JP2007220498A - プラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の改質等、ワークの処理などに使用されるプラズマ発生装置において、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせる。
【解決手段】プラズマ発生部３０の直下に点灯補助手段３８およびその変位手段３９を設ける。点灯補助手段３８は、プラズマ発生ノズル３１の保護管３６内に出没可能な金属棒３８１と、それがノズル３１の配列ピッチに対応して植設される金属板３８２とを備えて構成される。この点灯補助手段３８を、プラズマ（プルームＰ）点灯時に、リミットスイッチ３９５がＯＮするまで変位手段３９によって上昇させ、金属棒３８１を保護管３６内に突出させた状態で、マイクロ波発生装置２０からマイクロ波電力の給電を開始し、変位手段３９が点灯補助手段３８を下降させてゆくと、金属棒３８１の先端面と中心導電体の下端部との間にアーク放電が生じ、やがてノズル本体３３との間のグロー放電に遷移する。
【選択図】図２

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。

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

上述の従来技術は、常圧下で高密度なプラズマを得ることができる優れたプラズマ処理装置である。しかしながら、プラズマ（プルーム）の点灯性には、改善の余地がある。特に、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、各プラズマ発生ノズルの内側導電体で受信されるマイクロ波の強度に多少差があったり、ガス流量に差があったりして、プラズマ点火のし易さに差が生じることが多い。その場合、もれなく、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることが困難である。

本発明の目的は、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることができるプラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置を提供することである。

本発明のプラズマ発生装置は、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、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するプラズマ発生装置において、前記吹出し口のノズルを通して内部の内側導電体に臨み、前記外側導電体よりも内側導電体に近接可能であり、外側導電体以下の電位に保持される点灯補助手段と、プラズマ点灯時に、前記点灯補助手段を内側導電体に近接させてそれらの間でアーク放電を発生させ、点灯後に、前記点灯補助手段を内側導電体から離反させることで、前記内側導電体と外側導電体との間にグロー放電を生じさせる変位手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの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、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するように構成される場合、前記吹出し口のノズル内に出没可能な金属棒、或いは前記吹出し口のノズルに接触／離反可能な金属板などのように、前記吹出し口のノズルを通して内部の内側導電体に臨み、外側導電体よりも内側導電体に近接可能であり、外側導電体と同電位の接地電位などの外側導電体以下の電位に保持される部材を点灯補助手段として設け、プラズマ点灯時に、変位手段がその点灯補助手段を変位させることで、先ずその点灯補助手段と内側導電体との間にアーク放電を生じさせ、その後に内側導電体と外側導電体との間の前記グロー放電に遷移させる。具体的には、点灯補助手段を内側導電体に一旦接触させた後僅かに離反させ、或いは接触しないまでも近接させてそれらの間でアーク放電を発生させ、点灯後に、前記点灯補助手段を内側導電体から離反させることで、前記内側導電体と外側導電体との間にグロー放電を生じさせる。

したがって、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることができる。

また、本発明のプラズマ発生装置では、マイクロ波発生手段からのマイクロ波は、導波管によって伝搬され、プラズマ発生部の導波管において複数個配列して取付けられる前記プラズマ発生ノズルの内側導電体でそれぞれ受信されることを特徴とする。

上記の構成によれば、マイクロ波発生手段からのマイクロ波が導波管によって伝搬され、前記プラズマ発生ノズルがプラズマ発生部の導波管において複数個配列して取付けられ、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にあたって、各プラズマ発生ノズルの内側導電体で受信されるマイクロ波の強度に多少差があったり、ガス流量に差があったりして、プラズマ点火のし易さに差があっても、前記点灯補助手段および変位手段を用いることで、もれなく、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることができる。

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に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とする。

上記の構成によれば、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせ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。

本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの間に高周波のパルス電界を印加することでグロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、先端のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するように構成される場合、前記ノズル内に出没可能な金属棒、或いは前記ノズルに接触／離反可能な金属板などのように、前記ノズルを通して内部の内側導電体に臨み、前記外側導電体よりも内側導電体に近接可能であり、外側導電体と同電位の接地電位などの外側導電体以下の電位に保持される部材を点灯補助手段として設け、プラズマ点灯時に、変位手段がその点灯補助手段を変位させることで、先ずその点灯補助手段と内側導電体との間にアーク放電を生じさせ、その後に内側導電体と外側導電体との間の前記グロー放電に遷移させる。

それゆえ、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることができる。

さらにまた、本発明のワーク処理装置は、以上のように、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与する。

