JP2007220587A - 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、均一なプラズマ照射を可能にする。
【解決手段】各プラズマ発生ノズル３１において、チューブ３６によってノズルピース３７を伸縮可能とし、そのノズルピース３７を変位手段３９によって昇降可能にするとともに、ワークＷの高さ検知を行う高さ検知手段３８を設け、その検知結果に応答して前記ノズルピース３７の高さを制御する。したがって、基板Ｗ１に実装される電子部品Ｗ２の高さにばらつきがあるなどしても、ワークＷに対するプラズマ発生ノズルの高さを一定に維持し、均一な密度でプラズマ照射を行うことができる。
【選択図】図１

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

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、高さの異なるワークに、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。

本発明の目的は、均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができるワーク処理装置を提供することである。

本発明のワーク処理装置は、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波をプラズマ発生ノズルが受信し、そのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、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ことで、前記ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、ワークにプラズマ照射する前段階で、ワークの高さ検知を行う高さ検知手段と、前記高さ検知手段の検知結果に応答して、プラズマ発生ノズルのワークからの高さ位置を制御する高さ制御手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波が、たとえば同軸ケーブルを介して、或いは導波管を介して、プラズマ発生ノズルに伝播され、プラズマ発生ノズルがその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処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、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ことで、基板の改質等、ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、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にあたって、たとえばワークを移動させる場合にはワークに対して移動方向の上流側に、これからプラズマ照射が行われる部位のワークの高さ検知を行う高さ検知手段を設け、その高さ検知手段の検知結果に応答して、高さ制御手段が、プラズマ発生ノズルのワークからの高さ位置を制御する。

したがって、前記基板に実装される部品の高さにばらつきがあるなどしても、ワークに対するプラズマ発生ノズルの高さを一定に維持し、均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができる。

また、本発明のワーク処理装置では、前記プラズマ発生ノズルは一方方向に延びて複数個が設けられ、前記ワークは、ワーク搬送手段によって、少なくとも前記プラズマ発生ノズルの配列方向とは交差する方向に搬送され、前記高さ検知手段および高さ制御手段は、プラズマ発生ノズル毎に設けられることを特徴とする。

上記の構成によれば、複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークの処理などに対応するにあたって、プラズマ発生ノズルが、たとえば一直線上或いは千鳥状に配置されて、一方方向に延びて配列され、ワーク搬送手段は、ワークを少なくとも前記プラズマ発生ノズルの配列方向とは交差する方向に搬送する場合、前記高さ検知手段および高さ制御手段をプラズマ発生ノズル毎に設け、そのノズル毎でワークの高さ検知によるノズルの高さ制御を行う。

したがって、前記複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークにも、均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができる。

さらにまた、本発明のワーク処理装置では、前記プラズマ発生ノズルの先端は、伸縮可能な蛇腹状のチューブで接続されたノズルピースを有し、このノズルピースからプラズマ照射を行い、前記高さ制御手段は、前記ノズルピースを昇降変位することを特徴とする。

上記の構成によれば、ワークに対するプラズマ発生ノズルの高さ位置を変化することができる構成の一例を実現することができる。

また、本発明のワーク処理装置では、前記プラズマ発生ノズルのノズル本体は、胴部内に摺動可能に、良導電性の金属から構成されるノズルピースが嵌込まれるとともに、中心導電体の下方部分が筒状に形成され、その内部に中心電極が収納されることで望遠鏡状に伸縮可能となっており、前記高さ制御手段は、前記ノズルピースを昇降変位することを特徴とする。

上記の構成によっても、ワークに対するプラズマ発生ノズルの高さ位置を変化することができる構成の一例を実現することができる。

本発明のワーク処理装置は、以上のように、マイクロ波発生手段から同軸ケーブルを介して、或いは導波管を介して、マイクロ波がプラズマ発生ノズルに伝播され、プラズマ発生ノズルがその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処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、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ことで、基板の改質等、ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、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にあたって、ワークに対しては移動方向の上流側、プラズマ発生ノズルに対しては移動方向の下流側、すなわちこれからプラズマ照射が行われる部位のワークの高さ検知を行う高さ検知手段を設け、その高さ検知手段の検知結果に応答して、高さ制御手段が、プラズマ発生ノズルのワークからの高さを制御する。

それゆえ、前記基板に実装される部品の高さにばらつきがあるなどしても、ワークに対するプラズマ発生ノズルの高さを一定に維持し、均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができる。

［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。図１では、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、平板状のパレットＷ３上に複数搭載され、そのパレットＷ３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、ワークＷの搬送方向と直交する幅方向の合計サイズ（パレットＷ３のサイズ）ｔと略合致する幅員とされている。これにより、パレットＷ３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、図１１は、一方のプラズマ発生ノズル３１の底面図である。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、チューブ３６およびノズルピース３７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３３９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３３９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。

