JP2007227123A - プラズマ発生装置及びワーク処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡便な構成により複数のプラズマ発生ノズルのうちいずれかのプラズマ発生ノズルの状態を精度良く監視する。
【解決手段】マイクロ波発生装置20により発生されたマイクロ波を伝搬する導波管10と、マイクロ波を受信し、受信したマイクロ波のエネルギーに基に、処理ガス供給源921から供給されるガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズル31が導波管10に複数個配列して取り付けられたプラズマ発生部30と、プラズマ発生ノズル31から放出されたプルームの画像を撮影する撮影部100と、撮影部100により撮影されたプルームの画像を基に、複数個配列されたプラズマ発生ノズル31のうち、正常な状態のプラズマを放出することができない欠陥ノズルを検出する欠陥ノズル検出部941とを備える。
【選択図】図10

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。
近年、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技術が知られている。また、特許文献1には、反応ガスをプラズマで活性化させる低温プラズマ処理装置において、プラズマ又は反応ガスの放射光スペクトルに基づいて、プラズマ又は反応ガスの放電状態を一定に制御する技術が開示されている。
特開昭62−228482号公報
しかしながら、特許文献1には、プラズマを放出するプラズマ発生ノズルの状態を監視することに関しての記載が何らなされておらず、この点改良の余地がある。特に、プラズマを照射するプラズマ発生ノズルが複数存在しており、この中に、正常な状態のプラズマを放出することができない欠陥ノズルが含まれる場合、処理対象物に対してプラズマを照射すると一定の効果を得るケースもあることから、欠陥ノズルの存在に気づかないケースも想定される。そして、この場合、プラズマ発生装置の能力をフルに発揮してプラズマを照射することができず、効率良いプラズマ処理を実現することが困難となる。
また、光を検出するフォトダイオードを複数のプラズマ発生ノズルに配置して、各プラズマ発生ノズルのプルームの発生の有無を検出してプラズマ発生ノズルの状態を監視することも考えられるが、フォトダイオードから出力される電流信号は数μAオーダーといった極めて微弱な値であるため、当該電流信号を本体制御部に伝送する伝送回路上で、当該電流信号がマイクロ波によるノイズの影響を受けてしまい、プラズマ発生ノズルを精度良く監視できないという問題がある。更に、フォトダイオードを複数設けると、フォトダイオードの数だけ本体制御部を構成するCPUのIOポートが必要となり、装置構成が煩雑化し、コストが嵩むという問題もある。
本発明の目的は、簡便な構成により複数のプラズマ発生ノズルの状態を直接監視することができるプラズマ発生装置及びワーク処理装置を提供することである。
本発明によ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部と、前記マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を伝搬する導波管と、プラズマ化されるガスを供給するガス供給部と、前記マイクロ波を受信し、受信したマイクロ波のエネルギーを基に、前記ガス供給部から供給されるガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取り付けられたプラズマ発生部と、前記プラズマ発生ノズルから放出されるプラズマ化されたガスからなるプルームの画像を撮影する撮影部と、前記撮影部により撮影されたプルームの画像を表示する状態監視部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、撮影部は、プラズマ発生ノズルから発生するプルームの画像を撮影し、状態監視部は、撮影されたプルームの画像を表示するため、ユーザはプラズマ発生ノズルの状態を直接監視することができる。また、プラズマ発生ノズルの全域を撮影できるように撮影部を配置することで、プラズマ発生ノズル毎に撮影部を設けなくとも、プルームの画像を撮影することが可能となり、簡素な構成によりプラズマ発生ノズルの状態を監視することができる。
また、上記構成において、前記撮影部により撮影されたプルームの画像を基に、前記複数個配列されたプラズマ発生ノズルのうち、劣化したプラズマを放出する又はプラズマを放出することができないプラズマ発生ノズルである欠陥ノズルを検出する欠陥ノズル検出部を更に備えることが好ましい。
この構成によれば、欠陥ノズルは、プルームを放出しない、或いは、正常なプラズマ発生ノズルが放出するプルームに比べて形状が小さなプルームを放出するため、プルームの画像を撮影することにより、プラズマ発生ノズルの欠陥を精度よく検出することが可能となる。
また、上記構成において、前記欠陥ノズル検出部により、前記複数個配列されたプラズマ発生ノズルのうち、欠陥ノズルが少なくとも1本検出された場合、全てのプラズマ発生ノズルからのプラズマの放出を停止させる稼働制御部を更に備えることが好ましい。
この構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルのうち、欠陥ノズルが少なくとも1本検出された場合、プラズマ発生装置の稼働が停止されるため、不効率なプラズマの照射を防止することができる。
また、上記構成において、前記稼働制御部は、前記マイクロ波発生部によるマイクロ波の発生、及び前記ガス供給部によるガスの供給のうちの少なくともいずれか一方を停止させることにより、プラズマ発生ノズルからのプラズマの放出を停止させることが好ましい。
