(57)【要約】【課題】基板の改質等、ワークの処理などに使用されるプラズマ発生装置において、導波管にプラズマ発生ノズルが複数個取付けられ、複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークに対応するにあたって、導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑える。【解決手段】プラズマ発生ノズル３１の受信アンテナ部３２０の先端３２１１に、そのエッジ３２１２をカバーする誘電体カバー３８を設けることで、プラズマ点灯自体を起り難くする。さらに、導波管内のプラズマ発光を検知する光センサを設け、点灯が生じても、制御手段がマイクロ波発生装置を停止させ、また処理ガス供給を停止させる。これによって、導波管内でのプラズマ点灯を防止し、プラズマ発生ノズル３１における受信アンテナの損耗などの前記導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項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する導波管と、前記導波管に取付けられるプラズマ発生ノズルとを備えて構成され、前記プラズマ発生ノズルは、同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、前記内側導電体の一端側が前記導波管内に突出した受信アンテナ部となり、受信したマイクロ波エネルギーに基づき他端側と前記外側導電体との間にグロー放電を生じさせてプラズマ化したガスを生成して放出するようにしたプラズマ発生装置において、
前記受信アンテナ部の先端に、そのエッジをカバーする誘電体カバーを有することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記誘電体カバーは、前記受信アンテナ部の先端に嵌め込まれる筒状に形成され、前記受信アンテナ部の先端部分を略３ｍｍ覆い、かつ先端面から１〜２ｍｍ突出していることで前記エッジをカバーすることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記誘電体カバーは、テフロン、セラミックまたは石英ガラスの低誘電損失で、耐熱性および耐衝撃性を有する材料から成ることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生ノズルは、前記導波管に複数個配列して取付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記導波管内に設けられ、プラズマ点灯を検知する光センサと、
前記光センサによってプラズマ点灯が検知されると、前記マイクロ波発生手段を停止させ、またはガス供給源に処理ガスの供給を停止させる制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板等の被処理ワークなどに対してプラズマを照射することで、前記ワークの表面の清浄化や改質などを図ることが可能なプラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たと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。たとえば特許文献１には、同心状の内側導電体と外側導電体とを有するプラズマ発生ノズルを用い、両導電体間に高周波のパルス電界を印加することで、アーク放電ではなく、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、ガス供給源からの処理ガスを両導電体間で旋回させながら基端側から遊端側へ向かわせることで高密度なプラズマを生成し、前記遊端に取付けられたノズルから被処理ワークに放射することで、常圧下で高密度なプラズマを得ることができるプラズマ処理装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の従来技術では、単体のプラズマ発生ノズルが示されているだけで、しかもマイクロ波の伝搬には同軸ケーブルが用いられている。したがって、大パワーのマイクロ波を伝搬することができず、前記大パワーのマイクロ波を伝搬するには、導波管を用いる必要がある。また、前記導波管を用いることで、複数のプラズマ発生ノズルに効率的にマイクロ波を伝搬することができる。
【０００４】
しかしながら、マイクロ波の伝搬に導波管を用いると、プラズマ発生ノズルでプラズマが点灯せず、その受信アンテナと導波管との間でプラズマ点灯してしまうことがある。特に複数のプラズマ発生ノズルが設けられる場合には、点灯しないノズルが現れる可能性が高く、導波管内でのプラズマ点灯の確率がより高くなる。導波管内でプラズマ点灯してしまうと、前記被処理ワークの処理が行えなくなるだけでなく、前記受信アンテナの損耗やプラズマ発生ノズルが高温になって前記受信アンテナ絶縁支持体が破損するなどの不具合が発生する。
【０００５】
本発明の目的は、マイクロ波の伝搬に導波管を用いる構成において、その導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができるプラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明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する導波管と、前記導波管に取付けられるプラズマ発生ノズルとを備えて構成され、前記プラズマ発生ノズルは、同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、前記内側導電体の一端側が前記導波管内に突出した受信アンテナ部となり、受信したマイクロ波エネルギーに基づき他端側と前記外側導電体との間にグロー放電を生じさせてプラズマ化したガスを生成して放出するようにしたプラズマ発生装置において、前記受信アンテナ部の先端に、そのエッジをカバーする誘電体カバーを有することを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、マイクロ波発生手段からのマイクロ波が導波管を介して伝搬され、プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部で受信してそのエネルギーに基づきノズル本体からプラズマ化したガスを生成して放出するようにしたプラズマ発生装置において、前記受信アンテナ部の先端に、そのエッジをカバーする誘電体カバーを設ける。
【０００８】
したがって、受信アンテナ部の先端エッジが覆われるので、このエッジと導波管との間はプラズマ点灯し難い状況となり、プラズマ発生ノズル側での点灯がより高い確率で行われるようになる。これによって、導波管内でのプラズマ点灯を防止し、前記受信アンテナの損耗などの前記導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記誘電体カバーは、前記受信アンテナ部の先端に嵌め込まれる筒状に形成され、前記受信アンテナ部の先端部分を略３ｍｍ覆い、かつ先端面から１〜２ｍｍ突出していることで前記エッジをカバーすることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、受信アンテナ部での受信電力を大きく損なうことなく、プラズマ点灯を抑えることができる。
【００１１】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置では、前記誘電体カバーは、テフロン、セラミックまたは石英ガラスの低誘電損失で、耐熱性および耐衝撃性を有する材料から成ることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、受信アンテナ部での過酷な環境に耐えつつ、受信アンテナ部の先端部における誘電率を低下させてプラズマ点灯を抑えることができる。
【００１３】
