JP2007265829A

JP2007265829A - Plasma generator and work processing device using it

Info

Publication number: JP2007265829A
Application number: JP2006089994A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mankawa; 宏史萬川; Kazuhiro Yoshida; 和弘吉田; Shigeru Masuda; 滋増田
Original assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Current assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma generator used in processing of a work such as reforming of a substrate which can cope with the work with arbitrary height and the work with steep irregularity. SOLUTION: Coaxial cables 381 having flexibility are interposed between a waveguide 10 and plasma generating nozzles 31 in propagating microwave generated by the microwave generator 20 to the plasma generating nozzles 31 through the waveguide 10. Thereby, the plasma generating nozzle 31 portion is made small in size and freedom in handling can be improved, and therefore, by mounting the plasma generating nozzles 31 on a robot arm, uniform plasma irradiation can be made on the work W with irregularity caused by electronic components W2. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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。
特開２００３−１９７３９７号公報 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.
JP 2003-197397 A

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.

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 plasma generation nozzle 31 that generates plasma and irradiates the workpiece W as a workpiece with the plasma, a microwave generation unit 1 that applies microwaves to the plasma generation nozzle 31, and the plasma. A robot arm 80 that realizes plasma irradiation by displacing the generating nozzle 31 to an arbitrary position on the workpiece W placed on the irradiation table 110, and a gas supply system 90 that supplies a processing gas to the plasma generating nozzle 31. It is configured with. 2 is a perspective view of the microwave generator 1 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.

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 microwave generation unit 1 generally includes a waveguide 10 that propagates microwaves, a microwave generator 20 that is disposed on one end side (left side) of the waveguide 10 and generates microwaves of a predetermined wavelength, and a waveguide. A microwave distributor 30 provided in the wave tube 10, a sliding short 40 disposed on the other end side (right side) of the waveguide 10 to reflect the microwave, and a reflected micro wave among the microwaves emitted to the waveguide 10. Impedance matching between the circulator 50 that separates the wave so as not to return to the microwave generator 20, the dummy load 60 that absorbs the reflected microwave separated by the circulator 50, and the waveguide 10 and the receiving antenna in the microwave distributor 30. A stub tuner 70 is provided to achieve this. On the irradiation stand 110 installed at a fixed position, a workpiece W having unevenness is mounted by mounting an electronic component W2 on a substrate W1.

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 waveguide 10 is made of a nonmagnetic metal such as aluminum, has a long tubular shape with a rectangular cross section, and propagates the microwave generated by the microwave generator 20 toward the microwave distributor 30 in the longitudinal direction thereof. It is something to be made. The waveguide 10 is composed of a connected body in which a plurality of divided waveguide pieces are connected to each other by flange portions, and the first conductor on which the microwave generator 20 is mounted in order from one end side. The wave tube piece 11, the second waveguide piece 12 to which the stub tuner 70 is assembled, and the third waveguide piece 13 provided with the microwave distributor 30 are connected to each other. A circulator 50 is interposed between the first waveguide piece 11 and the second waveguide piece 12, and a sliding short 40 is connected to the other end side of the third waveguide piece 13.

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 first waveguide piece 11, the second waveguide piece 12, and the third waveguide piece 13 are each formed into a rectangular tube shape using an upper plate, a lower plate, and two side plates made of a metal flat plate. It is assembled and flange plates are attached to both ends thereof. In addition, you may make it use the rectangular waveguide piece formed by extrusion molding, the bending process of a plate-shaped member, etc., or a non-dividing type | mold waveguide irrespective of the assembly of such a flat plate. In addition, the waveguide is not limited to a rectangular cross section, and for example, a waveguide having an elliptical cross section can be used. Furthermore, not only a nonmagnetic metal but a waveguide can be comprised with the various members which have a waveguide effect | action.

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 microwave generator 20 includes, for example, an apparatus main body portion 21 including a microwave generation source such as a magnetron that generates a microwave of 2.45 GHz, and the microwave generated by the apparatus main body portion 21 inside the waveguide 10. And a microwave transmission antenna 22 that emits light to the outside. In the microwave generation unit 1 according to the present embodiment, a continuously variable microwave generator 20 that can output microwave energy of 1 W to 3 kW, for example, is preferably used.

