KR100871474B1 - 플라즈마 발생 장치 및 워크 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 발생 장치 및 워크 처리 장치 Download PDF

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히로후미 만카와
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히로후미 하야시
마사아키 미케
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Abstract

플라즈마 발생 장치로서, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 플라즈마화되는 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 마이크로파를 수신하는 수신 부재를 포함하며, 수신한 마이크로파의 에너지에 기초하여 상기 가스를 플라즈마화시켜 방출하는 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검출하여 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛;을 구비한다.
플라즈마, 마이크로파, 노즐, 누설, 워크

Description

플라즈마 발생 장치 및 워크 처리 장치{Plasma generation apparatus and work process apparatus}
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 워크 처리 장치의 전체 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1과 시선 방향을 달리 한 플라즈마 발생 유닛의 사시도이다.
도 3은 플라즈마 발생 유닛의 일부 투시 측면도이다.
도 4는 두 개의 플라즈마 발생 노즐을 확대하여 도시한 측면도(일측의 플라즈마 발생 노즐은 분해도로서 도시하였음)이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.
도 6은 플라즈마 발생 노즐에 있어서 플라즈마의 발생 상태를 설명하기 위한 투시 측면도이다.
도 7은 슬라이딩 단락의 내부 구조를 도시한 투시 사시도이다.
도 8은 서큘레이터의 작용을 설명하기 위한 플라즈마 발생 유닛의 상면도이다.
도 9는 스터브 튜너의 설치 상황을 도시한 투시 측면도이다.
도 10은 워크 처리 장치의 제어계를 도시한 블록도이다.
도 11은 도 4의 저면도(일측의 플라즈마 발생 노즐만 표시)이다.
도 12는 제1 실시 형태의 변형 실시 형태에 따른 광섬유의 부착 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 제1 실시 형태의 다른 변형 실시 형태에 따른 워크 처리 장치의 제어계를 도시한 블록도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 워크 처리 장치의 전체 구성을 도시한 사시도이다.
도 15는 도 14와 시선 방향을 달리 한 플라즈마 발생 유닛의 사시도이다.
도 16은 플라즈마 발생 노즐과 어댑터를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 17은 도 16에 도시한 어댑터의 분해 사시도이다.
도 18은 어댑터의 부착 부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 19는 어댑터의 기능을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 20은 제2 실시 형태의 변형 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 노즐과 어댑터를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시한 어댑터의 분해 사시도이다.
도 22는 제2 실시 형태의 다른 변형 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 노즐과 어댑터를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 23은 도 22에 도시한 어댑터의 분해 사시도이다.
도 24는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 유닛의 사시도이다.
도 25는 제3 실시 형태에 따른 워크 처리 장치의 제어계를 도시한 블록도이다.
도 26은 플라즈마 발생 노즐의 결함을 검출하는 처리를 도시한 흐름도이다.
도 27은 촬영부가 플룸(P)을 촬영하는 모습을 설명하는 모식도이다.
도 28은 제3 실시 형태의 변형 실시 형태에 따른 제어계를 도시한 블록도이다.
[도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명]
10: 도파관 20: 마이크로파 발생장치
30: 플라즈마 발생부 40: 슬라이딩 단락
50: 서큘레이터 60: 더미 로드
70: 스터브 튜너 80: 반송 롤러
90: 전체 제어부 100: 촬영부
200: 촬영 방향 이동부
본 발명은 기판 등의 피 처리 워크에 대하여 플라즈마를 조사함으로써 그 표면의 청정화나 개질을 도모하는 것이 가능한 플라즈마 발생 장치, 및 이를 이용한 워크 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 기판 등의 피 처리 워크에 대하여 플라즈마를 조사하고, 그 표면의 유기 오염물의 제거, 표면 개질, 식각(etching), 박막 형성 또는 박막 제거 등을 수행하는 워크 처리 장치가 알려져 있다. 예컨대 일본 특허 공개 2003-197397호 공보에는, 동심형의 내측 도전체와 외측 도전체를 갖는 플라즈마 발생 노즐을 이용하여 두 도전체 사이에 고주파의 펄스 전계(마이크로파)를 인가함으로써 아크 방전이 아니라 글로 방전을 발생시켜 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 가스 공급원으로부터 공급되는 처리 가스를 내측-외측 도전체 사이에서 선회시키면서 베이스 단부측으로부터 자유단부 측을 향하게 함으로써 고밀도의 플라즈마를 생성하고, 상기 자유단에 부착된 노즐로부터 피 처리 워크로 방사함으로써 상압 하에서 고밀도의 플라즈마를 얻고 있다.
그러나, 전술한 종래 기술에서는 플라즈마 발생 노즐의 구조만 개시되어 있을뿐, 어떻게 하면 안정적인 플라즈마(플룸)를 얻을 수 있는지에 대한 고려가 이루어지지 않아 이 점에서 개량의 여지가 필요하다 할 것이다.
본 발명의 목적은 플라즈마의 점등 상태를 정확하게 반영한 제어나 표시를 수행할 수 있는 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 워크 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 플라즈마 발생 장치는 다음과 같은 구성으로 이루어진다.
상기 플라즈마 발생 장치는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 플라즈마화되는 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 마이크로파를 수신하는 수신 부재를 포함하며, 수신한 마이크로파의 에너지에 기초하여 상기 가스를 플라즈마화 시켜 방출하는 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검출하여 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 각종 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 워크 처리 장치(S)의 전체 구성을 도시한 사시도이다. 이 워크 처리 장치(S)는, 플라즈마를 발생시켜 피 처리물인 워크(W)에 상기 플라즈마를 조사하는 플라즈마 발생 유닛(PU)(플라즈마 발생 장치)과, 워크(W)를 상기 플라즈마의 조사 영역을 경유하는 소정의 루트로 반송하는 반송 기구(C)로 구성되어 있다. 도 2는 도 1과 시선 방향을 달리 한 플라즈마 발생 유닛(PU)의 사시도, 도 3은 일부 투시 측면도이다. 한편 도 1 내지 도 3에 있어서, X-X 방향을 전후 방향, Y-Y 방향을 좌우 방향, Z-Z 방향을 상하 방향이라고 하고, -X 방향을 전 방향, +X 방향을 후 방향, -Y를 좌 방향, +Y 방향을 우 방향, -Z 방향을 하 방향, +Z 방향을 상 방향으로 하여 설명하기로 한다.
플라즈마 발생 유닛(PU)은 마이크로파를 이용하여 상온 상압에서의 플라즈마 발생이 가능한 유닛으로서, 대략적으로 마이크로파를 전파시키는 도파관(10), 이 도파관(10)의 일단 측(좌측)에 배치되어 소정 파장의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 장치(20), 도파관(10)에 설치된 플라즈마 발생부(30), 도파관(10)의 타단 측(우측)에 배치되어 마이크로파를 반사시키는 슬라이딩 단락(40), 도파 관(10)으로 방출된 마이크로파 중 반사 마이크로파가 마이크로파 발생 장치(20)로 되돌아오지 않도록 분리하는 서큘레이터(50), 서큘레이터(50)에서 분리된 반사 마이크로파를 흡수하는 더미 로드(60) 및 도파관(10)과 플라즈마 발생 노즐(31) 사이의 임피던스 정합을 도모하는 스터브 튜너(70)를 구비하여 구성되어 있다. 또한 반송 기구(C)는 도시 생략한 구동 수단에 의해 회전 구동되는 반송 롤러(80)를 포함하여 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는 평판형의 워크(W)가 반송 기구(C)에 의해 반송되는 예를 개시하고 있다.
도파관(10)은 알루미늄 등의 비자성 금속으로 이루어지고, 단면이 사각형인 긴 관 형태를 이루며, 마이크로파 발생 장치(20)에 의해 발생된 마이크로파를 플라즈마 발생부(30)로 향하게 하여 그 길이 방향으로 전파시키는 것이다. 도파관(10)은 분할된 복수 개의 도파관 피스가 서로의 플랜지부끼리 연결된 연결체로 구성되어 있으며, 일단 측부터 순서대로 마이크로파 발생 장치(20)가 탑재되는 제1 도파관 피스(11), 스터브 튜너(70)가 조립 장착되는 제2 도파관 피스(12) 및 플라즈마 발생부(30)가 설치되어 있는 제3 도파관 피스(13)가 연결되어 이루어진다. 한편, 제1 도파관 피스(11)와 제2 도파관 피스(12) 사이에는 서큘레이터(50)가 개재되며, 제3 도파관 피스(13)의 타단 측에는 슬라이딩 단락(40)이 연결되어 있다.
또한, 제1 도파관 피스(11), 제2 도파관 피스(12) 및 제3 도파관 피스(13)는 각각 금속 평판으로 이루어지는 상면판, 하면판 및 두 장의 측면판을 이용하여 각통형으로 조립되며, 그 양단에 플랜지판이 부착되어 구성되어 있다. 한편, 이러한 평판의 조립에 의하지 않고, 압출 성형이나 판상 부재의 절곡 가공 등에 의해 형성 된 사각형 도파관 피스 혹은 비 분할형의 도파관을 사용하도록 하여도 좋다. 또한 단면이 사각형인 도파관에 한정되지 않으며, 예컨대 단면이 타원인 도파관을 사용하는 것도 가능하다. 나아가, 비 자성 금속에 한정되지 않으며, 도파 작용을 갖는 각종 부재로 도파관을 구성할 수 있다.
마이크로파 발생 장치(20)는 예컨대 2.45GHz의 마이크로파를 발생시키는 마그네트론 등의 마이크로파 발생원을 구비하는 장치 본체부(21)와, 장치 본체부(21)에서 발생된 마이크로파를 도파관(10)의 내부로 방출하는 마이크로파 송신 안테나(22)를 구비하여 구성되어 있다. 본 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 유닛(PU)에서는, 예컨대 1W∼3kW의 마이크로파 에너지를 출력할 수 있는 연속 가변형의 마이크로파 발생 장치(20)가 적합하게 사용된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로파 발생 장치(20)는, 장치 본체부(21)로부터 마이크로파 송신 안테나(22)가 돌출된 형태의 것으로서, 제1 도파관 피스(11)에 올려지는 태양으로 고정되어 있다. 구체적으로 설명하면, 장치 본체부(21)가 제1 도파관 피스(11)의 상면판(11U)에 올려지고, 마이크로파 송신 안테나(22)가 상면판(11U)에 뚫린 관통공(111)을 통하여 제1 도파관 피스(11) 내부의 도파 공간(110)으로 돌출되는 태양으로 고정되어 있다. 이와 같이 구성됨으로써 마이크로파 송신 안테나(22)로부터 방출된 예컨대 2.45GHz의 마이크로파는 도파관(10)에 의해 그 일단 측(좌측)에서 타단 측(우측) 쪽으로 전파된다.
플라즈마 발생부(30)는 제3 도파관 피스(13)의 하면판(13B)(처리 대상 워크와의 대향면)에 좌우 방향으로 일렬로 정렬되어 돌출 설치된 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)을 구비하여 구성되어 있다. 이 플라즈마 발생부(30)의 너비, 즉 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)의 좌우 방향의 배열 폭은 평판형 워크(W)의 반송 방향과 직교하는 폭 방향의 크기(t)와 대략 합치되는 너비로 되어 있다. 이에 따라, 워크(W)를 반송 롤러(80)로 반송하면서, 워크(W)의 전체 표면(하면판(13B)과 대향하는 면)에 대하여 플라즈마 처리를 수행할 수 있게 되어 있다.
한편, 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)의 배열 간격은 도파관(10) 내를 전파시킬 마이크로파의 파장(λG)에 따라 정하는 것이 바람직하다. 예컨대 파장(λG)의 1/2 피치, 1/4 피치로 플라즈마 발생 노즐(31)을 배열하는 것이 바람직하며, 2.45GHz의 마이크로파를 이용하는 경우에는, λG=230mm이므로, 115mm(λG/2) 피치 혹은 57.5mm(λG/4) 피치로 플라즈마 발생 노즐(31)을 배열하면 된다.
도 4는 두 개의 플라즈마 발생 노즐(31)을 확대하여 도시한 측면도(일측의 플라즈마 발생 노즐(31)은 분해도로서 도시하였음), 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선측 단면도, 도 11은 일측의 플라즈마 발생 노즐(31)의 저면도이다. 플라즈마 발생 노즐(31)은, 중심 도전체(32)(내부 전극), 노즐 본체(33)(외부 전극), 노즐 홀더(34), 실링 부재(35) 및 보호관(36)을 포함하여 구성되어 있다.
중심 도전체(32)는 구리, 알루미늄, 놋쇠 등의 도전성이 양호한 금속으로 구성되며, φ1∼5mm 정도의 막대형 부재로 이루어지고, 그 상단부(321) 측이 제3 도파관 피스(13)의 하면판(13B)을 관통하여 도파 공간(130)으로 소정 길이만큼 돌출(이 돌출 부분을 수신부인 수신 안테나부(320)라고 함)되는 한편, 하단부(322)가 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)와 대략 높이가 동일해지도록 상하 방향으로 배치되어 있다. 이 중심 도전체(32)에는 수신 안테나부(320)가 도파관(10) 내를 전파하는 마이크로파를 수신함으로써 마이크로파 에너지(마이크로파 전력)가 제공되게 되어 있다. 해당 중심 도전체(32)는 길이 방향 대략 중간부에서 실링 부재(35)에 의해 유지되어 있다.