この構成によれば、マイクロ波の発生及びガスの供給のうち、少なくともいずれか一方が停止されることでプラズマの放出が停止されているため、プラズマの放出を確実に停止させることができる。
また、上記構成において、前記稼働制御部は、プラズマ発生ノズルからのプラズマの放出を所定時間停止させた後、プラズマ発生ノズルからプラズマの放出を再開させ、プラズマの放出の再開を所定回数行っても、前記欠陥ノズル検出部により欠陥ノズルとして検出されたプラズマ発生ノズルが少なくとも1本存在する場合、プラズマ発生装置が故障していると判定することが好ましい。
この構成によれば、プラズマ発生ノズルを所定回数稼働させても欠陥ノズルとして検出されたプラズマ発生ノズルが少なくとも1本存在した場合に、プラズマ発生装置が故障していると判定されるため、プラズマ発生装置の故障をより精度良く検出することができる。
また、上記構成において、前記状態監視部は、前記稼働制御部によりプラズマ発生装置が故障していると判定された場合、プラズマ発生装置の故障を報知することが好ましい。
この構成によれば、ユーザは速やかにプラズマ発生装置の故障を認識することができる。
また、上記構成において、前記撮影部に前記複数配列されたプラズマ発生ノズルの全域を撮影させるために、前記撮影部の撮影方向を前記複数配列の方向に移動させる撮影方向移動部を更に備えることが好ましい。
この構成によれば、撮影部のフレームがプラズマ発生ノズル全体を一度に撮影できる範囲より小さい場合であっても、プラズマ発生ノズルの全域が撮影されるように撮影部の撮影方向が移動されるため、導波管におけるプラズマ発生ノズルの配列領域が広範囲にわたる場合であっても、全てのプラズマ発生ノズルから発生するプルームを撮影することができる。
また、本発明によるワーク処理装置は、請求項1〜7のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備え、前記プラズマ発生装置から放出されたプラズマをワークに照射することを特徴とする。
この構成によれば、プラズマ発生ノズルの状態を精度よく監視することが可能となり、ワークに対して効率良くプラズマを照射することができるワーク処理装置を提供することができる。
本発明によれば、簡素な構成でありながら複数のプラズマ発生ノズルの状態を直接監視することができる。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1によるワーク処理装置S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及びインピーダンス整合を行うスタブチューナ70、及びプラズマ発生部30から発生するプラズマを撮影する撮影部100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、平板状のワーク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に応じて定めることが望ましい。例えば、波長λ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=230mmであるので、115mm(λ/2)ピッチ、或いは57.5mm(λ/4)ピッチでプラズマ発生ノズル31を配列すれば良い。
図2に示すように撮影部100は、CCD等の光電変換素子を用いて動画像又は静止画像を撮影することができる公知のカメラから構成され、レンズ部101及び本体部102を備える。本体部102は、直方体状の筐体を有し、筐体の底面には、撮影部100の撮影方向を移動させるための撮影方向移動部200が配設されている。撮影方向移動部200は、本体部102が載置されるカメラ台201と、本体部102の底面に取り付けられ、カメラ台201を貫通する軸202と、軸202に取り付けられ、撮影部100を扇状にスイングさせるモータ203とを備えている。モータ203は、図10に示す全体制御部94の制御の下、図2に示すように撮影部100が左端に配設されたプラズマ発生ノズル31から右端に配設されたプラズマ発生ノズル31までを撮影することができるように、撮影部100をプラズマ発生ノズル31の配列方向に沿ってスイングさせる。
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、ノズル本体33、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。
中心導電体32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からなる絶縁性部材からなり、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なる。
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、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。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。
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み付けられているものである。