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 microwave generation device 20 has a configuration in which a microwave transmission antenna 22 protrudes from the device main body 21, and is fixed in a mode of being placed on the first waveguide piece 11. Has been. Specifically, the apparatus main body 21 is placed on the upper surface plate 11U of the first waveguide piece 11, and the microwave transmitting antenna 22 is inside the first waveguide piece 11 through the through hole 111 formed in the upper surface plate 11U. The waveguide space 110 is fixed so as to protrude. With this configuration, the microwave of 2.45 GHz, for example, emitted from the microwave transmission antenna 22 is directed from one end side (left side) to the other end side (right side) by the waveguide 10. Propagated.

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λ_Ｇに応じて定めることが望ましい。たとえば、波長λ_Ｇ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、λ_Ｇ＝２３０ｍｍであるので、１１５ｍｍ（λ_Ｇ／２）ピッチ、或いは５７．５ｍｍ（λ_Ｇ／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 microwave distribution unit 30 includes four receiving antennas 38 that are arranged in a line in the left-right direction on the upper surface plate 13U of the third waveguide piece 13, and the receiving antenna 38 on the lower surface plate 13B. An impedance adjusting member 39 is provided so as to face each other. It is desirable that the arrangement interval of the four receiving antennas 38 be determined according to the wavelength λ _{G of the} microwave propagating in the waveguide 10. For example, it is desirable to arrange the receiving antennas 38 at a ½ pitch and a ¼ pitch of the wavelength λ _{G. When} a microwave of 2.45 GHz is used, λ _G = 230 mm, so 115 mm (λ _G / 2) The receiving antennas 38 may be arranged at a pitch or 57.5 mm (λ _G / 4) pitch. The receiving antenna 38 is connected to the plasma generating nozzle 31 through a coaxial cable 381 that is a flexible microwave feeding member.

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 microwave distributor 30, a plug 131 is attached to the upper surface plate 13 U of the third waveguide piece 13 at the receiving antenna 38, and the coaxial cable 381 is connected to one end thereof. The plug 382 is screwed onto the plug 131 so that power can be supplied. A general-purpose product can be used for the coaxial cable 381 and the plug 382. The inner conductor 3811 of the coaxial cable 381 enters the waveguide space 130 of the third waveguide piece 13 from the connector 131 and becomes the receiving antenna 38. The outer conductor 3812 of the coaxial cable 381 is connected to the ground potential from the plugs 382 and 131 through the third waveguide piece 13. Note that a member different from the inner conductor 3811 of the coaxial cable 381 may be used for the receiving antenna 38, and input may be performed so that they are electrically connected in the plug 131.

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 rectangular hole 132 having a microwave propagation direction as a longitudinal direction is formed in the lower surface plate 13 B of the third waveguide piece 13 so as to face the receiving antenna 38. The impedance adjusting member 39 can appear and disappear in the wave space 130. As shown in FIG. 3, the impedance adjusting member 39 has a generally mountain-shaped cross section in the microwave propagation direction. At the top of the impedance adjusting member 39 is a tip 380 of the receiving antenna 38 as shown in FIG. A hole 390 is formed to fit in sliding contact. The impedance adjusting member 39 forms part of the lower surface plate 13B of the third waveguide piece 13 and is made of the same nonmagnetic metal. Then, the tip 380 of the receiving antenna 38 is fitted into the hole 390 in sliding contact as described above, so that the receiving antenna 38 can receive high-frequency microwaves as described above without causing discharge between them. It has become.

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 microwave distribution unit 30, the receiving antenna 38 is provided with a displacement means for causing the impedance adjusting member 39 to appear in and out of the waveguide space 130 on one side plate 13 H of the third waveguide piece 13. 391 is provided. The displacement means 391 includes a base 392 attached to the side plate 13H of the third waveguide piece 13, a moving member 393 to which the impedance adjusting member 39 is attached, and an elevating mechanism 395 for raising and lowering the moving member 393. It is prepared for.

