JP2007234296A - ワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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しかも均質にプラズマ処理を行うことができるようにする。
【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とを各々具備する３つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−３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。プラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−３は、各々導波管１０の長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜させた状態で吊り止め支持されている。これにより導波管１０の断面二次モーメントが高められ、導波管１０が長尺化してもその撓みが抑制される。
【選択図】図６

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。
特開２００３−１９７３９７号公報

しかしながら、従来のワーク処理装置は、被処理ワークをチャンバーや作業ステージ上に固定的に配置した状態で、その表面にプラズマ化されたガスを吹き付ける構成とされている。このため、ワークに対する処理工程はバッチ処理とならざるを得ず、多数のワークをプラズマ処理する場合に作業性が悪いという問題があった。また、特許文献１のように単一のノズルを備えるワーク処理装置であると、例えば大面積基板の表面処理等を行うことが困難であるという問題があった。

そこで、複数のプラズマ発生ノズルをワークの幅方向に配列したプラズマ発生部を形成し、該プラズマ発生部にワークを連続供給するようにワーク処理装置を構成することが考えられる。この場合、プラズマ処理ムラの発生を防止するために、各プラズマ発生ノズルとワークとの離間距離を一定として、それぞれのノズルから同じ高さでプラズマ化されたガスを照射するようにすることが求められる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、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しかも均質にプラズマ処理を行うことができる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、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する導波管と、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したガスを生成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てなるプラズマ発生部とを具備するプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生部を通過するようにワークを搬送するワーク搬送手段とを備え、前記導波管は断面形状が非円形の長尺管からなり、前記断面において互いに直交する所定の２軸であって、断面二次モーメントが所定値よりも低い第１の値となる２軸があるとき、断面二次モーメントを所定値よりも高い第２の値とするべく、前記所定の２軸が、前記導波管の長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜されるように前記導波管が配置されてい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、断面形状が非円形の長尺管からなる導波管に複数個配列して取り付けられているので、大面積のワークにも対応することができる。さらに、導波管が長尺管で構成されることから、当該導波管に撓みが発生し結果的にプラズマ発生ノズルの高さ位置が前記撓みに起因してばらつく問題が生じ得るが、導波管の断面二次モーメントが所定値以上となるような態様で導波管を配置することで、かかる撓みの問題も解消されるようになる。

上記構成において、前記導波管が、断面形状が矩形である矩形導波管からなり、該矩形導波管の各側辺が水平面に対して所定角度だけ傾斜された状態で所定の支持部材で支持されていることが望ましい（請求項２）。

断面形状が矩形である矩形導波管では、４つの側辺のうち、互いに対向する２辺が水平面と平行となるように配置されるとき（断面長方形の導波管では長辺が水平面と平行であるとき）、断面二次モーメントは低い値となる。しかし、かかる矩形導波管を水平面に対して所定角度だけ傾斜させることで断面二次モーメントを高い値とすることができ、これにより長尺の矩形導波管の撓みを抑制することができる。

この場合、前記矩形導波管が前記ワークと対向する対向面を有し、前記複数のプラズマ発生ノズルが前記対向面に整列配置して突設されており、前記矩形導波管がその長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜して配置されることで、前記対向面のプラズマ発生ノズルの前記ワークに対する指向角度が所定角度だけ傾斜される構成とすることが望ましい（請求項３）。

この構成によれば、矩形導波管が傾斜配置されることでプラズマ発生ノズルの前記ワークに対する指向角度も傾斜される。これにより、プラズマ発生ノズルのワークに対するプラズマ照射エリアを、指向角度をワークの法線方向と一致させた垂直方向とした場合に比べて拡大することができる。

また、前記支持部材が、吊り止め支持具からなる構成とすることができる（請求項４）。この構成によれば、矩形導波管が傾斜配置された状態で吊り止め支持される。この場合、矩形導波管の断面二次モーメントが高いことから当該矩形導波管自身を吊り止め構造体の一部として活用することも可能となり、矩形導波管の吊り止め構造を簡素化することができる。

上記いずれかの構成において、前記プラズマ発生部が備えられた導波管が、前記ワーク搬送手段によるワークの搬送方向に複数配列されていることが望ましい（請求項５）。この構成によれば、搬送手段で搬送されてくるワークに対して満遍なくプラズマ化されたガスを照射し易くなり、またワークを高速搬送させても十分なプラズマ処理が行えるようになる。

