るマイクロ波発生ユニット1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
マイクロ波分配部30は、第3導波管ピース13の上面板13Uに、左右方向へ一列に整列して突設された4個の受信アンテナ38に、下面板13Bにおいて、前記受信アンテナ38と対向配置されるインピーダンス調整部材39を具備して構成されている。なお、4個の受信アンテナ38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ピッチで受信アンテナ38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)ピッチで受信アンテナ38を配列すればよい。この受信アンテナ38は、可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材である同軸ケーブル381を介して、前記プラズマ発生ノズル31に接続される。
The
図4は、図1の切断面線A−Aから見た断面図である。マイクロ波分配部30において、受信アンテナ38の部分には、前記第3導波管ピース13の上面板13Uに接栓131が取付けられており、前記同軸ケーブル381は、その一端に取付けられた接栓382がこの接栓131に螺着されることで給電が可能になる。これらの同軸ケーブル381および接栓382には、汎用品を使用することができる。前記同軸ケーブル381の内導体3811は、前記接栓131から第3導波管ピース13の導波空間130内に入り込み、前記受信アンテナ38となる。この同軸ケーブル381の外導体3812は、前記接栓382,131から第3導波管ピース13を介して、アース電位に接続される。なお、受信アンテナ38には、同軸ケーブル381の内導体3811とは別の部材が用いられ、前記接栓131内で、それらが電気的に接続されるよう入力してもよい。
4 is a cross-sectional view taken along the section line AA of FIG. In the
第3導波管ピース13の下面板13Bには、前記受信アンテナ38と対向して、マイクロ波の伝搬方向を長手方向とする長方形の孔132が形成されており、この孔132から、前記導波空間130内に、前記インピーダンス調整部材39が出没可能となっている。インピーダンス調整部材39は、図3で示すように、マイクロ波の伝搬方向の断面が大略的に山形となっており、その頂部には、図4で示すように、前記受信アンテナ38の先端部380が摺接して嵌り込む孔390が形成されている。このインピーダンス調整部材39は、前記第3導波管ピース13の下面板13Bの一部を成すもので、同様の非磁性金属から成る。そして、孔390に受信アンテナ38の先端部380が上述のように摺接して嵌り込むことで、それらの間に放電が生じることなく、上述のような高周波のマイクロ波を受信アンテナ38で受信可能となっている。
A
また、マイクロ波分配部30において、受信アンテナ38の部分には、前記第3導波管ピース13の一方の側面板13Hに、前記インピーダンス調整部材39を前記導波空間130内に出没させる変位手段391が設けられている。前記変位手段391は、前記第3導波管ピース13の側面板13Hに取付けられる基体392と、前記インピーダンス調整部材39が取付けられる移動部材393と、前記移動部材393を昇降させる昇降機構395とを備えて構成される。
Further, in the
昇降機構395は、モータ3951と、前記モータ3951の出力軸3952に固着されるウォームギア3953と、前記ウォームギア3953が外歯に噛合するギア3954と、一端が前記移動部材393に固着され、他端側が前記ギア3954の内歯に噛合するボールねじ3955とを備えて構成される。これらの昇降機構395は、前記基体391から成るギアボックスに収納され、モータ3951が回転することで、前記移動部材393、したがってインピーダンス調整部材39が昇降変位する。この昇降機構395には、リニアモータやエアシリンダなどの他の構成が用いられてもよい。
The elevating
ロボットアーム80は、前記照射台110を囲んで設置される基台801と、その基台801に基端が連結されるアーム802と、アーム802の遊端に取付けられるヘッド803とを備えて構成される。前記基台801からアーム802およびヘッド803の内側或いは外側には、それらアーム802やヘッド803を駆動変位させる駆動ラインやセンシングラインとは別に、前記同軸ケーブル381およびガス供給系90におけるガス供給管91が敷設されている。前記アーム802およびヘッド803は、任意の自由度を有し、前記プラズマ発生ノズル31を照射台110上の任意の位置に変位させることができるようになっている。
The
図5は、プラズマ発生ノズル31を拡大して示す図である。このプラズマ発生ノズル31は、マイクロ波を利用し、前述の特許文献1と同様に常温常圧でのプラズマ発生が可能なノズルである。このプラズマ発生ノズル31は、内側電極である中心導電体32と、外側電極であるノズル本体33およびノズルホルダ34と、シール部材35と、保護管36と、ガスシールリング37とを備えて構成される。
FIG. 5 is an enlarged view showing the
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が前記ヘッド803に設けられた接栓804において、板ばね状の内側導体となり、前記同軸ケーブル381の他端に取付けられた接栓383がこの接栓804に螺着されることで、内導体3811と電気的に導通し、前記マイクロ波の給電が可能になる。前記同軸ケーブル381の外導体381は、前記接栓383から接栓804を介して、ノズルホルダ34からノズル本体33と電気的に導通し、したがってノズル本体33は前記アース電位となる。
The
前記中心導電体32の下端部322は、その先端3221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。当該中心導電体32はまた、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、前記ヘッド803に穿孔された貫通孔805に密嵌合される上側胴部34Uと、前記ヘッド803から下方向に延出する下側胴部34B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前記ガス供給管91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。このノズルホルダ34の上側胴部34Uにおいて、前記上部保持空間342よりも上部側に、前記接栓804が形成される。