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 mechanism 395 includes a motor 3951, a worm gear 3953 fixed to the output shaft 3952 of the motor 3951, a gear 3954 in which the worm gear 3953 meshes with external teeth, one end fixed to the moving member 393, and the other end side And a ball screw 3955 that meshes with the internal teeth of the gear 3954. These elevating mechanisms 395 are housed in a gear box composed of the base body 391. When the motor 3951 rotates, the moving member 393, and hence the impedance adjusting member 39, is displaced up and down. Other configurations such as a linear motor and an air cylinder may be used for the lifting mechanism 395.

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 robot arm 80 includes a base 801 installed around the irradiation table 110, an arm 802 having a base connected to the base 801, and a head 803 attached to the free end of the arm 802. Is done. The coaxial cable 381 and the gas supply pipe 91 in the gas supply system 90 are provided on the inner side or the outer side of the arm 802 and the head 803 from the base 801, separately from the drive line and the sensing line for driving and displacing the arm 802 and the head 803. Is laid. The arm 802 and the head 803 have arbitrary degrees of freedom and can displace the plasma generating nozzle 31 to an arbitrary position on the irradiation table 110.

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 plasma generating nozzle 31. The plasma generation nozzle 31 is a nozzle that can generate plasma at normal temperature and normal pressure using microwaves as in the above-described Patent Document 1. The plasma generating nozzle 31 includes a central conductor 32 that is an inner electrode, a nozzle body 33 and a nozzle holder 34 that are outer electrodes, a seal member 35, a protective tube 36, and a gas seal ring 37. 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 central conductor 32 is made of a highly conductive metal such as copper, aluminum, or brass, and is composed of a rod-shaped member having a diameter of about 1 to 5 mm. A plug 383, which is a spring-like inner conductor and is attached to the other end of the coaxial cable 381, is screwed to the plug 804, thereby being electrically connected to the inner conductor 3811, so that the microwave can be fed. It becomes possible. The outer conductor 381 of the coaxial cable 381 is electrically connected to the nozzle main body 33 from the nozzle holder 34 through the plug 383 through the plug 804, so that the nozzle main body 33 is at the ground potential.

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 lower end portion 322 of the central conductor 32 is arranged in the vertical direction so that the tip 3221 thereof is substantially flush with the lower end edge 331 of the nozzle body 33. The central conductor 32 is also held by a seal member 35 at a substantially intermediate portion in the length direction.

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 nozzle body 33 is a cylindrical body made of a highly conductive metal and having a cylindrical space 332 that houses the central conductor 32. The nozzle holder 34 is also made of a highly conductive metal, and has a relatively large-diameter lower holding space 341 that holds the nozzle body 33 and a relatively small-diameter upper holding space 342 that holds the seal member 35. It is a state. On the other hand, the seal member 35 is made of a heat-resistant resin material such as Teflon (registered trademark) or an insulating member such as ceramic, and has a holding hole 351 for holding the central conductor 32 fixedly on its central axis. It consists of a body

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 nozzle body 33 is provided in an annularly projecting manner from the upper side, an upper body part 33U fitted in the lower holding space 341 of the nozzle holder 34, an annular recess 33S for holding a gas seal ring 37 described later. A flange portion 33F and a lower body portion 33B protruding from the nozzle holder 34 are provided. In addition, a communication hole 333 for supplying a predetermined processing gas to the cylindrical space 332 is formed in the upper body portion 33U.

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 nozzle body 33 functions as an external conductor disposed around the central conductor 32. The central conductor 32 is a cylindrical space with a predetermined annular space H (insulation interval) secured around it. It is inserted on the central axis of 332. The nozzle body 33 has a nozzle holder such that the outer peripheral portion of the upper body portion 33U is in contact with the inner peripheral wall of the lower holding space 341 of the nozzle holder 34 and the upper end surface of the flange portion 33F is in contact with the lower end edge 343 of the nozzle holder 34. 34 is fitted. The nozzle body 33 is preferably attached to the nozzle holder 34 with a detachable fixing structure using, for example, a plunger or a set screw.