それゆえ、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせ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。

［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ユニットＰＵ（プラズマ発生装置）と、ワークＷを前記プラズマの照射領域を経由する所定のルートで搬送する搬送手段Ｃとから構成されている。図２は、図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットＰＵの斜視図、図３は一部透視側面図である。なお、図１〜図３において、Ｘ−Ｘ方向を前後方向、Ｙ−Ｙ方向を左右方向、Ｚ−Ｚ方向を上下方向というものとし、−Ｘ方向を前方向、＋Ｘ方向を後方向、−Ｙを左方向、＋Ｙ方向を右方向、−Ｚ方向を下方向、＋Ｚ方向を上方向として説明する。

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、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および導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンス整合を図るスタブチューナ７０を備えて構成されている。また、搬送手段Ｃは、図略の駆動手段により回転駆動される搬送ローラ８０を含んで構成されている。本実施形態では、平板状のワークＷが搬送手段Ｃにより搬送される例を示している。

導波管１０は、アルミニウム等の非磁性金属から成り、断面矩形の長尺管状を呈し、マイクロ波発生装置２０により発生されたマイクロ波をプラズマ発生部３０へ向けて、その長手方向に伝搬させるものである。導波管１０は、分割された複数の導波管ピースが互いのフランジ部同士で連結された連結体で構成されており、一端側から順に、マイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１、スタブチューナ７０が組付けられる第２導波管ピース１２およびプラズマ発生部３０が設けられている第３導波管ピース１３が連結されて成る。なお、第１導波管ピース１１と第２導波管ピース１２との間にはサーキュレータ５０が介在され、第３導波管ピース１３の他端側には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。

マイクロ波発生装置２０は、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波発生源を具備する装置本体部２１と、装置本体部２１で発生されたマイクロ波を導波管１０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナ２２とを備えて構成されている。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、たとえば１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波エネルギーを出力できる連続可変型のマイクロ波発生装置２０が好適に用いられる。

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。

プラズマ発生部３０は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂ（処理対象ワークとの対向面）に、左右方向へ一列に整列して突設された８個のプラズマ発生ノズル３１を具備して構成されている。このプラズマ発生部３０の幅員、つまり８個のプラズマ発生ノズル３１の左右方向の配列幅は、平板状ワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔと略合致する幅員とされている。これにより、ワークＷを搬送ローラ８０で搬送しながら、ワークＷの全表面（下面板１３Ｂと対向する面）に対してプラズマ処理が行えるようになっている。なお、８個のプラズマ発生ノズル３１の配列間隔は、導波管１０内を伝搬させるマイクロ波の波長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を配列すればよい。

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

中心導電体３２は、銅、アルミ、真鍮などの良導電性の金属から構成され、φ１〜５ｍｍ程度の棒状部材から成り、その上端部３２１の側が第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂを貫通して導波空間１３０に所定長さだけ突出（この突出部分を受信アンテナ部３２０という）する一方で、下端部３２２がノズル本体３３の下端縁３３１と略面一になるように、上下方向に配置されている。この中心導電体３２には、受信アンテナ部３２０が導波管１０内を伝搬するマイクロ波を受信することで、マイクロ波エネルギー（マイクロ波電力）が与えられるようになっている。当該中心導電体３２は、長さ方向略中間部において、シール部材３５により保持されている。

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。

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。

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。

ノズルホルダ３４は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂに穿孔された貫通孔１３１に密嵌合される上側胴部３４Ｕ（上部保持空間３４２の位置に略対応する）と、下面板１３Ｂから下方向に延出する下側胴部３４Ｂ（下部保持空間３４１の位置に略対応する）とを備えている。下側胴部３４Ｂの外周には、処理ガスを前記環状空間Ｈに供給するためのガス供給孔３４４が穿孔されている。図示は省略しているが、このガス供給孔３４４には、所定の処理ガスを供給するガス供給管の終端部が接続するための管継手等が取り付けられる。かかるガス供給孔３４４と、ノズル本体３３の連通孔３３３とは、ノズル本体３３がノズルホルダ３４への定位置嵌合された場合に互いに連通状態となるように、各々位置設定されている。なお、ガス供給孔３４４と連通孔３３３との突き合わせ部からのガス漏洩を抑止するために、ノズル本体３３とノズルホルダ３４との間にはガスシールリング３７が介在されている。

