JP2007220480A - プラズマ発生装置及びワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマの照射範囲を拡大しながら、プラズマ発生ノズルにおいてプラズマが発生しにくくなるのを抑制できるようにする。
【解決手段】プラズマ発生ユニットＰＵは、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０と、マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化されたガスを生成して放出するプラズマ発生ノズル３１とを備えている。そして、プラズマ発生ノズル３１は、マイクロ波を受信する内部導電体３２と、この内部導電体３２の周囲に離間して配置されたノズル本体３３とを含み、内部導電体３２で受信したマイクロ波のエネルギーを利用して内部導電体３２とノズル本体３３との間に供給される所定のガスをプラズマ化して放出するものであって、内部導電体３２は、所定の間隙を隔てて設けられた複数の導電体３２ａからなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラズマを生成するプラズマ発生装置及びこのプラズマ発生装置を用い基板等の被処理ワークに対してプラズマを照射してワーク表面の清浄化や改質を図ることが可能なワーク処理装置に関するものである。

従来、所定のガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生装置が知られており、例えば、特許文献１にそのようなプラズマ発生装置の一例が開示されている。この特許文献１に開示されたプラズマ発生装置では、単一の内側電極とその周囲を所定の間隔を置いて取り囲む環状の外側電極とを含むプラズマ発生ノズルを用い、常圧下において内側電極と外側電極との間に電界を印加することでその両電極間に供給されるガスをグロー放電によりプラズマ化して放出するようになっている。
特開２００３−１９７３９７号公報

上記特許文献１に開示された従来のプラズマ発生装置では、プラズマ発生ノズルからのプラズマの照射範囲は外側電極の内径によってある程度制限されるため、そのプラズマの照射範囲を拡大させる場合には、外側電極を径方向外側に拡大する必要がある。しかしながら、この場合には、内側電極と外側電極との離間距離が大きくなるため、内側電極及び外側電極の近傍に電界集中部が形成されにくくなり、その結果、プラズマ発生ノズルにおいてプラズマが発生しにくくなるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、プラズマの照射範囲を拡大しながら、プラズマ発生ノズルにおいてプラズマが発生しにくくなるのを抑制することが可能なプラズマ発生装置及びワーク処理装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化されたガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルとを備えている。そして、プラズマ発生ノズルは、マイクロ波を受信する内部導電体と、この内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体とを含み、内部導電体で受信したマイクロ波のエネルギーを利用して内部導電体と外部導電体との間に供給される所定のガスをプラズマ化して放出するものであって、内部導電体は、所定の間隙を隔てて設けられた複数の導電体からなる。

この構成によれば、プラズマ発生ノズルの内部導電体が所定の間隙を隔てて設けられた複数の導電体からなるので、それらの導電体を外部導電体の内側においてある程度の広がりを持った領域に配置することができ、外部導電体を径方向外側に拡大した際に、内部導電体が単一の導電体のみからなる場合に比べて各導電体と外部導電体との離間距離を比較的小さい距離に設定することができる。これにより、内部導電体と外部導電体との離間距離が大きくなることに起因する電界集中部の形成され難さを抑制することができるので、外部導電体を径方向外側に拡大してプラズマの照射範囲を拡大しながら、プラズマ発生ノズルにおいてプラズマが発生しにくくなるのを抑制することができる。

上記構成において、複数の導電体は、それぞれ外部導電体から略等しい距離だけ離間して配置されていることが望ましい（請求項２）。この構成によれば、各導電体と外部導電体との間の領域における電界強度を等しくすることができるので、各導電体の周囲に均等にプラズマを発生させることができる。これにより、プラズマ発生ノズルから照射されるプラズマの濃度分布の偏りを低減することができる。