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 nozzle holder 34 includes an upper body portion 34U that is tightly fitted into a through hole 805 drilled in the head 803, and a lower body portion 34B that extends downward from the head 803. A gas supply hole 344 for supplying a processing gas to the annular space H is formed in the outer periphery of the lower body portion 34B. Although not shown, a pipe joint or the like for connecting a terminal portion of the gas supply pipe 91 for supplying a predetermined processing gas is attached to the gas supply hole 344. The gas supply hole 344 and the communication hole 333 of the nozzle body 33 are set so that they are in communication with each other when the nozzle body 33 is fitted into the nozzle holder 34 at a fixed position. A gas seal ring 37 is interposed between the nozzle body 33 and the nozzle holder 34 in order to suppress gas leakage from the abutting portion between the gas supply hole 344 and the communication hole 333. In the upper body portion 34U of the nozzle holder 34, the plug 804 is formed on the upper side of the upper holding space 342.

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 cylindrical space 332 so as to swirl the gas. Further, the gas supply hole 344 and the communication hole 333 are not perpendicular to the central conductor 32, and may be formed obliquely from the upper end 321 side to the lower end 322 side in order to improve the flow of the processing gas. Good.

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 seal member 35 has a lower end edge 352 in contact with an upper end edge 334 of the nozzle body 33 and an upper end edge 353 in contact with an upper end locking portion 345 of the nozzle holder 34 in the upper holding space 342 of the nozzle holder 34. Is retained. That is, the upper holding space 342 is assembled so that the seal member 35 supporting the central conductor 32 is fitted and the lower end edge 352 of the nozzle body 33 is pressed by the upper end edge 334. is there.

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 protective tube 36 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 cylindrical space 332 of the nozzle body 33. The protective tube 36 has a function of preventing abnormal discharge (arcing) at the lower end edge 331 of the nozzle body 33 and radiating a plume P to be described later normally. The cylindrical space 332 is inserted so as to protrude from the edge 331. Note that the entire protective tube 36 may be accommodated in the cylindrical space 332 so that the tip end thereof coincides with the lower end edge 331 or enters the inner side of the lower end edge 331.

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 plasma generating nozzle 31 being configured as described above, the nozzle body 33, the nozzle holder 34, the outer conductor 3812 of the coaxial cable 381, and the waveguide 10 are in a conductive state (the same potential), while the center Since the conductor 32 is supported by the insulating seal member 35, it is electrically insulated from these members. Therefore, as shown in FIG. 4, the microwave is received by the receiving antenna 38 in a state where the waveguide 10 is at the ground potential, and the microwave power is transmitted from the inner conductor 3811 of the coaxial cable 381 to the central conductor 32. When power is supplied, an electric field concentration portion is formed in the vicinity of the lower end portion 322 and the lower end edge 331 of the nozzle body 33.

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 gas supply hole 344 to the annular space H, the processing gas is excited by the microwave power and the lower end of the central conductor 32 is excited. Plasma (ionized gas) is generated near the portion 322. Although this plasma has an electron temperature of tens of thousands of degrees, the gas temperature is a reactive plasma that is close to the outside temperature (a plasma in which the electron temperature indicated by electrons is extremely high compared to the gas temperature indicated by neutral molecules). It is a plasma generated under normal pressure.

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 lower edge 331 of the nozzle body 33 as a plume P by the gas flow provided from the gas supply hole 344. This plume P contains radicals. For example, when an oxygen-based gas is used as the processing gas, oxygen radicals are generated, and the plume P having an organic substance decomposition / removal action, a resist removal action, and the like can be obtained.

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 antenna 38 and the microwave propagated inside the waveguide 10, and changes the reflection position of the microwave. It is connected to the right end of the third waveguide piece 13 so that the standing wave pattern can be adjusted. Therefore, when a standing wave is not used, a dummy load having a radio wave absorption function is attached instead of the sliding short 40.

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 waveguide 10, and a housing portion 41 having a hollow space 410 made of the same material as the waveguide 10. A cylindrical reflecting block 42 housed in the hollow space 410, a rectangular block 43 that is integrally attached to the base end of the reflecting block 42 and slides in the left-right direction in the hollow space 410, and A moving mechanism 44 assembled to the rectangular block 43 and an adjusting knob 46 directly connected to the reflecting block 42 via a shaft 45 are provided.

