JP2007227318A - プラズマ発生装置及びワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる種別の被処理ワークに対して、各々最適なプラズマ照射エリアを設定した上でプラズマ発生ノズルからプラズマ化されたガスを放射できるようにする。
【解決手段】ワーク処理装置Ｓは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０と、マイクロ波を伝搬する導波管１０と、導波管１０のワークＷとの対向面に設けられたプラズマ発生部３０とを具備するプラズマ発生装置ＰＵと、プラズマ発生部３０を通過するようにワークＷを搬送するワーク搬送手段Ｃとを備える。プラズマ発生部３０は、マイクロ波を受電しその受電エネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズル３１を有する。このプラズマ発生ノズル３１のワークＷに対する指向角度は、傾斜調整機構１４、１５により導波管１０を傾斜させることで調整可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板等の被処理ワークに対してプラズマを照射しワーク表面の清浄化や改質等を図る場合に好適に用いられるプラズマ発生装置及びワーク処理装置に関するものである。

例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、薄膜形成又は薄膜除去等を行うワーク処理装置が知られている。例えば特許文献１には、内側電極と外側電極とを有するプラズマ発生ノズルを用い、常圧下において両電極間に電界を印加することでグロー放電プラズマを発生させ、プラズマ化されたガスを固定的に配置された被処理ワークに放射するワーク処理装置が開示されている。また、プラズマを発生させるエネルギー源として、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いた常圧プラズマ発生装置を利用したワーク処理装置も知られている。

上記プラズマ発生ノズルは、被処理ワークに対して垂直方向に固定的に配置され、プラズマ化されたガスは被処理ワークに対して垂直方向から放射されるような装置構成が一般的である。しかし、場合によっては被処理ワークに対して傾斜してプラズマ発生ノズルが配置される場合もある。例えば特許文献２には、処理面に対してプラズマ発生ノズルを傾斜させて固定的に配置し、処理基板に対して斜め方向から活性化されたガスを吹き付けるようにした表面処理装置が開示されている。
特開２００３−１９７３９７号公報 特開２００４−２９９２号公報

従来の装置では、プラズマ発生ノズルは固定的に配置されている。このため、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマの照射エリアは一定である。従って、例えば平板状ワークを処理する場合において、ワーク載置面の高さ位置が固定化されていると、異なる厚さの平板状ワークを処理した場合にプラズマの照射エリアが相違するようになり、画一的な表面処理等が行えないという問題がある。また、例えば電子部品が搭載された基板と、電子部品未搭載の基板とを処理しようとする場合、各々の基板に対して最適なプラズマの照射エリアを設定することが望ましいが、従来の装置ではプラズマ発生ノズルは固定的に配置されていることから、照射エリアの調整は困難であるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、異なる種別の被処理ワークに対して、各々最適なプラズマ照射エリアを設定した上でプラズマ発生ノズルからプラズマ化されたガスを放射させ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、前記マイクロ波を伝搬させる導波管と、前記導波管に取り付けられ、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したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルと、前記プラズマ発生ノズルの指向角度を調整するための機構を有する調整手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、調整手段によりプラズマ発生ノズルの指向角度を調整することが可能であるので、プラズマ発生ノズルを適宜な指向角度とすることで、プラズマ被照射面に対するプラズマ照射エリアの大きさを調整することができる。すなわち、例えばプラズマ発生ノズルを平板状ワークの法線方向（垂直方向）に配置した場合、当該ワークに対するプラズマ照射エリアは略円形の比較的狭い領域となるが、プラズマ発生ノズルを法線に対して斜め方向に傾斜させると、プラズマ照射エリアは楕円形に近い比較的広い領域となる。従って、厚さの異なるワークや電子部品等が搭載された各種ワークに各々対応して、最適なプラズマ照射エリアを設定できるようになる。

上記構成において、前記導波管にはプラズマ化されたガスの照射対象となる面に対向する対向面が形成され、該対向面に前記プラズマ発生ノズルが突設状態で取り付けられており、前記調整手段は、前記導波管を傾斜させることで前記プラズマ発生ノズルの指向角度を調整する構成とすることができる（請求項２）。或いは、前記調整手段を、前記対向面において前記プラズマ発生ノズルを首振り移動させることで前記プラズマ発生ノズルの指向角度を調整する構成とすることができる（請求項３）。これらの構成によれば、プラズマ発生ノズルが取り付けられている導波管を傾斜させることで、或いはプラズマ発生ノズル自体を首振り移動させることで、プラズマ発生ノズルの指向角度が調整される。

