專利名稱：等離子體點火裝置，等離子體點火方法及等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及等離子體點火裝置，等離子體點火方法，以及等離子體發(fā)生裝置。
背景技術：
在許多生產現(xiàn)場使用等離子體。例如，在半導體電路的制造領域中，通過等離子體清潔成為焊接對象的半導體電路的表面。作為以往的等離子體發(fā)生裝置，例如，在日本特開2002-342599號公報中，公開了以下裝置引線配置在導入氬氣的玻璃管的軸心，高頻線圈及點火用線圈卷繞在玻璃管的前端部分(專利文獻I)。在該裝置中，將氬氣導入玻璃管，等離子氣流穩(wěn)定后，從高頻電源向高頻線圈供給高頻電力，接著，通過向點火用線圈施加高壓，發(fā)生放電，產生等離子體。
又，在日本特開2003-328138號公報中，公開了以下等離子體點火機構從點火器向包含引線的等離子體點火用線圈施加高壓，在等離子體點火用線圈和引線之間誘發(fā)放電，使得等離子體點火(專利文獻2，圖3)。再有，在日本特開2006-104545號公報中，公開了以下微等離子體反應裝置將高熔點導線插入通過等離子槍內管，用混合氣體流通的等離子槍外管圍住上述等離子槍內管的周圍，通過設在外部的點火器，使其開始放電(專利文獻3，圖1-6)。又，在日本特開平6-215894號公報中，公開了以下高頻等離子用電源通過阻抗匹配電路向等離子室的電極間供給高頻電力(專利文獻4)。根據該裝置，在直到電源輸出阻抗和等離子室的阻抗匹配前的期間，低低地設定供給功率放大器的FET的電壓值，防止因反射波引起FET破損。專利文獻I日本特開2002-343599號公報專利文獻2日本特開2003-328138號公報專利文獻3日本特開2006-104545號公報專利文獻4日本特開平6-215894號公報但是，在等離子體發(fā)生裝置中，若等離子用惰性氣體的流動狀態(tài)惡化等，則等離子體成為不穩(wěn)定或滅火。當?shù)入x子體不穩(wěn)定或滅火場合，半導體電路等制品大多會產生缺陷。且因這種缺陷，有時還會在與缺陷處不同的地方產生發(fā)熱等不良狀況。若注意到等離子體滅火化費時間長，則在許多制品上會產生缺陷。因此，在上述專利文獻記載的等離子體發(fā)生裝置中，需要監(jiān)視等離子體是否沒有滅火。又，等離子體滅火場合，必須通過手工動作再點火。再有，等離子體的點火作業(yè)與高頻電力的施加作業(yè)并行，需要估計時間實施，因此，點火作業(yè)需要某種程度熟練才行。

發(fā)明內容
于是，鑒于上述課題提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的之一是提供不需要監(jiān)視或不需要手工動作、能容易且確實地進行等離子體點火或再點火的等離子點火技術。
為了解決上述課題，本發(fā)明的等離子體點火裝置的特征在于，包括高頻電源裝置，向使得發(fā)生等離子體的負載電極供給所定的高頻信號；
匹配裝置，使得上述高頻電源裝置側和上述負載電極側的阻抗匹配；前進波/反射波檢測裝置，檢測上述高頻信號的前進波及反射波；高壓發(fā)生裝置，發(fā)生所定的高壓；以及控制裝置，當上述反射波相對上述前進波的比率比第一閾值大場合，將上述高壓疊加在上述高頻信號上。根據上述構成，若高頻信號供給到負載電極，則根據那時的等離子體狀態(tài)等的負載電極側的阻抗確定。若這時等離子體沒有合適地發(fā)生，則匹配裝置側的輸出阻抗和負載電極側的輸出阻抗產生不匹配，因此，高頻信號的反射波相對前進波的比率變大。若該反射波相對前進波的比率為某種程度大，則可推測為點火前狀態(tài)，或一旦點火的等離子體因什么原因滅火的狀態(tài)。于是，為了推測等離子體滅火狀態(tài)，預先設定第一閾值，所述比率比該第一閾值大場合，判斷為等離子體沒有點火，將高壓疊加在高頻信號上。通過該高壓，負載電極發(fā)生放電，等離子體點火或被再點火?！胺瓷洳ㄏ鄬η斑M波的比率”通常作為反射波的振幅值相對前進波的振幅值的比把握，例如，為駐波比(SffR(Standing Wave Ratio)值)。下面，說明本發(fā)明的效果按照本發(fā)明，用反射波相對前進波的比率判斷等離子體的點火狀態(tài)，實行點火作業(yè)，因此，不需要監(jiān)視且不需要手工動作，能容易且確實地進行等離子體點火或再點火。