노즐 본체(33)는 도전성이 양호한 금속으로 구성되며, 중심 도전체(32)를 수납하는 통형 공간(332)을 갖는 통형체이다. 또한 노즐 홀더(34)도 도전성이 양호한 금속으로 구성되며, 노즐 본체(33)를 유지하는 비교적 큰 직경의 하부 유지 공간(341)과, 실링 부재(35)를 유지하는 비교적 작은 직경의 상부 유지 공간(342)을 갖는 통형체이다. 한편, 실링 부재(35)는 테프론(등록 상표) 등의 내열성 수지 재료나 세라믹 등의 절연성 부재로 이루어지며, 상기 중심 도전체(32)를 고정적으로 유지하는 유지공(351)을 그 중심축 상에 구비하는 통형체로 이루어진다.
노즐 본체(33)는 상방부터 차례대로 노즐 홀더(314)의 하부 유지 공간(341)에 끼워져 결합되는 상측 몸체부(33U)와, 후술하는 가스 밀봉 링(37)을 유지하기 위한 환형 오목부(33S)와, 환형으로 돌출 설치된 플랜지부(33F)와, 노즐 홀더(34)로부터 돌출되는 하측 몸체부(33B)를 구비하고 있다. 또한 상측 몸체부(33U)에는 소정의 처리 가스를 상기 통형 공간(332)으로 공급시키기 위한 연통공(333)이 뚫려져 있다.
상기 노즐 본체(33)는 중심 도전체(32)의 주위에 배치된 외부 도전체로서 기능하는 것으로서, 중심 도전체(32)는 소정의 환형 공간(H)(절연 간격)이 주위에 확보된 상태에서 통형 공간(332)의 중심축 상에 삽입 관통되어 있다. 노즐 본체(33) 는 상측 몸체부(33U)의 외주부가 노즐 홀더(34)의 하부 유지 공간(341)의 내주 벽과 접촉하고, 또한 플랜지부(33F)의 상단면이 노즐 홀더(34)의 하단 가장자리(343)와 접촉하도록 노즐 홀더(34)에 끼워져 결합되어 있다. 한편, 노즐 본체(33)는 예컨대 플런저나 세팅 나사 등을 이용하여 노즐 홀더(34)에 대하여 착탈 가능한 고정 구조로 장착되는 것이 바람직하다.
노즐 홀더(34)는 제3 도파관 피스(13)의 하면판(13B)에 뚫린 관통공(131)에 긴밀하게 끼워져 결합되는 상측 몸체부(34U)(상부 유지 공간(342)의 위치에 대략 대응함)와, 하면판(13B)으로부터 아래 방향으로 연장되는 하측 몸체부(34B)(하부 유지 공간(341)의 위치에 대략 대응함)를 구비하고 있다. 하측 몸체부(34B)의 외주에는 처리 가스를 상기 환형 공간(H)으로 공급하기 위한 가스 공급공(344)이 뚫려져 있다.
미도시되었지만, 이 가스 공급공(344)에는 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급관의 종단부가 접속되기 위한 관이음 등이 부착된다. 이러한 가스 공급공(344)과 노즐 본체(33)의 연통공(333)은 노즐 본체(33)가 노즐 홀더(34)로 정위치 끼워맞춤된 경우에 서로 연통 상태가 되도록 각각 위치 설정되어 있다. 한편, 가스 공급공(344)과 연통공(333)의 맞댐부로부터의 가스 누설을 억제하기 위하여, 노즐 본체(33)와 노즐 홀더(34) 사이에는 가스 밀봉 링(37)이 개재되어 있다.
상기 가스 공급공(344) 및 연통공(333)은 둘레 방향으로 등간격으로 복수 개 뚫려져 있어도 좋고, 또한 중심을 향하여 반경 방향으로 뚫리는 것이 아니라, 상기 게재한 일본 특허 공개 2003-197397호 공보와 같이 처리 가스를 선회시키도록 상기 통형 공간(332)의 외주면의 접선 방향으로 뚫려도 좋다. 또한 가스 공급공(344) 및 연통공(333)은 중심 도전체(32)에 대하여 수직이 아니라, 처리 가스의 흐름을 양호하게 하기 위하여 상단부(321) 측에서 하단부(322) 측으로 비스듬히 뚫려도 좋다.
실링 부재(35)는 그 하단 가장자리(352)가 노즐 본체(33)의 상단 가장자리(334)와 맞닿고, 그 상단 가장자리(353)가 노즐 홀더(34)의 상단 걸림부(345)와 맞닿는 형태로 노즐 홀더(34)의 상부 유지 공간(342)에 유지되어 있다. 즉, 상부 유지 공간(342)에 중심 도전체(32)를 지지한 상태의 실링 부재(35)가 끼워져 결합되고, 노즐 본체(33)의 상단 가장자리(334)에서 그 하단 가장자리(352)가 눌려지도록 하여 조립 장착되어 있는 것이다.
보호관(36)은 소정 길이의 투명한 석영 유리 파이프 등으로 이루어지며, 노즐 본체(33)의 통형 공간(332)의 내경과 대략 같은 외경을 갖는다. 이 보호관(36)은 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)에서의 이상 방전(아킹)을 방지하여 후술하는 플룸(P)을 정상적으로 방사시키는 기능을 가지고 있으며, 그 일부가 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)로부터 돌출되도록 상기 통형 공간(332)에 내삽되어 있다. 한편, 보호관(36)은 그 선단부가 하단 가장자리(331)와 일치하도록, 혹은 하단 가장자리(331)보다 내측으로 들어가도록 그 전체가 통형 공간(332)에 수납되어 있어도 좋다.
플라즈마 발생 노즐(31)은 상기한 바와 같이 구성되어 있는 결과, 노즐 본체(33), 노즐 홀더(34) 및 제3 도파관 피스(13)(도파관(10))는 도통 상태(동전위)로 되어 있는 한편, 중심 도전체(32)는 절연성의 실링 부재(35)로 지지되어 있으므 로, 이들 부재와는 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 도 6에 도시한 바와 같이, 도파관(10)이 접지 전위로 된 상태에서, 중심 도전체(32)의 수신 안테나부(320)에서 마이크로파가 수신되어 중심 도전체(32)로 마이크로파 전력이 공급되면, 그 하단부(322) 및 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331) 근방에 전계 집중부가 형성되게 된다.
이러한 상태에서, 가스 공급공(344)으로부터 예컨대 산소 가스나 공기와 같은 산소계의 처리 가스가 환형 공간(H)으로 공급되면, 상기 마이크로파 전력에 의해 처리 가스가 여기되어 중심 도전체(32)의 하단부(322) 부근에서 플라즈마(전리 기체)가 발생한다. 이 플라즈마는 전자 온도가 수 만도이나, 가스 온도는 외계 온도에 가까운 반응성 플라즈마(중성 분자가 나타내는 가스 온도에 비하여 전자가 나타내는 전자 온도가 매우 높은 상태의 플라즈마)로서, 상압 하에서 발생하는 플라즈마이다.
이와 같이 하여 플라즈마화된 처리 가스는 가스 공급공(344)으로부터 제공되는 가스 흐름에 의해 플룸(P)으로서 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)로부터 방사된다. 이 플룸(P)에는 라디칼이 포함되며, 예컨대 처리 가스로서 산소계 가스를 사용하면 산소 라디칼이 생성되게 되어, 유기물의 분해 및 제거 작용, 레지스트 제거 작용 등을 갖는 플룸(P)으로 만들 수 있다. 본 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 유닛(PU)에서는 플라즈마 발생 노즐(31)이 복수 개 배열되어 있으므로, 좌우 방향으로 연장되는 라인 형태의 플룸(P)을 발생시키는 것이 가능해진다.
게다가, 처리 가스로서 아르곤 가스와 같은 불활성 가스나 질소 가스를 사용 하면, 각종 기판의 표면 세정이나 표면 개질을 수행할 수 있다. 또한 불소를 함유하는 화합물 가스를 사용하면 기판 표면을 발수성 표면으로 개질할 수 있고, 친수기를 포함하는 화합물 가스를 사용함으로써 기판 표면을 친수성 표면으로 개질할 수 있다. 더욱이, 금속 원소를 포함하는 화합물 가스를 사용하면 기판 상에 금속 박막층을 형성할 수 있다.
이상과 같이 구성된 각 플라즈마 발생 노즐(31)에는 플룸(P)이 발생하는 광을 검출하기 위하여 광 검출 유닛이 부설된다. 본 실시 형태에서는 광 검출 유닛은 광섬유(38)(도광 부재)와 광전 변환 부재(982)(도 10)를 포함한다.
즉, 각 플라즈마 발생 노즐(31)에는 그 선단인 상기 투명한 보호관(36)에 면하여 광섬유(38)의 일단(381)(제1 단부)이 부착되어 있다. 이 광섬유(38)의 일단(381)은 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)에 부착되는 지지 부재(391)에 의해 그 단면(3811)이 상기 보호관(36)의 외주면(361)에 밀착되도록 지지되어 있다. 일단(381)은 페룰 등으로 적당히 선단 처리된 다음, 지지 부재(391)의 삽입 관통공(3911) 내에 삽입 관통되고, 나사(392) 등으로 고정된다. 한편, 광섬유(38)의 타단(382)(제2 단부)은 도 10에 도시한 바와 같이, 광전 변환 부재(982)에 접속되어 있다.
지지 부재(391)는 부착 부재(393) 및 나사(394) 등에 의해 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)에 고정 장착된다. 광섬유(38)는, 가스 공급공(344)에 접속되는 후술하는 가스 공급관(922) 등과 간섭하지 않도록 적당히 배선되며, 선재 고정구(395)에 의해 상기 제3 도파관 피스(13)의 하면판(13B)에 부착된다.
슬라이딩 단락(40)은 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)에 구비되어 있는 중심 도전체(32)와 도파관(10)의 내부를 전파하는 마이크로파와의 결합 상태를 최적화하기 위하여 구비되어 있는 것으로서, 마이크로파의 반사 위치를 변화시켜 정재파 패턴을 조정 가능하게 하기 위하여 제3 도파관 피스(13)의 우측 단부에 연결되어 있다. 따라서, 정재파를 이용하지 않는 경우에는 해당 슬라이딩 단락(40) 대신 전파 흡수 작용을 갖는 더미 로드가 부착된다.
도 7은 슬라이딩 단락(40)의 내부 구조를 도시한 투시 사시도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 슬라이딩 단락(40)은 도파관(10)과 동일한 단면이 사각형인 케이스 구조를 구비하고 있으며, 도파관(10)과 동일한 재료로 구성된 중공 공간(410)을 갖는 케이스부(41)와, 상기 중공 공간(410) 내에 수납된 원기둥 형태의 반사 블록(42)과, 반사 블록(42)의 베이스 단부에 일체로 부착되어 상기 중공 공간(410) 내를 좌우 방향으로 슬라이딩하는 사각형 블록(43)과, 이 사각형 블록(43)에 조립 장착된 이동 기구(44)와, 반사 블록(42)에 샤프트(45)를 통하여 직접 연결되어 있는 조정 노브(46)를 구비하고 있다.
반사 블록(42)은 마이크로파의 반사면인 선단면(421)이 제3 도파관 피스(13)의 도파 공간(130)에 대향하도록 좌우 방향으로 연장되는 원기둥체이다. 이 반사 블록(42)은 사각형 블록(43)과 동일한 각기둥 형태를 이루고 있어도 좋다. 상기 이동 기구(44)는 조정 노브(46)의 회전 조작에 의해 사각형 블록(43) 및 이것과 일체화된 반사 블록(42)을 좌우 방향으로 추진 또는 후퇴시키는 기구로서, 조정 노브(46)를 회전시킴으로써 반사 블록(42)이 중공 공간(410) 내에서 사각형 블록(43) 에 의해 가이드되면서 좌우 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 이러한 반사 블록(42)의 이동에 의한 선단면(421)의 위치 조정에 의해 정재파 패턴이 최적화된다. 한편, 조정 노브(46)의 회전 조작을 스테핑 모터 등을 이용하여 자동화하는 것이 바람직하다.
서큘레이터(50)는 예컨대 페라이트 기둥을 내장하는 도파관형의 3포트 서큘레이터로 이루어지며, 일단은 플라즈마 발생부(30) 쪽으로 전파된 마이크로파 중 플라즈마 발생부(30)에서 전력 소비되지 않고 되돌아 오는 반사 마이크로파를 마이크로파 발생 장치(20)로 되돌리지 않고 더미 로드(60)로 향하게 하는 것이다. 이러한 서큘레이터(50)를 배치함으로써 마이크로파 발생 장치(20)가 반사 마이크로파에 의해 과열 상태가 되는 것이 방지된다.