請求項１に係るワーク処理装置によれば、ワーク搬送手段でワークを搬送しつつ、導波管に複数個配列して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。しかも、断面二次モーメントが所定値よりも高くなるように導波管が配置されているので、導波管がプラズマ発生ノズルの複数配列により長尺化してもその撓みを規制でき、各プラズマ発生ノズルの高さ位置が撓みに起因して不均一になることを抑制することができる。従って、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しかも均質にプラズマ処理を行うことができるワーク処理装置を提供することができる。

請求項２に係るワーク処理装置によれば、導波管として断面形状が矩形である矩形導波管を採用した場合に、その断面二次モーメントを高くする構造を簡単に実現できる。

請求項３に係るワーク処理装置によれば、１つあたりのプラズマ発生ノズルのワークに対するプラズマ照射エリアを拡大することができるので、プラズマ発生ノズルの配列個数を減少させることが可能となる。従って、装置構成を簡素化できるようになる。

請求項４に係るワーク処理装置によれば、矩形導波管自身を吊り止め構造体の一部として活用して吊り止め構造を構成することができるので、大がかりなトラス構造等を採用することなく簡易な吊り止め支持構造とすることができる。

請求項５に係るワーク処理装置によれば、ワークに対するプラズマ処理の均質化、並びに高速処理が可能となり、大面積基板等のワークに対する処理性能に優れたワーク処理装置を提供できる。

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Ｓ０の全体構成を簡略的に示す正面図、図２は、図１のＩ−Ｉ線断面図である。このワーク処理装置Ｓ０は、処理対象とされる平板状のワークＷ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、例えば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ものである。

当該ワーク処理装置Ｓ０は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段１０１と、前記マイクロ波を伝搬する導波管１０２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したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズル１０３Ｎが導波管１０２に複数個配列して取り付けられてなるプラズマ発生部１０３とを具備するプラズマ発生ユニットＰＵ（プラズマ発生手段）と、プラズマ発生部１０３を通過するようにワークＷを搬送する搬送路を構成する複数の搬送ローラ１０５を有するワーク搬送手段Ｃとを備えて構成されている。

導波管１０２は、断面形状が矩形（非円形）である長尺の矩形導波管からなる。複数のプラズマ発生ノズル１０３Ｎは、導波管１０２のワークＷとの対向面１０２Ｂ（下面側）に突設して配置されており、ワークＷの幅員に概ね一致する範囲に所定間隔を置いて一列に整列配置されている。後記でより具体的な実施形態に基づき詳述するため簡略的に説明するが、各プラズマ発生ノズル１０３Ｎは、絶縁部材で保持されると共に一端が導波管１０２の内部に突出した中心導電体１０３１と、この中心導電体１０３１を取り囲むように配置され導波管１０２と同電位（アース電位）とされた外部導電体１０３２とからなる。中心導電体１０３１は、導波管１０２の内部を伝搬するマイクロ波を受信するもので、プラズマ発生ノズル１０３Ｎは外部導電体１０３２の内部空間に対して供給される処理ガスを、受信したマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化してノズル先端から放出する。ワークＷは、ワーク搬送手段Ｃで搬送されつつ、プラズマ発生部１０３においてプラズマ発生ノズル１０３Ｎからプラズマ化されたガスを照射され、これにより所定の表面処理等が連続的に施与されるものである。

ここで導波管１０２（プラズマ発生ユニットＰＵ）は、その両端部において支持部材１０４により吊り止め支持されている。これは、ワークＷが導波管１０２の下面側を通過することから、支持部材がワーク搬送手段Ｃと干渉しないようにするためであり、またプラズマ発生部１０３に支持部材を介在させないようにするためである。このような吊り止め支持が行われることから、本実施形態では導波管１０２の各側辺が水平面に対して所定角度だけ傾斜された状態で、導波管１０２の両端部が支持部材１０４により吊り止め支持されている。これは、長尺管である導波管１０２の断面二次モーメントを高め、当該導波管１０２の中央部における撓みを抑止するためである。なお、本発明において「長尺管」とは、片端支持又は両端支持を行った場合に、その他端側又は中央部において事実上問題となる撓み現象が生じるような長さを有する管体をいう。