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。

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。

吹出し口のノズルである保護管３６は、所定長さの透明な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。

プラズマ発生ノズル３１は上記のように構成されている結果、ノズル本体３３、ノズルホルダ３４および第３導波管ピース１３（導波管１０）は導通状態（同電位）とされている一方で、中心導電体３２は絶縁性のシール部材３５で支持されていることから、これらの部材とは電気的に絶縁されている。したがって、図６に示すように、導波管１０がアース電位とされた状態で、中心導電体３２の受信アンテナ部３２０でマイクロ波が受信され中心導電体３２にマイクロ波電力が給電されると、その下端部３２２およびノズル本体３３の下端縁３３１の近傍に電界集中部が形成されるようになる。

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。

このようにしてプラズマ化された処理ガスは、ガス供給孔３４４から与えられるガス流によりプルームＰとしてノズル本体３３の下端縁３３１から放射される。このプルームＰにはラジカルが含まれ、たとえば処理ガスとして酸素系ガスを使用すると酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用、レジスト除去作用等を有するプルームＰとすることができる。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、プラズマ発生ノズル３１が複数個配列されていることから、左右方向に延びるライン状のプルームＰを発生させることが可能となる。

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。

搬送手段Ｃにおいて、プラズマ発生部３０の直下には搬送ローラ８０は設けられておらず、この部分には、点灯補助手段３８およびその変位手段３９が設けられている。点灯補助手段３８は、前記プラズマ発生ノズル３１の保護管３６内に出没可能な金属棒３８１と、それが前記プラズマ発生ノズル３１の配列ピッチに対応して植設される金属板３８２とを備えて構成される。この点灯補助手段３８は、前記導波管１０と共に、アース電位に接続されている。

前記変位手段３９は、前記金属板３８２の底面に固着されるボールねじ３９１と、固定位置で回転自在であり、内周面に刻設されたねじが前記ボールねじ３９１に噛合する歯車３９２と、前記歯車３９２を回転駆動するウォームギア３９３と、前記ウォームギア３９３が出力軸に固着されるパルスモータ３９４と、前記金属板３８２が上限位置および下限位置に到達したことを検出するリミットスイッチ３９５，３９６とを備えて構成される。したがって、パルスモータ３９４が回転すると、ウォームギア３９３が回転し、歯車３９２が回転してボールねじ３９１が昇降変位され、これによって点灯補助手段３８が昇降し、上限位置または下限位置に到達して金属板３８２がリミットスイッチ３９５または３９６の作動片を押圧して該リミットスイッチ３９５，３９６がＯＮすると、前記パルスモータ３９４の回転が停止される。

前記変位手段３９は、搬送手段ＣによりワークＷが搬送されていない状態で、プラズマ（プルームＰ）点灯時に、前記点灯補助手段３８をリミットスイッチ３９５がＯＮするまで上昇させ、金属棒３８１を保護管３６内に突出させ、その先端面３８１１を中心導電体３２の下端部３２２に接触させる。その状態でマイクロ波発生装置２０からマイクロ波電力の給電が開始され、変位手段３９が点灯補助手段３８を下降させてゆくと、前記金属棒３８１の先端面３８１１と中心導電体３２の下端部３２２との間にアーク放電が生じる。さらに点灯補助手段３８を下降すると、内側導電体である中心導電体３２と外側導電体であるノズル本体３３との間のグロー放電に遷移する。こうして、中心導電体３２とノズル本体３３との間に、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることができる。ワークＷに対する定常のプラズマ照射時には、点灯補助手段３８はリミットスイッチ３９６がＯＮするまで下降されており、ワークＷの搬送の邪魔にはならない。

なお、上述の説明では、金属棒３８１の先端面３８１１を中心導電体３２の下端部３２２に接触させた後にマイクロ波電力の給電を開始し、前記先端面３８１１を下端部３２２から離反してゆくことでアーク放電を開始させたけれども、マイクロ波電力を供給している状態で、先端面３８１１を下端部３２２へ近付けてゆくことで放電を開始させるようにしてもよい。また、点灯補助手段３８としては、保護管３６内に侵入して中心導電体３２の下端部３２２に近接するために金属棒３８１を立設したけれども、前記保護管３６が設けられておらず、ノズル本体３３の下端縁３３１に金属板３８２が近接した状態で、該金属板３８２との間でアーク放電が開始されるのであれば、前記金属棒３８１は特に設けられなくてもよい。

さらにまた、変位手段３９には、ボールねじ３９１やパルスモータ３９４などを用いたものではなく、エアシリンダーなどの他の手段が用いられてもよく、金属板３８２を水平に（導波管１０と平行に）昇降するものであればよい。また、リミットスイッチ３９５，３９６にも、光センサや近接センサなどの他の手段が用いられてもよく、さらには、パルスモータ３９４に与えるパルス数などから点灯補助手段３８の昇降位置を検知可能であれば、特に設けられなくてもよい。