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 reflection block 42 is a cylindrical body that extends in the left-right direction so that a tip surface 421 serving as a microwave reflection surface faces the waveguide space 130 of the third waveguide piece 13. The reflection block 42 may have a prismatic shape similar to that of the rectangular block 43. The moving mechanism 44 is a mechanism for propelling or retreating the rectangular block 43 and the reflecting block 42 integrated with the rectangular block 43 in the left-right direction by rotating the adjusting knob 46. 42 is movable in the left-right direction while being guided by the rectangular block 43 in the hollow space 410. The standing wave pattern is optimized by adjusting the position of the tip surface 421 by the movement of the reflection block 42. It is desirable to automate the rotation operation of the adjusting knob 46 using a stepping motor or the like.

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 circulator 50 is composed of, for example, a waveguide-type three-port circulator with a built-in ferrite column. Of the microwaves once propagated toward the microwave distributor 30, power is not consumed by the microwave distributor 30. The reflected microwave returning is directed to the dummy load 60 without returning to the microwave generator 20. By arranging such a circulator 50, the microwave generator 20 is prevented from being overheated by the reflected microwave.

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 microwave generation unit 1 for explaining the operation of the circulator 50. As shown, the first port 51 of the circulator 50 has a first waveguide piece 11, the second port 52 has a second waveguide piece 12, and the third port 53 has a dummy load 60. It is connected. Then, the microwave generated from the microwave transmission antenna 22 of the microwave generator 20 travels from the first port 51 to the second waveguide piece 12 via the second port 52 as indicated by an arrow a. On the other hand, the reflected microwave incident from the second waveguide piece 12 side is deflected from the second port 52 toward the third port 53 and incident on the dummy load 60 as indicated by the arrow b. .

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 dummy load 60 is a water-cooled (or air-cooled) radio wave absorber that absorbs the reflected microwave and converts it into heat. The dummy load 60 is provided with a cooling water circulation port 61 for circulating cooling water therein so that heat generated by heat conversion of the reflected microwaves is exchanged with the cooling water. It has become.

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 stub tuner 70 is for impedance matching between the waveguide 10 and the plasma generation nozzle 31, and has three stub tuners arranged in series on the upper surface plate 12 U of the second waveguide piece 12 at a predetermined interval. Units 70A to 70C are provided. FIG. 8 is a perspective side view showing an installation state of the stub tuner 70. As shown in the figure, the three stub tuner units 70 A to 70 C have the same structure, a stub 71 protruding into the waveguide space 120 of the second waveguide piece 12, and an operation rod 72 directly connected to the stub 71. And a moving mechanism 73 for moving the stub 71 up and down in the vertical direction, and an outer jacket 74 for holding these mechanisms.

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 stub 71 provided in each of the stub tuner units 70 A to 70 C, the protruding length into the waveguide space 120 can be adjusted independently by each operation rod 72. The protruding lengths of the stubs 71 are determined by searching for a point where the power consumption by the central conductor 32 is maximized (a point where the reflected microwave is minimized) while monitoring the microwave power. Such impedance matching is executed in conjunction with the sliding short 40 as necessary. The operation of the stub tuner 70 is preferably automated using a stepping motor or the like.

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 overall control unit 100 including a CPU (central processing unit) 101 and its peripheral circuits, a microwave output control unit 104 including an output interface and a drive circuit, a gas flow rate control unit 105, and arm control. Unit 106, a display means, an operation panel, and the like, an operation unit 107 for giving a predetermined operation signal to the overall control unit 100, and sensor input units 108, 109 including an input interface, an analog / digital converter, and the like. And is configured.

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 output control unit 104 performs ON / OFF control and output intensity control of the microwave output from the microwave generation device 20. The microwave output control unit 104 generates the 2.45 GHz pulse signal and outputs the pulse signal of the microwave generation device 20. The operation control of the microwave generation by the apparatus main body 21 is performed. The gas flow rate control unit 105 controls the flow rate of the processing gas supplied to each plasma generation nozzle 31. Specifically, opening / closing control or opening degree adjustment of the flow rate control valve 93 provided in the gas supply pipe 91 connecting the processing gas supply source 92 such as a gas cylinder and each plasma generation nozzle 31 is performed. The arm control unit 106 controls the operation of the robot arm 80.