도 8은 서큘레이터(50)의 작용을 설명하기 위한 플라즈마 발생 유닛(PU)의 상면도이다. 도시한 바와 같이, 서큘레이터(50)의 제1 포트(51)에는 제1 도파관 피스(11)가, 제2 포트(52)에는 제2 도파관 피스(12)가, 그리고 제3 포트(53)에는 더미 로드(60)가 각각 접속되어 있다. 그리고, 마이크로파 발생 장치(20)의 마이크로파 송신 안테나(22)로부터 발생된 마이크로파는, 화살표 a로 나타낸 바와 같이, 제1 포트(51)로부터 제2 포트(52)를 경유하여 제2 도파관 피스(12)를 향한다. 이에 대하여, 제2 도파관 피스(12) 측으로부터 입사되는 반사 마이크로파는, 화살표 b로 나타낸 바와 같이, 제2 포트(52)에서 제3 포트(53)를 향하도록 편향되어 더미 로드(60)로 입사된다.
더미 로드(60)는 전술한 반사 마이크로파를 흡수하여 열로 변환하는 수냉형 (공냉형일 수도 있음)의 전파 흡수체이다. 이 더미 로드(60)에는 냉각수를 내부로 유통시키기 위한 냉각수 유통구(61)가 설치되어 있으며, 반사 마이크로파를 열 변환함으로써 발생한 열이 상기 냉각수로 열 교환되게 되어 있다.
스터브 튜너(70)는 도파관(10)과 플라즈마 발생 노즐(31) 간 임피던스 정합을 도모하기 위한 것으로서, 제2 도파관 피스(12)의 상면판(12U)에 소정 간격을 두고 직렬 배치된 3개의 스터브 튜너 유닛(70A∼70C)을 구비하고 있다. 도 9는 스터브 튜너(70)의 설치 상황을 도시한 투시 측면도이다. 도시한 바와 같이, 3개의 스터브 튜너 유닛(70A∼70C)은 동일 구조를 구비하고 있으며, 제2 도파관 피스(12)의 도파 공간(120)으로 돌출되는 스터브(71)와, 이 스터브(71)에 직접 연결된 조작봉(72)과, 스터브(71)를 상하 방향으로 출몰 동작시키기 위한 이동 기구(73)와, 이들 기구를 유지하는 덮개(74)로 구성되어 있다.
스터브 튜너 유닛(70A∼70C)에 각각 구비되어 있는 스터브(71)는 그 도파 공간(120)으로의 돌출 길이가 각 조작봉(72)에 의해 독립적으로 조정 가능하게 되어 있다. 이들 스터브(71)의 돌출 길이는 예컨대 마이크로파 전력을 모니터링하면서 중심 도전체(32)에 의한 소비 전력이 최대가 되는 지점(반사 마이크로파가 최소가 되는 지점)을 탐색함으로써 결정된다. 한편, 이러한 임피던스 정합은 필요에 따라 슬라이딩 단락(40)와 연동시켜 실행된다. 이 스터브 튜너(70)의 조작도 스테핑 모터 등을 이용하여 자동화하는 것이 바람직하다.
반송 기구(C)는 소정의 반송 경로를 따라 배치된 복수 개의 반송 롤러(80)를 구비하며, 도시 생략한 구동 수단에 의해 반송 롤러(80)가 구동됨으로써 처리 대상 인 워크(W)를 상기 플라즈마 발생부(30)를 경유하여 반송시키는 것이다. 여기서, 처리 대상인 워크(W)로는 플라즈마 디스플레이 패널이나 반도체 기판과 같은 플랫형 기판, 전자 부품이 실장된 회로 기판 등을 예시할 수 있다. 또한 플랫형 형상이 아닌 부품이나 세트 부품 등도 처리 대상으로 할 수 있으며, 이 경우에는 반송 롤러 대신 벨트 컨베이어 등을 채용하면 된다.
다음, 제1 실시 형태에 따른 워크 처리 장치(S)의 전기적 구성에 대하여 설명하기로 한다. 도 10은 워크 처리 장치(S)의 제어계를 도시한 블록도이다. 이 제어계는 CPU(중앙 연산 처리 장치)(901) 및 그 주변 회로 등으로 이루어지며, 전체 제어부(90)와, 출력 인터페이스나 구동 회로 등으로 이루어지는 마이크로파 출력 제어부(91), 가스 유량 제어부(92) 및 반송 제어부(93)와, 표시 수단이나 조작패널 등으로부터 이루어지며, 상기 전체 제어부(90)에 대하여 소정의 조작 신호를 제공하는 조작부(95)와, 입력 인터페이스나 아날로그/디지털 변환기 등으로 이루어지는 제1∼제3 센서 입력부(96∼98)와, 유량 센서(961) 및 속도 센서(971)와, 구동 모터(931) 및 유량 제어 밸브(923)를 구비하여 구성된다.
여기서, 제3 센서 입력부(98)(출력부)는 플룸(P)에 따른 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛의 일부를 구성하는 것으로서, 실드 케이스(981), 플라즈마 발생 노즐(31)의 수에 따른 8개의 광전 변환 부재(982), 멀티플렉서(983) 및 아날로그/디지털(A/D) 변환기(984)를 구비하고 있다. 이 제3 센서 입력부(98)는 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 이간되어 배치되어 있다.
실드 케이스(981)는 광전 변환 부재(982), 멀티플렉서(983) 및 아날로그/디 지털 변환기(984)를 수납하기 위한 것으로서, 이들 전자 부재에 마이크로파 노이즈의 영향이 미치지 않도록 하기 위하여 마이크로파의 차폐 능력을 갖는 금속 등의 부재로 구성된다.
광전 변환 부재(982)는 플룸(P)이 발생하는 광에 대하여 감도를 갖는 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자로 이루어진다. 광전 변환 부재(982)의 수광면에는 광섬유(38)의 타단(382)이 대향되고, 광전 변환 부재(982)는 각 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 발생되는 플룸(P)의 휘도에 대응한 전기적 신호(아날로그 신호)를 출력한다.
멀티플렉서(983)는 복수 개의 광전 변환 부재(982)에서 얻어진 아날로그 신호를 시분할로 선택하는 것이다. 아날로그/디지털 변환기(984)는 멀티플렉서(983)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호로서 출력한다. 이 디지털 신호는 플룸(P)의 점등 상태를 나타내는 전기적 신호로서 전체 제어부(90)로 제공된다.
마이크로파 출력 제어부(91)는 마이크로파 발생 장치(20)로부터 출력되는 마이크로파의 ON-OFF 제어, 출력 강도 제어를 수행하는 것으로서, 상기 2.45GHz의 펄스 신호를 생성하여 마이크로파 발생 장치(20)의 장치 본체부(21)에 의한 마이크로파 발생의 동작 제어를 수행한다.
가스 유량 제어부(92)는 플라즈마 발생부(30)의 각 플라즈마 발생 노즐(31)로 공급하는 처리 가스의 유량 제어를 수행하는 것이다. 구체적으로는, 가스 봄베 등의 처리 가스 공급원(921)과 각 플라즈마 발생 노즐(31)을 접속하는 가스 공급 관(922)에 설치된 상기 유량 제어 밸브(923)의 개폐 제어 내지는 개방 정도의 조정을 각각 수행한다.
반송 제어부(93)는 반송 롤러(80)를 회전 구동시키는 구동 모터(931)의 동작 제어를 수행하는 것으로서, 워크(W)의 반송 개시/정지 및 반송 속도의 제어 등을 수행한다.
전체 제어부(90)는 해당 워크 처리 장치(S)의 전체적인 동작 제어를 담당하는 것으로서, 조작부(95)로부터 제공되는 조작 신호에 따라 센서 입력부(96)로부터 입력되는 유량 센서(961)의 측정 결과, 제2 센서 입력부(97)로부터 입력되는 속도 센서(971)에 의한 워크(W)의 반송 속도, 제3 센서 입력부(98)로부터 입력되는 각 플라즈마 발생 노즐(31)에서의 플라즈마의 점등 상태(플룸으로부터 발생되는 광)의 측정 결과 등을 모니터링하고, 상기 마이크로파 출력 제어부(91), 가스 유량 제어부(92) 및 반송 제어부(93)를 소정의 시퀸스에 의거하여 동작 제어한다.
구체적으로는, 상기 CPU(901)는 제1 메모리(902)에 미리 저장되어 있는 제어 프로그램에 기초하여 워크(W)의 반송을 개시시켜 워크(W)를 플라즈마 발생부(30)로 안내하고, 소정 유량의 처리 가스를 각 플라즈마 발생 노즐(31)로 공급시키면서 마이크로파 전력을 제공하여 플라즈마(플룸(P))를 발생시키고, 워크(W)를 반송하면서 그 표면에 플룸(P)을 방사시키는 것이다. 이에 따라, 복수 개의 워크(W)를 연속적으로 처리한다.
이 때, CPU(901)는 복수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)의 각각에 대하여 설치되는 광섬유(38)에 의해 검출되어 제3 센서 입력부(98)로 안내된 광의 강도에 기초 하여 각 플라즈마 발생 노즐(31)에서의 플라즈마 점등 상태를 모니터링한다.
그리고, CPU(901)는 제2 메모리(903)에 있어서, 제조 회사 측에서 미리 측정되어 저장되어 있는 원하는 플룸의 크기나 형상을 얻을 수 있는 휘도값을 읽어내어 그 휘도값이 되도록 제1 메모리(902)에 저장되어 있는 제어 프로그램에 기초하여 상기 유량 제어 밸브(923)의 개폐 제어 내지는 개방 정도의 조정을 각각 수행한다. 예컨대, 휘도값을 크게(플룸(P)을 크게) 하는 경우에는 유량을 올리는 것 등이다. 또한 검출된 각 플라즈마 발생 노즐(31)의 플라즈마 점등 상태는 조작부(95)가 구비하는 표시부에서 표시된다.
이상 설명한 워크 처리 장치(S)에 따르면, 워크 반송 기구(C)로 워크(W)를 반송하면서, 도파관(10)에 복수 개 배열하여 부착된 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 플라즈마화된 가스를 워크(W)에 대하여 방사하는 것이 가능하므로, 복수 개의 피 처리 워크에 대하여 연속적으로 플라즈마 처리를 수행할 수 있고, 또한 대면적의 워크에 대해서도 효율적으로 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 따라서, 배치(batch) 처리 타입의 워크 처리 장치에 비하여 각종 피 처리 워크에 대한 플라즈마 처리 작업성이 뛰어난 워크 처리 장치(S) 혹은 플라즈마 발생 장치(PU)를 제공할 수 있다. 게다가, 외계의 온도 및 압력으로 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 진공 챔버 등을 필요로 하지 않아 설비 구성을 간소화시킬 수 있다.
또한, 마이크로파 발생 장치(20)로부터 발생된 마이크로파를 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)이 구비하는 중심 도전체(32)에서 수신하도록 하고, 그 마이크로파의 에너지에 기초하여 각각의 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 플라즈마화된 가스 를 방출시킬 수 있으므로, 마이크로파가 보유하는 에너지의 각 플라즈마 발생 노즐(31)로의 전달계를 간소화시킬 수 있다. 따라서, 장치 구성의 심플화, 비용 절감 등을 도모할 수 있다.
나아가, 복수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)이 일렬로 정렬 배치되어 이루어지는 플라즈마 발생부(30)가 평판형의 워크(W)의 반송 방향과 직교하는 폭 방향의 크기(t)에 대략 합치한 너비를 가지고 있으므로, 해당 워크(W)를 반송 기구(C)에 의해 한 번만 플라즈마 발생부(30)를 통과시키는 것만으로 그 전면의 처리를 완료시킬 수 있고, 평판형의 워크에 대한 플라즈마 처리 효율을 훨씬 더 향상시킬 수 있다. 또한 반송되어 오는 워크(W)에 대하여 동일한 타이밍에서 플라즈마화된 가스를 방사시킬 수 있게 되어 균질한 표면 처리 등을 수행할 수 있다.
나아가, 플룸(P)의 광을 광섬유(38)로 포착하고, 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 이간되어 배치된 제3 센서 입력부(98)에서 전기 신호로 변환하는 구성으로 되어 있으므로, 광전 변환 부재(982)에서의 광전 변환에 의해 얻어진 미약한 전압 및/또는 전류는 마이크로파 노이즈의 영향을 받지 않는다. 따라서, 아날로그/디지털 변환기(984)에 있어서 제어나 표시를 위하여 사용되는 디지털 신호로 정확하게 변환할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마의 점등 상태를 정확히 반영한 제어나 표시가 가능해지고, 안정적인 플룸(P)을 얻을 수 있다. 또한 플라즈마 발생 노즐(31) 주위에 광전 변환 부재(982)가 존재하지 않으므로, 워크(W)를 플라즈마 발생 노즐(31)에 근접시켜 밀도가 높은 플라즈마를 조사할 수 있다.
또한, 제3 센서 입력부(98)의 구성 요소가 실드 케이스(981) 내에 수납됨으 로써 광전 변환한 후의 신호를 취급하는 멀티플렉서(983) 및 아날로그/디지털 변환기(984) 자체에 대한 상기 마이크로파 노이즈의 영향도 작게 할 수 있고, 상기 제어를 위한 출력이나 표시를 위한 출력 등을 훨씬 정확하게 출력할 수 있다.