この場合、前記プラズマ発生ノズルは、前記対向面に複数個配列して取り付けられていることが望ましい（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同時にプラズマ化されたガスを放射させることで、大面積のワーク等の処理効率を向上させることができる。この場合、上記の導波管を傾斜させる方式を採用すれば、複数のプラズマ発生ノズルの指向角度が導波管の傾斜角度調整により全て同様に調整されるようになる。また、上記のプラズマ発生ノズルを首振り移動させる方式を採用すれば、個別にプラズマ発生ノズルの指向角度を調整できるようになり、部分的にプラズマ照射エリアを調整することが可能となる。

また、前記導波管が矩形導波管からなり、前記複数のプラズマ発生ノズルが、前記対向面とされる前記矩形導波管の一つの側面に、一列に整列配置されていることが望ましい（請求項５）。この構成によれば、プラズマ発生ノズルの配列部にワークを搬送して連続的に処理させる場合に有利な構成とすることができる。

上記いずれかの構成において、前記調整手段は、前記プラズマ発生ノズルの高さ位置を調整するための機構をさらに含むことが望ましい（請求項６）。この構成によれば、指向角度に加えて、プラズマ発生ノズルの高さ位置も調整が可能となるので、プラズマ照射エリアの調整をより多様化できるようになる。

本発明の請求項７に係るワーク処理装置は、処理対象とされるワークを搬送しつつ該ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与するワーク処理装置であって、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生ノズルからプラズマ化されたガスが照射される領域を通過するように所定のワークを搬送するワーク搬送手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、ワーク搬送手段でワークを搬送しつつ、導波管に取り付けられたプラズマ発生ノズルから、プラズマ化されたガスをワークに対して放射することで、ワークの表面処理等を連続的に行うことが可能となる。しかも、プラズマ発生ノズルは、その指向角度が調整可能とされているので、各種のワーク形状に応じて最適なプラズマ照射エリアを設定して処理を行うことができる。

請求項１に係るプラズマ発生装置、並びに請求項７に係るワーク処理装置によれば、プラズマ発生ノズルの指向角度を調整する調整手段を具備させたので、各種ワーク形状に応じて、最適なプラズマ照射エリアを設定できる。従って、多様なワークに柔軟に対応して、各々最適なプラズマ処理を行わせ得るプラズマ発生装置、並びにワーク処理装置を提供できるようになる。

請求項２に係るプラズマ発生装置によれば、導波管を傾斜させることにより簡易にプラズマ発生ノズルの指向角度を調整できるので、装置構成を簡素化することができる。特に、導波管の対向面に複数のプラズマ発生ノズルを設ける構成とした場合、これらプラズマ発生ノズルの指向角度を同時に、且つ同様に調整できるので、指向角度の調整作業性に優れるという利点がある。

請求項３に係るプラズマ発生装置によれば、プラズマ発生ノズルを首振り移動させることにより簡易にプラズマ発生ノズルの指向角度を調整できるので、装置構成を簡素化することができる。特に、導波管の対向面に複数のプラズマ発生ノズルを設ける構成とした場合、各プラズマ発生ノズルの指向角度を個別的に調整できるので、部分的な高低差があるようなワークに対しても柔軟に対応できるという利点がある。

請求項４に係るプラズマ発生装置によれば、大面積のワーク等に対する処理効率を向上させたプラズマ発生装置を提供できるようになる。

請求項５に係るプラズマ発生装置によれば、プラズマ発生ノズルが一列に整列配置されている部位にワークを搬送させる機構を付設することで、ワークを連続的に処理させる構成を実現することができる。

請求項６に係るプラズマ発生装置によれば、指向角度及び高さ位置の調整により、プラズマ照射エリアの調整がより多様に行えるので、各種形状のワークに一層対応し易いプラズマ発生装置を提供できるようになる。

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。

本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、上記のように構成された導波管１０に、導波管１０のワークＷと対向する対向面に突設されている後述のプラズマ発生ノズル３１の指向角度並びに高さ位置を調整するために、当該導波管１０の傾斜角度並びに高さ位置を調整する左右一対の傾斜調整機構１４、１５（調整手段）が付設されている。この傾斜調整機構１４、１５は、大略的に、傾斜調整板１４１、１５１と、該傾斜調整板１４１、１５１を介して導波管１０を支持する支持フレーム１４２、１５２とから構成されている。かかる傾斜調整機構１４、１５については、図１１〜図１４に基づいて後記で詳述する。