圖I是實施形態(tài)I的包含等離子體點火裝置的等離子體發(fā)生裝置的構成圖。圖2是說明實施形態(tài)I的等離子體點火方法的流程圖。圖3是說明實施形態(tài)I的等離子體點火方法的波形圖。圖4是說明實施形態(tài)2的等離子體點火方法的流程圖。圖5是說明實施形態(tài)2的等離子體點火方法的波形圖。圖6是說明實施形態(tài)3的等離子體點火方法的流程圖。圖7是說明實施形態(tài)3的等離子體點火方法的波形圖。圖8是說明實施形態(tài)4的等離子體點火方法的流程圖。圖9是說明實施形態(tài)4的等離子體點火方法的波形圖。圖10是說明應用例的等離子體點火方法的流程圖。圖11是變形例涉及的等離子體發(fā)生裝置的構成圖。圖中符號意義如下I-等離子體發(fā)生裝置10-等離子體點火裝置100-控制裝置101-高頻電源裝置102-前進波/反射波檢測裝置103-高壓發(fā)生裝置
104-疊加線圈105-匹配裝置106-同 軸電纜110、IlOb-氣體室111-電抗補正線圈112-陶瓷管114、114b-負載電極115-屏蔽蓋ll6、ll6b_ 接地電極118-等離子氣體供給口HS-高頻信號HV、HV1、HV2、HV3_ 高壓M-存儲介質S-清洗面(被加工面)Shs、Shv-控制信號Vf-前進波振幅值Vr-反射波振幅值Z-負載阻抗Z0-特性阻抗Γ (gamma)-電壓反射系數(shù)
具體實施例方式下面，說明本發(fā)明的實施形態(tài)。在以下附圖記載中，對于相同或類似的步驟用相同或類似符號表示。但是，附圖所示方框圖、波形圖、以及流程圖都是例示。因此，具體的方框、發(fā)生波形、處理流程應參照以下說明進行判斷。[實施形態(tài)I]本發(fā)明的實施形態(tài)I涉及以下能自動點火的等離子體點火裝置的基本型當反射波相對前進波(progressive wave)的比率比所定閾值大場合,將高壓疊加在高頻信號,又，將高壓疊加在高頻信號后，當反射波相對前進波的比率成為上述閾值以下場合，停止高壓置加。圖I表示本實施形態(tài)的包含等離子體點火裝置的等離子體發(fā)生裝置的構成圖。等離子體發(fā)生裝置I用于半導體電路制造場合，與作為清洗對象的半導體電路(焊接對象)的清洗面對向配置，使其發(fā)生等離子體，用于清洗半導體電路的清洗面。如圖I所示，本實施形態(tài)的等離子體發(fā)生裝置I包括等離子體點火裝置10，氣體室110，電抗補正線圈111，陶瓷管112，負載電極114，接地電極116，等離子氣體供給口 118。氣體室110是用于向陶瓷管112供給等離子氣體的氣體充填室。作為等離子氣體，優(yōu)選惰性氣體。也可以使用h2、o2、n2、或上述氣體和惰性氣體的混合氣體。作為惰性氣體，可以利用氬(Ar)、氦(He)、氙(Xe)、氖(Ne)，最常用的是氬(Ar)、氦(He)。從等離子氣體供給口 118，由沒有圖示的壓縮機向氣體室110供給等離子氣體，加壓到所定氣壓，例如從大氣壓到三氣壓左右。等離子氣體通過設有儲氣瓶、壓力計、流量計、配管等的任意的氣體供給系統(tǒng)，供給到等離子氣體供給口 118。陶瓷管112是由作為絕緣體材料的陶瓷構成的結構物，其具有耐等離子體發(fā)生的高溫及耐高反應性的特性，成形為適合等離子體發(fā)生的所定的直徑。除了陶瓷，還可以利用石英玻璃等。陶瓷管112包括第一端部及第二端部，負載電極114配置在外部，接地電極116配置在內部，從第一端部導入惰性氣體，在內部發(fā)生等離子體，將發(fā)生的等離子體從第二端部向清洗對象照射。在陶瓷管112，沿軸心延伸設置接地電極116。陶瓷管112與氣體室110連通，使得氣體室110內部的被加壓的等離子氣體高速流通接地電極116的周圍。與陶瓷管112的開口(圖I的左側端面)對向，配置應照射等離子體的面(半導體電路的被清洗面等)。也可以將多根陶瓷管112構成為能加工寬廣范圍(詳細在后文作為變形例說明)。 接地電極116是為了使得產生等離子體的接地的電極，是負載電極114的對極。接地電極116沿陶瓷管112的軸心延伸。