(57)【要約】【課題】プラズマ発生ノズルの耐久性を向上させることが可能なプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】プラズマ発生装置ＰＵは、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０と、マイクロ波を伝搬する導波管１０と、導波管１０のワークＷとの対向面に設けられたプラズマ発生部３０とを具備し、該プラズマ発生部３０には、マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズル３１が複数個配列して取り付けられている。プラズマ発生ノズル３１は、シール部材３５で保持され導波管１０の内部に一端が突出する中心導電体３２と、該中心導電体３２の周囲に離間して配置されたノズル本体３３とを含んでおり、シール部材３５を冷却すべくガスをシール部材３５内部に形成されたシール部材側流路３５４を経由させて中心導電体３２とノズル本体３３との間に供給するように構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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施与するワーク処理装置であって、
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、前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取り付けられてなるプラズマ発生部とを具備するプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生部を通過するようにワークを搬送するワーク搬送手段とを備え、
前記プラズマ発生ノズルは、
ノズル内に配設された保持部材で保持され前記導波管の内部に一端が突出する内部導電体と、
該内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体と、
前記内部導電体と外部導電体との間に所定のガスを供給するガス供給部とを含み、
前記保持部材を冷却すべく前記ガスを前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に形成された第１の流路を経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給し、ノズル先端部からプラズマ化されたガスを放出するよう構成されていることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項２】
略円筒状の内部導電体を略円環状の保持部材で保持するように構成され、
前記第１の流路は、前記内部導電体を囲むように前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に所定の曲率で湾曲して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク処理装置。
【請求項３】
前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、前記外部導電体の内部及び周囲の少なくとも一方に形成され前記第１の流路に連通する第２の流路をさらに経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給することを特徴とする請求項１または２に記載のワーク処理装置。
【請求項４】
前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、直ちに前記内部導電体と外部導電体との間に供給することを特徴とする請求項１または２に記載のワーク処理装置。
【請求項５】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波を伝搬し、移動する処理対象ワークの搬送経路に対向可能に形成された対向面を含む導波管と、
前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管の対向面に複数個配列して取り付けられてなるプラズマ発生部とを備え、
前記プラズマ発生ノズルは、
ノズル内に配設された保持部材で保持され前記導波管の内部に一端が突出する内部導電体と、
該内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体と、
前記内部導電体と外部導電体との間に所定のガスを供給するガス供給部とを含み、
前記保持部材を冷却すべく前記ガスを前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に形成された第１の流路を経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給し、ノズル先端部からプラズマ化されたガスを放出するよう構成されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項６】
略円筒状の内部導電体を略円環状の保持部材で保持するように構成され、
前記第１の流路は、前記内部導電体を囲むように前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に所定の曲率で湾曲して形成されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、前記外部導電体の内部及び周囲の少なくとも一方に形成され前記第１の流路に連通する第２の流路をさらに経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給することを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、直ちに前記内部導電体と外部導電体との間に供給することを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマ発生装置。
【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に対してプラズマを照射しワーク表面の清浄化や改質を図ることが可能なワーク処理装置及びこれに用いるプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体基板等の被処理ワークに対してプラズマを照射し、その表面の有機汚染物の除去、表面改質、エッチング、薄膜形成または薄膜除去等を行うワーク処理装置が知られている。例えば特許文献１には、内側電極と外側電極とを有するノズルヘッド（プラズマ発生ノズル）を用い、常圧下において両電極間に電界を印加することでグロー放電プラズマを発生させ、プラズマ化されたガスを被処理ワークに放射するワーク処理装置が開示されている。このワーク処理装置のノズルヘッドは、ヘッド本体に内側電極を保持する絶縁ホルダを内装し、さらに該絶縁ホルダの下面に接する状態で外側電極を内装して構成されている。そして、ヘッド本体の上端縁に取り付けられたガス供給管から供給されたガスを両電極間に供給するために、ヘッド本体及び絶縁ホルダの内部にガス供給路を設けている。
