JP4597931B2

JP4597931B2 - プラズマ発生装置及びワーク処理装置

Info

Publication number: JP4597931B2
Application number: JP2006246795A
Authority: JP
Inventors: 秀高松内; 宏史萬川; 滋増田
Original assignee: SAIAN CORP
Current assignee: SAIAN CORP
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP2008071520A

Description

本発明は、プラズマを発生させるプラズマ発生装置及びプラズマ発生装置により発生されたプラズマをワークに照射してワークに付着する汚れを除去するワーク処理装置に関するものである。

近年、プラズマディスプレイパネルや液晶パネルに用いられるガラス基板等のワークに対してプラズマを照射し、その表面に付着した微細な汚れ（パーティクル）を除去するワーク処理装置が知られている。

また、特許文献１には、プラズマ起動前にプラズマ生成室内のマイクロ波電界を強大とするスタブ挿入位置にスタブを移動させてプラズマを起動し、プラズマ起動後に自動整合動作を開始させ、プラズマ発生空間でプラズマを容易に起動させる手法が開示されている。
特開平４−３６０７７３号公報

ところで、装置が複数のプラズマ発生ノズルを備える場合、これら複数のプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯を同時に開始させることは事実上不可能であり、これら複数のプラズマ発生ノズルの各々からプラズマの点灯が開始されるまでの時間にはタイムラグが発生する。そして、プラズマ発生空間内におけるインピーダンス特性はプラズマが点灯しているプラズマ発生ノズルの個数に応じて変化するため、特許文献１の手法のように、プラズマが点灯するまでのスタブの挿入位置を固定させてしまうと、導波管とプラズマ発生ノズルとのインピーダンス整合を図ることができず、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されるまでの時間が長くなってしまう。

また、プラズマ発生装置は、装置の環境状況（例えば温度・湿度等）や装置の劣化（使用していくことによるアンテナの損傷・微妙な位置のずれ）が経時的に変化し、これによって、プラズマ発生ノズルのアンテナのインピーダンスが変化したり、導波管を伝搬するマイクロ波の山の位置とプラズマ発生ノズルとの位置がずれたりし、インピーダンス整合を図り得る適切なスタブの挿入長が経時的に変化してしまう。しかしながら、特許文献１の手法では、スタブの挿入長が予め定められた位置で固定されており、装置の環境状況や装置の劣化等の経時的変化が全く考慮されていないため、インピーダンス整合を図り得ることは困難であり、これによっても全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されるまでの時間が長くなってしまう。

一方、どのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されているかをモニタし、プラズマを点灯しているプラズマ発生ノズルの個数に応じて予め定められた出没長にスタブの出没長を設定することも考えられるが、そうすると、制御の煩雑化を招いてしまう。

本発明の目的は、煩雑な制御を行うことなく、装置の環境状況や装置の劣化等の経時的変化を考慮しつつ、短時間で全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯を開始させ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、複数のプラズマ発生ノズルを含むプラズマ発生手段と、マイクロ波を出力するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段により出力されたマイクロ波を前記プラズマ発生ノズルに導く管状の導波手段と、前記導波手段の管内に出没長が調整可能に配設され、前記プラズマ発生ノズルと前記導波手段とのインピーダンス整合を図るスタブと、各プラズマ発生ノズルからのプラズマが点灯されたか否かを検出する点灯検出手段と、前記点灯検出手段により全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が検出されるまで、前記導波手段の管内における前記スタブの出没長を連続的に変化させ、前記点灯検出手段により全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が検出されたとき、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマが点灯された状態における前記導波手段と前記プラズマ発生ノズルとのインピーダンス整合が図られる予め定められた出没長に前記スタブの出没長を設定するスタブ制御手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、全てのプラズマ発生ノズルがプラズマの点灯を開始するまで、スタブの出没長が連続的に変化されるため、スタブの出没長を変化させていくうちにプラズマ発生ノズルと導波手段とのインピーダンスがマッチする箇所が表れ、スタブを連続的に変化させるという簡便な制御であるにもかかわらず、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されるまでの時間を短くすることができる。