保護管36(図5では図示省略している)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、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。従って、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、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。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。
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に組み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とが備えられている。
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良い。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及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、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。
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。一方、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、例えばマイクロ波電力パワーをモニターしつつ、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10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、モータ203を制御するモータ制御部96、ユーザに装置の故障を報知すると共に、撮影部100により撮影された画像を表示する状態監視部97を備えている。
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。具体的には、マイクロ波出力制御部91は、後述する稼働制御部942からマイクロ波停止信号を受信したとき、マイクロ波発生装置20にマイクロ波の出力を停止させ、稼働制御部942からマイクロ波出力信号を受信したとき、マイクロ波発生装置20にマイクロ波の出力を開始させる。
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。また、ガス流量制御部92は、稼働制御部942から閉信号を受信した場合、流量制御弁923を閉じ、開信号を受信した場合、流量制御弁を開け、開信号のレベルに応じて、流量制御弁923の開度を調整する。なお、図10においては、1つのガス流量制御部92と流量制御弁923としか示していないが、実際には、8本のプラズマ発生ノズル31の各々に対応する8つのガス流量制御部92と流量制御弁923とが存在する。そして、8つのガス流量制御部92は、全体制御部94によって個別に制御される。また、ガス流量制御部92と流量制御弁923の個数は、8つに限定されず、プラズマ発生ノズル31の個数に応じて適宜変更される。
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。
特に、実施の形態1において、全体制御部94は、欠陥ノズル検出部941、及び稼働制御部942の機能を備えている。欠陥ノズル検出部941は、撮影部100により撮影された画像に対して所定の画像処理を施すことで、プラズマ発生部30を構成する8個のプラズマ発生ノズル31のうち、正常な状態のプラズマを放出することができないプラズマ発生ノズル31である欠陥ノズルを検出する。
稼働制御部942は、欠陥ノズル検出部941により、8個のプラズマ発生ノズル31のうち、少なくとも1本の欠陥ノズルが検出された場合、マイクロ波発生装置20によるマイクロ波の出力が停止されるようにマイクロ波出力制御部91にマイクロ波停止信号を出力する。
また、稼働制御部942は、欠陥ノズル検出部941により、8個のプラズマ発生ノズル31のうち、少なくとも1本の欠陥ノズルが検出された場合、流量制御弁923が閉じられるようにガス流量制御部92に閉信号を出力する。
また、稼働制御部942は、マイクロ波出力制御部91にマイクロ波停止信号を通知すると共に、ガス流量制御部92に閉信号を出力した後、一定時間経過したときに、プラズマの発生を再開させるために、マイクロ波出力制御部91にマイクロ波発生信号を出力すると共に、ガス流量制御部92に開信号を出力する。
更に、稼働制御部942は、欠陥ノズル検出部941により3回連続して欠陥ノズルとして検出されたプラズマ発生ノズルが少なくとも1本存在する場合、装置が故障したと判定し、状態監視部97に装置の故障を報知させる。
モータ制御部96は、全体制御部94の制御の下、モータ203を制御する。
状態監視部97は、液晶表示パネル、陰極線管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ等の表示装置から構成され、撮影部100により撮影された画像を表示すると共に、装置の故障をユーザに報知する。
次に、ワーク処理装置Sによるプラズマ発生ノズル31の欠陥を検出する処理について説明する。図11は、プラズマ発生ノズル31の欠陥を検出する処理を示すフローチャートである。まず、ステップS1において、ユーザにより図略の電源スイッチがオンされると、稼働制御部942は、装置を構成する各回路に対して商用電源からの電力の供給を開始する。
ステップS2において、稼働制御部942は、ガス流量制御部92に開信号を出力して流量制御弁を開け、処理ガス供給源921からのガスを、プラズマ発生ノズル31に供給する。ここで、稼働制御部942は、8個のプラズマ発生ノズル31に対応する8個のガス流量制御部92の全てに対して、開信号を出力する。
