JP2007234329A - プラズマ発生装置及びワーク処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を向上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。
【解決手段】このワーク処理装置Ｓは、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０と、マイクロ波を伝搬し処理対象とされるワークＷに対向可能な下面板１３Ｂを有する断面矩形状の導波管１０と、導波管１０の内部に突出する中心導電体３２で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を生成して放出するプラズマ発生ノズル３１が、下面板１３Ｂにマイクロ波の伝搬方向に沿って２列に整列配置されて取り付けられてなるプラズマ発生部３０とを備えている。そして、導波管１０の幅方向の内壁幅をａとした場合に、幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２の配列間隔ｄがａ・２／３以上であることを特徴とする。
【選択図】図４

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を図ることが可能なプラズマ発生装置及びこれを備えるワーク処理装置に関するものである。

従来、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。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（プラズマ）を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、従来、大型ワークのプラズマ処理に好適な複数のプラズマ発生ノズルを備えたワーク処理装置も知られている。この従来のワーク処理装置は、一般に、導波管内を伝搬する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を生成して放出するプラズマ発生ノズルが、導波管の前記マイクロ波の伝搬方向に沿った中心線上に一列に整列配置されて取り付けられて構成されており、これによってワークに対して前記マイクロ波の伝搬方向に一度に大面積のプラズマ処理を行い、プラズマ処理効率を向上させている。
特開２００３−１９７３９７号公報

しかしながら、上記従来のワーク処理装置では、プラズマ処理効率のさらなる向上を図るべく、前記マイクロ波の伝搬方向と直交する導波管の幅方向にも一度に大面積のプラズマ処理を行う場合、プラズマ発生ノズルが一列に整列配置された導波管を前記幅方向に並設させる必要があるため、プラズマ発生機構が大型化したり複雑化したりするという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を向上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。

上記目的を達成するために、この発明の請求項１に記載の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し処理対象とされるワークに対向可能な対向面を有する断面矩形状の導波管と、前記導波管の内部に突出する導電体で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、前記対向面に前記マイクロ波の伝搬方向に沿って２列に整列配置されて取り付けられてなるプラズマ発生部とを備え、前記導波管の前記伝搬方向と直交する幅方向の内壁幅をａとした場合に、前記幅方向で隣り合う２つの前記プラズマ発生ノズルの導電体の配列間隔ｄが以下の式（１）を満たすことを特徴とする。

ｄ ≧ ａ・２／３ ・・・（１）
この請求項１に記載のプラズマ発生装置では、上記のように、導波管の内部に突出する導電体で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（プラズマ）を生成して放出するプラズマ発生ノズルを、導波管の対向面にマイクロ波の伝搬方向に沿って２列に整列配置して取り付けることによって、１つの導波管にプラズマ発生ノズルを２列に配列することができるので、例えばプラズマ発生ノズルがマイクロ波の伝搬方向に一列に整列配置された導波管を前記伝搬方向と直交する幅方向に並設してプラズマ発生ノズルを２列に配列する場合と異なり、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら、ワークに対して導波管の幅方向に一度に大面積のプラズマ処理を行うことができる。さらに、導波管の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズルの導電体の配列間隔ｄを上記式（１）が満たされるように設定することによって、プラズマを点灯させるのに必要なプラズマ発生ノズルの電界強度を確実に得ることが可能な配列間隔で２列のプラズマ発生ノズルを対向面に配置することができるので、１つの導波管にプラズマ発生ノズルを２列に配列したことに起因してプラズマが放出されない場合があるという不都合の発生を十分に抑制することができる。以上のことから、この請求項１に記載のプラズマ発生装置では、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら一回当りのプラズマ処理面積を拡大し、かつ確実にプラズマ放出を行うことができるので、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を十分に向上させることができる。

上記請求項１に記載のプラズマ発生装置において、好ましくは、前記プラズマ発生ノズルは、前記導波管の内部に一端が突出する円柱状の内部導電体と、該内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体と、前記内部導電体と前記外部導電体との間に所定のガスを供給するガス供給部とを具備するとともに、ノズル先端部からプラズマ化されたガスを放出するよう構成されており、前記配列間隔ｄが、前記導波管の幅方向に隣り合う２つの前記プラズマ発生ノズルの内部導電体の軸心間距離である（請求項２）。

このように構成すれば、配列間隔ｄを正確に規定することができるので、１つの導波管にプラズマ発生ノズルを２列に配列したことに起因してプラズマが放出されない場合があるという不都合の発生を確実に防止することができる。

また、この発明の請求項３に記載のワーク処理装置は、請求項１または２に記載のプラズマ発生装置を具備するワーク処理装置であって、前記プラズマ発生装置で発生するプラズマを処理対象とされるワークに照射して所定の処理を施与することを特徴とする。

この請求項３に記載のワーク処理装置では、上記のように、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を十分に向上させることが可能なプラズマ発生装置を用いてワークにプラズマを照射して所定の処理を施与するように構成したので、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を十分に向上させることができる。