上記いずれかの構成において、マイクロ波を伝搬する導波管をさらに備え、複数の導電体は、それぞれ導波管の内部に一端が突出するように設けられ、マイクロ波の伝搬方向の下手側に位置する導電体の導波管内への突出量は、マイクロ波の伝搬方向の上手側に位置する導電体の導波管内への突出量に比べて大きくなるように構成されていることが望ましい（請求項３）。この構成によれば、マイクロ波の伝搬方向の下手側の導電体を上手側の導電体よりも突出させることができるので、上手側の導電体の突出方向上方の領域を介して下手側の導電体にマイクロ波を有効に受信させることができる。これにより、マイクロ波の受信が伝搬方向の上手側の導電体に集中するのを抑制することができるので、各導電体によるマイクロ波の受信量の均一性を向上させることができる。

上記いずれかの構成において、プラズマ発生ノズルは、プラズマ発生ノズルは、所定間隔で複数設けられていてもよい（請求項４）。この構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルからプラズマを照射することにより大面積のワークに対してプラズマ照射を行うことができる。また、このように複数のプラズマ発生ノズルが所定間隔で設けられている場合には、各プラズマ発生ノズル間においてプラズマの照射されない領域が生じやすいため、上記構成によるプラズマ発生ノズルを用いることにより、各プラズマ発生ノズルからのプラズマの照射範囲を拡大して上記のようなプラズマの照射されない領域が生じるのを有効に防止することができる。これにより、複数のプラズマ発生ノズルからプラズマを大面積のワークに照射して処理する際、そのワークに処理漏れの領域が発生するのを抑制することができる。

本発明の請求項５に係るワーク処理装置は、上記いずれかの構成を有するプラズマ発生装置を備えたものであって、プラズマ発生装置により生成されるプラズマをプラズマ発生ノズルから処理対象とされるワークに照射して所定の処理を施与する。この構成によれば、プラズマの照射範囲を拡大しながら、プラズマ発生ノズルにおいてプラズマが発生しにくくなるのを抑制することが可能なワーク処理装置を得ることができる。そして、このワーク処理装置では、プラズマの照射範囲を拡大することができることにより、プラズマによるワークに対する処理範囲を拡大することができる。

以上説明したように、本発明によるプラズマ発生装置及びワーク処理装置では、プラズマの照射範囲を拡大しながら、プラズマ発生ノズルにおいてプラズマが発生しにくくなるのを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。このワーク処理装置Ｓは、プラズマを発生し被処理物となるワークＷに前記プラズマを照射するプラズマ発生ユニットＰＵ（プラズマ発生装置）と、ワークＷを前記プラズマの照射領域を経由する所定のルートで搬送する搬送手段Ｃとから構成されている。図２は、図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットＰＵの斜視図、図３はワーク処理装置Ｓの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。

プラズマ発生ユニットＰＵは、マイクロ波を利用し常温常圧でのプラズマ発生が可能なユニットであって、大略的に、マイクロ波を伝搬させる導波管１０、この導波管１０の一端側（左側）に配置され所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０（マイクロ波発生手段）、導波管１０に設けられたプラズマ発生部３０、導波管１０の他端側（右側）に配置されマイクロ波を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及びインピーダンス整合を行うスタブチューナ７０を備えて構成されている。また搬送手段Ｃは、図略の駆動手段により回転駆動される搬送ローラ８０を含んで構成されている。本実施形態では、平板状のワークＷが搬送手段Ｃにより搬送される例を示している。

導波管１０は、例えば非磁性金属（アルミニウム等）からなり、断面矩形の長尺管状を呈し、マイクロ波発生装置２０により発生されたマイクロ波をプラズマ発生部３０へ向けて、その長手方向に伝搬させるものである。導波管１０は、分割された複数の導波管ピースが互いのフランジ部同士で連結された連結体で構成されており、一端側から順に、マイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１、スタブチューナ７０が組み付けられる第２導波管ピース１２及びプラズマ発生部３０が設けられている第３導波管ピース１３が連結されてなる。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。

また、第１導波管ピース１１、第２導波管ピース１２及び第３導波管ピース１３は、それぞれ金属平板からなる上面板、下面板及び２枚の側面板を用いて角筒状に組み立てられ、その両端にフランジ板が取り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、押し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若しくは非分割型の導波管を用いるようにしても良い。また、断面矩形の導波管に限らず、例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。