ステップS3において、稼働制御部942は、マイクロ波発生信号をマイクロ波出力制御部91に出力し、マイクロ波発生装置20からマイクロ波を発生させる。これにより、8個のプラズマ発生ノズル31は、プラズマを発生し、搬送手段Cによって搬送されるワークWに対してプラズマを照射する。
ステップS4において、欠陥ノズル検出部941は、マイクロ波出力信号をマイクロ波出力制御部91に出力すると共に、開信号をガス流量制御部92に出力してから3秒経過した場合(S4でYES)、撮影部100にプラズマ発生ノズル31から出力されるプルームPを撮影させる(ステップS5)。一方、ステップS4において、3秒経過しない場合(S4でNO)、処理がステップS4に戻される。
図12は、撮影部100がプルームPを撮影する様子を説明する図である。図12の例では、撮影部100のフレームは、一度に2個のプルームPを撮影することが可能なサイズを有しているものとする。また、撮影部100は、撮影方向移動部200によって、フレームFが一定の速度vでスライドするようにスイングされているものとする。また、撮影部100が、スイング範囲の左端に位置する場合、左から1個目及び2個目のプラズマ発生ノズル31から放出される2個のプルームPが、フレームF内に存在するように、撮影部100が設置されているものとする。
まず、欠陥ノズル検出部941は、撮影部100が左端に位置するときに、撮影部100にプルームPの画像を撮影させる。次に、欠陥ノズル検出部941は、左から1個目及び2個目のプラズマ発生ノズル31から放出される2個のプルームPを撮影してから、フレームF内に左から3個目及び4個目のプラズマ発生ノズル31が放出する2個のプルームPが入るまでの所定の撮影待機時間が経過したときに、撮影部100にプルームPの画像を撮影させる。このように、欠陥ノズル検出部941は、左端のプラズマ発生ノズル31から順番に2個ずつ、合計4枚のプルームPの画像を撮影部100に撮影させる。なお、上記撮影待機時間は、撮影部100の移動速度と、プラズマ発生部30の全長とから予め定められた値が採用される。
なお、撮影部100が一度に撮影するプルームPの個数は、2個に限定されず、1個ずつ撮影してもよいし、4個ずつ撮影してもよいし、一度に8個を撮影してもよい。
ステップS6において、欠陥ノズル検出部941は、撮影部100により撮影された4枚の各画像に対して、所定の画像処理を施し、全てのプラズマ発生ノズル31が点灯しているか否かを検出する。具体的には、欠陥ノズル検出部941は、撮影部100により撮影された各画像からプルームPを示す画像を抽出する処理を行い、各画像において、プルームPを示す画像が2個抽出することができた場合は、これらのプルームPを発生させているプラズマ発生ノズル31は正常であると判定する。一方、各画像において、プルームPを示す画像を1個しか抽出することができなかった場合、又は、プルームPを示す画像を1個も抽出することができなかった場合は、プルームPを放出することができなかったプラズマ発生ノズル31を欠陥ノズルとして判定する。
更に、各画像において、プルームPが2個抽出された場合であっても、抽出したプルームの面積が規定値より小さい場合、当該プルームPを放出するプラズマ発生ノズル31は、欠陥ノズルであると判定する。規定値としては、実験的に予め得られた値が採用される。
ここで、欠陥ノズル検出部941は、撮影部100により撮影された4枚の画像のうち、例えば1枚目の画像において、右側の領域にプルームを示す画像が1つ表れている場合は、左端に位置するプラズマ発生ノズル31からプラズマが発生されていないと判定し、左側の領域にプルームを示す画像が1つ表れている場合は、左から2番目のプラズマ発生ノズル31に欠陥が生じていると判定する。残り3枚の画像についても同様にして、プラズマを発生していないプラズマ発生ノズル31を特定する。
また、欠陥ノズル検出部941は、例えば、撮影部100により撮影された画像に対して、基準プルーム画像を用いたテンプレートマッチングを施すことでプルームPを示す画像を抽出する。或いは、撮影部100により撮影された画像に対して、YUV変換を施し、彩度がプルームPの彩度に基づいて予め定められた範囲内にある画素をラベリングし、ラベリングした画素からなる領域が一定の面積以上連続して存在する場合、当該画素からなる領域を、プルームPを示す画像として抽出する。
ステップS6において、欠陥ノズル検出部941により欠陥ノズルが検出されなかった場合(S6でYES)、処理がステップS4に戻され、再度、撮影部100による撮影が実行される。一方、欠陥ノズル検出部941により少なくとも1本の欠陥ノズルが検出された場合(S6でNO)、稼働制御部942は、マイクロ波停止信号をマイクロ波出力制御部91に出力し、マイクロ波発生装置20によるマイクロ波の出力を停止させる(ステップS7)。
ステップS8において、稼働制御部942は、全てのガス流量制御部92に閉信号を出力し、全てのプラズマ発生ノズル31へのガスの供給を停止させる。
ステップS9において、稼働制御部942は、欠陥ノズル検出部941により3回連続して欠陥ノズルとして判定されたプラズマ発生ノズル31が少なくとも1本存在する場合、(ステップS9でNO)、稼働制御部942は、プラズマ発生装置PUが故障していると判定し、マイクロ波の出力の停止と、ガスの供給の停止とを継続させ、プラズマ発生装置PUの駆動の停止を継続させる(ステップS11)。