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に備えられている中心導電体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。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。

図７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７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。

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。

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

図８は、サーキュレータ５０の作用を説明するためのプラズマ発生ユニットＰＵ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５２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ポートへ向かうよう偏向され、ダミーロード６０へ入射される。

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。図９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。

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。

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よい。

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１０は、ワーク処理装置Ｓの制御系を示すブロック図である。この制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）９０１およびその周辺回路等から成り、制御手段である全体制御部９０と、出力インタフェイスや駆動回路等から成るマイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２、搬送制御部９３および昇降制御部９４と、表示手段や操作パネル等から成り、前記全体制御部９０に対して所定の操作信号を与える操作部９５と、入力インタフェイスやアナログ／デジタル変換器等から成るセンサ入力部９６，９７，９８，９９と、センサ９６１，９７１、前記リミットスイッチ３９５，３９６、パルスモータ３９４、駆動モータ９３１および流量制御弁９２３とを備えて構成される。

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、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９２は、プラズマ発生部３０の各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２１と各プラズマ発生ノズル３１との間を接続するガス供給管９２２に設けられた前記流量制御弁９２３の開閉制御乃至は開度調整をそれぞれ行う。

搬送制御部９３は、搬送ローラ８０を回転駆動させる駆動モータ９３１の動作制御を行うもので、ワークＷの搬送開始／停止、および搬送速度の制御等を行うものである。昇降制御部９４は、前記パルスモータ３９４を駆動し、点灯補助手段３８を昇降制御するものである。

全体制御部９０は、当該ワーク処理装置Ｓの全体的な動作制御を司るもので、操作部９５から与えられる操作信号に応じて、センサ入力部９６から入力される流量センサ９６１の測定結果、センサ入力部９７から入力される速度センサ９７１によるワークＷの搬送速度、センサ入力部９８，９９から入力される各リミットスイッチ３９５，３９６の検出結果等をモニタし、上記マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２、搬送制御部９３および昇降制御部９４を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。

具体的には、前記ＣＰＵ９０１は、メモリ９０２に予め格納されている制御プログラムに基づいて、ワークＷの搬送を開始する前に、リミットスイッチ３９５がＯＮするまでパルスモータ３９４を駆動し、点灯補助手段３８の金属棒３８１の先端面３８１１と中心導電体３２の下端部３２２とを接触させる。その後、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アーク放電を生じさせ、パルスモータ３９４を駆動し、先端面３８１１を下端部３２２から離反させてゆき、リミットスイッチ３９６がＯＮするとパルスモータ３９４を停止する。さらにその後、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。これにより、前述のように確実かつ速やかにプラズマ（プルームＰ）点灯を行った後、複数のワークＷを連続的に処理する。

以上説明したワーク処理装置Ｓによれば、ワーク搬送手段ＣでワークＷを搬送しつつ、導波管１０に複数個配列して取付けられたプラズマ発生ノズル３１からプラズマ化されたガスをワークＷに対して放射することが可能であるので、複数の被処理ワークに対して連続的にプラズマ処理を行うことができ、また大面積のワークに対しても効率良くプラズマ処理を行うことができる。したがって、バッチ処理タイプのワーク処理装置に比較して、各種の被処理ワークに対するプラズマ処理作業性に優れるワーク処理装置Ｓ若しくはプラズマ発生装置ＰＵを提供することができる。しかも、外界の温度および圧力でプラズマを発生させることができるので、真空チャンバー等を必要とせず、設備構成を簡素化することができる。

また、マイクロ波発生装置２０から発生されたマイクロ波を、各々のプラズマ発生ノズル３１が備える中心導電体３２で受信させ、そのマイクロ波のエネルギーに基づきそれぞれのプラズマ発生ノズル３１からプラズマ化されたガスを放出させることができるので、マイクロ波が保有するエネルギーの各プラズマ発生ノズル３１への伝達系を簡素化することができる。したがって、装置構成のシンプル化、コストダウン等を図ることができる。

さらに、複数のプラズマ発生ノズル３１が一列に整列配置されて成るプラズマ発生部３０が、平板状のワークＷの搬送方向と直交する幅方向のサイズｔに略合致した幅員を有しているので、当該ワークＷを、搬送手段Ｃにより一度だけプラズマ発生部３０を通過させるだけで、その全面の処理を完了させることができ、平板状のワークに対するプラズマ処理効率を格段に向上させることができる。また、搬送されて来るワークＷに対して同じタイミングでプラズマ化されたガスを放射できるようになり、均質的な表面処理等を行うことができる。