マイクロ波発生装置２０は、例えば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と、このマイクロ波発生源にて発生されたマイクロ波の強度を所定の出力強度に調整するアンプとを具備する装置本体部２１と、装置本体部２１で発生されたマイクロ波を導波管１０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナ２２とを備えて構成されている。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、例えば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。

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から放出された例えば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。

プラズマ発生部３０は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂ（矩形導波管の一つの側面；処理対象ワークとの対向面）に、左右方向へ所定間隔で一列に整列して突設された８個のプラズマ発生ノズル３１を具備して構成されている。このプラズマ発生部３０の幅員、つまり８個のプラズマ発生ノズル３１の左右方向の配列幅は、平板状ワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔと略合致する幅員とされている。これにより、ワークＷを搬送ローラ８０で搬送しながら、ワークＷの全表面（下面板１３Ｂと対向する面）に対してプラズマ処理が行えるようになっている。なお、８個のプラズマ発生ノズル３１の配列間隔は、導波管１０内を伝搬させるマイクロ波の波長λ_Ｇに応じて定めることが望ましい。例えば、波長λ_Ｇの１／２ピッチ、１／４ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列することが望ましく、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合は、λ_Ｇ＝２３０ｍｍであるので、１１５ｍｍ（λ_Ｇ／２）ピッチ、或いは５７．５ｍｍ（λ_Ｇ／４）ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列すれば良い。

図４および図５は、それぞれプラズマ発生ノズル３１を拡大して示す斜視図及び上面図、図６は、２つのプラズマ発生ノズル３１を拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズル３１は分解図として描いている）、図７は、図６のＡ−Ａ線側断面図である。プラズマ発生ノズル３１は、内部導電体３２、ノズル本体３３（外部導電体）、ノズルホルダ３４、シール部材３５及び保護管３６を含んで構成されている。

内部導電体３２は、図４および図５に示すように、所定の間隙を隔てて設けられた１２本の導電体３２ａによって構成されており、この１２本の導電体３２ａは、後述するノズル本体３３の筒状の電極構造の内部に設けられている。そして、各導電体３２ａは、ノズル本体３３の内周壁から内側に所定距離ｄだけ離間した位置において、ノズル本体３３と同心の環状を呈する配列態様を形成するように所定間隔で配置されている。各導電体３２ａは、このような配列態様によりノズル本体３３からそれぞれ等しい距離だけ離間して配置されている。

また、導電体３２ａは、良導電性の金属から構成された棒状部材からなり、その上端部３２１の側が第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂを貫通して導波空間１３０に所定長さだけ突出（この突出部分を受信アンテナ部３２０という）する一方で、下端部３２２がノズル本体３３の下端縁３３１と略面一になるように、上下方向に配置されている。この導電体３２ａには、受信アンテナ部３２０（図６参照）が導波管１０内を伝搬するマイクロ波を受信することで、マイクロ波エネルギー（マイクロ波電力）が与えられるようになっている。当該導電体３２ａは、長さ方向略中間部において、シール部材３５により保持されている。

そして、図６および図７に示すように、内部導電体３２を構成する各導電体３２ａの内、マイクロ波の伝搬方向の下手側（右側）に位置する導電体３２ａの第３導波管ピース１３内の導波空間１３０への突出量は、マイクロ波の伝搬方向の上手側（左側）に位置する導電体３２ａの第３導波管ピース１３内の導波空間１３０への突出量に比べて大きくなるように構成されている。すなわち、マイクロ波の伝搬方向の上手側（左側）から下手側（右側）へ行くにしたがって、各導電体３２ａの長さが順番に長くなるように構成されており、それに応じて各導電体３２ａの導波空間１３０内への突出量が順番に大きくなるように構成されている。

ノズル本体３３は、良導電性の金属から構成され、内部導電体３２の１２本の導電体３２ａ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からなる絶縁性部材からなり、略円柱形状を有しているとともに、前記１２本の導電体３２ａをそれぞれ固定的に保持する１２個の保持孔３５１を備える。

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。

このノズル本体３３は、内部導電体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、内部導電体３２の導電体３２ａ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、例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。