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 overall control unit 100 is responsible for overall operation control of the work processing apparatus S. The measurement result of the flow rate sensor 94 input from the sensor input unit 108 according to the operation signal given from the operation unit 107, the sensor The detection result of the encoder or potentiometer of the robot arm 80 input from the input unit 109 is monitored, and the microwave output control unit 104, the gas flow rate control unit 105, and the arm control unit 106 are based on a predetermined sequence. Control the operation.

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 CPU 101 starts the movement of the robot arm 80 based on a control program stored in advance in the memory 102 and guides the plasma generating nozzle 31 to the irradiation position on the workpiece W, thereby processing the predetermined flow rate. A plasma (plume P) is generated by supplying microwave power while supplying gas to each plasma generating nozzle 31, and the plume P is radiated on the surface of the robot arm 80 while moving. As a result, one or a plurality of workpieces W with severe irregularities are continuously processed.

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 CPU 101 determines the height and position of the plasma generating nozzle 31 detected by the sensor in the robot arm 80 and the height at each position of the workpiece W stored in advance in the memory 103 from teaching and design drawing data. The robot arm 80 is driven, and the plasma generating nozzle 31 is moved to the next irradiation position and the height corresponding to the position.

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 microwave generation apparatus 20 is propagated to the plasma generation nozzle 31 via the waveguide 10, the waveguide 10 and the plasma generation nozzle 31 Since a flexible coaxial cable 381 is interposed between them, the structure of the plasma generating nozzle 31 is reduced in size and the degree of freedom in handling is improved, so that a workpiece of any height or a workpiece with severe irregularities can be obtained. W can be supported.

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 robot arm 80 using the plasma generation nozzle 31 that is highly miniaturized (for example, 500 g or less) and has a high degree of freedom in handling, the work processing apparatus S can be handled up to now. It is possible to deal with a workpiece W having a complicated shape that has not been present, and it is possible to perform processing without moving the workpiece W.

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 Patent Document 1 also describes the use of a coaxial cable as a feeder line, it is not a combination with a waveguide as in the present invention, but is a single coaxial cable. Here, in the plasma generation nozzle 31, when the plasma (plume P) is lit (ignited), during the period from when the microwave is applied until it is actually lit (ignited), the applied microwave is generated by the plasma. The light is reflected at the tip of the nozzle 31. Therefore, when the antenna is directly connected to the microwave generator via a coaxial cable as in Patent Document 1, the reflected wave is incident on the microwave generator, whereas it is guided as in the present invention. When the tube 10 is interposed, the reflected microwave is consumed by the dummy load 60 or the like and does not return to the microwave generator 20. As a result, the life of the plasma generation unit PU can be extended.

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 waveguide 10 so as to face the coaxial cable 381 in the waveguide 10. Since the impedance adjusting member 39 for adjusting the impedance of the waveguide 10 is provided, the impedance deviation between the waveguide 10 and the coaxial cable 381 can be reduced, the reflection and loss of the microwave can be reduced, and the coaxial It is possible to cope with a change in impedance due to replacement of the cable 381 and the plasma generation nozzle 31. Specifically, the coaxial cable 381 changes the thickness, length, material, and the like, and the plasma generating nozzle 31 changes the outer diameter of the central conductor 32, the inner diameter of the nozzle body 33, and changes of those materials. In order to reduce the impedance in response to these changes, the motor 3951 of the elevating mechanism 395 is driven so that the inner circumferential length L is increased, that is, the impedance adjusting member 39 protrudes into the waveguide space 130. do it. Whether or not the impedance is matched can be determined from whether or not the plasma (plume P) is lit or the microwave energy consumed by the plasma generation nozzle 31.

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 impedance adjusting member 39 may not be formed in a slope shape with respect to the propagation direction of the microwave, and even if a part of the lower surface plate 13B of the third waveguide piece 13 is moved up and down, The inner circumferential length L can be changed. However, reflection and absorption at the end face can be suppressed by forming the slope shape.

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 waveguide 10 is provided in the longitudinal direction of the waveguide 10 in order to drive a plurality of plasma generation nozzles 31 by one microwave generator 20. Since the coaxial cables 381 are sequentially attached, the energy of the microwaves received by the corresponding receiving antennas 38 varies depending on the standing wave pattern or the like, whereas the balance adjustment can be performed by the impedance adjusting member 39 as described above. It is particularly suitable to do.