また、スタブの出没長が連続的に変化されるため、スタブの出没長を変化させていくうちにプラズマ発生ノズルと導波手段とのインピーダンスがマッチする箇所が表れる結果、装置の環境状況や装置の劣化が経時的に変化しても、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯を開始させるまでの時間を短くすることができる。

また、前記スタブは、複数のスタブを含み、前記スタブ制御手段は、複数のスタブのうちいずれか１つのスタブの出没長を連続的に変化させることが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、複数配列されたスタブのうちいずれか１つのスタブの出没長を連続的に変化させるだけでも、導波手段とプラズマ発生ノズルとのインピーダンスがマッチする箇所が表れるため、より簡便な制御でありながら、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されるまでの時間を短縮させることができる。

また、前記点灯検出手段は、プラズマ発生ノズルから点灯されるプラズマのプルームを受光する受光素子であることが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、プラズマの発光電子雲であるプルームを受光する受光素子を用いてプラズマの点灯の有無が検出されるため、プラズマの点灯をより正確に検出することができる。

本発明によるワーク処理装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備えることを特徴とする（請求項４）。

この構成によれば、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されるまで、スタブの出没長が連続的に変化されるため、スタブの出没長を変化させていくうちにプラズマ発生ノズルと導波手段とのインピーダンスがマッチする箇所が表れる結果、スタブを連続的に変化させるという簡便な制御であるにもかかわらず、装置の環境状況や装置の劣化等の経時的変化によるインピーダンスの不整合にも対処しつつ、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が開始されるまでの時間を短くすることができる。

以下、本発明の実施の形態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、処理対象となるワークＷに前記プラズマを照射するプラズマ発生ユニットＰＵ（プラズマ発生手段）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とを備えている。本実施の形態では、ワークＷとして、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに採用されるガラス基板が採用されている。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。

搬送手段Ｃは、図略の駆動モータにより回転駆動される搬送ローラ８０を含む。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_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。

８個のプラズマ発生ノズル３１の各々の近傍には、各プラズマ発生ノズル３１から放出されるプラズマのプルームＰの光を受光するための８個の受光センサ１０１ａ〜１０１ｈが配設されている。受光センサ１０１ａ〜１０１ｈは、各々、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂから下方に延設された平板状の８個の支持板１０２の下方において、受光面がプラズマ発生ノズル３１側に向かうように取り付けられている。

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。

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に一端７２１が直結された筒状体７２と、前記筒状体７２の他端７２２に固着されるナット７３と、前記ナット７３に螺合し、前記ナット７３ならびにそれに連なる筒状体７２およびスタブ７１を前記導波空間１２０に出没させるボールねじ７５と、前記ボールねじ７５を回転駆動するステッピングモータ７６と、前記ステッピングモータ７６の出力軸７６１と前記ボールねじ７５の一端部７５１とを直結する継手７７と、後述する外套７４の内周面に固定され、筒状に形成されて前記筒状体７２およびスタブ７１を収納するとともに、軸方向に形成された長孔７９１を有し、その長孔７９１内を前記筒状体７２に立設されたピン７２３が摺動することで前記ボールねじ７５によって回転駆動される筒状体７２を軸方向に変位させ、スタブ７１を導波空間１２０に出没させる案内筒７９と、これら機構を保持する前記外套７４とから構成されている。前記ステッピングモータ７６の出力軸７６１と前記ボールねじ７５の一端部７５１とは、ビス７８によって継手７７にそれぞれ固定され、連動して回転するようになる。また、出力軸７６１には、出力軸の回転数を検出するための回転検出器７６２が出力軸７６１と同心円状に取り付けられている。