ノズルホルダ３４は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂに穿孔された貫通孔１３１に密嵌合される上側胴部３４Ｕ（上部保持空間３４２の位置に略対応する）と、下面板１３Ｂから下方向に延出する下側胴部３４Ｂ（下部保持空間３４１の位置に略対応する）とを備えている。下側胴部３４Ｂの外周には、処理ガスを前記環状空間Ｈに供給するためのガス供給孔３４４が穿孔されている。このガス供給孔３４４には、図４および図５に示すように、所定の処理ガスを供給するガス供給管の終端部が接続するための管継手３４４ａが取り付けられる。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。

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に内部導電体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み付けられているものである。

保護管３６（図６参照）は、所定長さの石英ガラスパイプ等からなり、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良い。

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及び第３導波管ピース１３（導波管１０）は導通状態（同電位）とされている一方で、各導電体３２ａ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。従って、図８に示すように、導波管１０がアース電位とされた状態で、各導電体３２ａの受信アンテナ部３２０でマイクロ波が受信され各導電体３２ａにマイクロ波電力が給電されると、その下端部３２２及びノズル本体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。

かかる状態で、ガス供給孔３４４から例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導電体３２ａ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。

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の放射範囲、すなわち、プラズマの照射範囲は、ノズル本体３３から上記ガス流が放出される筒状空間３３２の径の大きさに依存する。このため、本実施形態では、ノズル本体３３の筒状空間３３２（ノズル本体３３の内径）を径方向外側に拡大した構成とすることによって、各プラズマ発生ノズル３１からのプルームＰの放出範囲（プラズマの照射範囲）を拡大している。

また、上記プルームＰにはラジカルが含まれ、例えば処理ガスとして酸素系ガスを使用すると酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用、レジスト除去作用等を有するプルームＰとすることができる。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、プラズマ発生ノズル３１が複数個配列されていることから、左右方向に延びるライン状のプルームＰを発生させることが可能となる。

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。

スライディングショート４０は、各々のプラズマ発生ノズル３１に備えられている内部導電体３２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。従って、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り付けられる。

サーキュレータ５０は、例えばフェライト柱を内蔵する導波管型の３ポートサーキュレータからなり、一旦はプラズマ発生部３０へ向けて伝搬されたマイクロ波のうち、プラズマ発生部３０で電力消費されずに戻って来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。

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より熱交換されるようになっている。

スタブチューナ７０は、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンス整合を図るためのもので、第２導波管ピース１２の上面板１２Ｕに所定間隔を置いて直列配置された３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃを備えている。３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃは同一構造を備えており、これらは共に第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１を有している。

この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、例えばマイクロ波電力パワーをモニターしつつ、内部導電体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。

搬送手段Ｃは、所定の搬送路に沿って配置された複数の搬送ローラ８０を備え、図略の駆動手段により搬送ローラ８０が駆動されることで、処理対象となるワークＷを、前記プラズマ発生部３０を経由して搬送させるものである。ここで、処理対象となるワークＷとしては、プラズマディスプレイパネルや半導体基板のような平型基板、電子部品が実装された回路基板等を例示することができる。また、平型形状でないパーツや組部品等も処理対象とすることができ、この場合は搬送ローラに代えてベルトコンベア等を採用すれば良い。

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９０を示すブロック図である。この制御系９０はＣＰＵ（中央演算処理装置）等からなり、機能的にマイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２、モータ制御部９３、全体制御部９４が備えられている。さらに、全体制御部９４に対して所定の操作信号を与える操作部９５が備えられている。

マイクロ波出力制御部９１は、マイクロ波発生装置２０から出力されるマイクロ波のＯＮ−ＯＦＦ制御、出力強度制御を行うもので、所定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９２は、プラズマ発生部３０の各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２１とプラズマ発生ノズル３１との間を接続するガス供給管９２２に設けられた流量制御弁９２３の開閉制御乃至は開度調整を行う。