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、矩形の導波管１０の断面サイズが２．８４インチ×１．３８インチのとき、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。

以上の通り構成されたワーク処理装置Ｓにおいて、本実施形態では、プラズマ発生ノズル３１の指向角度並びに高さ位置を調整するために、導波管１０の傾斜角度並びに高さ位置を調整する左右一対の傾斜調整機構１４、１５が具備されている。先ず、かかる傾斜調整機構１４、１５を設ける理由について、図１０に基づいて説明する。

図１０（ａ）は、プラズマ発生ノズル３１がワークＷの法線ｎ方向に指向（指向角度がワークＷに対して垂直）され、ワークＷから所定距離ｄ１だけ離間して配置されている状態を模式的に示す図である。この場合、図１０（ｂ）に示すように、プルームＰのワークＷに対する照射エリアＥ１は、処理ガスの流量が一定であるとした場合、距離ｄ１やノズル内径、プルームの拡散特性等によって定まる所定のスポット径を備えた円形を呈することとなる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、ワークＷからの離間距離を上記距離ｄ１に比べて短い距離ｄ２とした場合、他の条件が同じである場合は、図１０（ｄ）に示すように、その照射エリアＥ２は、距離ｄ１のときの照射エリアＥ１に比べて小さいスポット径となる。このことは、プラズマ発生ノズル３１の高さ位置を変更することで、ワークＷの対するプラズマ処理領域を変更できることを意味する。他方で、厚さが異なるワークＷを同じ処理ステージでプラズマ処理しようとしても、薄肉のワークＷと厚肉のワークＷとでは照射エリアの相違により均質なプラズマ処理が行えないということも意味する。

また、図１０（ｅ）は、プラズマ発生ノズル３１を図１０（ａ）に示す垂直配置状態から、ワークＷの法線ｎに対して角度θだけ傾斜（指向角度＝角度θ）させた状態を模式的に示す図である。この場合、図１０（ｆ）に示すように、ノズルの傾斜前方側においてプルームＰの拡散度合いが大きくなることから、プルームＰのワークＷに対する照射エリアＥ３は略楕円形を呈するようになり、図１０（ｂ）に示す照射エリアＥ１に比べて面積が大きくなる。このことは、プラズマ発生ノズル３１の指向角度を調整することによって、プルームＰのワークＷに対する照射エリアを調整出来ることを意味する。

以上のことから、例えばプラズマ発生ノズル３１を、図１０（ａ）に示すようにワークＷの法線ｎ方向に指向させ、ワークＷから所定距離ｄ１だけ離間して固定的に配置した場合、例えば厚さの異なるワークＷに対して同一条件でプルームＰを照射することができない。このため、各種形状のワークＷに対して均質なプラズマ処理が行えないことが生じ得る。これに対し、図１０（ｃ）に示すようにプラズマ発生ノズル３１の高さ位置を変えたり、図１０（ｄ）に示すようにプラズマ発生ノズル３１の指向角度を調整したりすることで、プルームＰの照射エリアを変更できるので、各種形状のワークＷに応じて最適な状態でプルームＰを照射することが可能となる。このような理由で、傾斜調整機構１４、１５が付設されているものである。

傾斜調整機構１４、１５は、図１〜図３に示すように、導波管１０の左右の端部位置に取り付けられている一対の導波管支持具である。傾斜調整機構１４は、第３導波管ピース１３のフランジ部１３Ｆと接合されるスライディングショート４０のフランジ部４０Ｆの上端縁にその下端部が固定されている傾斜調整板１４１と、該傾斜調整板１４１を介して導波管１０の右端側を支持する支持フレーム１４２とから構成されている。また、傾斜調整機構１５は、サーキュレータ５０のフランジ部５０Ｆの上端縁にその下端部が固定されている傾斜調整板１５１と、該傾斜調整板１５１を介して導波管１０の左端側を支持する支持フレーム１５２とから構成されている。

図１１は、傾斜調整機構１４の説明図であって、図１のＩ−Ｉ線断面図である。なお、傾斜調整機構１４、１５は同一構造を備えているため、ここでは傾斜調整機構１４のみを取り上げて説明する。傾斜調整板１４１には、前後方向に配列された上下方向に長い３つの長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂが穿孔されている。一方、支持フレーム１４２には前記３つの長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに対応させて係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂが突設されている。これら３つの長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに、各々係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂが挿通されることで、傾斜調整板１４１（導波管１０）が支持フレーム１４２により支持されている。なお、支持フレーム１４２は、前後方向へ水平に延びる固定されたフレーム部材である。