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
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、同軸ケーブル381の外側導体3812および導波管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、前記図4に示すように、導波管10がアース電位とされた状態で、受信アンテナ38でマイクロ波が受信され、同軸ケーブル381の内側導体3811から中心導電体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。
The processing gas thus converted into plasma is radiated from the
因みに、処理ガスとしてアルゴンガスのような不活性ガスや窒素ガスを用いれば、各種基板の表面クリーニングや表面改質を行うことができる。また、フッ素を含有する化合物ガスを用いれば基板表面を撥水性表面に改質することができ、親水基を含む化合物ガスを用いることで基板表面を親水性表面に改質することができる。さらに、金属元素を含む化合物ガスを用いれば、基板上に金属薄膜層を形成することができる。 Incidentally, when an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used as the processing gas, the surface cleaning and surface modification of various substrates can be performed. Further, if a compound gas containing fluorine is used, the substrate surface can be modified to a water-repellent surface, and using a compound gas containing a hydrophilic group can modify the substrate surface to a hydrophilic surface. Furthermore, if a compound gas containing a metal element is used, a metal thin film layer can be formed on the substrate.
スライディングショート40は、各々の受信アンテナ38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 each receiving
図6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6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. 6 is a perspective view showing the internal structure of the sliding short 40. As shown in FIG. 6, 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、一旦はマイクロ波分配部30へ向けて伝搬されたマイクロ波のうち、マイクロ波分配部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7は、サーキュレータ50の作用を説明するためのマイクロ波発生ユニット1の上面図である。図示するように、サーキュレータ50の第1ポート51には第1導波管ピース11が、第2ポート52には第2導波管ピース12が、さらに第3ポート53にはダミーロード60がそれぞれ接続されている。そして、マイクロ波発生装置20のマイクロ波送信アンテナ22から発生されたマイクロ波は、矢印aで示すように第1ポート51から第2ポート52を経由して第2導波管ピース12へ向かう。これに対して、第2導波管ピース12側から入射する反射マイクロ波は、矢印bで示すように、第2ポート52から第3ポート53へ向かうよう偏向され、ダミーロード60へ入射される。
FIG. 7 is a top view 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8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
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)101およびその周辺回路等から成る全体制御部100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104、ガス流量制御部105およびアーム制御部106と、表示手段や操作パネル等から成り、前記全体制御部100に対して所定の操作信号を与える操作部107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108,109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 an
マイクロ波出力制御部104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。ガス流量制御部105は、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92と各プラズマ発生ノズル31との間を接続する前記ガス供給管91に設けられた流量制御弁93の開閉制御乃至は開度調整をそれぞれ行う。アーム制御部106は、前記ロボットアーム80の動作制御を行う。
The microwave