계속하여, 전술한 제1 실시 형태의 변형 실시 형태에 대하여 설명하기로 한다. 도 12는 제1 실시 형태의 변형 형태에 따른 광섬유(38)의 부착 상태를 설명하기 위한 사시도로서, 전술한 도 4 내지 도 6에서 도시한 구성과 유사하며, 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여서 도시하고 그 설명을 생략한다. 주목할 점은, 이 변형 실시 형태에서는 광섬유(38)가 상기 플라즈마 발생 노즐(31)의 선단에 있어서, 그 일단(381)(제1 단부)이 플라즈마화된 가스의 분출 방향으로 직렬로 복수 개 설치된다는 점이다.
구체적으로는, 예컨대 상기 도 12에서 도시한 바와 같이, 각 광섬유(38)의 일단(381)은 그 단면(3811)이 높이가 동일해지도록 광섬유(38)의 배열 방향으로 분할된 한 쌍의 지지 부재(391A, 391B)에 개재되고, 나사(396)로 상기 지지 부재(391A, 391B)가 죄어짐으로써 상기 지지 부재(391A, 391B)에 유지 고정된다. 이 지지 부재(391A, 391B)는 나사(394')에 의해 각각 부착 부재(393')에 부착되며, 이 부착 부재(393')는 나사(394)에 의해 상기 노즐 본체(33)의 하단 가장자리(331)에 고정 장착된다.
이와 같이 플라즈마 발생 노즐(31)의 가스의 분출 방향을 따라 복수 개의 광섬유(38)의 단면(3811)을 대향시킴으로써 플룸(P)의 강도를 꼼꼼하게 감시할 수 있다.
도 13은 제1 실시 형태의 또 다른 변형 실시 형태에 따른 워크 처리 장치(S')의 제어계를 도시한 블록도이다. 이 도 13의 구성은 전술한 도 10에서 도시한 구성과 유사하며, 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여서 도시하고 그 설명을 생략한다. 주목할 점은, 이 변형 실시 형태에서는 광섬유(38)의 타단(382)의 단면이 하나의 광전 변환 부재(982)에 일제히 면해 있다는 점이다. 따라서, 상기 멀티플렉서(983)는 설치되어 있지 않으며, 이 광전 변환 부재(982)는 직접 아날로그/디지털 변환기(984)에 접속되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 각 플라즈마 발생 노즐(31)에서의 플룸(P)의 개별적인 휘도는 검출할 수 없게 되지만, 각 플라즈마 발생 노즐(31)에서의 플룸(P)의 표준적인 발광 광량은 미리 정해져 있으므로, 복수 개의 플라즈마 발생 노즐에서의 발광 광량의 합으로부터 몇 개의 플라즈마 발생 노즐이 점등되었는지를 일괄적으로 감시할 수 있어 효율적이다.
이상의 것 이외에, 제1 실시 형태에 대하여 예컨대 하기와 같은 변형 실시 형태를 채용할 수 있다.
(1) 상기 실시 형태에서는 복수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)을 일렬로 정렬 배치한 예를 개시하였으나, 노즐 배열은 워크(W)의 형상이나 마이크로파 전력 등에 따라 적당히 결정하면 되며, 예컨대 워크(W)의 반송 방향으로 복수 열 플라즈마 발생 노즐(31)을 매트릭스 정렬하거나 지그재그 배열하여도 좋다.
(2) 상기 실시 형태에서는 이동 수단으로서 워크(W)를 반송하는 반송 기구(C)가 사용되며, 그 반송 기구(C)로는 반송 롤러(80)의 상면에 워크(W)를 올려놓 고 반송하는 형태를 예시하였다. 이 이외에, 예컨대 상하의 반송 롤러 사이에 워크(W)를 집게 하여 반송시키는 형태, 반송 롤러를 사용하지 않고 소정의 바스켓 등에 워크를 수납하여 상기 바스켓 등을 라인 컨베이어 등으로 반송시키는 형태, 혹은 로봇 핸드 등으로 워크(W)를 파지하여 플라즈마 발생부(30)로 반송시키는 형태이어도 좋다. 혹은, 이동 수단으로는 플라즈마 발생 노즐(31) 측을 이동시키는 구성이어도 좋다. 즉, 워크(W)와 플라즈마 발생 노즐(31)은 플라즈마 조사 방향(Z 방향)과 교차하는 면(X, Y면) 상에서 상대적으로 이동시키면 된다.
(3) 상기 실시 형태에서는 마이크로파 발생원으로서 2.45GHz의 마이크로파를 발생시키는 마그네트론을 예시하였으나, 마그네트론 이외의 각종 고주파 전원도 사용 가능하며, 또한 2.45GHz와 다른 파장의 마이크로파를 사용하도록 하여도 좋다.
(4) 도파관(10) 내에서의 마이크로파 전력을 측정하기 위하여, 전력미터를 도파관(10)의 적당한 곳에 설치하는 것이 바람직하다. 예컨대, 마이크로파 발생 장치(20)의 마이크로파 송신 안테나(22)로부터 방출된 마이크로파 전력에 대한 반사 마이크로파 전력의 비를 알아내기 위하여, 서큘레이터(50)와 제2 도파관 피스(12) 사이에 전력미터를 내장하는 도파관을 개재시키도록 할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 14는 제2 실시 형태에 따른 워크 처리 장치(S2)의 전체 구성을 도시한 사시도이다. 이 워크 처리 장치(S2)는 플라즈마를 발생시켜 피 처리물인 워크(W)에 상기 플라즈마를 조사하는 플라즈마 발생 유닛(PU2)(플라즈마 발생 장치)과, 워크(W)를 상기 플라즈마의 조사 영역을 경유하는 소정의 루트로 반송하는 반송 기 구(C)로 구성되어 있다. 도 1은 도 14와 시선 방향을 달리 한 플라즈마 발생 유닛(PU2)의 사시도이다. 한편, 도 1 및 도 2와 동일한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여서 도시하고, 그 설명을 생략한다.
이러한 제2 실시 형태는 플라즈마 발생 노즐(31)의 선단에 해당 플라즈마 발생 노즐(31)이 갖는 환형의 가스 분출구를 길이가 긴 분출구로 변환하는 어댑터(23)가 부착되어 있는 점, 그리고, 이 어댑터(23)의 내부에 있어서 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검지하도록 한 점에서 주로 앞의 제1 실시 형태와 다르다.
또한 각 플라즈마 발생 노즐(31)에 대응시켜 스터브 튜너 유닛(70X)을 개별적으로 설치하도록 한 점, 플라즈마 발생 노즐(31)의 근방을 통과하는 냉각 배관(39)이 설치되어 있는 점에서도 다르다.
이하, 어댑터(23) 부분에 관하여 상세하게 설명한다. 도 16은 플라즈마 발생 노즐(31)과 어댑터(23)를 확대하여 도시한 단면도이고, 도 17은 어댑터(23)의 분해 사시도이며, 도 18은 제3 도파관 피스(13)에서의 그들의 부착 부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
플라즈마 발생 노즐(31)의 구성은 도 5에 도시한 것과 거의 동일하나, 어댑터(23)가 부착됨에 따라 제1 실시 형태와 다른 형태로 된 노즐 본체(33')의 하측 몸체부(33B')를 가지고 있다. 즉, 하측 몸체부(33B')는 어댑터(23)를 부착하기 위하여, 그 하단측에 축경 몸체부(338)가 설치되어 있다. 또한 어댑터(23)가 플라즈마 가스를 내부에 저장함으로써 고온이 되므로, 그 열의 플라즈마 발생 노즐(31) 측으로의 전파를 억제하기 위하여 하측 몸체부(33B')의 측면 둘레벽에 방열 핀(339)이 설치되어 있다.
어댑터(23)는 대략적으로 노즐 본체(33)의 축경 몸체부(338)가 끼워져 들어가는 부착부(231)와, 부착부(231)의 선단으로부터 수평 방향으로 연장되는 플라즈마 챔버(232)와, 플라즈마 챔버(232)에 씌워지는 한 쌍의 슬릿판(233, 234)을 구비하여 구성된다. 부착부(231)와 플라즈마 챔버(232)는 절삭 또는 주조에 의해 이루어지며, 일체로 형성되어 있다. 슬릿판(233, 234)은 절삭이나 펀칭 가공에 의해 형성되어 있다.
부착부(231)는 통 형태로 형성되며, 이 통 안에 하측 몸체부(33B')의 축경 몸체부(338)가 끼워져 들어간다. 부착부(231)의 측부에 형성된 나사공(2311)에 부착 나사(235)가 나사 결합되면, 그 선단(2351)이 하측 몸체부(33B')의 외주면에 형성된 오목부(33B1)에 끼워져 들어가 빠짐 방지가 이루어진다. 또한 슬릿판(233, 234)은 복수 개의 플레이트 나사(236)에 의해 플라즈마 챔버(232)의 바닥면에 부착된다. 이 부착부(231)의 주위에는 어댑터(23)의 열을 방산시키기 위한 방열 핀(2319)이 설치되어 있다.
플라즈마 챔버(232)는 부착부(231)의 하단(2312)으로부터 서로 이반 방향으로 연장되는 한 쌍의 챔버부(2321, 2322)로 이루어진다. 챔버부(2321, 2322)에 걸쳐 상방으로 오목해지는 길이가 긴 홈(2323)이 연통되어 형성되어 있고, 그 홈(2323)의 대략 중앙부가 부착부(231)의 내주부에 연통된 대 직경의 개구부(2324)로 되어 있다.
이와 같이 형성되는 홈(2323) 상에 슬릿판(233, 234)이 끼워져 들어간다. 이 에 따라, 슬릿판(233, 234) 및 챔버부(2321, 2322)로 둘러싸인 공간이 가늘고 긴 챔버가 된다. 노즐 본체(33)의 통형 공간(332)으로부터 방사된 플라즈마화된 가스는 부착부(231)로부터 개구부(2324)를 거쳐 홈(2323) 내를 전파하고, 슬릿판(233, 234) 사이에 형성되어 있는 분출구(237)로부터 띠 형태로 방사된다. 분출구(237)의 폭(W0)은 상기 노즐 본체(33)의 통형 공간(332)의 지름(φ)보다 충분히 크며, 예컨대 φ=5mm에 대하여 W0=70mm이다.
어댑터(23)를 부착하지 않고, 중심 도전체(32)와 노즐 본체(33) 사이의 통형 공간(332)으로부터 플라즈마화된 가스를 방사하는 플라즈마 발생 노즐(31)에서는 도 19에서 도시한 바와 같이, 폭이 넓은 워크(W)의 원하는 조사 위치(P)에 플라즈마 조사하는 경우, 통형 공간(332)으로부터의 행로(L1)의 대부분에서 플라즈마가 냉각되어 소멸되는 비율이 높아진다.
이에 대하여, 환형의 분출구를 길이가 긴 분출구(237)로 변환하는 이 어댑터(23)를 장착함으로써 조사 위치(P)까지 동일한 행로 길이라도 고온이 되는 어댑터(23) 내를 통과하는 행로(L21)에서는 플라즈마가 잘 냉각되지 않는다. 플라즈마가 냉각되는 것은 조사 위치(P) 바로 근방의 개구 부분에서 나와 실제로 조사 위치에 도달할 때까지의 약간의 행로(L22)에서뿐이며, 조사 위치(P)가 노즐 본체(33)로부터 떨어져 있어도 플라즈마가 소실될 비율이 작아진다. 이에 따라, 무턱대고 큰 플라즈마 발생 노즐을 사용하지 않고, 저비용으로 제어가 용이한 소 직경의 플라즈마 발생 노즐을 이용하여도 폭이 넓은 워크(W)에 대하여 균등한 플라즈마 조사를 수행할 수 있다.
여기서, 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 방출되는 가스를 일시적으로 가두게 되는 어댑터(23)를 사용하면, 플라즈마 점등되었는지 소등되었는지를 알기가 어려워진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 어댑터(23)에 플라즈마 챔버(232) 내의 플라즈마 광을 검출하는 광 센서(24)(광 검출 유닛)를 설치하였다.
광 센서(24)를 설치함으로써, 플라즈마 발생 노즐(31)의 선단을 직접 육안으로 볼 수 없어도, 플라즈마 광의 색이나 휘도로부터 플라즈마 점등되었는지 소등되었는지, 나아가서는 점등된 경우의 색이나 휘도 등으로부터 플라즈마의 온도나 크기 등을 추정할 수 있다. 그리고, 그 검출 결과에 기초하여 각 플라즈마 발생 노즐(31)로 공급되는 가스 공급량이 제어되어, 플라즈마의 점등 상태를 제어하는 것이 가능해진다.
또한 본 실시 형태에서는 각 플라즈마 발생 노즐(31)에 개별적으로 대응하여 설치되는 스터브 튜너 유닛(70X)을 이용하여 플라즈마의 점등 상태를 제어할 수 있다. 각 스터브 튜너 유닛(70X)의 스터브(71)의 도파 공간(130)으로의 돌출 길이가 조정되며, 돌출 길이를 길게 할수록 대응하는 플라즈마 발생 노즐(31)에서 소비되는 에너지를 적게 할 수 있다.