図１２は、傾斜調整板１４１と支持フレーム１４２との係合関係を説明するための説明図である。傾斜調整板１４１に備えられている長孔のうち、中央側の長孔１４３Ｃは、単純に上下方向に長い長孔である。これに対し、前方側の長孔１４３Ｆは、その上端と下端とに中央側の長孔１４３Ｃの方向に向けて幅員が拡張された拡張部Ｆ１，Ｆ２を有している。同様に、後方側の長孔１４３Ｂは、その上端と下端とに中央側の長孔１４３Ｃの方向に向けて幅員が拡張された拡張部Ｂ１，Ｂ２を有している。

従って、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂを、図１２に一点鎖線で示すように、少なくとも水平状態で「下」位置、「中」位置及び「上」位置、並びに「前傾斜」位置及び「後傾斜」位置の５つのパターンで３つの長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに係合させることができる。つまり、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂの係合位置を調整することで、図１１に示すように、傾斜調整板１４１を矢印Ｖの上下方向に移動させて位置調整できると共に、矢印Ｒ１，Ｒ２の回転方向に移動させて位置調整を行うことができる。これにより、第３導波管ピース１３（導波管１０）に取り付けられているプラズマ発生ノズル３１の高さ位置及び指向角度が調整可能とされている。

図１１は、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂが図１２に示す水平状態「中」位置で長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに係合されている状態を示している。なお、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂと長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂとは、かかる係合状態で図略の固定具により位置固定される。このとき、プラズマ発生ノズル３１の指向角度はワークＷの法線ｎと一致する方向とされ、ワークＷとの離間距離はｄ１である。

これに対し図１３は、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂが図１２に示す水平状態「下」位置で長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに係合されている状態を示している。このとき、プラズマ発生ノズル３１の指向角度はワークＷの法線ｎと一致する方向とされ、ワークＷとの離間距離は前記ｄ１よりも短いｄ２となる。従って、かかる係合位置を選択すれば、図１０（ｄ）で説明したように、プルームＰのワークＷに対する照射エリアを小さくすることができる。なお、図示は省略するが、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂを、図１２に示す水平状態「上」位置で長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに係合させると、プラズマ発生ノズル３１とワークＷとの離間距離を前記ｄ１よりも長い距離、すなわち照射エリアを大きくすることができる。

一方、図１４は、係合ピン１４４Ｆ，１４４Ｃ，１４４Ｂが図１２に示す水平状態「前傾斜」位置で長孔１４３Ｆ，１４３Ｃ，１４３Ｂに係合されている状態を示している。この場合、係合ピン１４４Ｆは長孔１４３Ｆの上拡張部Ｆ１に、係合ピン１４４Ｃは長孔１４３Ｃの中位置に、係合ピン１４４Ｂは長孔１４３Ｂの下拡張部Ｂ２にそれぞれ収納される。このとき、プラズマ発生ノズル３１の指向角度は、ワークＷの法線ｎから角度θだけ前方向に傾斜したものとなる。従って、かかる係合位置を選択すれば、図１０（ｆ）で説明したように、プルームＰのワークＷに対する照射エリアを楕円とし、その面積を大きくすることができる（「後傾斜」位置でも同様である）。

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１５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、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り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Ｗ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。従って、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ユニットＰＵを提供することができる。しかも、外界の温度及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。従って、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なるプラズマ発生部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Ｗ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。

以上に加えて、傾斜調整機構１４、１５により導波管１０の高さ位置及び傾斜角度を調整することで、プラズマ発生ノズル３１の高さ位置及び指向角度を調整することが可能であるので、ワークＷに対するプラズマ照射エリアの大きさを調整することができる。これにより、厚さの異なるワークや電子部品等が搭載された各種ワークに各々対応して、最適なプラズマ照射エリアを設定できるようになる。従って、多様なワークに柔軟に対応して、各々最適なプラズマ処理を行わせることができる。さらに、本実施形態では導波管１０のワークＷへの対向面に複数のプラズマ発生ノズル３１を設ける構成としているが、傾斜調整機構１４、１５によりこれら複数のプラズマ発生ノズル３１の指向角度を同時に、且つ同様に調整できるので、指向角度の調整作業性に優れるという利点がある。