この発明のプラズマ発生装置及びワーク処理装置によれば、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら、ワークに対する一回当りのプラズマ処理面積を拡大することができ、さらに、１つの導波管にプラズマ発生ノズルを２列に配列したことに起因してプラズマ放出が行われないという不都合の発生を十分に抑制することができることから、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を十分に向上させることができる。

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Ｓの全体構成を示す斜視図であり、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。

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。

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。

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。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。なお、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。

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、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（処理対象ワークとの対向面）に突設された１６個のプラズマ発生ノズル３１を備えている。本実施形態では、これらのプラズマ発生ノズル３１は、マイクロ波の伝搬方向（左右方向）に８個整列配置され、かつ導波管１０の前記伝搬方向と直交する幅方向（前後方向）に所定の配列間隔ｄを隔てて２列に配列されている。また、８個のプラズマ発生ノズル３１により各々構成される一対の列は、導波管１０の伝搬方向に沿った中心線Ｌ（図５参照）を基準に線対称となっている。

図６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７は、図６のＡ−Ａ線側断面図である。以下、プラズマ発生ノズル３１の構成について詳細に説明する。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円柱状の部材からなり、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７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８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、１６個のプラズマ発生ノズル３１が前述した配列で整列配置されていることから、左右方向に長尺の帯状のプルーム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。

上記構成のプラズマ発生部３０は、その幅員、つまり８個のプラズマ発生ノズル３１で構成される各列の左右方向の配列幅が、平板状ワークＷの搬送方向と直交する方向のサイズ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、各列を構成する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。

ここで、本実施形態では、前述した導波管１０の幅方向（前後方向）で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の配列間隔ｄが、以下のように設定されている。すなわち、この配列間隔ｄは、詳細には導波管１０の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２の軸心間距離で規定されるものであり、導波管１０の幅方向の内壁幅をａとした場合に、次式（１）を満たすようになっている。

ｄ ≧ ａ・２／３ ・・・（１）
図９は、プラズマ発生ノズル３１の配列間隔と電界強度との関係を説明するための相関図である。以下、本願発明者らによる上記式（１）の導出過程について図９を参照して説明する。なお、図９における横軸は、導波管１０の幅方向（前後方向）で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２の軸心間距離（配列間隔ｄに相当する）を示しており、縦軸は、該プラズマ発生ノズル３１の電界集中部での電界強度を示している。

本願発明者らは、内壁幅ａの導波管１０の下面板１３Ｂにプラズマ発生ノズル３１を比較的小さい配列間隔ｄで２列に配列設置した際に、プラズマ発生ノズル３１からプラズマが適切に放出されない場合があることに着目し、配列間隔ｄと導波管１０の内壁幅ａとの関係がプラズマ発生ノズル３１からのプラズマ放出に影響するという仮説を提案した。そして、該仮説を立証すべく、導波管１０の幅方向（前後方向）で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の配列間隔ｄを変化させ、各配列間隔ｄに対応するプラズマ発生ノズル３１の電界強度をシミュレーションにより算出した。このシミュレーションで判明した配列間隔ｄと電界強度との関係が図９に示されている。なお、上記シミュレーションでの導波管１０の幅方向の内壁幅ａは、２．８４インチ（約７２ｍｍ）に設定されている。一方、本願発明者らが行った他の実験から、プラズマ発生ノズル３１に処理ガスが供給された際にノズル先端からプラズマが放出されるためには、プラズマ発生ノズル３１の電界集中部に約１００００Ｖ／ｍ以上の電界強度が必要であるとの実験結果が得られた。

この実験結果をもとに図９のシミュレーション結果を参照すると、プラズマ発生ノズル３１の配列間隔ｄが約４８ｍｍ以上の場合に、該プラズマ発生ノズル３１の電界強度が約１００００Ｖ／ｍ以上になることがわかる。このことは、導波管１０の下面板１３Ｂに２列に整列配置されて取り付けられたプラズマ発生ノズル３１においてプラズマを発生させるためには、導波管１０の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の配列間隔ｄが約４８ｍｍ以上必要であることを示している。

そして、シミュレーションでの導波管１０の内壁幅ａが２．８４インチ（約７２ｍｍ）に設定されていることから、導波管１０に２列に配列されたプラズマ発生ノズル３１からプラズマが適切に放出される条件としての配列間隔ｄと導波管１０の内壁幅ａとの関係式（１）が導出された。

このように、導波管１０の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の配列間隔ｄ（中心導電体３２の軸心間距離）を式（１）が満たされるように設定することによって、プラズマを点灯放出させるのに必要なプラズマ発生ノズル３１の電界強度を確実に得ることが可能な配列で２列のプラズマ発生ノズル３１を下面板１３Ｂに配置することができる。

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。

この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有しており、導波管１０と同じ材料で構成された筐体内にマイクロ波の反射面となる先端面を有する円柱状の反射ブロック４２が備えられている。かかる反射ブロック４２の左右方向への移動による先端面の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。

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。

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。これら３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃは同一構造を有しており、第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１が備えられている。