광 센서(24)는 플라즈마 챔버(232) 내의 일단에 설치되고, 또한 고온의 플라즈마 가스를 내부에 저장하는 플라즈마 챔버(232) 내에 노출되어 설치되는 것이 아니라, 내열성 및 광 투과성을 갖는 유리 등의 차폐 부재(241)에 의해 이 광 센서(24) 측과 나머지 내부 공간으로 구획되어 설치된다. 이에 따라, 플라즈마 온도의 저하에 따른 개질 성능의 저하를 초래하지 않고, 광 센서(24)의 온도를 예컨대 70℃ 정도로 억제하여, 이 광 센서(24)의 감도 변화나 암전류의 증가 등 과열로 인한 영향을 억제할 수 있다.
광 센서(24)는 반드시 플라즈마 챔버(232) 내의 단부에 설치될 필요는 없다. 광 센서(24)가 내열성을 가지며, 또한 플라즈마 챔버(232)의 내면이 상기 금속 재료의 절삭 혹은 도금이나 도장 등으로 고반사율로 형성되어 있는 경우에는, 플라즈마 챔버(232) 내의 임의의 곳에 배치하여도 좋다.
광 센서(24)로는 예컨대 포토 다이오드나 포토 트랜지스터 등의 광전 변환 소자를 이용할 수 있다. 바람직하게는, 이들 소자를 복수 개 배열한 다음에, 또는 하나의 소자를 복수 개의 검지 영역으로 영역 분할한 다음에, 플라즈마 발광 색을 식별 가능하게 하는 파장 선택 필터 등을 설치한다. 광 센서(24)는 플라즈마 챔버(232)의 일단으로부터 챔버 내를 향하여 부착공을 뚫고, 그 부착공 내에 끼워넣음으로써 부착된다.
어댑터(23)에는 이 어댑터(23)를 예열하기 위한 히터(25)가 설치되어 있다. 이 히터(25)는 발열 저항체나 와이어 히터 등으로 이루어지며, 그 양단으로부터 인출된 리드 선(251) 사이에 전압이 인가됨으로써 발열한다.
어댑터(23)는 플라즈마 발생 노즐(31)이 잠시 운전되면(예컨대 5분 정도), 전술한 바와 같이 내부에 저장한 플라즈마 가스에 의해 고온이 되어, 일단 소등하여도 다시 마이크로파를 제공하면 용이하게 점등시킬 수 있다. 그러나, 플라즈마 발생 노즐(31)의 기동 시나 잠시 운전을 중지한 후의 운전 재개시 등 이 어댑터가 방열되어 있는 상태에서는, 플라즈마 발생 노즐(31) 단독으로 플라즈마 점등시키는 것보다 점등시키기가 어려워진다. 따라서, 기동성 개선을 위한 이 히터(25)를 어댑터(23)에 덧설치해 둠으로써 이 어댑터(23)를 장착한 상태에서도 용이하게 플라즈마 점등시킬 수 있음과 동시에, 점등 직후부터 균일한 플라즈마 조사를 수행할 수 있다. 이에 따라, 처리할 워크(W)가 간헐적으로 반송되어 오는 등 빈번하게 플라즈마의 점등/소등을 반복하는 워크 처리 장치(S2)에 특히 적합하다.
아울러, 본 실시 형태에서는 냉각수 유로인 상기 냉각 배관(39)을 설치함으로써 팬 등에 의한 공냉에 비하여 높은 냉각 효과를 얻을 수 있게 되어 있다. 이에 따라, 실링 부재(35)의 열화로 인한 중심 도전체(32)의 느슨함을 방지하여 안정적으로 점등시킬 수 있음과 동시에, 저온 시에 플라즈마 발생 노즐(31)로부터의 열이 도파관(10)으로 전달되어 결로를 발생시키게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한 냉각 배관(39)을 관로(391)에 의해 더미 로드(60) 내의 마이크로파 흡수관의 출구인 냉각수 유통구(61)와 연결함으로써 공통의 냉각수를 순환시켜, 냉각수의 순환 기구를 공용화할 수 있다.
또한, 복수 개의 플라즈마 발생 노즐(31)이 워크(W)의 반송 방향(D1)과 직교 방향인 이 도파관(10)의 길이 방향(D2)으로 배열되어 부착되는 경우, 도 7에서 확대하여 도시한 바와 같이, 어댑터(23)의 축선(D3)은 플라즈마 발생 노즐(31)의 배열 방향(도파관(10)의 길이 방향)에 대하여 소정의 각도(α)만큼 오프셋 경사되어 부착되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 상기 길이가 긴 분출구(237)의 길이 방향의 단부로부터 분출된 플라즈마가 인접하는 어댑터(23) 사이에서 서로 충돌하지 않도록 할 수 있고, 그 단부 부근에서의 플라즈마 밀도의 저하를 억제할 수 있다.
더욱이, 그 분출구(237)의 길이 방향의 단부가 상기 반송 방향(D1)에서 보았을 때 오버랩되어 있다. 이로써, 상대적으로 플라즈마 밀도가 낮아지는 분출구(237)의 길이 방향의 단부 부근에서 워크(W)로 조사되는 플라즈마 밀도를 대략 균일하게 할 수 있다. 오버랩 양(W4)은 챔버부(2321, 2322)의 길이, 분출구(237)의 형상, 가스 유량 등에 대응하여 적당히 정하면 된다.
계속하여, 전술한 제2 실시 형태의 변형 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 20은 제1 실시 형태의 변형 형태에 따른 워크 처리 장치에 있어서 플라즈마 발생 노즐(31) 및 어댑터(38)를 확대하여 도시한 단면도, 도 21은 어댑터(38)의 분해 사시도이며, 이들 도면은 전술한 도 16 및 도 17에 각각 대응해 있다. 이 변형 실시 형태에서는 어댑터(23)에 대한 광 센서(24)의 부착 구조를 상기와 다른 구성으로 하였다. 나머지 구성은 전술한 도 16, 도 17과 동일하며, 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여서 도시하고 그 설명을 생략하기로 한다.
구체적으로는, 길이가 긴 플라즈마 챔버(232')의 일단으로부터 차광성을 갖는 재료로 얇게 형성되는 관로(238)가 연장 설치되어 있다. 이 관로(238)의 선단에 테프론(등록 상표) 등으로 이루어지는 단열 부재(239)의 케이스 내에 광 센서(24)가 부착되어 있다. 광 센서(24)와 관로(238)의 출구 사이에는 차폐 부재(241)가 개재된다.
상기의 변형 실시 형태에서는 고온의 플라즈마 가스를 내부에 저장하는 플라즈마 챔버(232) 내의 광을 포착하도록 상기 광 센서(24)를 설치함에 있어, 이 광 센서(24)를 플라즈마 챔버(232) 내에 직접 설치하는 것이 아니라, 열 전도가 작은 얇은 관로(238)와 단열 부재(239)를 통하여 설치하므로, 광 센서(24)에 대한 열 전도를 훨씬 잘 억제할 수 있다.
도 22는 제2 실시 형태의 다른 변형 실시 형태에 따른 워크 처리 장치에 있어서 플라즈마 발생 노즐(31) 및 어댑터(38)를 확대하여 도시한 단면도, 도 23은 어댑터(38)의 분해 사시도이다. 이 변형 실시 형태에서는 어댑터(23)에 광 센서(24)는 부착되어 있지 않으며, 이 어댑터(23)로부터 이간된 위치, 예컨대 제어계의 기판 등에 탑재되고, 상기 플라즈마 광은 광섬유(242)를 통하여 전달된다. 나머지 구성은 전술한 도 16 및 도 17과 동일하며, 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여서 도시하고, 그 설명을 생략한다.
길이가 긴 플라즈마 챔버(232)의 일단에 부착공(2329)이 뚫려져 있다. 부착공(2329)에는 그 내방으로부터 내열성을 갖는 집광 렌즈(243)가 끼워져 들어가 있다. 한편, 부착공(2329)의 외방으로부터는 광섬유(242)의 일단이 끼워져 들어가 있다. 광섬유(242)의 타단은 제어계의 기판 등에 설치한 지지 부재(244) 내에서 렌즈(245)를 통하여 광 센서(24)에 대향 배치되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 광 센서(24)가 어댑터(23)의 열의 영향을 받지 않도록 할 수 있고, 광 센서(24)의 열화 등을 확실하게 억제할 수 있다.
[제3 실시 형태]
도 24는 제3 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 유닛(PU3)(플라즈마 발생 장치)을 도시한 사시도이다. 한편, 도 1, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 참조 부호 를 붙여서 도시하고 그 설명을 생략한다. 이 제3 실시 형태에서는 광 검출 유닛의 다른 예로서 플라즈마 발생부(30)(플라즈마 발생 노즐(31))로부터 방출되는 플룸(P)의 화상을 촬영하는 촬영부(100) 및 촬영 방향 이동부(200)가 구비되며, 플룸(P)의 화상에 기초하여 각종 제어를 수행하는 예를 개시한다.
도 24에 도시한 바와 같이, 촬영부(100)는 CCD 등의 광전 변환 소자를 이용하여 동영상 또는 정지 화상을 촬영할 수 있는 공지의 카메라로 구성되고, 렌즈부(101) 및 본체부(102)를 구비한다. 본체부(102)는 직육면체 형태의 케이스를 가지며, 케이스의 바닥면에는 촬영부(100)의 촬영 방향을 이동시키기 위한 촬영 방향 이동부(200)가 배열되어 있다.
촬영 방향 이동부(200)는 본체부(102)가 올려지는 카메라대(201)와, 본체부(102)의 바닥면에 부착되며, 카메라대(201)를 관통하는 축(202)과, 축(202)에 부착되며, 촬영부(100)를 부채꼴로 스윙시키는 모터(203)를 구비하고 있다. 모터(203)는 도 25에 도시한 전체 제어부(194)의 제어 하에서, 도 24에 도시한 바와 같이 촬영부(100)가 좌단에 배열된 플라즈마 발생 노즐(31)에서 우단에 배열된 플라즈마 발생 노즐(31)까지를 촬영할 수 있도록, 촬영부(100)를 플라즈마 발생 노즐(31)의 배열 방향을 따라 스윙시킨다.
다음, 제3 실시 형태에 따른 워크 처리 장치(S3)의 전기적 구성에 대하여 설명한다. 도 25는 워크 처리 장치(S3)의 제어계(190)를 도시한 블록도이다. 이 제어계(190)는 CPU(중앙 연산 처리 장치) 등으로 이루어지며, 기능적으로 마이크로파 출력 제어부(191), 가스 유량 제어부(192), 모터 제어부(193), 전체 제어부(194)가 구비되어 있다. 또한, 전체 제어부(194)에 대하여 소정의 조작 신호를 제공하는 조작부(195), 모터(203)를 제어하는 모터 제어부(196), 사용자에게 장치의 고장을 알림과 동시에, 촬영부(100)에 의해 촬영된 화상을 표시하는 상태 감시부(197)를 구비하고 있다.
마이크로파 출력 제어부(191)는 마이크로파 발생 장치(20)로부터 출력되는 마이크로파의 ON-OFF 제어, 출력 강도 제어를 수행하는 것으로서, 소정의 펄스 신호를 생성하여 마이크로파 발생 장치(20)의 장치 본체부(21)에 의한 마이크로파 발생의 동작 제어를 수행한다. 구체적으로는, 마이크로파 출력 제어부(191)는 후술하는 가동 제어부(1942)로부터 마이크로파 정지 신호를 수신하였을 때, 마이크로파 발생 장치(20)에 마이크로파의 출력을 정지시키고, 가동 제어부(1942)로부터 마이크로파 출력 신호를 수신하였을 때, 마이크로파 발생 장치(20)에 마이크로파의 출력을 개시시킨다.
가스 유량 제어부(192)는 플라즈마 발생부(30)의 각 플라즈마 발생 노즐(31)에 공급하는 처리 가스의 유량 제어를 수행하는 것이다. 구체적으로는, 가스 봄베 등의 처리 가스 공급원(1921)과 플라즈마 발생 노즐(31)을 접속하는 가스 공급관(1922)에 설치된 유량 제어 밸브(1923)의 개폐 제어 내지는 개방 정도의 조정을 수행한다. 또한 가스 유량 제어부(192)는 가동 제어부(1942)로부터 폐쇄 신호를 수신한 경우 유량 제어 밸브(1923)를 닫고, 개방 신호를 수신한 경우 유량 제어 밸브를 열어, 개방 신호의 레벨에 따라 유량 제어 밸브(1923)의 개방 정도를 조정한다.
한편, 도 25에서는 하나의 가스 유량 제어부(192)와 유량 제어 밸브(1923)만 도시하였으나, 실제로는 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)의 각각에 대응하는 8개의 가스 유량 제어부(192)와 유량 제어 밸브(1923)가 존재한다. 그리고, 8개의 가스 유량 제어부(192)는 전체 제어부(194)에 의해 개별적으로 제어된다. 또한 가스 유량 제어부(192)와 유량 제어 밸브(1923)의 개수는 8개에 한정되지 않으며, 플라즈마 발생 노즐(31)의 개수에 따라 적당히 변경된다.
모터 제어부(193)는 반송 롤러(80)를 회전 구동시키는 구동 모터(1931)의 동작 제어를 수행하는 것으로서, 워크(W)의 반송 개시 및 정지, 반송 속도의 제어 등을 수행하는 것이다.