ステップS12において、稼働制御部942は、状態監視部97に、プラズマ発生装置PUが故障していることをユーザに報知するための所定の画像を表示させる。この場合、例えば状態監視部97には「左から1番目のプラズマ発生ノズルと4番目のプラズマ発生ノズルからプラズマが放出されていません。」、「1番目のプラズマ発生ノズルからプラズマが放出されていません。4番目のプラズマ発生ノズルが劣化しています。」というように、8個のプラズマ発生ノズル31のうち、どのプラズマ発生ノズル31が欠陥ノズルであるかを示す語句が表示される。また、図3に示すようなプラズマ発生ノズル31の全体を示す画像を状態監視部97に表示し、欠陥ノズルを例えば赤色で点滅させる等して、グラフィカルに欠陥ノズルの存在を報知してもよい。
ステップS9において、欠陥ノズル検出部941により3回連続して欠陥ノズルとして判定されたプラズマ発生ノズル31が1本も存在しない場合(ステップS9でNO)、稼働制御部942は、ステップS9の処理が終了してから3秒経過したか否かを判定し、3秒経過した場合(ステップS10でYES)、処理をステップS2に戻し、3秒経過していない場合(ステップS10でNO)、処理をステップS10に戻す。
以上説明したようにワーク処理装置Sによれば、撮影部100で撮影された画像が状態監視部97に表示されているため、プラズマ発生ノズル31毎に撮影部100を設けなくとも、プルームPの画像の画像を撮影することが可能となり、簡素な構成によりプラズマ発生ノズルの状態を監視することができる。
また、プラズマ発生ノズル31から発生するプルームPの画像を撮影し、撮影されたプルームPの画像を基に、欠陥ノズルが検出されている。ここで、欠陥ノズルからはプルームPが放出されていない、或いは正常なプルームよりも小さなプルームPが放出されているため、プルームPの画像を撮影することにより、欠陥ノズルを精度よく検出することが可能となる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2によるワーク処理装置Saについて説明する。図13は、実施の形態2によるワーク処理装置Saの制御系90aを示すブロック図である。実施の形態2によるワーク処理装置Saは、全体制御部94をシステム制御基板98及びパソコン99により構成し、撮影部100aにより撮影された画像を、通信回線NTを介してパソコン99が受信することを特徴とする。なお、実施の形態2によるワーク処理装置Saにおいて、実施の形態1によるワーク処理装置Sと同一のものは同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみ説明する。
撮影部100aは、公知のウェブカメラから構成され、システム制御基板98の制御の下、プルームPの画像を撮影し、通信回線NTを介してパソコンに送信する。通信回線NTとしては、インターネット通信網、公衆電話回線網、専用線網、及びLAN等の通信回線を採用することができる。
システム制御基板98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。
パソコン99は、公知の通信機能を備えるパーソナルコンピュータから構成され、状態監視部97a、欠陥ノズル検出部941a、及び稼働制御部942aを備えている。欠陥ノズル検出部941aは、図10に示す欠陥ノズル検出部941と同一の機能を有しているため、説明を省略する。パソコン99とシステム制御基板98とはRS−232等の所定の通信ケーブルを介して接続されている。或いは、インターネット、LAN、専用線等の通信回線を介して接続されている。
稼働制御部942aは、欠陥ノズル検出部941aにより、8個のプラズマ発生ノズル31のうち、少なくとも1本の欠陥ノズルが検出された場合、システム制御基板98がマイクロ波出力制御部91にマイクロ波停止信号を出力するように、システム制御基板98を制御する。
また、稼働制御部942aは、欠陥ノズル検出部941aにより、8個のプラズマ発生ノズル31のうち、少なくとも1本の欠陥ノズルが検出された場合、システム制御基板98が閉信号を出力するように、システム制御基板98を制御する。
また、稼働制御部942aは、マイクロ波出力制御部91にマイクロ波停止信号を通知すると共に、ガス流量制御部92に閉信号を通知した後、一定時間経過したときに、プラズマの発生を再開させるために、システム制御基板98がマイクロ波出力制御部91にマイクロ波発生信号を出力すると共に、ガス流量制御部92に開信号を出力するように、システム制御基板98を制御する。
更に、稼働制御部942aは、マイクロ波の発生を所定回数再開させても、欠陥ノズル検出部941aにより連続して3回欠陥ノズルとして検出されたプラズマ発生ノズル31が少なくとも1本存在する場合、プラズマ発生装置PUが故障したと判定し、状態監視部97aにプラズマ発生装置PUの故障を報知させる。状態監視部97aはパソコン99が備える表示装置により構成される。
以上説明したように、実施の形態2によるワーク処理装置Saによれば、全体制御部94をパソコンとシステム制御基板98とにより構成し、パソコンと撮影部100aとを通信回線NTを介して接続したため、パソコン99により、プラズマ発生装置PUの故障を遠隔的に監視することができる。また、状態監視部97aには、撮影部100aにより撮影された画像が表示されるため、プラズマ発生ノズル31を遠隔監視することができる。
以上、本発明の実施の形態1及び2に係るワーク処理装置S及びSa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。
(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。
(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。
(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良い。