さらにまた、その複数のプラズマ発生ノズル３１に対して、点灯補助手段３８およびその変位手段３９を設けることで、複数のプラズマ発生ノズル３１に対して、確実かつ速やかにプラズマ（プルーム）点灯を行わせることができる。

以上、本発明の一実施形態に係るワーク処理装置Ｓについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば下記の実施形態を取ることができる。
（１）上記実施形態では、複数のプラズマ発生ノズル３１を一列に整列配置した例を示したが、ノズル配列はワークＷの形状やマイクロ波電力のパワー等に応じて適宜決定すればよく、たとえばワークＷの搬送方向に複数列プラズマ発生ノズル３１をマトリクス整列したり、千鳥配列したりしてもよい。
（２）上記実施形態では、移動手段としてワークＷを搬送する搬送手段Ｃが用いられ、その搬送手段Ｃとしては搬送ローラ８０の上面にワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に、たとえば上下の搬送ローラ間にワークＷをニップさせて搬送させる形態、搬送ローラを用いず所定のバスケット等にワークを収納し前記バスケット等をラインコンベア等で搬送させる形態、或いはロボットハンド等でワークＷを把持してプラズマ発生部３０へ搬送させる形態であってもよい。或いは、移動手段としてはプラズマ発生ノズル３１側を移動させる構成であってもよい。すなわち、ワークＷとプラズマ発生ノズル３１とは、プラズマ照射方向（Ｚ方向）とは交差する面（Ｘ，Ｙ面）上で相対的に移動すればよい。
（３）上記実施形態では、マイクロ波発生源として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロンを例示したが、マグネトロン以外の各種高周波電源も使用可能であり、また２．４５ＧＨｚとは異なる波長のマイクロ波を用いるようにしてもよい。
（４）導波管１０内におけるマイクロ波電力を測定するために、パワーメータを導波管１０の適所に設置することが望ましい。たとえば、マイクロ波発生装置２０のマイクロ波送信アンテナ２２から放出されたマイクロ波電力に対する反射マイクロ波電力の比を知見するために、サーキュレータ５０と第２導波管ピース１２との間に、パワーメータを内蔵する導波管を介在させるようにすることができる。

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。

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。 図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットの斜視図である。 ワーク処理装置の一部透視側面図である。 ２つのプラズマ発生ノズルを拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズルは分解図として描いている）である。 図４のＡ−Ａ線側断面図である。 プラズマ発生ノズル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。 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。 サーキュレータの作用を説明するためのプラズマ発生ユニットの上面図である。 スタブチューナの設置状況を示す透視側面図である。 ワーク処理装置の制御系を示すブロック図である。

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 中心導電体（内部導電体）
３３ ノズル本体（外部導電体）
３４ ノズルホルダ
３４４ ガス供給孔（ガス供給部）
３６ 保護管
３８ 点灯補助手段
３８１ 金属棒
３８２ 金属板
３９ 変位手段
３９１ ボールねじ
３９２ 歯車
３９３ ウォームギア
３９４ パルスモータ
３９５，３９６ リミットスイッチ
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 搬送ローラ
９０ 全体制御部
９０１ ＣＰＵ
９０２ メモリ
９１ マイクロ波出力制御部
９２ ガス流量制御部
９２１ 処理ガス供給源
９２２ ガス供給管
９２３ 流量制御弁
９３ 搬送制御部
９３１ 駆動モータ
９４ 昇降制御部
９５ 操作部
９６，９７，９８，９９ センサ入力部
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）
Ｃ 搬送手段
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 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、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射するプラズマ発生装置において、
   前記吹出し口のノズルを通して内部の内側導電体に臨み、前記外側導電体よりも内側導電体に近接可能であり、外側導電体以下の電位に保持される点灯補助手段と、
   プラズマ点灯時に、前記点灯補助手段を内側導電体に近接させてそれらの間でアーク放電を発生させ、点灯後に、前記点灯補助手段を内側導電体から離反させることで、前記内側導電体と外側導電体との間にグロー放電を生じさせる変位手段とを含むことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. マイクロ波発生手段からのマイクロ波は、導波管によって伝搬され、プラズマ発生部の導波管において複数個配列して取付けられる前記プラズマ発生ノズルの内側導電体でそれぞれ受信されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
3. 前記請求項２記載のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とするワーク処理装置。

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