(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波をプラズマ発生ノズルが受信し、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処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、搬送手段が、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ことで、前記ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、
ワークにプラズマ照射する前段階で、ワークの有無を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に応答して、マイクロ波発生手段の動作を制御して、プラズマの点灯および消灯を制御する制御手段とを含むことを特徴とするワーク処理装置。
【請求項２】
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、両導電体間に受信されたマイクロ波による高周波のパルス電界を印加することで、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射することを特徴とする請求項１記載のワーク処理装置。
【請求項３】
前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波は導波管によって伝搬され、前記プラズマ発生ノズルはプラズマ発生部の導波管において複数個配列して取付けられ、伝搬されたマイクロ波は各プラズマ発生ノズルの内側導電体でそれぞれ受信されることを特徴とする請求項２記載のワーク処理装置。
【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】
上述の従来技術は、常圧下で使用可能なだけに、減圧下で使用される場合に比べて、マグネトロンなどのマイクロ波発生手段の寿命が短くなり、点検や交換などのメンテナンスを頻繁に行わなければならないという問題がある。たとえば、マグネトロンの寿命で、１８００時間程度である。
【０００４】
本発明の目的は、マグネトロンなどのマイクロ波発生手段を稼働させる期間を最小限とし、該マイクロ波発生手段のメンテナンスを軽減することができ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】
【０００５】
本発明のワーク処理装置は、マイクロ波発生手段で発生されたマイクロ波をプラズマ発生ノズルが受信し、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処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、搬送手段が、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ことで、前記ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、ワークにプラズマ照射する前段階で、ワークの有無を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に応答して、マイクロ波発生手段の動作を制御して、プラズマの点灯および消灯を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、マイクロ波発生手段から、たとえば同軸ケーブルを介して、或いは導波管を介して、マイクロ波がプラズマ発生ノズルに伝播され、プラズマ発生ノズルがその受信したマイクロ波のエネルギーに基づき、プラズマ化したガスを生成して処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、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ことで、基板の改質等、ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、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にあたって、ワークに対しては移動方向の上流側、プラズマ発生ノズルに対しては移動方向の下流側、すなわちこれからプラズマ照射が行われるワークが準備される地点で、ワークの有無を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応答して、制御手段が、マイクロ波発生手段の動作を制御する。たとえば、搬送の遅延を考慮して、プラズマ発生ノズルに、ワークの先端が到達する所定時間だけ以前からマイクロ波発生手段を動作させてプラズマを点灯させ、ワークの後端が通過してから所定時間だけ以後にマイクロ波発生手段を停止させてプラズマを消灯させる。なお、プラズマ照射後のワークの有無を検知する検知手段も、適宜設けてもよい。また、検知手段は、プラズマ照射部が複数ステージ設けられる場合に、ステージ毎に設けられてもよく、或いは最前段のステージの前に１つだけ設けられ、後段側はそれぞれのステージまでの前記遅延時間を考慮して、マイクロ波発生手段の動作が制御されてもよい。
【０００７】
したがって、ワークが間欠的に搬送されるなどして、被照射対象のワークが存在しない場合のあるワーク処理装置において、マグネトロンなどのマイクロ波発生手段を稼働させる期間を最小限とし、該マイクロ波発生手段のメンテナンスを軽減することができる。
【０００８】
また、本発明のワーク処理装置では、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、両導電体間に受信されたマイクロ波による高周波のパルス電界を印加することで、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射することを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、プラズマ発生ノズルが同心状の内側導電体と外側導電体とを有し、それらの間に受信されたマイクロ波による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、さらにそれらの間にガス供給源からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルから常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークに放射することができる。