断面形状が矩形である導波管１０２では、４つの側辺のうち、互いに対向する２辺が水平面と平行となるように配置されるとき（断面長方形の導波管では長辺が水平面と平行であるとき）、断面二次モーメントは低い値となる。このため、図３に示すように、両端吊り止め支持の場合は導波管１０２の自重により中央部が撓んで垂下するようになる。例えば厚さが２ｍｍ程度のアルミニウム板で構成された長さが３０００ｍｍ程度の導波管の場合、中央部分で約３ｍｍ程度、下方向に撓みが生じる。

このような撓みによって、プラズマ発生部１０３が設けられている導波管１０２の対向面１０２Ｂに撓みが生じることから、導波管１０２の端部付近に取り付けられているプラズマ発生ノズル１０３Ｎ−１と、中央部付近に取り付けられているプラズマ発生ノズル１０３Ｎ−２とでは、その高さ位置に差異が生じてしまうこととなる。このため、ワークＷが通過する水平な基準面Ｗ０に対するプラズマ照射高さが端部付近と中央部付近とで異なってしまい、結果としてワークＷの幅員方向に対して均質な処理が行えないという不都合が生じ得る。

長尺の導波管１０２を準備し、そのような長尺導波管に多くのプラズマ発生ノズル１０３Ｎを装着させることで、大面積のワークＷに対応できるようになる。しかし、上記のような導波管１０２の撓みが生じては、処理性能が著しく低下する。すなわち、プラズマは寿命が短いことから、なるべくワークＷの至近距離（数ｍｍ程度）にプラズマ発生ノズル１０３Ｎを対向配置することが望ましいが、上述の例示のように中央部で３ｍｍ程度もの撓みが生じると、均質なプラズマ照射は実質的に行えない。なお、支持フレームをトラス構造等に組み付けた強固な支持機構で導波管１０２を支持するようにすれば、導波管１０２の撓みを規制することは可能である。しかしながら、支持機構が複雑化するために装置の大型化が招来され、またコストアップにも繋がるという不具合が生じる。

そこで本発明に係る実施形態では、矩形の導波管１０２を水平面に対して所定角度だけ傾斜させて配置するようにし、断面二次モーメントを高い値とすることで長尺の導波管１０２の撓みを抑制している。この点を図４、図５に基づいて説明する。

図４（ａ）に示すように、矩形の導波管１０２を水平面に対して平行（導波管１０２の下側辺と上側辺とが水平面に対して平行）になるように配置して吊り止め支持した場合、断面方向において幅ｂ、高さｈ（断面において互いに直交する２軸方向の寸法）の矩形導波管１０２における断面二次モーメントＩは、次式で与えられる（但し、単純な矩形断面と見た場合）。
Ｉ＝１／１２・ｂ・ｈ^３

これに対し、図５（ａ）に示すように、矩形の導波管１０２を水平面に対して所定角度θだけ傾けた状態（２軸；幅ｂ方向の軸と高さｈ方向の軸が、導波管１０２の長手方向と直交する方向に所定角度θだけ傾斜した状態）で吊り止め支持すると、導波管１０２の角部が効いてある程度自重を支えることができ、導波管１０２の撓みが抑制されるようになる。つまり、上記断面二次モーメントＩを第１の値とすると、導波管１０２を傾けたときの断面二次モーメントＩ’は、前記第１の値よりも高い第２の値となる。

ここで、導波管１０２の撓み量を実質的に問題とならない範囲に抑制できる断面二次モーメントをＩ_０とするとき、上記第１の値がＩ_０よりも低い値である場合、上記第２の値がＩ_０と等しい若しくは超過するように、導波管１０２の傾斜角度である角度θが選ばれる。これにより、導波管１０２がプラズマ発生ノズル１０３Ｎの複数配列により長尺化してもその撓みを規制でき、各プラズマ発生ノズル１０３Ｎの高さ位置が撓みに起因して不均一になることを防止することができる。