전체 제어부(194)는 해당 워크 처리 장치(S3)의 전체적인 동작 제어를 담당하는 것으로서, 조작부(195)로부터 제공되는 조작 신호에 따라 상기 마이크로파 출력 제어부(191), 가스 유량 제어부(192) 및 모터 제어부(193)를 소정의 시퀸스에 기초하여 동작 제어한다.
즉, 미리 제공된 제어 프로그램에 기초하여 워크(W)의 반송을 개시시켜 워크(W)를 플라즈마 발생부(30)로 안내하고, 소정 유량의 처리 가스를 각 플라즈마 발생 노즐(31)로 공급시키면서 마이크로파 전력을 제공하여 플라즈마(플룸(P))를 발생시키고, 워크(W)를 반송하면서 그 표면에 플룸(P)를 방사시키는 것이다. 이에 따라 복수 개의 워크(W)를 연속적으로 처리할 수 있다.
전체 제어부(194)는 결함 노즐 검출부(1941) 및 가동 제어부(1942)의 기능을 구비하고 있다. 결함 노즐 검출부(1941)는 촬영부(100)에 의해 촬영된 화상에 대하여 소정의 화상 처리를 실시함으로써 플라즈마 발생부(30)를 구성하는 8개의 플라 즈마 발생 노즐(31) 중 정상적인 상태의 플라즈마를 방출할 수 없는 플라즈마 발생 노즐(31)인 결함 노즐을 검출한다.
가동 제어부(1942)는 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 8개의 플라즈마 발생 노즐(31) 중 적어도 하나의 결함 노즐이 검출된 경우, 마이크로파 발생 장치(20)에 의한 마이크로파의 출력이 정지되도록 마이크로파 출력 제어부(191)로 마이크로파정지 신호를 출력한다.
가동 제어부(1942)는 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 8개의 플라즈마 발생 노즐(31) 중 적어도 하나의 결함 노즐이 검출된 경우, 유량 제어 밸브(1923)를 닫을 수 있게 가스 유량 제어부(192)로 폐쇄 신호를 출력한다.
또한 가동 제어부(1942)는 마이크로파 출력 제어부(191)에 마이크로파 정지 신호를 통지함과 동시에, 가스 유량 제어부(192)로 폐쇄 신호를 출력한 후, 일정 시간 경과하였을 때 플라즈마의 발생을 재개시키기 위하여, 마이크로파 출력 제어부(191)로 마이크로파 발생 신호를 출력함과 동시에, 가스 유량 제어부(192)로 개방 신호를 출력한다.
더욱이 가동 제어부(1942)는 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 3회 연속 결함 노즐로서 검출된 플라즈마 발생 노즐이 적어도 하나 존재하는 경우, 플라즈마 발생 유닛(PU3)이 고장난 것으로 판정하고, 상태 감시부(197)로 하여금 장치의 고장을 알리게 한다.
모터 제어부(196)는 전체 제어부(194)의 제어 하에서 촬영부(100)를 스윙시키기 위하여 모터(203)를 제어한다.
상태 감시부(197)는 액정 표시 패널, 음극 선관 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 유기 EL 디스플레이 등의 표시 장치로 구성되며, 촬영부(100)에 의해 촬영된 화상을 표시함과 동시에, 장치의 고장을 사용자에게 알린다.
다음, 워크 처리 장치(S3)에 의한 플라즈마 발생 노즐(31)의 결함을 검출하는 처리에 대하여 설명한다. 도 26은 플라즈마 발생 노즐(31)의 결함을 검출하는 처리를 도시한 흐름도이다. 먼저, 단계 S1에 있어서, 사용자에 의해 도시 생략한 전원 스위치가 온되면, 가동 제어부(1942)는 장치를 구성하는 각 회로에 대하여 상용 전원으로부터의 전력의 공급을 개시한다.
단계 S2에 있어서, 가동 제어부(1942)는 가스 유량 제어부(192)로 개방 신호를 출력하여 유량 제어 밸브를 열고, 처리 가스 공급원(1921)으로부터의 가스를 플라즈마 발생 노즐(31)로 공급한다. 여기서, 가동 제어부(1942)는 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)에 대응하는 8개의 가스 유량 제어부(192)의 전체에 대하여 개방 신호를 출력한다.
단계 S3에 있어서, 가동 제어부(1942)는 마이크로파 발생 신호를 마이크로파 출력 제어부(191)로 출력하고, 마이크로파 발생 장치(20)로부터 마이크로파를 발생시킨다. 이에 따라 8개의 플라즈마 발생 노즐(31)은 플라즈마를 발생시키고, 반송 기구(C)에 의해 반송되는 워크(W)에 대하여 플라즈마를 조사한다.
단계 S4에 있어서, 결함 노즐 검출부(1941)는 마이크로파 출력 신호를 마이크로파 출력 제어부(191)로 출력함과 동시에, 개방 신호를 가스 유량 제어부(192)로 출력하고나서 3초 경과한 경우(S4에서 YES), 촬영부(100)로 하여금 플라즈마 발 생 노즐(31)로부터 출력되는 플룸(P)을 촬영하게 한다 (단계 S5). 한편, 단계 S4에 있어서, 3초 경과하지 않은 경우(S4에서 NO), 처리가 단계 S4로 돌아간다.
도 27은 촬영부(100)가 플룸(P)을 촬영하는 모습을 설명하는 도면이다. 도 27의 예에서는 촬영부(100)의 프레임이 한 번에 두 개의 플룸(P)을 촬영 가능한 크기를 가지고 있다고 하자. 또한 촬영부(100)는 촬영 방향 이동부(200)에 의해 프레임(F)이 일정한 속도(v)로 슬라이딩하도록 스윙되고 있다고 하자. 또한 촬영부(100)가 스윙 범위의 좌단에 위치하는 경우, 좌측부터 첫 번째 및 두 번째의 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 방출되는 두 개의 플룸(P)이 프레임(F) 내에 존재하도록 촬영부(100)가 설치되어 있다고 하자.
먼저, 결함 노즐 검출부(1941)는 촬영부(100)가 좌단에 위치할 때, 촬영부(100)로 하여금 플룸(P)의 화상을 촬영하게 한다. 다음, 결함 노즐 검출부(1941)는 왼쪽에서 첫 번째 및 두 번째의 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 방출되는 두 개의 플룸(P)을 촬영하고나서, 프레임(F) 내에 왼쪽에서 세 번째 및 네 번째의 플라즈마 발생 노즐(31)이 방출하는 두 개의 플룸(P)이 들어갈 때까지의 소정의 촬영 대기 시간이 경과하였을 때, 촬영부(100)로 하여금 플룸(P)의 화상을 촬영하게 한다.
이와 같이 결함 노즐 검출부(1941)는 좌단의 플라즈마 발생 노즐(31)부터 차례대로 두 개씩 총 4개의 플룸(P)의 화상을 촬영부(100)로 하여금 촬영하게 한다. 한편, 상기 촬영 대기 시간은 촬영부(100)의 이동 속도와 플라즈마 발생부(30)의 전체 길이로부터 미리 정해진 값이 채용된다.
한편, 촬영부(100)가 한 번에 촬영하는 플룸(P)의 개수는 두 개에 한정되지 않으며, 하나씩 촬영하여도 좋고, 4개씩 촬영하여도 좋으며, 한 번에 8개를 촬영하여도 좋다.
단계 S6에 있어서, 결함 노즐 검출부(1941)는 촬영부(100)에 의해 촬영된 4개의 각 화상에 대하여 소정의 화상 처리를 실시하고, 모든 플라즈마 발생 노즐(31)이 점등되었는지 여부를 검출한다.
구체적으로는, 결함 노즐 검출부(1941)는 촬영부(100)에 의해 촬영된 각 화상으로부터 플룸(P)을 나타내는 화상을 추출하는 처리를 수행하고, 각 화상에 있어서 플룸(P)을 나타내는 화상을 두 개 추출한 경우에는 이들 플룸(P)을 발생시키고 있는 플라즈마 발생 노즐(31)이 정상인 것으로 판정한다. 한편, 각 화상에 있어서, 플룸(P)을 나타내는 화상을 하나밖에 추출 못한 경우, 또는 플룸(P)을 나타내는 화상을 하나도 추출 못한 경우에는 플룸(P)을 방출 못한 플라즈마 발생 노즐(31)을 결함 노즐로서 판정한다.
아울러 각 화상에 있어서, 플룸(P)이 두 개 추출된 경우라도, 추출한 플룸의 면적이 규정값보다 작은 경우, 해당 플룸(P)을 방출하는 플라즈마 발생 노즐(31)은 결함 노즐인 것으로 판정한다. 규정값으로는 실험적으로 미리 얻어진 값이 채용된다.
여기서, 결함 노즐 검출부(1941)는 촬영부(100)에 의해 촬영된 네 개의 화상 중 예컨대 첫 번째 화상에 있어서, 우측 영역에 플룸을 나타내는 화상이 하나 나타난 경우에는 좌단에 위치하는 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 플라즈마가 발생되지 않은 것으로 판정하고, 좌측의 영역에 플룸을 나타내는 화상이 하나 나타난 경우에는 왼쪽에서 두 번째의 플라즈마 발생 노즐(31)에 결함이 발생한 것으로 판정한다. 나머지 세 개의 화상에 대해서도 동일한 방법으로 플라즈마를 발생시키지 않은 플라즈마 발생 노즐(31)을 특정한다.
또한, 결함 노즐 검출부(1941)는 예컨대 촬영부(100)에 의해 촬영된 화상에 대하여 기준 플룸 화상을 이용한 템플릿 매칭을 실시함으로써 플룸(P)을 나타내는 화상을 추출한다. 혹은, 촬영부(100)에 의해 촬영된 화상에 대하여 YUV 변환을 실시하고, 색상이 플룸(P)의 채도에 기초하여 미리 정해진 범위 내에 있는 화소를 라벨링하고, 라벨링한 화소로 이루어지는 영역이 일정한 면적 이상 연속 존재하는 경우, 해당 화소로 이루어지는 영역을 플룸(P)을 나타내는 화상으로서 추출한다.
단계 S6에 있어서, 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 결함 노즐이 검출되지 않은 경우(S6에서 YES), 처리가 단계 S4로 돌아가고, 다시 촬영부(100)에 의한 촬영이 실행된다. 한편, 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 적어도 하나의 결함 노즐이 검출된 경우(S6에서 NO), 가동 제어부(1942)는 마이크로파 정지 신호를 마이크로파 출력 제어부(191)로 출력하고, 마이크로파 발생 장치(20)에 의한 마이크로파의 출력을 정지시킨다(단계 S7).
단계 S8에 있어서, 가동 제어부(1942)는 모든 가스 유량 제어부(192)에 폐쇄 신호를 출력하고, 모든 플라즈마 발생 노즐(31)에 대한 가스의 공급을 정지시킨다.
단계 S9에 있어서, 가동 제어부(1942)는 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 3회연속 결함 노즐로서 판정된 플라즈마 발생 노즐(31)이 적어도 하나 존재하는 경우 (단계 S9에서 NO), 가동 제어부(1942)는 플라즈마 발생 장치(PU)가 고장난 것으로 판정하고, 마이크로파의 출력 정지와 가스의 공급 정지를 계속하게 하고, 플라즈마 발생 장치(PU)의 구동 정지를 계속하게 한다(단계 S11).
단계 S12에 있어서, 가동 제어부(1942)는 상태 감시부(197)로 하여금 플라즈마 발생 장치(PU3)가 고장난 것을 사용자에게 알리기 위한 소정의 화상을 표시하게 한다. 이 경우, 예컨대 상태 감시부(197)에는 "왼쪽에서 첫 번째 플라즈마 발생 노즐과 네 번째 플라즈마 발생 노즐로부터 플라즈마가 방출되지 않았습니다.", "첫 번째 플라즈마 발생 노즐로부터 플라즈마가 방출되지 않았습니다. 네 번째 플라즈마 발생 노즐이 열화되었습니다."와 같이 8개의 플라즈마 발생 노즐(31) 중 어느 플라즈마 발생 노즐(31)이 결함 노즐인지를 나타내는 어구가 표시된다. 또한 도 3에 도시한 바와 같은 플라즈마 발생 노즐(31)의 전체를 나타내는 화상을 상태 감시부(197)에 표시하고, 결함 노즐을 예컨대 적색으로 점멸시키게 하는 등 그래피컬하게 결함 노즐의 존재를 알려도 좋다.
단계 S9에 있어서, 결함 노즐 검출부(1941)에 의해 3회 연속 결함 노즐로서 판정된 플라즈마 발생 노즐(31)이 하나도 존재하지 않는 경우(단계 S9에서 NO), 가동 제어부(1942)는 단계 S9의 처리가 종료하고나서 3초 경과하였는지 여부를 판정하고, 3초 경과한 경우(단계 S10에서 YES), 처리를 단계 S2로 복귀시키고, 3초 경과하지 않은 경우(단계 S10에서 NO), 처리를 단계 S10으로 복귀시킨다.
이상 설명한 바와 같이 워크 처리 장치(S3)에 의하면, 촬영부(100)에서 촬영된 화상이 상태 감시부(197)에 표시되어 있기 때문에, 플라즈마 발생 노즐(31)마다 촬영부(100)를 설치하지 않아도 플룸(P)의 화상을 촬영하는 것이 가능해져, 간소한 구성에 의해 플라즈마 발생 노즐의 상태를 감시할 수 있다.