全体制御部100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107から与えられる操作信号に応じて、センサ入力部108から入力される流量センサ94の測定結果、センサ入力部109から入力されるロボットアーム80のエンコーダやポテンションメータなどの検出結果等をモニタし、上記マイクロ波出力制御部104、ガス流量制御部105およびアーム制御部106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CPU101は、メモリ102に予め格納されている制御プログラムに基づいて、ロボットアーム80の移動を開始させてプラズマ発生ノズル31をワークW上の照射位置へ導き、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、ロボットアーム80を移動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、凹凸の激しい1または複数のワークWを連続的に処理する。
Specifically, the
このとき、前記CPU101は、ティーチングや設計図面データなどから、メモリ103に予め格納されているワークWの各位置における高さおよびロボットアーム80内のセンサによって検出されるプラズマ発生ノズル31の位置および高さをモニタしており、ロボットアーム80を駆動して、次の照射位置およびその位置に対応した高さに、プラズマ発生ノズル31を移動させてゆく。
At this time, the
以上説明したワーク処理装置Sによれば、マイクロ波発生装置20で発生されたマイクロ波を導波管10を介してプラズマ発生ノズル31へ伝搬するにあたって、導波管10とプラズマ発生ノズル31との間に、可撓性を有する同軸ケーブル381を介在するので、前記プラズマ発生ノズル31部分の構成を小型化し、また取扱いの自由度を向上することで、任意の高さのワークや凹凸の激しいワークWに対応可能とすることができる。
According to the workpiece processing apparatus S described above, when the microwave generated by the
また、そのような小型化(たとえば500g以下)で取扱いの自由度が高いプラズマ発生ノズル31を利用して、ロボットアーム80の先端に取付けてワーク処理装置Sを構成するので、これまでは対応できなかった複雑な形状のワークWに対応することができ、またワークWを移動させずに処理を行うことができる。
Further, since the work processing apparatus S is configured by being attached to the tip of the
なお、前記特許文献1にも、給電線として同軸ケーブルを使用することが記載されているが、本発明のような導波管と組合わせたものではなく、同軸ケーブル単体である。ここで、プラズマ発生ノズル31において、プラズマ(プルームP)点灯(着火)時に、マイクロ波が与えられてから、実際に点灯(着火)するまでの間は、与えられたマイクロ波は、該プラズマ発生ノズル31の先端で反射することになる。そこで、特許文献1のように同軸ケーブルを介してマイクロ波発生装置に直接接続されていると、その反射波がマイクロ波発生装置に入射されてしまうのに対して、本発明のように導波管10が介在されていると、反射されたマイクロ波はダミーロード60などで消費され、マイクロ波発生装置20に戻らなくなる。これによって、プラズマ発生ユニットPUの長寿命化を図ることができる。
Although
さらにまた、本実施の形態のワーク処理装置Sでは、前記導波管10において、前記同軸ケーブル381に対向して、該導波管10の内周長L(図4参照)を変化することによって該導波管10のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部材39を設けるので、導波管10と同軸ケーブル381とのインピーダンスのずれを小さくし、マイクロ波の反射や損失を小さくすることができるとともに、同軸ケーブル381やプラズマ発生ノズル31の交換によるインピーダンスの変化に対応することができる。具体的には、同軸ケーブル381では、太さ、長さ、材質などの変更であり、プラズマ発生ノズル31では、中心導電体32の外径、ノズル本体33の内径、それらの材質の変更などであり、それらの変更に対応して、インピーダンスを小さくする場合には、前記内周長Lを長く、すなわちインピーダンス調整部材39を導波空間130へ突出させるように、昇降機構395のモータ3951を駆動すればよい。インピーダンスがマッチングしているか否は、プラズマ(プルームP)が点灯しているか否か、またはプラズマ発生ノズル31で消費されたマイクロ波エネルギーなどから判定することができる。
Furthermore, in the work processing apparatus S of the present embodiment, by changing the inner circumferential length L (see FIG. 4) of the
なお、前記インピーダンス調整部材39は、マイクロ波の伝搬方向に対してスロープ状に形成されていなくてもよく、単に前記第3導波管ピース13の下面板13Bの一部が上下するだけでも、前記内周長Lを変化することができる。しかしながら、スロープ状に形成することで、端面での反射や吸収を抑えることができる。
The
さらにまた、本実施の形態のワーク処理装置Sでは、前記導波管10には、1つのマイクロ波発生装置20で複数のプラズマ発生ノズル31を駆動するために、導波管10の長手方向に同軸ケーブル381が順次取付けられるので、対応する受信アンテナ38で受信されるマイクロ波のエネルギーは定在波のパターンなどによってばらつくのに対して、上述のようにインピーダンス調整部材39によってバランス調整を可能とすることは、特に好適である。
Furthermore, in the workpiece processing apparatus S of the present embodiment, 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、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。
(2)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。
(3)ロボットアーム80の駆動にあたっては、上述のようにティーチングや設計図面データなどから、ワークWのジオメトリーデータ、すなわち電子部品W2の位置や高さの地図情報をメモリ103に予め定め記憶しておくのではなく、接触または非接触で次の照射位置における電子部品W2の高さを計測しつつ、ロボットアーム80を駆動するようにしてもよい。