なお、導波管を傾斜させることで、プラズマ照射エリアが拡大されるという効果が副次的に奏される。すなわち、本実施形態では導波管１０２のワークＷと対向する対向面１０２Ｂに複数のプラズマ発生ノズル１０３Ｎが整列配置して突設されていることから、導波管１０２がその長手方向と直交する方向に所定角度θだけ傾斜して配置されることで、プラズマ発生ノズル１０３ＮのワークＷに対する指向角度が所定角度だけ傾斜されるようになる。プラズマ発生ノズル１０３ＮがワークＷに対して垂直に指向している場合、図４（ｂ）に示すように、プラズマ照射エリアＥ１は比較的狭い面積の円形を呈する。これに対し、図５（ｂ）に示すように、プラズマ発生ノズル１０３Ｎの指向角度が傾斜されると、そのプラズマ照射エリアＥ２は略楕円形となり、前記プラズマ照射エリアＥ１よりも広い面積のプラズマ照射エリアＥ２となる。従って、その分だけプラズマ発生ノズル１０３Ｎの配列個数を減少させることが可能となる。

続いて、本発明のより具体的な実施形態につき説明する。図６は、多連式の導波管を採用したワーク処理装置Ｓの全体構成を斜視図である。なお、この図６、並びに後出の図７〜図９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。

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３つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１、ＰＵ−２、ＰＵ−３（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。各プラズマ発生ユニットＰＵ−１、ＰＵ−２、ＰＵ−３は断面矩形で長尺の導波管１０を含み、該導波管１０のワークＷとの対向面には複数のプラズマ発生ノズルが配列されてなるプラズマ発生部３０が具備されている。そして、各々の導波管１０がその長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜して配置された状態で吊り止め支持されている。なお、ここでは図示簡略化のため、吊り止め支持機構は省略している（後出の図１６に一例を示している）。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。

プラズマ発生ユニットＰＵ−１、ＰＵ−２、ＰＵ−３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る。これらは同一の構造を有しており、ワーク搬送手段Ｃによるワークの搬送方向に沿って配列されている。以下、図７〜図１５に基づいて、１つのプラズマ発生ユニットＰＵについて詳細に説明する。

図７は、プラズマ発生ユニットＰＵの斜視図、図８は、図７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９は一部透視側面図である。このプラズマ発生ユニットＰＵは、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。

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９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１０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１１は、図１０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１１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１２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１３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１３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１４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１５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。

本実施形態に係るワーク処理装置Ｓは、図６に示したように、上記で説明したプラズマ発生ユニットＰＵ（ＰＵ−１〜ＰＵ−３）が、ワークＷの搬送方向に３列（勿論、２列、或いは３列以上であっても良い）に並んで配置されている。従って、ワークＷを高速搬送した場合でも、十分にプラズマを照射することができる。また、各プラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−３のプラズマ発生ノズル３１の配列ピッチを相互にずらすようにすれば、ワークＷに対して満遍なくプラズマを照射し易くなるので望ましい。

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によれば、プラズマ発生ユニットＰＵが傾斜して配置されることからその断面二次モーメントが高くなり、これによりプラズマ発生ユニットＰＵの吊り止め支持機構を簡素化することができる。この点を図１６、図１７に基づいて説明する。図１６は、４つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４を、各々導波管１０の長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜させた状態で吊り止め支持する吊り止め支持具１０４０を例示した斜視図である。

プラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４を傾斜させた状態とすることで導波管１０の断面二次モーメントを上げることができ、これにより導波管１０自体を支持機構の一部として活用することが可能となる。従って、吊り止め支持具１０４０は、プラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４の上方に配置された長手方向フレーム１０４１と、幅方向フレーム１０４２とで梯子状のフレーム枠体を形成し、該フレーム枠体により支持された吊り止め片１０４３で導波管１０を吊支する構造とすれば足り、フレーム組み立て構造を簡素化することができる。

これに対し、図１７は、４つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４を傾斜させることなく、水平状態で吊り止め支持する吊り止め支持具１０４０’を例示した斜視図である。この場合、導波管１０の断面二次モーメントは低く、導波管１０が自重により撓んでしまう虞がある。従って、このような撓みの発生を抑止するために、吊り止め支持具１０４０’は、プラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４の上方並びに下方に配置された長手方向フレーム１０４４と、上方側幅方向フレーム１０４５並びに下方側幅方向フレーム１０４７とで梯子状のフレーム枠体を上下面に形成し、これらを高さ方向フレーム１０４６で連結してなるフレーム組み立て構造とされている。かかるフレーム組み立て構造は、図１６のものと比較して複雑さが否めず、スペース面やコスト面で不利である。