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、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、プラズマ発生ノズル３１の指向角度を調整する調整手段として導波管１０を傾斜させる傾斜調整機構１４、１５を例示したが、これに代えてプラズマ発生ノズル３１を首振り移動させることで、その指向角度を調整するようにしても良い。図１６は、首振り式のプラズマ発生ノズル３１０の一例を示す側面図、図１７は、その断面図である。このプラズマ発生ノズル３１０は、導波管１０に固定的に取り付けられたノズルホルダ３４０に椀型を呈するノズル本体３３０が回動可能に保持され、これによりノズル先端部３６０の指向角度が調整可能とされている。図１６（ａ）は、ノズル本体３３０が垂直な垂下状態とされ、ノズル先端部３６０の指向角度がワークＷの法線ｎ方向とされている状態を示している。一方、図１６（ｂ）は、ノズル本体３３０が回動され、ノズル先端部３６０の指向角度がワークＷの法線ｎに対して角度θだけ傾斜した状態を示している。

図１７に示すように、ノズルホルダ３４０は下端側に開口部３４０１を有する金属筒体からなり、前記開口部３４０１に向けて内径が縮径されている。なお、ノズルホルダ３４０の上端側は、導波管１０の第３導波管ピース１３に固定的に取り付けられ、側胴部には処理ガスの供給孔３４０２が設けられている。ノズル本体３３０は半球体状の金属部材であって、ノズルホルダ３４０と電気的接触を常時保ちつつその下端側において回動可能に保持されている。中心導電体３２’は、上側片３２１１と下側片３２１２とが回転ジョイント部３２１３で接続されてなる。上側片３２１１は絶縁性のシール部材３５０で保持され、下側片３２１２はノズル本体３３０に嵌め込まれた絶縁性の保持リング３３０１で保持されている。従って、ノズル本体３３０を首振り移動させると、下側片３２１２が回転ジョイント部３２１３を支点として回転し、前記首振り移動に追従するようになる。なお、該保持リング３３０１には処理ガスの流通孔３３０２が設けられている。このような首振り式のプラズマ発生ノズル３１０によっても、その指向角度を調整することができる。

（２）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。また、単独のプラズマ発生ノズル３１のみを具備させるようにしても良い。

（３）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。

（４）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。

（５）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。 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。 プラズマ発生ノズルの指向角度並びに高さ位置と、プルームＰのワークＷに対する照射エリアとの関係を説明するための説明図である。 傾斜調整機構の説明図であって、図１のＩ−Ｉ線断面図である。 傾斜調整板１４１と支持フレーム１４２との係合関係を説明するための説明図である。 傾斜調整機構による導波管の支持状態の一例を示す断面図である。 傾斜調整機構による導波管の支持状態の一例を示す断面図である。 ワーク処理装置Ｓの制御系９０を示すブロック図である。 首振り式のプラズマ発生ノズル３１０の一例を示す側面図である。 首振り式のプラズマ発生ノズル３１０の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 導波管
１４，１５ 傾斜調整機構（調整手段）
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
３３ ノズル本体
３４ ノズルホルダ
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
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 (7)

1. マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   前記マイクロ波を伝搬させる導波管と、
   前記導波管に取り付けられ、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したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルと、
   前記プラズマ発生ノズルの指向角度を調整するための機構を有する調整手段と
   を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記導波管にはプラズマ化されたガスの照射対象となる面に対向する対向面が形成され、該対向面に前記プラズマ発生ノズルが突設状態で取り付けられており、
   前記調整手段は、前記導波管を傾斜させることで前記プラズマ発生ノズルの指向角度を調整するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記導波管にはプラズマ化されたガスの照射対象となる面に対向する対向面が形成され、該対向面に前記プラズマ発生ノズルが突設状態で取り付けられており、
   前記調整手段は、前記対向面において前記プラズマ発生ノズルを首振り移動させることで前記プラズマ発生ノズルの指向角度を調整するものであることを特徴とする請求項１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、前記対向面に複数個配列して取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ発生装置。
5. 前記導波管が矩形導波管からなり、
   前記複数のプラズマ発生ノズルが、前記対向面とされる前記矩形導波管の一つの側面に、一列に整列配置されていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。
6. 前記調整手段は、前記プラズマ発生ノズルの高さ位置を調整するための機構をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
7. 処理対象とされるワークを搬送しつつ該ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与するワーク処理装置であって、
   請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ発生装置と、
   前記プラズマ発生ノズルからプラズマ化されたガスが照射される領域を通過するように所定のワークを搬送するワーク搬送手段とを備えることを特徴とするワーク処理装置。

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