また、本発明のプラズマ発生装置では、前記プラズマ発生ノズルは、前記導波管に複数個配列して取付けられることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルを設けた場合、点灯しないノズルが現れる確率も高くなり、したがって前記導波管内でのプラズマ点灯の確率が高くなるので、本発明が効果的である。
【００１５】
さらにまた、本発明のプラズマ発生装置は、前記導波管内に設けられ、プラズマ点灯を検知する光センサと、前記光センサによってプラズマ点灯が検知されると、前記マイクロ波発生手段を停止させ、またはガス供給源に処理ガスの供給を停止させる制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、上述のようにして導波管内でのプラズマ点灯が抑えられているが、それでもプラズマ点灯してしまった場合に、光センサによってそのことを検知し、制御手段が前記マイクロ波発生手段を停止させ、またはガス供給源に処理ガスの供給を停止させるので、点灯してしまったプラズマを消灯させることができる。
【００１７】
また、本発明のワーク処理装置は、前記のプラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、相対的な移動を行いつつ、前記ワークにプラズマを照射して所定の処理を施与することを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、プラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、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連続して施与してゆくワーク処理装置において、プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部の先端に、そのエッジをカバーする誘電体カバーを設けることで、導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができるワーク処理装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、マイクロ波発生手段からのマイクロ波が導波管を介して伝搬され、プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部で受信してそのエネルギーに基づきノズル本体からプラズマ化したガスを生成して放出するようにしたプラズマ発生装置において、前記受信アンテナ部の先端に、そのエッジをカバーする誘電体カバーを設ける。
【００２０】
それゆえ、受信アンテナ部の先端エッジが覆われるので、このエッジと導波管との間はプラズマ点灯し難い状況となり、プラズマ発生ノズル側での点灯がより高い確率で行われるようになる。これによって、導波管内でのプラズマ点灯を防止し、前記受信アンテナの損耗などの前記導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができる。
【００２１】
また、本発明のワーク処理装置は、以上のように、プラズマ発生装置に、そのプラズマ照射方向とは交差する面上で前記ワークとプラズマ発生ノズルとを相対的に移動させる移動手段を備え、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連続して施与してゆくワーク処理装置において、プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部の先端に、そのエッジをカバーする誘電体カバーを設ける。
【００２２】
それゆえ、導波管内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができるワーク処理装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施の一形態に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。このワーク処理装置Ｓは、プラズマを発生し、被処理物となるワークＷに前記プラズマを照射するプラズマ発生ユニットＰＵ（プラズマ発生装置）と、ワークＷを前記プラズマの照射領域を経由する所定のルートで搬送する搬送手段Ｃとから構成されている。図２は、図１とは視線方向を異ならせたプラズマ発生ユニットＰＵの斜視図、図３は一部透視側面図である。なお、図１〜図３において、Ｘ−Ｘ方向を前後方向、Ｙ−Ｙ方向を左右方向、Ｚ−Ｚ方向を上下方向というものとし、−Ｘ方向を前方向、＋Ｘ方向を後方向、−Ｙを左方向、＋Ｙ方向を右方向、−Ｚ方向を下方向、＋Ｚ方向を上方向として説明する。
【００２４】
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および導波管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スタブチューナ７０を備えて構成されている。また搬送手段Ｃは、図略の駆動手段により回転駆動される搬送ローラＣ１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。
【００２５】
導波管１０は、アルミニウム等の非磁性金属から成り、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が組付けられる第２導波管ピース１２およびプラズマ発生部３０が設けられている第３導波管ピース１３が連結されて成る。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。
【００２６】
また、第１導波管ピース１１、第２導波管ピース１２および第３導波管ピース１３は、それぞれ金属平板からなる上面板、下面板および２枚の側面板を用いて角筒状に組立てられ、その両端にフランジ板が取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もしくは非分割型の導波管を用いるようにしてもよい。また、断面矩形の導波管に限らず、たと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。
【００２７】
マイクロ波発生装置２０は、たとえば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、たとえば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。
【００２８】
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、たとえば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。
【００２９】
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、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Ｃ１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λＧに応じて定めることが望ましい。たとえば、波長λＧ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は、λＧ＝２３０ｍｍであるので、１１５ｍｍ（λＧ／２）ピッチ、或いは５７．５ｍｍ（λＧ／４）ピッチでプラズマ発生ノズル３１を配列すればよい。
【００３０】
図４は、２つのプラズマ発生ノズル３１を拡大して示す側面図（一方のプラズマ発生ノズル３１は分解図として描いている）、図５は、図４のＡ−Ａ線側断面図である。プラズマ発生ノズル３１は、中心導電体３２（内側導電体）、ノズル本体３３（外側導電体）、ノズルホルダ３４、シール部材３５、保護管３６および誘電体カバー３８を含んで構成されている。
【００３１】