【００１０】
したがって、前記常圧下で稼働し、高密度のプラズマを発生するワーク処理装置は、マグネトロンなどのマイクロ波発生手段の寿命が短くなり、交換などのメンテナンスが頻繁に必要になるのに対して、前述のように被照射対象のワークが存在しないときにマイクロ波を停止することは、より効果的である。また、減圧下よりも厳しい条件である上述の常圧下で使用されるプラズマ発生ノズルの寿命も延長することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明のワーク処理装置では、前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波は導波管によって伝搬され、前記プラズマ発生ノズルはプラズマ発生部の導波管において複数個配列して取付けられ、伝搬されたマイクロ波は各プラズマ発生ノズルの内側導電体でそれぞれ受信されることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、１つのマイクロ波発生手段で複数のプラズマ発生ノズルを駆動するにあたって、マイクロ波発生手段からのマイクロ波を導波管によって伝搬する。
【００１３】
したがって、複数のプラズマ発生ノズルへのマイクロ波の給電を、簡単な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のワーク処理装置は、以上のように、たとえばマイクロ波発生手段から同軸ケーブルを介して、或いは導波管を介して、マイクロ波がプラズマ発生ノズルに伝播され、プラズマ発生ノズルがその受信したマイクロ波のエネルギーに基づき、プラズマ化したガスを生成して処理対象とされるワークに向けて照射するとともに、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ことで、基板の改質等、ワークに所定の処理を施与するワーク処理装置において、ワークにプラズマ照射する前段階で、ワークの有無を検知する検知手段を設け、その検知手段の検知結果に応答して、制御手段が、マイクロ波発生手段の動作を制御する。
【００１５】
それゆえ、ワークが間欠的に搬送されるなどして、被照射対象のワークが存在しない場合のあるワーク処理装置において、マグネトロンなどのマイクロ波発生手段を稼働させる期間を最小限とし、該マイクロ波発生手段のメンテナンスを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施の形態１］
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、搬送されるワークＷを検知するセンサユニットＳＵ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。
【００１７】
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８０を含んで構成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ワークＷの搬送方向と直交する幅方向の最大サイズｔと略合致する幅員とされている。これにより、ワークＷ１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、矩形の導波管１０の断面サイズが２．８４インチ×１．３８インチの場合、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。
【００２３】
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、図１１は、一方のプラズマ発生ノズル３１の底面図である。プラズマ発生ノズル３１は、中心導電体３２（内部導電体）、ノズル本体３３（外部導電体）、ノズルホルダ３４、シール部材３５および保護管３６を含んで構成されている。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。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。
【００３７】
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とを備えている。
【００３８】
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よい。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およ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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。これに対して、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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に直結された操作棒７２と、スタブ７１を上下方向に出没動作させるための移動機構７３と、これら機構を保持する外套７４とから構成されている。
【００４３】
スタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃに各々備えられているスタブ７１は、その導波空間１２０への突出長が各操作棒７２により独立して調整可能とされている。これらスタブ７１の突出長は、たとえばマイクロ波電力パワーをモニタしつつ、中心導電体３２による消費電力が最大となるポイント（反射マイクロ波が最小になるポイント）を探索することで決定される。なお、このようなインピーダンス整合は、必要に応じてスライディングショート４０と連動させて実行される。このスタブチューナ７０の操作も、ステッピングモータ等を用いて自動化することが望ましい。