モータ制御部９３は、搬送ローラ８０を回転駆動させる駆動モータ９３１の動作制御を行うもので、ワークＷの搬送開始及び停止、搬送速度の制御等を行うものである。

全体制御部９４は、当該ワーク処理装置Ｓの全体的な動作制御を司るもので、操作部９５から与えられる操作信号に応じて、上記マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２及びモータ制御部９３を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。すなわち、予め与えられた制御プログラムに基づいて、ワークＷの搬送を開始させてワークＷをプラズマ発生部３０へ導き、所定流量の処理ガスを各プラズマ発生ノズル３１へ供給させつつマイクロ波電力を与えてプラズマ（プルームＰ）を発生させ、ワークＷを搬送しながらその表面にプルームＰを放射させるものである。これにより、複数のワークＷを連続的に処理することができる。

以上説明したワーク処理装置Ｓによれば、プラズマ発生ノズル３１の内部導電体３２が所定の間隙を隔てて設けられた１２本の導電体３２ａからなるので、それらの導電体３２ａが筒状のノズル本体３３の内側においてある程度の広がりを持った領域に配置され、ノズル本体３３の内径を径方向外側に拡大しても、内部導電体３２が単一の導電体のみからなる場合に比べて各導電体３２ａとノズル本体３３との離間距離ｄを比較的小さい距離に設定することができる。これにより、内部導電体３２とノズル本体３３との離間距離ｄが大きくなることに起因する電界集中部の形成され難さを抑制することができるので、ノズル本体３３の内径を径方向外側に拡大してプラズマの照射範囲を拡大しながら、プラズマ発生ノズル３１においてプラズマが発生しにくくなるのを抑制することができる。

また、１２本の導電体３２ａがそれぞれノズル本体３３から等しい距離ｄだけ離間して配置されているので、各導電体３２ａとノズル本体３３との間の領域における電界強度を等しくすることができる。これにより、各導電体３２ａの周囲に均等にプラズマを発生させることができるので、プラズマ発生ノズル３１から照射されるプラズマの濃度分布の偏りを低減することができる。

また、マイクロ波の伝搬方向の下手側に位置する導電体３２ａの第３導波管ピース１３内の導波空間１３０への突出量が、マイクロ波の伝搬方向の上手側に位置する導電体３２ａの第３導波管ピース１３内の導波空間１３０への突出量に比べて大きくなるように構成されているので、マイクロ波の伝搬方向の上手側の導電体３２ａの突出方向上方の領域を介して下手側の導電体３２ａにマイクロ波を有効に受信させることができる。このため、マイクロ波の受信が伝搬方向の上手側の導電体３２ａに集中するのを抑制することができるので、各導電体３２ａによるマイクロ波の受信量の均一性を向上させることができる。

また、プラズマ発生ノズル３１が所定間隔で複数（８個）設けられているので、複数のプラズマ発生ノズル３１の各々からプラズマを照射することにより大面積のワークＷに対してプラズマ照射を行うことができる。また、このように各プラズマ発生ノズル３１が所定間隔を隔てて設けられている場合には、各プラズマ発生ノズル３１間においてプラズマの照射されない領域が生じやすいが、上記構成によるプラズマ発生ノズル３１を用いることにより、各プラズマ発生ノズル３１からのプラズマの照射範囲を拡大して上記のようなプラズマの照射されない領域が生じるのを有効に防止することができる。これにより、複数のプラズマ発生ノズル３１からプラズマを大面積のワークＷに照射して処理する際、そのワークＷに処理漏れの領域が発生するのを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵを備えたワーク処理装置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、例えば下記の実施形態を取ることができる。

上記実施形態では、１２本の導電体３２ａを設け、それらを環状の配列態様を形成するように設置したが、本発明はこれに限らず、導電体３２ａを複数本であれば上記以外の本数設けても良く、さらにそれらの導電体３２ａを上記以外の配列態様で配置しても良い。例えば、図１０に示すように、８本の導電体３２ａを環状の配列態様を形成するように設置しても良い。また、図１１に示すように３本の導電体３２ａもしくは図１２に示すように２本の導電体３２ａを、それぞれノズル本体３３からの最短の離間距離ｄが等しくなるように配置しても良い。さらに、図１３に示すようにノズル本体３３を断面矩形の筒状に構成するとともに、そのノズル本体３３の内部に４本の導電体３２ａを設け、ノズル本体３３から各導電体３２ａへの最短の離間距離ｄが等しくなるように各導電体３２ａを配置しても良い。