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。

次に、本実施の形態によるワーク処理装置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の電気的構成を示すブロック図である。この制御系は、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と、ガス流量制御部９２と、搬送制御部９３と、スタブチューナ駆動部９８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９４，９７と、センサ９７１と、駆動モータ９３１と、流量制御弁９２３とを備えている。

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、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の開度調整をそれぞれ行う。本実施の形態では、ガス流量制御部９２は、各流量制御弁９２３の開度が同じ大きさになるように、各流量制御弁９２３の開度調整を行う。

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。

センサ入力部９４は、例えばアナログデジタル変換器及びマルチプレクサから構成され、アナログデジタル変換器は、受光素子１０１ａ〜１０１ｈが受光する光量を示すアナログの受光データを一定のサンプリング間隔で取り込み、デジタルの受光データに変換し、マルチプレクサは、アナログデジタル変換器により変換されたデジタルの受光データを受光素子１０１ａ〜１０１ｈの順番でサイクリックに全体制御部９０に出力する。

ここで、センサ入力部９４は、受光素子１０１ａ〜１０１ｈから出力された受光データを、受光素子１０１ａ〜１０１ｈの順番でサイクリックに全体制御部９０に出力するため、スタブ制御部９０２は、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がプルームＰを点灯したかを判定することが可能となる。

操作部９５は、プラズマ発生ノズル３１からプラズマを発生させるための操作指令等のユーザからの種々の操作指令が入力される。センサ入力部９７は、例えば、アナログデジタル変換器から構成され、速度センサ９７１によるワークＷの搬送速度の測定結果を全体制御部９０に出力する。速度センサ９７１は、ワークＷの搬送速度を測定する。

全体制御部９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、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の搬送速度の測定結果等をモニタし、ワークＷの搬送速度を一定にする。

具体的には、全体制御部９０は、ＲＯＭ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。

また、全体制御部９０は、点灯開始制御部９０１、スタブ制御部９０２、及び出没長記憶部９０３を備えている。点灯開始制御部９０１は、操作部９５にユーザからのプラズマを出力するための操作指令が入力されたとき、ガス流量制御部９２に流量制御弁９２３を開かせて、プラズマ発生ノズル３１に処理ガスを供給させると共に、マイクロ波出力制御部９１にマイクロ波発生装置２０からマイクロ波を出力させ、プラズマ発生ノズル３１の起動を開始させる。

スタブ制御部９０２は、点灯開始制御部９０１によりプラズマ発生ノズル３１の起動が開始されてから、受光素子１０１ａ〜１０１ｈの全てがプラズマ発生ノズル３１から放出されるプルームＰを検出するまで、スタブチューナ駆動部９８にスタブチューナユニット７０Ａのステッピングモータ７６を駆動させ、スタブチューナユニット７０Ａのスタブ７１の出没長を連続的に変化させる。以下、説明の便宜上、スタブチューナユニット７０Ａのスタブ７１に７０１の符号を付し、スタブチューナユニット７０Ｂのスタブ７１に７０２の符号を付し、スタブチューナユニット７０Ｃのスタブ７１に７０３の符号を付す。

すなわち、スタブ制御部９０２は、スタブ７０１の先端を初期出没位置Ｐ１から最大出没位置Ｐ２まで連続的に変化させ、スタブ７０１の先端が最大出没位置Ｐ２に到達すると、ステッピングモータ７６を逆回転させ、スタブ７０１の出没長を減少させ、スタブ７０１の先端が初期出没位置Ｐ１に到達するとステッピングモータ７６を正回転させ、スタブ７０１の出没長を増大させるというようにして、スタブ７０１の先端を初期出没位置Ｐ１〜最大出没位置Ｐ２の範囲内で連続的に変化させる。そして、スタブ制御部９０２は、全ての受光素子１０１ａ〜１０１ｈがプルームＰを検出したとき、スタブチューナ駆動部９８に、スタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃの各ステッピングモータ７６を駆動させ、スタブ７０１〜７０３の出没長が、出没長記憶部９０３により予め記憶されるスタブ７０１〜７０３の各々の規定出没長となるように、スタブ７０１〜７０３の出没長を設定する。なお、初期出没位置Ｐ１は導波管１０の上面と面一である。