【００４４】
搬送手段Ｃは、所定の搬送路に沿って配置された複数の搬送ローラ８０を備え、図略の駆動手段により搬送ローラ８０が駆動されることで、処理対象となるワークＷを、前記プラズマ発生部３０を経由して搬送させるものである。ここで、処理対象となるワークＷとしては、プラズマディスプレイパネルや半導体基板のような平型基板、電子部品が実装された凹凸を有する回路基板等を例示することができ、搬送ローラ８０に代えてベルトコンベア等を採用してもよい。
【００４５】
センサユニットＳＵは、プラズマ発生部３０に対して、矢府Ｆで示すワークＷの移動方向の上流側の適所に設けられ、ワークＷにプラズマ照射する前段階で、前記ワークＷの有無を検知する検知手段を構成する。図１の例では、センサユニットＳＵは、隣接する搬送ローラ８０間に埋設され、したがって前記ワークＷの移動方向とは直交する方向に延びて形成され、ワークＷの裏面側に臨む支持部材１０１と、前記支持部材１０１上に配列される１または複数（図１では５つ）の発光素子Ｌ１〜Ｌ５と、前記各発光素子Ｌ１〜Ｌ５の上方で対向配置される受光素子Ｓ１〜Ｓ５と、前記受光素子Ｓ１〜Ｓ５を支持する支持部材１０２とを備えて構成される。
【００４６】
このセンサユニットＳＵとしては、上述のように対を成す発光素子Ｌ１〜Ｌ５および受光素子Ｓ１〜Ｓ５を用い、それらの間の光路をワークＷが遮断することでワーク有りと判定し、前記光路が形成されることでワーク無しと判定する構成以外にも、ワークＷへ接触片を直接接触させる接触検知、赤外線や超音波の反射による検知の構成が用いられてもよい。
【００４７】
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り、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、搬送制御部９３およびセンサ駆動部９４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、前記受光素子Ｓ１〜Ｓ５、発光素子Ｌ１〜Ｌ５、センサ９６１，９７１、駆動モータ９３１、および流量制御弁９２３とを備えて構成される。
【００４８】
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、全体制御部９０からの出力に応答して、前記２．４５ＧＨｚのＰＷＭ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。
【００４９】
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の開閉制御乃至は開度調整をそれぞれ行う。
【００５０】
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。
【００５１】
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、センサ入力部９８から入力される受光素子Ｓ１〜Ｓ５によるワークＷの有無等をモニタし、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。
【００５２】
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、駆動モータ９３１を起動し、速度センサ９７１によって検出される速度が所定の搬送速度になるように維持して、ワークＷの搬送を開始させる。そして、受光素子Ｓ１〜Ｓ５によってワークＷの通過が検知されると（受光素子Ｓ１〜Ｓ５への光入力の遮断によって、その出力がハイからローへ立ち下がる）、タイマ９０３を起動し、所定時間Ｔ−α１が経過した時点で流量制御弁９２３を所定の開度で開放して処理ガスの供給を開始し、所定時間Ｔ−α２が経過した時点でマイクロ波発生装置２０からマイクロ波を発生させる。こうしてプラズマ（プルームＰ）が点灯した状態で、ワークＷはプラズマ発生部３０へ導かれ、プラズマ照射されてゆく。
【００５３】
ここで、前記時間Ｔは、受光素子Ｓ１〜Ｓ５の位置からプラズマ発生ノズル３１の位置までの距離Ｈ（図１参照）と搬送ローラ８０によるワークＷの搬送速度とから求められる時間で、カウンタ９０３によってこの時間Ｔがカウントされた時点で、ワークＷの先端がプラズマ発生ノズル３１に到達する。したがって、この時間Ｔよりもα１だけ以前に処理ガスの供給が開始され、プラズマ点灯可能とした状態で、前記時間Ｔよりもα２（α２＜α１）だけ以前にマイクロ波を発生させてプラズマ点灯が行われ、ワークＷの先端から照射不足のないように制御される。
【００５４】
続いて、受光素子Ｓ１〜Ｓ５によってワークＷの通過が検知されると（受光素子Ｓ１〜Ｓ５への光入力の再開によって、その出力がローからハイへ立ち上がる）、タイマ９０３をリセットして再起動し、所定時間Ｔ＋α３が経過した時点でマイクロ波発生装置２０からマイクロ波の発生を停止させ、所定時間Ｔ＋α４（α４＞α３）が経過した時点で流量制御弁９２３を閉止させて処理ガスの供給を停止する。こうして、ワークＷの後端までプラズマ照射された後、プラズマ（プルームＰ）の発生が停止される。
【００５５】
なお、プラズマ照射中および照射を行うにあたって、処理ガス供給源９２１のガス圧不足などで、流量センサ９６１によって、何れか１つのプラズマ発生ノズル３１にでも規定の流量の処理ガスが供給されていないことが検出されると、マイクロ波の発生が停止され、操作部９５の表示手段などに警告表示が行われる。
【００５６】
前記発光素子Ｌ１〜Ｌ５は、センサ駆動部９８を介して、全体制御部９０によって点灯／消灯が制御され、搬送ローラ８０が回転されている間は点灯され、或いは該ワーク処理装置Ｓの電源が投入されている間は点灯される。受光素子Ｓ１〜Ｓ５への外乱光の影響が考慮される場合には、受光素子Ｓ１〜Ｓ５にフィルタを設けたり、発光素子Ｌ１〜Ｌ５とのピーク波長を一致させるなど、素子Ｓ１〜Ｓ５，Ｌ１〜Ｌ５間の整合が適宜行われればよい。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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、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。