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。

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。

本実施形態では、上記のように、導波管１０の内部に突出する中心導電体３２で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を生成して放出するプラズマ発生ノズル３１を、導波管１０の下面板１３Ｂにマイクロ波の伝搬方向（左右方向）に沿って２列に整列配置して取り付けることによって、１つの導波管１０にプラズマ発生ノズル３１を２列に配列することができるので、例えばプラズマ発生ノズルがマイクロ波の伝搬方向に一列に整列配置された導波管を前記伝搬方向と直交する幅方向に並設してプラズマ発生ノズルを２列に配列する場合と異なり、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら、ワークＷに対して導波管１０の幅方向（前後方向）に一度に大面積のプラズマ処理を行うことができる。これにより、例えば搬送手段ＣによるワークＷの搬送速度を増加させたとしても２列に配列されたプラズマ発生ノズル３１により該ワークＷに対して十分にプラズマ処理を行うことができるので、プラズマ処理速度を向上させることができる。さらに、導波管１０の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の配列間隔ｄを式（１）が満たされるように設定することによって、プラズマを点灯させるのに必要なプラズマ発生ノズル３１の電界強度を確実に得ることが可能な配列間隔で２列のプラズマ発生ノズル３１を下面板１３Ｂに配置することができるので、１つの導波管にプラズマ発生ノズルを２列に配列したことに起因してプラズマが放出されない場合があるという不都合の発生を十分に抑制することができる。以上のことから、本実施形態のワーク処理装置Ｓでは、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら一回当りのプラズマ処理面積を拡大し、かつ確実にプラズマ放出を行うことができるので、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を十分に向上させることができる。

また、本実施形態では、導波管１０の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２の軸心間距離により配列間隔ｄを規定したので、配列間隔ｄを正確に規定することができる。これにより、１つの導波管１０にプラズマ発生ノズル３１を２列に配列したことに起因してプラズマが放出されない場合があるという不都合の発生を確実に防止することができる。

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、例えば下記の実施形態を取ることができる。

たとえば、上記実施形態では、ワークＷを搬送手段Ｃにより搬送しながら該ワークＷにプラズマ処理を施与するワーク処理装置Ｓに本発明を適用する例について示したが、これに限らず、固定的に配置されたワークにプラズマ処理を施与する構成のワーク処理装置にも本発明を適用可能である。この場合にも、１つの導波管１０にプラズマ発生ノズル３１を２列に配列することができるので、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら、固定ワークに対して導波管１０の幅方向（前後方向）に一度に大面積のプラズマ処理を行うことができる。また、導波管１０の幅方向で隣り合う２つのプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２の配列間隔ｄを上記実施形態の式（１）が満たされるように設定することによって、プラズマを点灯させるのに必要なプラズマ発生ノズル３１の電界強度を確実に得ることが可能な配列間隔で２列のプラズマ発生ノズル３１を下面板１３Ｂに配置することができるので、１つの導波管にプラズマ発生ノズルを２列に配列したことに起因してプラズマが放出されない場合があるという不都合の発生を十分に抑制することができる。以上のことから、上記実施形態と同様、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しながら一回当りのプラズマ処理面積を拡大し、かつ確実にプラズマ放出を行うことができるので、プラズマ発生機構の大型化や複雑化を抑制しつつプラズマ処理効率を十分に向上させることができる。

また、上記実施形態では、プラズマ発生ノズル３１を導波管１０の下面板１３Ｂに２列に格子状に配列して取り付けた例を示したが、これに限らず、プラズマ発生ノズル３１を互い違いになるように２列に千鳥状に配列して取り付けてもよい。

本発明に係るプラズマ発生装置及びワーク処理装置は、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。 導波管１０の内部の部分破断斜視図である。 図４に示した導波管１０の内部の部分破断平面図である。 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６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。 プラズマ発生ノズル３１の配列間隔と電界強度との関係を説明するための相関図である。 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

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）
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 (3)

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し処理対象とされるワークに対向可能な対向面を有する断面矩形状の導波管と、
   前記導波管の内部に突出する導電体で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、前記対向面に前記マイクロ波の伝搬方向に沿って２列に整列配置されて取り付けられてなるプラズマ発生部とを備え、
   前記導波管の前記伝搬方向と直交する幅方向の内壁幅をａとした場合に、
   前記幅方向で隣り合う２つの前記プラズマ発生ノズルの導電体の配列間隔ｄが以下の式（１）を満たすことを特徴とするプラズマ発生装置。
   ｄ ≧ ａ・２／３ ・・・（１）
2. 前記プラズマ発生ノズルは、
   前記導波管の内部に一端が突出する円柱状の内部導電体と、
   該内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体と、
   前記内部導電体と前記外部導電体との間に所定のガスを供給するガス供給部とを具備するとともに、
   ノズル先端部からプラズマ化されたガスを放出するよう構成されており、
   前記配列間隔ｄが、前記幅方向で隣り合う２つの前記プラズマ発生ノズルの内部導電体の軸心間距離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. 請求項１または２に記載のプラズマ発生装置を具備するワーク処理装置であって、
   前記プラズマ発生装置で発生するプラズマを処理対象とされるワークに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。

Images