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１８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。ここでは、図６に合わせて、３つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−３が用いられる場合を例示している。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、プラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−３に各々備えられているプラズマ発生部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との間をそれぞれ接続するガス供給管９２２１、９２２２、９２２３に設けられた流量制御弁９２３１、９２３２、９２３３の開閉制御乃至は開度調整をそれぞれ行う。

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装置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、断面二次モーメントが所定値よりも高くなるように傾斜させた態様で導波管１０が配置されているので、導波管１０がプラズマ発生ノズル３１の複数配列により長尺化してもその撓みを規制でき、各プラズマ発生ノズル３１の高さ位置が撓みに起因して不均一になることを抑制することができる。従って、複数のワーク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Ｗに対しても効率良くしかも均質にプラズマ処理を行うことができる。さらに、プラズマ発生ユニットＰＵの断面二次モーメントが高いことから、その吊り止め支持機構を簡素化できるという利点もある。

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、１つのプラズマ発生ユニットＰＵについて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）上記実施形態では、導波管１０を所定角度に傾斜させて固定的に吊り止め支持させる例について説明したが、その傾斜角度を調整する機構を設けても良い。これにより、プラズマ発生ノズル３１のワークＷに対する指向角度を調整できるようになり、ひいてはプラズマ照射エリアの大きさを調整できるようになる。従って、ワークＷの性質等に合わせて、最適なプラズマ照射エリアを設定することが可能となる。

（６）プラズマ発生ノズル３１のワーク搬送方向下流側に、プラズマ照射によって生じた塵埃等を回収するバキューム式の集塵装置を配置するようにしても良い。

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Ｓ０の全体構成を簡略的に示す正面図である。 図１のＩ−Ｉ線断面図である。 導波管の撓み状態を示す説明図である。 矩形の導波管を水平面に対して平行になるように配置して吊り止め支持した場合についての説明図である。 矩形の導波管を水平面に対して所定角度θだけ傾けた状態に配置して吊り止め支持した場合についての説明図である。 多連式の導波管を採用した、本発明に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を斜視図である。 プラズマ発生ユニットＰＵの斜視図である。 図７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１０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。 ４つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４を、所定角度だけ傾斜させた態様で吊り止め支持した状態を示す斜視図である。 ４つのプラズマ発生ユニットＰＵ−１〜ＰＵ−４を、水平にした態様で吊り止め支持した状態を示す斜視図である。 ワーク処理装置Ｓの制御系９０を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ マイクロ波発生手段
１０２ 導波管
１０３ プラズマ発生部
１０３Ｎ プラズマ発生ノズル
１０４ 支持部材
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
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、ＰＵ−１〜ＰＵ−４ 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 (5)

1. 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、
   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する導波管と、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したガスを生成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てなるプラズマ発生部とを具備するプラズマ発生手段と、
   前記プラズマ発生部を通過するようにワークを搬送するワーク搬送手段とを備え、
   前記導波管は断面形状が非円形の長尺管からなり、
   前記断面において互いに直交する所定の２軸であって、断面二次モーメントが所定値よりも低い第１の値となる２軸があるとき、
   断面二次モーメントを所定値よりも高い第２の値とするべく、前記所定の２軸が、前記導波管の長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜されるように前記導波管が配置されていることを特徴とするワーク処理装置。
2. 前記導波管が、断面形状が矩形である矩形導波管からなり、
   該矩形導波管の各側辺が水平面に対して所定角度だけ傾斜された状態で所定の支持部材で支持されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク処理装置。
3. 前記矩形導波管が前記ワークと対向する対向面を有し、前記複数のプラズマ発生ノズルが前記対向面に整列配置して突設されており、
   前記矩形導波管がその長手方向と直交する方向に所定角度だけ傾斜して配置されることで、前記対向面のプラズマ発生ノズルの前記ワークに対する指向角度が所定角度だけ傾斜されていることを特徴とする請求項２に記載のワーク処理装置。
4. 前記支持部材が、吊り止め支持具からなることを特徴とする請求項２又は３に記載のワーク処理装置。
5. 前記プラズマ発生部が備えられた導波管が、前記ワーク搬送手段によるワークの搬送方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のワーク処理装置。

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