(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。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。
(5)また、実施の形態1及び2では説明しなかったが、状態監視部97,97aは、撮影部100,100aにより撮影された画像をサーモグラフィ化して表示してもよい。
(6)更に、複数のプラズマ発生ノズル31がそれぞれ点灯しているかどうかの状態を確認するために、ワーク処理装置Sの筐体(図略)に、プラズマ発生装置PUを観察する観察窓を設けるようにしてもよい。
本発明にかかるプラズマ発生装置及びワーク処理装置は、半導体ウエ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。 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4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。 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。 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。 スタブチューナ70の設置状況を示す透視側面図である。 ワーク処理装置Sの制御系90を示すブロック図である。 プラズマ発生ノズル31の欠陥を検出する処理を示すフローチャートである。 撮影部100がプルームPを撮影する様子を説明する図である。 実施の形態2によるワーク処理装置Saの制御系90a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(マイクロ波発生部)
30 プラズマ発生部
31 プラズマ発生ノズル
90、90a 制御系
91 マイクロ波出力制御部
92 ガス流量制御部
93 モータ制御部
94 全体制御部
95 操作部
96 モータ制御部
97,97a 状態監視部
98 システム制御基板
99 パソコン
100,100a 撮影部
101 レンズ部
102 本体部
200 撮影方向移動部
201 カメラ台
202 軸
203 モータ
921 処理ガス供給源
922 ガス供給管
923 流量制御弁
931 駆動モータ
941,941a 欠陥ノズル検出部
942,942a 稼働制御部
S,Sa 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)

Claims (8)

  1. マイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
    前記マイクロ波発生部により発生されたマイクロ波を伝搬する導波管と、
    プラズマ化されるガスを供給するガス供給部と、
    前記マイクロ波を受信し、受信したマイクロ波のエネルギーを基に、前記ガス供給部から供給されるガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取り付けられたプラズマ発生部と、
    前記プラズマ発生ノズルから放出されるプラズマ化されたガスからなるプルームの画像を撮影する撮影部と、
    前記撮影部により撮影されたプルームの画像を表示する状態監視部とを備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 前記撮影部により撮影されたプルームの画像を基に、前記複数個配列されたプラズマ発生ノズルのうち、所定の状態でプラズマが放出されていないプラズマ発生ノズルである欠陥ノズルを検出する欠陥ノズル検出部を更に備え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. 前記欠陥ノズル検出部により、前記複数個配列されたプラズマ発生ノズルのうち、欠陥ノズルが少なくとも1本検出された場合、全てのプラズマ発生ノズルからのプラズマの放出を停止させる稼働制御部を更に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。
  4. 前記稼働制御部は、前記マイクロ波発生部によるマイクロ波の発生、及び前記ガス供給部によるガスの供給のうちの少なくともいずれか一方を停止させることにより、プラズマ発生ノズルからのプラズマの放出を停止させることを特徴とする請求項3記載のプラズマ発生装置。
  5. 前記稼働制御部は、プラズマ発生ノズルからのプラズマの放出を所定時間停止させた後、プラズマ発生ノズルからプラズマの放出を再開させ、プラズマの放出の再開を所定回数行っても、前記欠陥ノズル検出部により欠陥ノズルとして検出されたプラズマ発生ノズルが少なくとも1本存在する場合、プラズマ発生装置が故障していると判定することを特徴とする請求項3又は4記載のプラズマ発生装置。
  6. 前記状態監視部は、前記稼働制御部によりプラズマ発生装置が故障していると判定された場合、プラズマ発生装置の故障を報知することを特徴とする請求項5記載のプラズマ発生装置。
  7. 前記撮影部に前記複数配列されたプラズマ発生ノズルの全域を撮影させるために、前記撮影部の撮影方向を前記複数配列の方向に移動させる撮影方向移動部を更に備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備え、前記プラズマ発生装置から放出されたプラズマをワークに照射することを特徴とするワーク処理装置。
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