中心導電体３２は、銅、アルミ、真鍮などの良導電性の金属から構成され、φ１〜５ｍｍ程度の棒状部材から成り、一端側であるその上端部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、他端側である下端部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は、前記受信アンテナ部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、後に詳述するように、下端部３２２が同心状のノズル本体３３との間でプラズマを発生す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。
【００３２】
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の絶縁性部材から成り、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成る。
【００３３】
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。
【００３４】
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、たと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。
【００３５】
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。
【００３６】
これらガス供給孔３４４および連通孔３３３は、周方向に等間隔に複数穿孔されていてもよく、また中心へ向けて半径方向に穿孔されるのではなく、前述の特許文献１のように、処理ガスを旋回させるように、前記筒状空間３３２の外周面の接線方向に穿孔されてもよい。また、ガス供給孔３４４および連通孔３３３は、中心導電体３２に対して垂直ではなく、処理ガスの流れを良くするために、上端部３２１側から下端部３２２側へ斜めに穿設されてもよい。
【００３７】
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付けられているものである。
【００３８】
保護管３６は、所定長さの石英ガラスパイプ等から成り、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よい。
【００３９】
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および第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。したがって、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およびノズル本体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。
【００４０】
かかる状態で、ガス供給孔３４４から、たと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。
【００４１】
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、たと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。
【００４２】
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。
【００４３】
注目すべきは、本実施の形態のプラズマ発生ノズル３１では、図５で拡大して示すように、前記受信アンテナ部３２０の先端３２１１に、そのエッジ３２１２をカバーする前記誘電体カバー３８が設けられていることである。したがって、受信アンテナ部３２０の先端エッジ３２１２が覆われるので、このエッジ３２１２と導波管１０との間はプラズマ点灯し難い状況となり、プラズマ発生ノズル３１側での点灯がより高い確率で行われるようになる。これによって、導波管１０内でのプラズマ点灯を防止し、前記受信アンテナ３２０の損耗や、その受信アンテナ３２０の絶縁支持体であるシール部材３５の損傷などの前記導波管１０内でのプラズマ点灯による不具合の発生を抑えることができる。
【００４４】
また、前記誘電体カバー３８は、前記受信アンテナ部３２０の先端３２１１に嵌め込まれる筒状に形成され、前記受信アンテナ部３２０の先端３２１１部分をＤ１、たとえば３ｍｍ覆い、かつ先端面からＤ２、たとえば１〜２ｍｍ突出していることで前記エッジ３２１２をカバーしている。したがって、受信アンテナ部３２０での受信電力を大きく損なうことなく、プラズマ点灯を抑えることができる。
【００４５】
さらにまた、前記誘電体カバー３８は、前記テフロン（登録商標）、セラミックまたは石英ガラスの低誘電損失で、耐熱性および耐衝撃性を有する材料から成る。したがって、受信アンテナ部３２０での過酷な環境に耐えつつ、受信アンテナ部３２０の先端３２１１における誘電率を低下させてプラズマ点灯を抑えることができる。
【００４６】
このような構成は、導波管１０にプラズマ発生ノズル３１が複数個配列して取付けられた場合、点灯しないノズルが現れる確率も高くなり、したがって前記導波管１０内でのプラズマ点灯の確率が高くなるので、特に効果的である。
【００４７】
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（受信アンテナ部３２０）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、第３導波管ピース１３の右側端部に連結されているもので、反射ブロック４２を変位させることでマイクロ波の反射位置を変化させて定在波パターンが調整可能となる。したがって、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付けられる。
【００４８】
サーキュレータ５０は、たと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た反射マイクロ波を、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。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、図３で示すように第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１を、上下方向に出没動作させることで中心導電体３２による消費電力が最大、すなわち反射マイクロ波を最小として、プラズマ点火を生じ易くするものである。
【００５１】
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Ｃ１を備え、図略の駆動手段により搬送ローラＣ１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よい。
【００５２】
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７は、ワーク処理装置Ｓの制御系を示すブロック図である。この制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）９０１およびその周辺回路等から成る全体制御部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、ガス流量制御部９２および搬送制御部９３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９６，９７，９８と、センサ９６１，９７１，９８１と、駆動モータ９３１と、流量制御弁９２３とを備えて構成される。
【００５３】
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。
【００５４】
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の開度調整を行う。
【００５５】
搬送制御部９３は、搬送ローラＣ１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。
【００５６】