出没長記憶部９０３は、全てのプラズマ発生ノズル３１がプルームＰを点灯したときにおける導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンスをマッチさせることができる予め定められたスタブ７０１〜７０３の各々の出没長である規定出没長を記憶する。

次に、本ワーク処理装置Ｓの動作について説明する。図１１は、本ワーク処理装置Ｓがプラズマ発生ノズル３１を起動する際の動作を示すフローチャートである。なお、本フローチャートが開始される初期状態において、スタブ７０１〜７０３の各々の先端は、初期出没位置Ｐ１に位置しているとする。まず、操作部９５にプラズマ発生ノズル３１を起動させるための操作指令が入力されると、点灯開始制御部９０１は、ガス流量制御部９２に流量制御弁を開かせてプラズマ発生ノズル３１に処理ガスを供給すると共に、マイクロ波出力制御部９１にマイクロ波発生装置２０を駆動させ、プラズマ発生ノズル３１の起動を開始する（ステップＳ１）。

次に、点灯開始制御部９０１は、スタブ７０１の先端を初期出没位置Ｐ１から最大出没位置Ｐ２の範囲内で連続的に変化させ、スタブ７０１の出没長を連続的に変化させる。このように、スタブ７０１の出没長を連続的に変化させることにより、いずれかの箇所で、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンスがマッチすることとなり、全てのプラズマ発生ノズル３１がプルームＰを点灯するまでの時間を短縮化させ、プラズマの高速点灯を実現することができる。

ここで、回転検出器７６２は、スタブ７０１の出没長が増大するように出力軸７６１が回転する正方向に、出力軸７６１が回転するときは、出力軸７６１が１回転する度に１カウントアップし、スタブ７０１の出没長が減少するように出力軸７６１が回転する逆方向に、出力軸７６１が回転するときは、出力軸７６１が回転する度に１カウントダウンすることで回転軸７６１の回転数を検出する。そのため、点灯開始制御部９０１は、回転検出器７６２において、出力軸７６１の回転数が０回とカウントされたとき、スタブ７０１の先端が初期出没位置Ｐ１に存在すると判定し、回転検出器７６２において、出力軸７６１の回転数が、最大出没位置Ｐ２を示す予め定められた回転数分カウントされたとき、スタブ７０１の先端が最大出没位置Ｐ２に存在すると判定する。

次に、スタブ制御部９０２は、全ての受光素子１０１ａ〜１０１ｈによりプルームＰが検出された場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、処理をステップＳ４に進め、全ての受光素子１０１ａ〜１０１ｈによりプルームＰが検出されない場合（ステップＳ３でＮＯ）、処理をステップＳ２に戻す。

ここで、スタブ制御部９０２は、受光素子１０１ａ〜１０１ｈから出力される受光データが予め定められた規定値以上である場合、当該受光データを出力した受光素子１０１ａ〜１０１ｈによってプルームＰが検出されたプラズマ発生ノズル３１からプルームＰが放出されたと判定する。なお、上記規定値としては、プラズマ発生ノズル３１がプルームＰを放出しているときのプルームＰの光量が採用されている。

次に、スタブ制御部９０２は、出没長記憶部９０３からスタブ７０１〜７０３の規定出没長を読み出し、スタブ７０１〜７０３の出没長が規定出没長となるように、スタブチューナ駆動部９８にステッピングモータ７６を回転させ、スタブ７０１を規定出没長まで出没させる。

これにより、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が図られ、プラズマ発生ノズル３１に効率良くプラズマを発生させることができる。