(4)上記実施形態では、インピーダンス調整部材39を導波空間130内に出没させることで、前記同軸ケーブル381やプラズマ発生ノズル31の交換によるインピーダンスの変化に対応しているけれども、たとえば図10で示すように、第3導波管ピース13’の下面板13B’の略全長に亘って、山形を成す隆起135が形成され、インピーダンス調整部材とされてもよい。この場合、複数の接栓131の内、インピーダンスに適合するものに同軸ケーブル381が接続されればよい。
The work processing apparatus S according to the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and for example, the following embodiment can be taken.
(1) In the above embodiment, 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.
(2) In order to measure the microwave power in the
(3) When the
(4) In the above embodiment, the
本発明に係るワーク処理装置およびプラズマ発生装置は、半導体ウェハ等の半導体基板に対するエッチング処理装置や成膜装置、プラズマディスプレイパネル等のガラス基板やプリント基板の清浄化処理装置、医療機器等に対する滅菌処理装置、タンパク質の分解装置等に好適に適用することができる。 A workpiece processing apparatus and a plasma generation apparatus according to the present invention include an etching processing apparatus and a film forming apparatus for a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer, a glass substrate such as a plasma display panel and a cleaning processing apparatus for a printed board, and a sterilization process for medical equipment The present invention can be suitably applied to an apparatus, a protein decomposition apparatus, and the like.
1 マイクロ波発生ユニット
10 導波管
13 第3導波管ピース
130 導波空間
131,382,383,804 接栓
20 マイクロ波発生装置(マイクロ波発生手段)
30 マイクロ波分配部
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
38 受信アンテナ
381 同軸ケーブル
3811 内導体
3812 外導体
39 インピーダンス調整部材
391 変位手段
393 移動部材
395 昇降機構
3951 モータ
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 ロボットアーム
801 基台
802 アーム
803 ヘッド
90 ガス供給系
91 ガス供給管
100 全体制御部
101 CPU
102,103 メモリ
104 マイクロ波出力制御部
105 ガス流量制御部
106 アーム制御部
107 操作部
108,109 センサ入力部
110 照射台
S ワーク処理装置
W ワーク
W1 基板
W2 電子部品
DESCRIPTION OF
30
102, 103
Claims (6)
前記導波管とプラズマ発生ノズルとの間に、可撓性を有する前記マイクロ波の給電部材を介在することを特徴とするプラズマ発生装置。 Propagation of the microwave generated by the microwave generation means to the plasma generation nozzle through the waveguide, and the plasma generation nozzle generates and releases plasma gas based on the energy received by the microwave In the device
A plasma generating apparatus, wherein the microwave power supply member having flexibility is interposed between the waveguide and the plasma generating nozzle.
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JP2015076253A (en) * | 2013-10-08 | 2015-04-20 | 国立大学法人 東京大学 | Dielectric protective mechanism in small microwave plasma source |
JP2018531490A (en) * | 2015-10-05 | 2018-10-25 | サイレム・ソシエテ・プール・ラプリカション・アンデュストリエール・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・アン・エレクトロニック・エ・ミクロ・オンデSairem Societe Pour L’Application Industrielle De La Recherche En Electronique Et Micro Ondes | Basic device for irradiating microwave energy with coaxial irradiation device and equipment provided therewith |
JP2020123593A (en) * | 2017-04-04 | 2020-08-13 | 株式会社Fuji | Plasma generation device |
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2006
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