チューブ３６は、伸縮可能な蛇腹状のチューブで、プラズマに対する耐蝕性を有し、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。このチューブ３６は、ノズル本体３３の下端縁３３１の耐蝕性を向上させるため、その一端がノズル本体３３の下端縁３３１から前記筒状空間３３２に内挿されている。

ノズルピース３７は、前記チューブ３６の他端に取付けられ、所定長さの透明な石英ガラスパイプ等から成り、プラズマに対する耐蝕性を有する。

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としてノズルピース３７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。

各プラズマ発生ノズル３１において、矢府Ｆで示すワークＷの移動方向の上流側には、前記ワークＷの高さ検知を行う高さ検知手段３８が設けられ、下流側には、その検知結果に応答して、前記ノズルピース３７を昇降変位する変位手段３９が設けられている。ノズルピース３７の昇降変位に追従して、チューブ３６は前述のように伸縮し、任意の高さでのプルームＰの点灯を可能にする。これらの高さ検知手段３８および変位手段３９は、前記ガス供給孔３４４に接続される後述するガス供給管９２２などと干渉しないように適宜構成される。

前記高さ検知手段３８は、第３導波管ピース１３の前面板１３Ｆに取付けられる基体３８１と、前記電子部品Ｗ２の高さを検出するために、その頭部に接触するそり状の接触片３８２と、前記基体３８１に摺動自在に支持され、当り片３８３または前記接触片３８２が基体３８１に当接するまでの範囲で前記接触片３８２の昇降を許容する案内部材３８４と、前記接触片３８２の昇降位置を検出するための検出部材３８５およびセンサ３８６とを備えて構成される。

前記検出部材３８５およびセンサ３８６は、たとえば検出部材３８５に形成したピットをセンサ３８６で検出したり、スライド抵抗から成る検出部材３８５の抵抗値を、センサ３８６が、導体から成る案内部材３８４および当り片３８３を使用して測定することで、当り片３８３の高さ検知を行うことができる。この高さ検知手段３８としては、赤外線や超音波の反射による非接触の検知手段が用いられてもよい。

前記変位手段３９は、第３導波管ピース１３の背面板１３Ｒに取付けられる基体３９１と、前記ノズルピース３７を把持する把持部材３９２と、前記把持部材３９２が取付けられる移動部材３９３と、前記移動部材３９３の昇降を許容する案内部材３９４と、前記移動部材３９３を昇降させる昇降機構３９５と、前記移動部材３９３の高さ検知を行うセンサ３９６とを備えて構成される。

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、したがってノズルピース３７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。センサ３９６は、前記センサ３８６と同様に、前記案内部材３９４の伸縮長さから、移動部材３９３、したがってノズルピース３７の高さ検知を行う。

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。

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、前述のような電子部品Ｗ２が実装された凹凸を有する回路基板Ｗ１等を例示することができ、搬送ローラ８０に代えてベルトコンベア等を採用してもよい。

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、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、前記センサ３８６，３９６、駆動モータ９３１、前記モータ３９５１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。

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から入力されるセンサ３８６によるワークＷの高さ、センサ入力部９９から入力されるセンサ３９６によるノズルピース３７の高さ等をモニタし、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。

このとき、前記ＣＰＵ９０１は、複数のプラズマ発生ノズル３１のそれぞれに対して設けられる前記センサ３８６によって検出されるワークＷの高さおよびセンサ３９６によって検出されるノズルピース３７の高さをモニタしており、前記センサ３８６によってワークＷの高さが検出されると、その時点から、前記接触片３８２の中央部からノズルピース３７の中心部までの距離Ｌ（図５参照）を現在の搬送速度で搬送したときの所要時間だけ経過した後に、センサ３９６によって検出されるノズルピース３７の高さが前記センサ３８６によって検出されていたワークＷの高さに所定値を加えた高さとなるように、昇降制御部９４を介してモータ３９５１を制御する。したがって、変位手段３９、昇降制御部９４および全体制御部９０は、高さ制御手段を構成する。

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、プラズマ発生ノズル３１からのプラズマの放射を、伸縮可能なチューブ３６からノズルピース３７を介して行うようにし、搬送されて来るワークＷの高さをセンサ３８６で検知し、その高さに応じて前記ノズルピース３７の高さを変化するので、ノズルピース３７は、電子部品Ｗ２と衝突することなく、その電子部品Ｗ２の頭部から前記所定値だけ高い位置に追従して高さ制御されることになる。したがって、基板Ｗ１に実装される電子部品Ｗ２の高さにばらつきがあるなどしても、ワークＷとノズルピース３７との間隔を一定に維持し、大面積の被処理ワークＷにも、均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができる。