上記実施形態では、複数のプラズマ発生ノズル３１を一列に整列配置した例を示したが、ノズル配列はワークの形状やマイクロ波電力のパワー等に応じて適宜決定すれば良く、例えばワークの搬送方向に複数列のプラズマ発生ノズル３１をマトリクス整列したり、千鳥配列したりしても良い。

上記実施形態では、８個のプラズマ発生ノズル３１を設けた例について示したが、８個以外の数のプラズマ発生ノズル３１を設けても良い。例えば、単一のプラズマ発生ノズル３１のみが設けられたプラズマ発生装置及びワーク処理装置においても、本発明を適用することが可能である。

上記実施形態では、搬送手段Ｃとして搬送ローラ８０の上面に平板状のワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に例えば上下の搬送ローラ間にワークをニップさせて搬送させる形態、搬送ローラを用いず所定のバスケット等にワークを収納し前記バスケット等をラインコンベア等で搬送させる形態、或いはロボットハンド等でワークを把持してプラズマ発生部３０へ搬送させる形態であっても良い。

上記実施形態では、ワークＷを搬送しながらプラズマ照射を行う形態を示したが、これに限らず、ワークＷを固定もしくは静止させた状態でプラズマ照射を行う形態に本発明を適用しても良い。

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良い。

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。例えば、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。

本発明に係るワーク処理装置及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。

本発明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。 図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットＰＵの斜視図である。 ワーク処理装置Ｓの一部透視側面図である。 プラズマ発生ノズル３１を拡大して示す斜視図である。 プラズマ発生ノズル３１を拡大して示す上面図である。 ２つのプラズマ発生ノズル３１を拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズル３１は分解図として描いている）である。 図６のＡ−Ａ線側断面図である。 プラズマ発生ノズル３１におけるプラズマの発生状態を説明するための透視側面図である。 ワーク処理装置Ｓの制御系９０を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の変形例によるプラズマ発生ノズル３１の構成を示した上面図である。 本発明の一実施形態の変形例によるプラズマ発生ノズル３１の構成を示した上面図である。 本発明の一実施形態の変形例によるプラズマ発生ノズル３１の構成を示した上面図である。 本発明の一実施形態の変形例によるプラズマ発生ノズル３１の構成を示した上面図である。

符号の説明

１０ 導波管
２０ マイクロ波発生装置（マイクロ波発生手段）
３０ プラズマ発生部
３１ プラズマ発生ノズル
３２ 内部導電体
３２ａ 導電体
３３ ノズル本体（外部導電体）
Ｓ ワーク処理装置
ＰＵ プラズマ発生ユニット（プラズマ発生装置）
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化されたガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルとを備え、
   前記プラズマ発生ノズルは、前記マイクロ波を受信する内部導電体と、この内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体とを含み、前記内部導電体で受信した前記マイクロ波のエネルギーを利用して前記内部導電体と前記外部導電体との間に供給される所定のガスをプラズマ化して放出するものであって、
   前記内部導電体は、所定の間隙を隔てて設けられた複数の導電体からなる、プラズマ発生装置。
2. 前記複数の導電体は、それぞれ前記外部導電体から略等しい距離だけ離間して配置されている、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記マイクロ波を伝搬する導波管をさらに備え、
   前記複数の導電体は、それぞれ前記導波管の内部に一端が突出するように設けられ、
   前記マイクロ波の伝搬方向の下手側に位置する導電体の前記導波管内への突出量は、前記マイクロ波の伝搬方向の上手側に位置する導電体の前記導波管内への突出量に比べて大きくなるように構成されている、請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記プラズマ発生ノズルは、所定間隔で複数設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
5. 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備えたワーク処理装置であって、
   前記プラズマ発生装置により生成されるプラズマを前記プラズマ発生ノズルから処理対象とされるワークに照射して所定の処理を施与する、ワーク処理装置。

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