全体制御部９０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、センサ入力部９６から入力される流量センサ９６１の測定結果、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、センサ入力部９８から入力される光センサ９８１の測定結果等をモニタし、上記マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２および搬送制御部９３を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。
【００５７】
具体的には、前記ＣＰＵ９０１は、メモリ９０２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。マイクロ波パワーおよび処理ガス流量を制御することでプルームＰの大きさを制御することができ、搬送速度を制御することで、プルームＰの照射量を制御することができる。このようにして、複数のワークＷを連続的に処理する。
【００５８】
このとき、注目すべきは、制御手段である前記ＣＰＵ９０１は、図１や図２などで示すように、プラズマ発生部３０の第３導波管ピース１３の側壁１３Ｓに形成された検知孔１３Ｈに取付けられ、該導波管１０内の光を検知することができる光センサ９８１からの出力をセンサ入力部９８を介してモニタしており、図６において参照符号Ｐ’で示すようなプラズマ点灯を検知すると、マイクロ波出力制御部９１を介して前記マイクロ波発生装置２０を停止させるとともに、ガス流量制御部９２を介して流量制御弁９２３に処理ガスの供給を停止させ、点灯しかけたプラズマを直ちに消灯させる。その後は、停止したままとなって作業者によって再起動されてもよく、所定時間、たとえば数秒経過後に自動的に再起動するようにしてもよい。
【００５９】
このように構成することで、前述のようにして導波管１０内でのプラズマ点灯を抑えていても、それでもプラズマ点灯してしまった場合に、点灯してしまったプラズマを速やかに消灯させることができる。
【００６０】
なお、特開２００２−１９８２００号公報に、導波管内部でプラズマ放電が発生した場合に、プラズマ粒子が導波管の内壁面に衝突してガスが発生することによる圧力上昇を検知し、マイクロ波発振器のパワーを低下させたり停止させたりすることが示されている。しかしながら、本発明のようにプラズマ発生ノズル３１の受信アンテナ部３２０の先端３２１１に、そのエッジ３２１２をカバーする誘電体カバー３８を設けることでプラズマ点灯自体を起り難くすることは、到底想到し得るはずもない。また、点灯したプラズマの検知も、光センサ９８１を用いる本発明の方が応答性が高く、すなわち定常的な点灯に移る前の灯き始めの段階で検知することができ、上述のように完全に停止するのではなく、マイクロ波パワーや処理ガスの流量を抑えるなどして、直ちにそのような不安定な状態を脱し、ワークＷの処理を継続して行うようにすることもできる。
【００６１】
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。したがって、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ＰＵを提供することができる。しかも、外界の温度およ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。
【００６２】
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。したがって、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。
【００６３】
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成るプラズマ発生部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。
【００６４】
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、たと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、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Ｗ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よく、たとえばワークＷ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よい。
（２）上記実施形態では、移動手段としてワークＷを搬送する搬送手段Ｃが用いられ、その搬送手段Ｃとしては搬送ローラＣ１の上面にワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に、たとえば上下の搬送ローラ間にワークＷ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Ｗ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よい。或いは、移動手段としてはプラズマ発生ノズル３１側を移動させる構成であってもよい。すなわち、ワークＷとプラズマ発生ノズル３１とは、プラズマ照射方向（Ｚ方向）とは交差する面（Ｘ，Ｙ面）上で相対的に移動すればよい。
（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よい。
（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。たとえば、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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係るワーク処理装置およ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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】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２】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。
【図３】ワーク処理装置の一部透視側面図である。
【図４】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５】図４のＡ−Ａ線側断面図である。
【図６】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。
【図７】ワーク処理装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
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
３２０  受信アンテナ部
３２１１    先端
３２１２    エッジ
３３    ノズル本体
３４    ノズルホルダ
３４４  ガス供給孔
３６    保護管
３８    誘電体カバー
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
９０    全体制御部
９０１  ＣＰＵ
９０２    メモリ
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
９６，９７，９８    センサ入力部
９８１  光センサ
Ｓ    ワーク処理装置
ＰＵ    プラズマ発生ユニット
Ｃ    搬送手段
Ｃ１    搬送ローラ
Ｗ    ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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