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***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 waveguide 10, it is desirable to install a power meter at an appropriate position of the waveguide 10. For example, in order to know the ratio of the reflected microwave power to the microwave power emitted from the microwave transmission antenna 22 of the microwave generator 20, a power meter is provided between the circulator 50 and the second waveguide piece 12. Can be interposed.
(3) When the robot arm 80 is driven, the geometry data of the workpiece W, that is, the map information of the position and height of the electronic component W2, is previously determined and stored in the memory 103 from the teaching and design drawing data as described above. Instead, the robot arm 80 may be driven while measuring the height of the electronic component W2 at the next irradiation position in contact or non-contact.
(4) In the above embodiment, the impedance adjustment member 39 is caused to appear and disappear in the waveguide space 130 to cope with a change in impedance due to the replacement of the coaxial cable 381 and the plasma generating nozzle 31. For example, in FIG. As shown, a ridge 135 having a mountain shape may be formed over substantially the entire length of the lower surface plate 13B ′ of the third waveguide piece 13 ′ to serve as an impedance adjustment member. In this case, the coaxial cable 381 may be connected to one of the plurality of plugs 131 that matches the impedance.

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.

本発明に係るワーク処理装置の全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the workpiece processing apparatus which concerns on this invention. 図１とは視線方向を異ならせたマイクロ波発生装置の斜視図である。It is a perspective view of the microwave generator which made the line-of-sight direction different from FIG. ワーク処理装置の一部透視側面図である。It is a partial see-through | perspective side view of a workpiece | work processing apparatus. 図１の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line AA of FIG. プラズマ発生ノズルを拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a plasma generation nozzle. スライディングショートの内部構造を示す透視斜視図である。It is a see-through | perspective perspective view which shows the internal structure of a sliding short. サーキュレータの作用を説明するためのマイクロ波発生ユニットの上面図である。It is a top view of the microwave generation unit for demonstrating the effect | action of a circulator. スタブチューナの設置状況を示す透視側面図である。It is a see-through | perspective side view which shows the installation condition of a stub tuner. ワーク処理装置の制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of a workpiece processing apparatus. 本発明の実施の他の形態に係るインピーダンス調整の手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the technique of the impedance adjustment which concerns on other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
１０１ＣＰＵ
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 SYMBOLS 1 Microwave generation unit 10 Waveguide 13 3rd waveguide piece 130 Waveguide space 131,382,383,804 Plug 20 Microwave generator (microwave generation means)
30 Microwave distributor 31 Plasma generating nozzle 32 Central conductor 33 Nozzle body 34 Nozzle holder 344 Gas supply hole 38 Receiving antenna 381 Coaxial cable 3811 Inner conductor 3812 Outer conductor 39 Impedance adjusting member 391 Displacement means 393 Moving member 395 Lifting mechanism 3951 Motor 40 Sliding short 50 Circulator 60 Dummy load 70 Stub tuner 80 Robot arm 801 Base 802 Arm 803 Head 90 Gas supply system 91 Gas supply pipe 100 Overall control unit 101 CPU
102, 103 Memory 104 Microwave output control unit 105 Gas flow rate control unit 106 Arm control unit 107 Operation unit 108, 109 Sensor input unit 110 Irradiation table S Work processing device W Work W1 Substrate W2 Electronic component

Claims

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.

前記給電部材は同軸ケーブルであ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 plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the power supply member is a coaxial cable.

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請求項２記載のプラズマ発生装置。 The impedance adjustment member which adjusts the impedance of the said waveguide by changing the inner peripheral length of this waveguide, and is arrange | positioned facing the said coaxial cable in the said waveguide, It is characterized by the above-mentioned. Plasma generator.

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請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。 The plasma generator according to any one of claims 1 to 3, wherein a power supply member corresponding to each of a plurality of plasma generation nozzles is connected to the waveguide.

前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を用いることを特徴とするワーク処理装置。 The workpiece processing apparatus using the plasma generator of any one of the said Claims 1-4.

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請求項５記載のワーク処理装置。 6. The workpiece processing apparatus according to claim 5, wherein the plasma generating nozzle is attached to a tip of a robot arm.