以上説明したように、本ワーク処理装置によれば、プラズマ発生ノズル３１の起動を開始してから全てのプラズマ発生ノズル３１からプルームＰが放出されるまでは、スタブ７０１を連続的に変化させ、全てのプラズマ発生ノズル３１からプルームＰが放出された後は、スタブ７０１〜７０３を規定出没長まで出没させる。

すなわち、スタブの出没長を固定すると、導波管１０内における磁場がプルームＰを放出するプラズマ発生ノズル３１の個数に応じて変化し、その変化に伴って、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンスがマッチしなくなり、全てのプラズマ発生ノズル３１からプルームＰが放出されるまで長時間かかってしまう。しかしながら、本願のようにスタブの出没長を連続的に変化させると、出没長を変化させていくうちにプラズマ発生ノズル３１と導波管１０とのインピーダンスがマッチする箇所が表れることから、スタブ７０１の出没長を連続的に変化させるという簡便な制御でありながら、装置の環境状況や装置の劣化の経時的変化にも対処することができ、全てのプラズマ発生ノズル３１からプラズマが出力されるまでの起動時間を短くすることができる。

なお、上記実施の形態では、スタブ制御部９０２は、全てのプラズマ発生ノズル３１がプルームＰを点灯するまで、スタブ７０１のみを連続的に変化させていたが、これに限定されず、スタブ７０１に加えて、スタブ７０２，７０３を連続的に変化させてもよい。これにより、多少制御は煩雑化するが、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンスがマッチする箇所が多く発生する可能性が高まり、全てのプラズマ発生ノズル３１からプラズマが出力されるまでの起動時間を更に短くすることが可能となる。

更に、スタブ７０１，７０３の初期位置を初期出没位置Ｐ１とし、スタブ７０２の初期位置を最大出没位置Ｐ２としてスタブ７０１〜７０３の出没長を連続的に変化させてもよい。

また、スタブ７０２のみ、又はスタブ７０３のみを連続的に変化させてもよいし、３つのスタブ７０１〜７０３のうち、いずれか２つのスタブ７１を連続的に変化させてもよい。また、上記実施の形態では、スタブ７１の個数を３個としたが、これに限定されず、スタブの個数を１個、２個、又は４個以上にしても良い。

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。ワーク処理装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０導波管
２０マイクロ波発生装置
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）
３６保護管
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
７１，７０１〜７０３スタブ
８０搬送ローラ
９０全体制御部
９０１点灯開始制御部
９０２スタブ制御部
９０３出没長記憶部
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
９５操作部
９４，９７センサ入力部
Ｓワーク処理装置
ＰＵプラズマ発生装置
Ｃ搬送手段
Ｗワーク

Claims

複数のプラズマ発生ノズルを含むプラズマ発生手段と、
マイクロ波を出力するマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段により出力されたマイクロ波を前記プラズマ発生ノズルに導く管状の導波手段と、
前記導波手段の管内に出没長が調整可能に配設され、前記プラズマ発生ノズルと前記導波手段とのインピーダンス整合を図るスタブと、
各プラズマ発生ノズルからプラズマが点灯されたか否かを検出する点灯検出手段と、
前記点灯検出手段により全てのプラズマ発生ノズルからプラズマの点灯が検出されるまで、前記導波手段の管内における前記スタブの出没長を連続的に変化させ、前記点灯検出手段により全てのプラズマ発生ノズルからのプラズマの点灯が検出されたとき、全てのプラズマ発生ノズルからプラズマが点灯された状態における前記導波手段と前記プラズマ発生ノズルとのインピーダンス整合が図られる予め定められた出没長に前記スタブの出没長を設定するスタブ制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
前記スタブは、複数のスタブを含み、
前記スタブ制御手段は、複数のスタブのうちいずれか１つのスタブの出没長を連続的に変化させ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。
前記点灯検出手段は、プラズマ発生ノズルから点灯されるプラズマのプルームを受光する受光素子であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ発生装置。
請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備えることを特徴とするワーク処理装置。