接地電極116的前端部位于負載電極114的覆蓋范圍，可以超過負載電極114的覆蓋范圍，延伸到陶瓷管112的前端附近。接地電極116由具有能耐周圍發(fā)生的等離子體高溫那樣的高熔點的金屬例如鉬或鎢等引線構成。接地電極116經氣體室110在外部接地。負載電極114是與接地電極116成對的電極，從等離子體點火裝置10施加高頻信號HS。負載電極114從陶瓷管112的外側圍住，與上述接地電極的一部分對向，在本實施形態(tài)中，是截面管形狀(圓環(huán)狀)的電極。負載電極114由具有耐氧化性的金屬例如不銹鋼或通過電鍍等賦與耐氧化性的金屬形成。負載電極114和接地電極116的距離根據施加的高頻信號的電力和希望產生的等離子體密度的關系設定。負載電極114除了截面形成圓環(huán)狀之外，也可以形成為卷繞在陶瓷管112等的線圈狀。電抗補正線圈111是任意選擇的構成要素，是與負載電極114連接的線圈元件。電抗補正線圈111具有以下功能抑制因負載電極114和接地電位之間存在的容量成份產生的電抗(阻抗)的影響，改善后述的電壓駐波比VSWR( S卩，使得VSWR接近I)。等離子體點火裝置10包括控制裝置100，高頻電源裝置101，前進波/反射波檢測裝置102，高壓發(fā)生裝置103，疊加線圈104。也可以將高頻電源裝置101和高壓發(fā)生裝置103合在一起構成為一個裝置。又,匹配裝置(coordination device) 105配置在等離子體點火裝置10和氣體室110之間。在此，也可以將匹配裝置105和前進波/反射波檢測裝置102合在一起構成為一個裝置，配置在等離子體點火裝置10的內部。高頻電源裝置101是向產生等離子體的負載電極114供給所定的高頻信號HS的RF電源。高頻信號HS是具有適合等離子體發(fā)生的頻率以及輸出的信號。適合等離子體發(fā)生的高頻信號HS從IOKHz左右到IGHz左右，適合的功率為O. IW左右 100W左右。在本實施形態(tài)中，設為以頻率450MHz輸出30W的高頻信號。高頻電源裝置101用具有組裝高頻功率晶體管和高頻變壓器的輸出段的振蕩電路等構成。與來自控制裝置100的控制信號Shs對應，高頻電源裝置101開始生成高頻信號HS或停止生成高頻信號HS。匹配裝置105設在等離子體點火裝置10和負載電極114之間的傳輸路徑上，起著使得高頻電源裝置101側和負載電極114側的阻抗匹配的功能。匹配裝置105具有由線圈及可變電容器等構成的濾波器電路結構，設計為從高頻電源裝置101的輸出側看，在穩(wěn)定地生成等離子體狀態(tài)下的負載阻抗成為特性阻抗Ztl(例如50 Ω)。但是，等離子氣體的負載阻抗Z在等離子氣體產生等離子體的過程中急劇變化。又，即使因等離子氣體的種類、流量、壓力、溫度等，負載阻抗Z也急劇變化。若負載阻抗Z與高頻電源裝置101的特性阻抗Ztl不匹配，則供給的高頻功率的一部分作為反射波反饋，有時發(fā)生電力效率降低，或對高頻 電源裝置101的輸出段的元件帶來損傷。匹配裝置105通過阻抗匹配功能，進行高頻電源裝置101側和負載電極114側的阻抗匹配，多少抑制反射波發(fā)生。前進波/反射波檢測裝置102系構成為檢測流過傳輸路徑的高頻信號HS的前進波以及從負載電極114反射的反射波的裝置。具體地說，作為檢測的物理量，為前進波及反射波的功率值或振幅(電壓)值，下面，為便于說明起見，使用振幅值(電壓值)。即，前進波/反射波檢測裝置102構成為能分別檢測高頻信號HS的前進波的振幅值Vf和反射波的振幅值Vr。在此，信號源和負載阻抗Z與特性阻抗Ztl的傳輸路徑的兩端連接場合，使用前進波振幅值Vf和反射波振幅值Vr，用下式⑴和⑵表示負載側的電壓駐波比VSWR(VoltageStanding Wave Ratio)
權利要求
1.一種等離子體點火裝置，其特征在于，包括 高頻電源裝置，向使得發(fā)生等離子體的負載電極供給所定的高頻信號； 匹配裝置，使得上述高頻電源裝置側和上述負載電極側的阻抗匹配； 前進波/反射波檢測裝置，檢測上述高頻信號的前進波及反射波； 高壓發(fā)生裝置，發(fā)生所定的高壓；以及 控制裝置，當上述反射波相對上述前進波的比率比第一閾值大場合，將上述高壓疊加在上述高頻信號上。