［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の他の形態に係るワーク処理装置におけるプラズマ発生ノズル３１’を拡大して示す断面図であり、前述の図５で示す構成に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、前述のチューブ３６が用いられない代りに、ノズル本体３３’が望遠鏡状に伸胴または縮胴することで、伸縮可能となっていることである。このため、上側胴部３３Ｕ’および下側胴部３４Ｂ’を連通する環状空間Ｈ’は、前述のプラズマ発生ノズル３１に比べて拡径されており、その内部に摺動可能に、良導電性の金属から構成されるノズルピース３７’（外部導電体）、が嵌込まれており、そのノズルピース３７’の先端部３７１が前記把持部材３９２によって把持されるとともに、その先端面がこのノズル本体３３’の下端縁３３１となる。

一方、中心導電体３２’の下方部分３２３は、筒状に形成されており、その内部に前記望遠鏡状に伸縮可能に中心電極３２４が収納される。この中心電極３２４の先端が前記下端部３２２となり、ノズル本体３３’の下端縁３３１と略面一になるように、支持部材３７２によって前記ノズルピース３７’の先端部３７１の内周面に支持されている。支持部材３７２は、処理ガスの流れを邪魔しないように、たとえばスポーク状に中心電極３２４を支持し、絶縁性を有し、かつプラズマによる耐蝕性を有する材料から成る。

したがって、前記昇降機構３９５によってノズルピース３７’が伸縮されると、中心電極３２４も伸縮するけれども、導波空間１３０に突出する受信アンテナ部３２０の長さは変わらずマイクロ波の受信特性が変化することはない。また、シール部材３５によるノズルホルダ３４との絶縁も確保されている。このように構成してもまた、ワークＷとノズルピース３７’との間隔を一定に維持し、大面積の被処理ワークＷにも、均一な（密度で）プラズマ照射を行うことができる。

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、搬送手段Ｃとして搬送ローラ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、プラズマ発生ノズル３１側が移動してもよい。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。
（５）前記高さ検知手段としては、上述のように接触片３８２によって実際にワークＷに接触して高さを検知する構成に限らず、赤外線や超音波の反射などを利用した非接触の検知手段が用いられてもよい。また、高さ検知手段としては、そのように接触、非接触で逐次実際に高さを求めるだけでなく、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予め定め記憶しておき、ワークＷの始端を検知し、搬送に伴って、対応する位置の高さデータを読出すようにしてもよい。さらにまた、同様のワークが繰返し搬送される場合には、最初のワークを処理する際に、前記接触、非接触によって実際に高さ検知を行いつつ、そのデータを記憶してゆき、以降のワークに対しては、ワークの始端を検知し、搬送に伴って、対応する位置の高さデータを読出してゆく、すなわちワーク処理装置にティーチングを行うようにしてもよい。
（６）マイクロ波発生装置２０からのマイクロ波は、導波管１０ではなく、同軸ケーブルを介して伝達されてもよい。しかしながら、導波管１０を用いると、多くのプラズマ発生ノズル３１へ伝達するのに好適である。

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。 本発明の実施の他の形態に係るワーク処理装置におけるプラズマ発生ノズルを拡大して示す断面図である。

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
３１，３１’ プラズマ発生ノズル
３２，３２’ 中心導電体（内部導電体）
３２４ 中心電極
３３，３３’ 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 チューブ
３７，３７’ ノズルピース
３８ 高さ検知手段
３８２ 接触片
３８４ 案内部材
３８５ 検出部材
３８６ センサ
３９ 変位手段
３９２ 把持部材
３９３ 移動部材
３９４ 案内部材
３９５ 昇降機構
３９５１ モータ
３９６ センサ
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 (4)

1. マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波をプラズマ発生ノズルが受信し、そのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、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ことで、前記ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、
   ワークにプラズマ照射する前段階で、ワークの高さ検知を行う高さ検知手段と、
   前記高さ検知手段の検知結果に応答して、プラズマ発生ノズルのワークからの高さ位置を制御する高さ制御手段とを含むことを特徴とするワーク処理装置。
2. 前記プラズマ発生ノズルは一方方向に延びて複数個が設けられ、前記ワークは、ワーク搬送手段によって、少なくとも前記プラズマ発生ノズルの配列方向とは交差する方向に搬送され、
   前記高さ検知手段および高さ制御手段は、プラズマ発生ノズル毎に設けられることを特徴とする請求項１記載のワーク処理装置。
3. 前記プラズマ発生ノズルの先端は、伸縮可能な蛇腹状のチューブで接続されたノズルピースを有し、このノズルピースからプラズマ照射を行い、前記高さ制御手段は、前記ノズルピースを昇降変位することを特徴とする請求項２記載のワーク処理装置。
4. 前記プラズマ発生ノズルのノズル本体は、胴部内に摺動可能に、良導電性の金属から構成されるノズルピースが嵌込まれるとともに、中心導電体の下方部分が筒状に形成され、その内部に中心電極が収納されることで望遠鏡状に伸縮可能となっており、前記高さ制御手段は、前記ノズルピースを昇降変位することを特徴とする請求項２記載のワーク処理装置。

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