또한, 플라즈마 발생 노즐(31)로부터 발생하는 플룸(P)의 화상을 촬영하고, 촬영된 플룸(P)의 화상을 기초로 결함 노즐이 검출되고 있다. 여기서, 결함 노즐로부터는 플룸(P)이 방출되지 않거나, 정상적인 플룸보다 작은 플룸(P)이 방출되고 있기 때문에, 플룸(P)의 화상을 촬영함으로써 결함 노즐을 정밀하게 검출하는 것이 가능해진다.
계속하여, 전술한 제3 실시 형태의 변형 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 28은 변형 실시 형태에 따른 워크 처리 장치(S3a)의 제어계(90a)를 도시한 블록도이다. 이 워크 처리 장치(S3a)는 전체 제어부(194)를 시스템 제어 기판(198) 및 PC(199)에 의해 구성하고, 촬영부(100a)에 의해 촬영된 화상을 통신 회선(NT)을 통하여 PC(199)가 수신하는 것을 특징으로 한다. 한편, 워크 처리 장치(S3a)에 있어서, 앞에서 설명한 워크 처리 장치(S3)와 동일한 것은 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 차이점만 설명하기로 한다.
촬영부(100a)는 공지의 웹 카메라로 구성되며, 시스템 제어 기판(198)의 제어 하에서 플룸(P)의 화상을 촬영하고, 통신 회선(NT)을 통하여 PC로 송신한다. 통신 회선(NT)으로는 인터넷 통신망, 공중 전화 회선망, 전용선망 및 LAN 등의 통신 회선을 채용할 수 있다.
시스템 제어 기판(198)은 해당 워크 처리 장치(S3a)의 전체적인 동작 제어를 담당하는 것으로서, 조작부(195)로부터 제공되는 조작 신호에 따라 상기 마이크로 파 출력 제어부(191), 가스 유량 제어부(192) 및 모터 제어부(193)를 소정의 시퀀스에 기초하여 동작 제어한다.
PC(199)는 공지의 통신 기능을 구비하는 퍼스널 컴퓨터로 구성되며, 상태 감시부(197a), 결함 노즐 검출부(1941a) 및 가동 제어부(1942a)를 구비하고 있다. 결함 노즐 검출부(1941a)는 도 25에 도시한 결함 노즐 검출부(1941)와 동일한 기능을 가지고 있기 때문에 설명을 생략한다. PC(199)와 시스템 제어 기판(198)은 RS-232 등의 소정의 통신 케이블을 통하여 접속되어 있다. 혹은, 인터넷, LAN, 전용선 등의 통신 회선을 통하여 접속되어 있다.
가동 제어부(1942a)는 결함 노즐 검출부(1941a)에 의해 8개의 플라즈마 발생 노즐(31) 중 적어도 하나의 결함 노즐이 검출된 경우, 시스템 제어 기판(198)이 마이크로파 출력 제어부(191)로 마이크로파 정지 신호를 출력하도록 시스템 제어 기판(198)을 제어한다.
또한, 가동 제어부(1942a)는 결함 노즐 검출부(1941a)에 의해 8개의 플라즈마 발생 노즐(31) 중 적어도 하나의 결함 노즐이 검출된 경우, 시스템 제어 기판(198)이 폐쇄 신호를 출력하도록 시스템 제어 기판(198)을 제어한다.
또한, 가동 제어부(1942a)는 마이크로파 출력 제어부(191)에 마이크로파 정지 신호를 통지함과 동시에, 가스 유량 제어부(192)에 폐쇄 신호를 통지한 후, 일정 시간 경과하였을 때 플라즈마의 발생을 재개시키기 위하여, 시스템 제어 기판(198)이 마이크로파 출력 제어부(191)로 마이크로파 발생 신호를 출력함과 동시에, 가스 유량 제어부(192)로 개방 신호를 출력하도록 시스템 제어 기판(198)을 제 어한다.
더욱이, 가동 제어부(1942a)는 마이크로파의 발생을 소정 횟수 재개시켜도, 결함 노즐 검출부(1941a)에 의해 연속 3회 결함 노즐로서 검출된 플라즈마 발생 노즐(31)이 적어도 하나 존재하는 경우, 플라즈마 발생 장치(PU3)가 고장난 것으로 판정하고, 상태 감시부(197a)로 하여금 플라즈마 발생 장치(PU3)의 고장을 알리게 한다. 상태 감시부(197a)는 PC(199)가 구비하는 표시 장치에 의해 구성된다.
이상 설명한 바와 같이, 이 워크 처리 장치(S3a)에 의하면, 전체 제어부(194)를 PC와 시스템 제어 기판(198)에 의해 구성하고, PC와 촬영부(100a)를 통신 회선(NT)을 통하여 접속하였기 때문에, PC(199)에 의해 플라즈마 발생 장치(PU3)의 고장을 원격적으로 감시할 수 있다. 또한 상태 감시부(197a)에는 촬영부(100a)에 의해 촬영된 화상이 표시되기 때문에, 플라즈마 발생 노즐(31)을 원격 감시할 수 있다.
전술한 제3 실시 형태 및 그 변형 실시 형태에서는 설명하지 않았지만, 상태 감시부(197, 197a)는 촬영부(100, 100a)에 의해 촬영된 화상을 서모그래피화하여 표시하여도 좋다.
이상 제1 내지 제3 실시 형태에 기초하여 설명한 본 발명에 따른 워크 처리 장치 및 플라즈마 발생 장치는 반도체 웨이퍼 등의 반도체 기판에 대한 식각 처리 장치나 막 형성 장치, 플라즈마 디스플레이 패널 등의 유리 기판이나 인쇄 기판의 청정화 처리 장치, 의료 기기 등에 대한 멸균 처리 장치, 단백질의 분해 장치 등에 적합하게 적용할 수 있다.
한편, 전술한 구체적 실시 형태에는 이하의 구성을 갖는 발명이 주로 포함되어 있다.
본 발명의 일 태양에 따른 플라즈마 발생 장치는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 플라즈마화되는 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 마이크로파를 수신하는 수신 부재를 포함하며, 수신한 마이크로파의 에너지에 기초하여 상기 가스를 플라즈마화시켜 방출하는 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검출하여 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
플라즈마화된 가스가 발생하는 광은 플라즈마의 발생 상태와 상관성을 갖는다. 이러한 구성에 따르면, 이 광에 기초한 전기적인 정보를 얻을 수 있으므로, 이 정보에 기초하여 안정적인 플라즈마(플룸)을 얻기 위한 제어를 수행하는 것이 가능해진다.
이러한 구성에 있어서, 상기 광 검출 유닛이 출력하는 전기적인 정보에 기초하여 상기 플라즈마화되는 가스의 공급량과 상기 마이크로파의 전력 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 플라즈마의 발생 상태를 확실하고 간단하게 제어할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 광 검출 유닛은 제1 단부와 제2 단부를 가지며, 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단에 상기 제1 단부가 면하도록 부착되는 도광 부재와, 상기 플라즈마 발생 노즐로부터 이간되어 배치되며, 상기 도광 부재의 제2 단부에 접속되는 광전 변환 부재와, 상기 광전 변환 부재에 의해 얻어진 전기적 신호 를 플라즈마의 점등 상태를 나타내는 전기적 신호로서 출력하는 출력부를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 광전 변환에 의해 얻어진 미약한 전기 신호는 마이크로파 노이즈의 영향을 받지 않아, 출력부에 있어서 상기 제어를 위한 출력이나 표시를 위한 출력 등으로 정확하게 변환된다. 이에 따라, 플라즈마의 점등 상태를 정확하게 반영한 제어나 표시가 가능해지고, 안정적인 플룸을 얻을 수 있다. 또한 노즐 주위에 광전 변환 부재가 존재하지 않으므로, 피 조사물을 노즐에 근접시켜 밀도가 높은 플라즈마를 조사할 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 광전 변환 부재 및 출력부가 실드 케이스 내에 수납되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 광전 변환 부재, 광전 변환한 후의 신호를 취급하는 출력부 자체에 대한 상기 마이크로파 노이즈의 영향도 작게 할 수 있고, 상기 제어를 위한 출력이나 표시를 위한 출력 등을 훨씬 정확하게 출력할 수 있다.
또한 상기 도광 부재는 상기 플라즈마 발생 노즐의 가스 분출 방향으로 상기 제1 단부가 직렬로 나란히 복수 개 설치되면, 플룸의 세기를 꼼꼼하게 감시할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 발생 노즐이 복수 개 배열되어 부착되며, 상기 마이크로파 발생부에 의해 발생된 마이크로파를 전파하는 도파관을 더 구비하며, 상기 도광 부재는 각 플라즈마 발생 노즐에 대하여 각각 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 피 처리 워크나 대면적의 피 처리 워크의 처리 등에 대응할 수 있다.
더욱이, 각 도광 부재의 제2 단부가 하나의 광전 변환 부재의 수광면에 일제히 면해 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 각 플라즈마 발생 노즐의 표준적인 발광 광량은 미리 정해져 있으므로, 복수 개의 플라즈마 발생 노즐에서의 발광 광량의 합으로부터 몇 개의 플라즈마 발생 노즐이 점등되었는지를 일괄적으로 감시할 수 있어 효율적이다.
상기 구성에 있어서,상기 플라즈마 발생 노즐이 두 개의 전극 사이에 글로 방전을 발생시켜 플라즈마를 발생시키게 하고, 두 개의 전극 사이에 처리 가스를 공급함으로써 두 개의 전극 간의 환형의 분출구로부터 상압 하에서 플라즈마화된 가스를 방사하도록, 상기 플라즈마 발생 노즐 내에 동심형으로 배치되는 내측 전극 및 외측 전극; 및 상기 환형의 분출구를 길이가 긴 분출구로 변환되게 하고, 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단에 장착되고, 상기 환형의 분출구에 연통되는 길이가 긴 플라즈마 챔버를 포함하며, 상기 챔버의 일 측면에 길이가 긴 개구를 갖는 어댑터;를 더 구비한다.
여기서, 상기 광 검출 유닛은 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 광을 검출하기 위하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 플라즈마 발생 노즐의 환형의 분출구를 길이가 긴 분출구로 변환하는 어댑터가 장착되므로, 무턱대고 큰 플라즈마 발생 노즐을 이용하지 않고, 저비용으로 제어가 용이한 소 직경의 플라즈마 발생 노즐을 이용하여도 상기 폭이 넓은 워크에 대하여 균등한 플라즈마 조사를 수행할 수 있다.
이러한 어댑터를 사용하면, 플라즈마 점등 상태를 알기가 어려워진다. 그러나, 이 어댑터에는 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 광을 검출하는 광 검출 유닛이 구비되어 있으므로, 플라즈마 광의 색이나 휘도로부터 플라즈마 점등되었는지, 소등되었는지, 나아가서는 점등된 경우의 플라즈마 온도 등을 추정할 수 있다. 따라서, 그 검출 결과에 기초하여 플라즈마의 점등 상태를 적확하게 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 광 검출 유닛은 광 센서를 포함하며, 이 광 센서는 상기 플라즈마 챔버 내의 일단에 설치되고, 이 플라즈마 챔버 내가 내열성 및 광 투과성을 갖는 부재로서 상기 광 센서 측과 나머지 내부 공간으로 구획되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 고온의 플라즈마 가스를 내부에 저장하는 플라즈마 챔버 내에 상기 광 검출 수단을 노출시켜 설치하는 것이 아니라, 유리 등의 내열성 및 광 투과성을 갖는 부재로 구획하여 설치된다. 따라서, 상기 광 센서의 과열을 억제하고, 감도 변화나 암전류의 증가 등 상기 과열로 인한 영향을 억제할 수 있다.
또한 상기 광 검출 유닛은 광 센서를 포함하며, 이 광 센서는 상기 플라즈마 챔버의 일단으로부터 연장된 얇은 관로의 선단에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해서도 상기 광 센서의 과열을 억제하고, 감도 변화나 암전류의 증가 등 상기 과열로 인한 영향을 억제할 수 있다.
더욱이, 상기 광 검출 유닛은 광 센서 및 광섬유를 포함하며, 상기 플라즈마 챔버 내에는 상기 광섬유의 일 단면이 면하고, 상기 어댑터와 이간되어 배치되는 상기 광 센서에 상기 광섬유의 타 단면이 접속되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해서도 광 센서의 과열을 억제할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 광 검출 유닛은, 상기 플라즈마 발생 노즐로부터 방출되는 플라즈마화된 가스로 이루어지는 플룸의 화상을 촬영하는 촬영부와, 상기 촬영부에 의해 촬영된 플룸의 화상을 표시하는 상태 감시부를 포함하는 구성으로 할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 촬영부는 플라즈마 발생 노즐로부터 발생하는 플룸의 화상을 촬영하고, 상태 감시부는 촬영된 플룸의 화상을 표시하기 때문에, 사용자는 플라즈마 발생 노즐의 상태를 직접 감시할 수 있다. 또한 플라즈마 발생 노즐의 전 영역을 촬영할 수 있게 촬영부를 배치함으로써 플라즈마 발생 노즐마다 촬영부를 설치하지 않고도 플룸의 화상을 촬영하는 것이 가능해져, 간소한 구성에 의해 플라즈마 발생 노즐의 상태를 감시할 수 있다.