2.如權利要求I所述的等離子體點火裝置，其特征在于 當將上述高壓疊加在上述高頻信號上后，上述比率成為第二閾值以下場合，上述控制裝置停止疊加上述高壓。
3.如權利要求2所述的等離子體點火裝置，其特征在于 當從將上述高壓疊加在上述高頻信號時刻，經過第一時間，上述比率仍比上述第二閾值大場合，上述控制裝置輸出所定的警報信號，且停止疊加上述高壓，停止供給上述高頻信號，停止供給為誘導上述等離子體而供給的等離子氣體。
4.如權利要求2所述的等離子體點火裝置，其特征在于 當從將上述高壓疊加在上述高頻信號時刻，經過第二時間，上述比率仍比上述第二閾值大場合，上述控制裝置變更上述高壓的電壓值。
5.如權利要求2所述的等離子體點火裝置，其特征在于 上述第一閾值和上述第二閾值不同。
6.一種等離子體發(fā)生裝置，設有權利要求I記載的等離子體點火裝置，該等離子體發(fā)生裝置包括 上述負載電極，被供給上述高頻信號； 接地電極，使得在與上述負載電極之間發(fā)生等離子體； 陶瓷管，在上述負載電極或上述設置電極周圍誘導等離子氣體；以及 氣體供給裝置，向上述陶瓷管供給上述等離子氣體。
7.如權利要求6所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于 上述接地電極沿著上述陶瓷管軸心延伸； 上述負載電極從上述陶瓷管外側圍住，與上述接地電極的一部分對向。
8.如權利要求6所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于 上述接地電極沿著上述陶瓷管軸心延伸； 上述負載電極具有圍住上述陶瓷管外側的管形狀，延伸到上述接地電極的前端部。
9.如權利要求6所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在干 設有多根上述陶瓷管； 上述接地電極分別沿著上述各陶瓷管的軸心延伸。
10.如權利要求6所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于 在上述等離子體點火裝置和上述負載電極之間設有阻抗補正線圈。
11.一種等離子體點火方法，其特征在于，包括 向使得發(fā)生等離子體的負載電極供給所定的高頻信號的步驟； 使得上述高頻信號供給側和上述負載電極側的阻抗匹配的步驟；檢測上述高頻信號的前進波及反射波的步驟；以及 上述反射波相對上述前進波的比率比第一閾值大場合，將所定電壓的高壓疊加在上述高頻信號上的步驟。
12.等離子體點火控制程序，用于等離子體點火裝置，該等離子體點火裝置包括 高頻電源裝置，向使得發(fā)生等離子體的負載電極供給所定的高頻信號； 匹配裝置，使得上述高頻電源裝置側和上述負載電極側的阻抗匹配； 前進波/反射波檢測裝置檢測上述高頻信號的前進波及 反射波；以及 高壓發(fā)生裝置，發(fā)生所定的高壓； 所述等離子體點火控制程序描述指令，用于使得計算機實行以下功能 使得上述高頻信號開始向上述負載電極供給的功能； 計算上述反射波相對上述前進波的比率，與第一閾值比較的功能； 上述比率比上述第一閾值大場合，將上述高壓疊加在上述高頻信號上的功能。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于，提供不需要監(jiān)視或不需要手工動作、能容易且確實地進行等離子體點火或再點火的等離子體點火技術。本發(fā)明的解決手段在于，等離子體點火裝置包括高頻電源裝置(101)，向用于使得發(fā)生等離子體的負載電極(114)供給所定的高頻信號(HS)；匹配裝置(105)，使得高頻電源裝置側和負載電極側的阻抗匹配；前進波/反射波檢測裝置(102)，檢測高頻信號(HS)的前進波及反射波；高壓發(fā)生裝置(103)，發(fā)生所定的高壓(HV)；以及控制裝置(100)，當反射波相對前進波的比率比第一閾值大場合，將高壓HV疊加在高頻信號(HS)上。
文檔編號H01L21/02GK102687597SQ201080055528
公開日2012年9月19日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權日2009年12月10日
發(fā)明者前田徹, 歌野哲彌, 浜島正典, 高平淳一 申請人:株式會社新川