【００６０】
さらにまた、プラズマ発生ノズル３１に対して、ワークＷの移動方向Ｆの上流側に検知手段であるセンサユニットＳＵを設け、そのセンサユニットＳＵによるワークＷの検知結果に応答して、制御手段を構成する全体制御部９０およびマイクロ波出力制御部９１によって、マイクロ波発生装置２０の動作を制御することで、ワークＷが間欠的に搬送されるなどして、被照射対象のワークＷが存在しない場合のあるワーク処理装置Ｓにおいて、マグネトロンなどのマイクロ波発生装置２０を稼働させる期間を最小限とし、該マイクロ波発生装置２０のメンテナンスを軽減することができる。また、消費電力や処理ガスの消費量も軽減することができる。
【００６１】
さらにまた、プラズマ発生ノズル３１の構造として、内側導電体である中心導電体３２と外側導電体であるノズル本体３３とが同心状に形成され、両導電体間に中心導電体３２で受信されたマイクロ波による高周波のパルス電界を印加することで、グロー放電を生じさせてプラズマを発生させ、それらの間に処理ガス供給源９２１からの処理ガスを供給することで、吹出し口のノズルであるノズル本体３３の下端縁３３２から、常圧下でプラズマ化したガスを被処理ワークＷに放射する構造であるので、前記マイクロ波発生装置２０の寿命が短くなり、交換などのメンテナンスが頻繁に必要になるのに対して、前述のように被照射対象のワークＷが存在しないときにマイクロ波を停止することは、より効果的である。また、減圧下よりも厳しい条件である上述の常圧下で使用されるプラズマ発生ノズル３１の寿命も延長することができる。
【００６２】
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、搬送手段Ｃとして搬送ローラ８０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８０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、プラズマ発生ノズル３１側が移動してもよい。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。
（５）プラズマ照射の終了を判定するために、プラズマ発生ノズル３１よりも後方にもセンサユニットＳＵを設けるようにしてもよい。この場合、前記所定時間Ｔ＋α３，Ｔ＋α４のカウントは必要なくなる。
（６）センサユニットＳＵにおける素子Ｓ１〜Ｓ５，Ｌ１〜Ｌ５の数は、５組に限らず、ワークＷの搬送方向Ｆと直交する幅方向に、幾つのワークが並行して搬送されるのかによって決定されればよい。たとえば、幅の大小に拘わらず、幅方向には１つしか搬送されない場合は、１組でもよい。その場合には、ワークが、搬送ローラ８０のセンター基準で搬送されるか、サイド基準で搬送されるかによって、最小幅のワークを検知できる位置に設けられればよい。或いは、幅方向に複数のワークが並行して搬送され、素子Ｓ１〜Ｓ５，Ｌ１〜Ｌ５でそれぞれを検知する場合、何れかでワークが検知されればマイクロ波は発生されるが、検知されない素子の下流側に位置するプラズマ発生ノズルでの処理ガスの供給を停止するようにしてもよい。
（７）操作部９５の入力手段などからの設定によって、全体制御部９０に、プラズマ照射のＯＦＦ時のディレイタイマを設定し、ワークＷ間の間隔が短い場合は、ワークＷの後端が検出される毎にマイクロ波の発生を停止させるのではなく、そのディレイタイマのカウント中はマイクロ波を継続して発生させ、カウント動作が満了した時点で停止させるようにしてもよい。
（８）マイクロ波発生装置２０からのマイクロ波は、導波管１０ではなく、同軸ケーブルを介して伝達されてもよい。しかしながら、導波管１０を用いると、多くのプラズマ発生ノズル３１へ伝達するのに好適である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
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】
【００６４】
【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】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。
【図８】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。
【図９】スタブチューナの設置状況を示す透視側面図である。
【図１０】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】
【００６５】
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）
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
８０    搬送ローラ
９０    全体制御部
９０１  ＣＰＵ
９０２  メモリ
９０３  タイマ
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
９４    センサ駆動部
９５    操作部
９６，９７，９８    センサ入力部
１０１，１０２    支持部材
Ｃ    搬送手段
Ｌ１〜Ｌ５    発光素子
ＰＵ    プラズマ発生ユニット（プラズマ発生装置）
Ｓ    ワーク処理装置
Ｓ１〜Ｓ５    受光素子
ＳＵ    センサユニット
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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【図８】
0004619967.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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