이 경우, 상기 플라즈마 발생 노즐이 복수 개 배열되어 부착되며, 상기 마이크로파 발생부에 의해 발생된 마이크로파를 전파하는 도파관과, 상기 촬영부에 의해 촬영된 플룸의 화상을 기초로 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐 중 플라즈마화된 가스가 방출되지 않은 결함 노즐을 검출하는 결함 노즐 검출부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 결함 노즐은 플룸을 방출하지 않거나 정상적인 플라즈마 발생 노즐이 방출하는 플룸에 비하여 형상이 작은 플룸을 방출하기 때문에, 플룸의 화상을 촬영함으로써 플라즈마 발생 노즐의 결함을 정밀하게 검출하는 것이 가능해진다.
이 경우, 상기 결함 노즐 검출부에 의해 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐 중 결함 노즐이 적어도 하나 검출된 경우, 모든 플라즈마 발생 노즐로부터의 플라즈마의 방출을 정지시키는 가동 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 복수 개의 플라즈마 발생 노즐 중 결함 노즐이 적어도 하나 검출된 경우, 플라즈마 발생 장치의 가동이 정지되기 때문에 비효율적인 플라즈마의 조사를 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 가동 제어부는 플라즈마 발생 노즐로부터의 플라즈마화된 가스의 방출을 소정 시간 정지시킨 후, 플라즈마 발생 노즐로부터 플라즈마화된 가스의 방출을 재개시키고, 플라즈마의 방출의 재개를 소정 횟수 수행하여도 상기 결함 노즐 검출부에 의해 결함 노즐로서 검출된 플라즈마 발생 노즐이 적어도 하나 존재하는 경우, 플라즈마 발생 장치가 고장난 것으로 판정하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 플라즈마 발생 노즐을 소정 횟수 가동시켜도 결함 노즐로서 검출된 플라즈마 발생 노즐이 적어도 하나 존재한 경우, 플라즈마 발생 장치가 고장난 것으로 판정되기 때문에, 플라즈마 발생 장치의 고장을 보다 정밀하게 검출할 수 있다.
이 경우, 상기 상태 감시부는 상기 가동 제어부에 의해 플라즈마 발생 장치가 고장난 것으로 판정된 경우, 플라즈마 발생 장치의 고장을 알리도록 하면, 사용자는 신속하게 플라즈마 발생 장치의 고장을 인식할 수 있다
상기 구성에 있어서, 상기 촬영부로 하여금 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐의 전 영역을 촬영하게 하기 위하여, 상기 촬영부의 촬영 방향을 상기 복수 배열의 방향으로 이동시키는 촬영 방향 이동부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 따르면, 촬영부의 프레임이 플라즈마 발생 노즐 전체를 한 번에 촬영할 수 있는 범위보다 작은 경우라도, 플라즈마 발생 노즐의 전 영역이 촬영되도록 촬영부의 촬영 방향이 이동되기 때문에, 도파관에서의 플라즈마 발생 노즐의 배열 영역이 광범위한 경우라도 모든 플라즈마 발생 노즐로부터 발생하는 플룸을 촬영할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 워크 처리 장치는 다음과 같은 구성을 구비한다. 워크에 플라즈마를 조사하여 소정의 처리를 실시하는 워크 처리 장치로서, 상기 워크에 대하여 소정의 방향에서 플라즈마화한 가스를 조사하는 플라즈마 발생 장치; 및 플라즈마화된 가스의 조사 방향과 교차하는 면 상에서 상기 워크와 플라즈마 발생 장치를 상대적으로 이동시키는 이동 기구;를 구비하며, 상기 플라즈마 발생 장치는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부; 플라즈마화되는 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 마이크로파를 수신하는 수신 부재를 포함하며, 수신한 마이크로파의 에너지에 기초하여 상기 가스를 플라즈마화시켜 방출하는 플라즈마 발생 노즐; 및 상기 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검출하여 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 워크 처리 장치를 제공할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 플라즈마 발생 노즐의 상태를 감시하는 것이 가능해지며, 워크에 대하여 효율적으로 플라즈마를 조사할 수 있는 워크 처리 장치를 제 공할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 광 검출 유닛은 제1 단부와 제2 단부를 가지며, 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단에 상기 제1 단부가 면하도록 부착되는 도광 부재와, 상기 플라즈마 발생 노즐로부터 이간되어 배치되며, 상기 도광 부재의 제2 단부에 접속되는 광전 변환 부재와, 상기 광전 변환 부재에 의해 얻어진 전기적 신호를 플라즈마의 점등 상태를 나타내는 전기적 신호로서 출력하는 출력부를 갖는 것이 바람직하다.
혹은, 상기 플라즈마 발생 노즐이 두 개의 전극 사이에 글로 방전을 발생시켜 플라즈마를 발생시키게 하고, 두 개의 전극 사이에 처리 가스를 공급함으로써 두 개의 전극 간의 환형의 분출구로부터 상압 하에서 플라즈마화된 가스를 방사하도록, 상기 플라즈마 발생 노즐 내에 동심형으로 배치되는 내측 전극 및 외측 전극; 및 상기 환형의 분출구를 길이가 긴 분출구로 변환되게 하고, 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단에 장착되고, 상기 환형의 분출구에 연통되는 길이가 긴 플라즈마 챔버를 포함하며, 상기 챔버의 일 측면에 길이가 긴 개구를 갖는 어댑터;를 더 구비한다.
여기서, 상기 광 검출 유닛은 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 광을 검출하기 위하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.
혹은, 상기 광 검출 유닛은 상기 플라즈마 발생 노즐로부터 방출되는 플라즈마화된 가스로 이루어지는 플룸의 화상을 촬영하는 촬영부와, 상기 촬영부에 의해 촬영된 플룸의 화상을 표시하는 상태 감시부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치를 이용함으로써 플라즈마의 발생 상태를 확실하고 간단하게 제어할 수 있게 하며, 상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마 발생 노즐 상태의 감시가 가능하게 되어 워크에 대하여 효율적으로 플라즈마를 조사할 수 있게 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부;
    플라즈마화되는 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 마이크로파를 수신하는 수신 부재를 포함하며, 수신한 마이크로파의 에너지에 기초하여 상기 가스를 플라즈마화시켜 방출하는 플라즈마 발생 노즐;
    상기 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검출하여 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛; 및
    상기 광 검출 유닛이 출력하는 전기적인 정보에 기초하여 상기 플라즈마화되는 가스의 공급량과 상기 마이크로파의 전력 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은,
    제1 단부와 제2 단부를 가지며, 상기 제1 단부가 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단을 향하도록 부착되는 도광 부재;
    상기 플라즈마 발생 노즐로부터 이간(離間)되어 배치되며, 상기 도광 부재의 상기 제2 단부에 접속되는 광전 변환 부재; 및
    상기 광전 변환 부재에 의해 얻어진 전기적 신호를 플라즈마의 점등 상태를 나타내는 전기적 신호로서 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광전 변환 부재 및 출력부가 실드 케이스 내에 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 도광 부재는 상기 플라즈마 발생 노즐의 가스 분출 방향으로 상기 제1 단부가 직렬로 나란히 복수 개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐이 복수 개 배열되어 부착되며, 상기 마이크로파 발생부에 의해 발생된 마이크로파를 전파하는 도파관을 더 구비하며,
    상기 도광 부재는 각 플라즈마 발생 노즐에 대하여 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서, 각 도광 부재의 제2 단부가 하나의 광전 변환 부재의 수광면에 일제히 향해 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 노즐이 두 개의 전극 사이에 글로 방전을 발생시켜 플라즈마를 발생시키게 하고, 두 개의 전극 사이에 처리 가스를 공급함으로써 두 개의 전극 간의 환형의 분출구로부터 상압 하에서 플라즈마화된 가스를 방사하도록, 상기 플라즈마 발생 노즐 내에 동심형으로 배치되는 내측 전극 및 외측 전극; 및
    상기 환형의 가스 분출구의 길이가 소정의 길이로 변환되게 하고, 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단에 장착되고, 상기 환형의 분출구와 연통되는 소정 길이의 플라즈마 챔버를 포함하며, 상기 챔버의 일 측면에 소정 길이의 개구를 갖는 어댑터;를 더 구비하며,
    상기 광 검출 유닛은 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 광을 검출하기 위하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은 광 센서를 포함하며,
    상기 광 센서는 상기 플라즈마 챔버 내의 일단에 설치되고, 상기 플라즈마 챔버 내부가 내열성 및 광 투과성을 갖는 부재이며, 상기 광 센서 측과 나머지 내부 공간으로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은 광 센서를 포함하며,
    상기 광 센서는 상기 플라즈마 챔버의 일단으로부터 연장된 관로의 선단에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은 광 센서 및 광섬유를 포함하며,
    상기 플라즈마 챔버 내에는 상기 광섬유의 일 단면이 향하게 하고, 상기 어댑터와 이간(離間)되어 배치되는 상기 광 센서에 상기 광섬유의 타 단면이 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은,
    상기 플라즈마 발생 노즐로부터 방출되는 플라즈마화된 가스로 이루어지는 플룸의 화상을 촬영하는 촬영부; 및
    상기 촬영부에 의해 촬영된 플룸의 화상을 표시하는 상태 감시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 노즐이 복수 개 배열되어 부착되며, 상기 마이크로파 발생부에 의해 발생된 마이크로파를 전파하는 도파관; 및
    상기 촬영부에 의해 촬영된 플룸의 화상을 기초로 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐 중 플라즈마화된 가스가 방출되지 않은 결함 노즐을 검출하는 결함 노즐 검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 결함 노즐 검출부에 의해 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐 중 결함 노즐이 적어도 하나 검출된 경우, 모든 플라즈마 발생 노즐로부터의 플라즈마의 방출을 정지시키는 가동 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가동 제어부는 플라즈마 발생 노즐로부터의 플라즈마화된 가스의 방출을 소정 시간 정지시킨 후, 플라즈마 발생 노즐로부터의 플라즈마화된 가스의 방출을 재개(再開)시키고, 플라즈마의 방출의 재개를 소정 횟수 수행하여도 상기 결함 노즐 검출부에 의해 결함 노즐로서 검출된 플라즈마 발생 노즐이 적어도 하나 존재하는 경우, 플라즈마 발생 장치가 고장난 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 상태 감시부는 상기 가동 제어부에 의해 플라즈마 발생 장치가 고장난 것으로 판정된 경우, 플라즈마 발생 장치의 고장을 알리는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 촬영부로 하여금 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐의 전 영역을 촬영하게 하기 위하여, 상기 촬영부의 촬영 방향을 상기 복수 개 배열된 플라즈마 발생 노즐의 방향으로 이동시키는 촬영 방향 이동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  18. 워크에 플라즈마를 조사하여 처리를 실시하는 워크 처리 장치에 있어서,
    상기 워크에 플라즈마화한 가스를 조사하는 플라즈마 발생 장치; 및
    플라즈마화된 가스의 조사 방향과 교차하는 면 상에서 상기 워크와 플라즈마 발생 장치를 상대적으로 이동시키는 이동 기구;를 구비하며,
    상기 플라즈마 발생 장치는,
    마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부;
    플라즈마화되는 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 마이크로파를 수신하는 수신 부재를 포함하며, 수신한 마이크로파의 에너지에 기초하여 상기 가스를 플라즈마화시켜 방출하는 플라즈마 발생 노즐; 및
    상기 플라즈마화된 가스가 발생하는 광을 검출하여 전기적인 정보를 생성하는 광 검출 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 워크 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은,
    제1 단부와 제2 단부를 가지며, 상기 제1 단부가 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단을 향하도록 부착되는 도광 부재;
    상기 플라즈마 발생 노즐로부터 이간되어 배치되며, 상기 도광 부재의 상기 제2 단부에 접속되는 광전 변환 부재; 및
    상기 광전 변환 부재에 의해 얻어진 전기적 신호를 플라즈마의 점등 상태를 나타내는 전기적 신호로서 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크 처리 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 노즐이 두 개의 전극 사이에 글로 방전을 발생시켜 플라즈마를 발생시키게 하고, 두 개의 전극 사이에 처리 가스를 공급함으로써 두 개의 전극 간의 환형의 분출구로부터 상압 하에서 플라즈마화된 가스를 방사하도록, 상기 플라즈마 발생 노즐 내에 동심형으로 배치되는 내측 전극 및 외측 전극; 및
    상기 환형의 가스 분출구의 길이가 소정의 길이로 변환되게 하고, 상기 플라즈마 발생 노즐의 선단에 장착되고, 상기 환형의 분출구와 연통되는 소정 길이의 플라즈마 챔버를 포함하며, 상기 챔버의 일 측면에 소정 길이의 개구를 갖는 어댑터;를 더 구비하며,
    상기 광 검출 유닛은 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 광을 검출하기 위하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 워크 처리 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 광 검출 유닛은,
    상기 플라즈마 발생 노즐로부터 방출되는 플라즈마화된 가스로 이루어지는 플룸의 화상을 촬영하는 촬영부; 및
    상기 촬영부에 의해 촬영된 플룸의 화상을 표시하는 상태 감시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크 처리 장치.
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