【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】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来のワーク処理装置では、ガス供給管から両電極間までのガス供給の経路が長くなることのないよう平面視で直線状に構成されているため、ガスが絶縁ホルダ内部を通過することによる絶縁ホルダの積極的な冷却作用を得るのが困難であり、また特許文献１にはそうした冷却作用については示唆及び開示がなされていない。これにより、例えば加工し易い樹脂を用いて絶縁ホルダを形成した場合に絶縁ホルダが熱変形（軟化）する虞があるので、絶縁ホルダにより内側電極を保持し続けるのが困難であり、その結果、プラズマ発生ノズルの耐久性が低下するという問題がある。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プラズマ発生ノズルの耐久性を向上させることが可能なワーク処理装置及びプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に記載のワーク処理装置は、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施与するワーク処理装置であって、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、前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管に複数個配列して取り付けられてなるプラズマ発生部とを具備するプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生部を通過するようにワークを搬送するワーク搬送手段とを備え、前記プラズマ発生ノズルは、ノズル内に配設された所定の保持部材で保持され前記導波管の内部に一端が突出する内部導電体と、該内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体と、前記内部導電体と外部導電体との間に所定のガスを供給するガス供給部とを含み、前記保持部材を冷却すべく前記ガスを前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に形成された第１の流路を経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給し、ノズル先端部からプラズマ化されたガスを放出するよう構成されていることを特徴とする。
【０００６】
この請求項１に記載のワーク処理装置では、上記のように、内部導電体を保持する保持部材を冷却すべく、ガス供給部から供給されるガスを迂回するように保持部材の内部或いは周囲に形成された第１の流路を経由させて内部導電体と外部導電体との間に供給したので、比較的低温なガスが保持部材の内部或いは周囲の第１の流路を通過することによって、プラズマ発生時に高電圧を受けて高温となる内部導電体に直接接触する保持部材を十分に冷却（空気冷却）することができる。これにより、絶縁性の保持部材の材質として例えば加工し易い樹脂を用いた場合に顕著に発生する保持部材の熱変形（軟化）を十分に抑制することができるので、保持部材により内部導電体を確実に保持し続けることができる。その結果、プラズマ発生ノズルの耐久性を向上させることができる。
【０００７】
上記請求項１に記載のワーク処理装置において、略円筒状の内部導電体を略円環状の保持部材で保持するように構成され、前記第１の流路は、前記内部導電体を囲むように前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に所定の曲率で湾曲して形成されている構成とすることが好ましい（請求項２）。このように構成すれば、内部導電体の外周面との間隔がほぼ一定となるように第１の流路を保持部材の内部或いは周囲に配することができるので、内部導電体からの熱を第１の流路に均等に伝達することができる。これにより、保持部材をムラなく冷却することができる。
【０００８】
上記請求項１または２に記載のワーク処理装置において、前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、前記外部導電体の内部及び周囲の少なくとも一方に形成され前記第１の流路に連通する第２の流路をさらに経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給する構成としてもよい（請求項３）。このように構成すれば、比較的低温なガスを外部導電体の内部或いは周囲を通過させることができるので、保持部材に加えてプラズマ発生時に高温となる外部導電体をも十分に冷却することができる。
【０００９】
また、上記請求項１または２に記載のワーク処理装置において、前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、直ちに前記内部導電体と外部導電体との間に供給する構成としてもよい（請求項４）。このように構成すれば、ガスが内部導電体と外部導電体との間に供給されるまでに通過する流路の数を低減することができるので、流路間の継目の数を少なくすることができる。これにより、想定外の箇所からガスが漏れ出すのを抑制することができる。
【００１０】
この発明の請求項５に記載のプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波を伝搬し、移動する処理対象ワークの搬送経路に対向可能に形成された対向面を含む導波管と、前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づきプラズマ化したガスを生成して放出するプラズマ発生ノズルが前記導波管の対向面に複数個配列して取り付けられてなるプラズマ発生部とを備え、前記プラズマ発生ノズルは、ノズル内に配設された所定の保持部材で保持され前記導波管の内部に一端が突出する内部導電体と、該内部導電体の周囲に離間して配置された外部導電体と、前記内部導電体と外部導電体との間に所定のガスを供給するガス供給部とを含み、前記保持部材を冷却すべく前記ガスを前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に形成された第１の流路を経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給し、ノズル先端部からプラズマ化されたガスを放出するよう構成されていることを特徴とする。
【００１１】
この請求項５に記載のプラズマ発生装置では、上記のように、内部導電体を保持する保持部材を冷却すべく、ガス供給部から供給されるガスを迂回するように保持部材の内部或いは周囲に形成された第１の流路を経由させて内部導電体と外部導電体との間に供給したので、比較的低温なガスが保持部材の内部或いは周囲の第１の流路を通過することによって、プラズマ発生時に高電圧を受けて高温となる内部導電体に直接接触する保持部材を十分に冷却（空気冷却）することができる。これにより、絶縁性の保持部材の材質として例えば加工し易い樹脂を用いた場合に顕著に発生する保持部材の熱変形（軟化）を十分に抑制することができるので、保持部材により内部導電体を確実に保持し続けることができる。その結果、プラズマ発生ノズルの耐久性を向上させることができる。
【００１２】
上記請求項５に記載のプラズマ発生装置において、略円筒状の内部導電体を略円環状の保持部材で保持するように構成され、前記第１の流路は、前記内部導電体を囲むように前記保持部材の内部及び周囲の少なくとも一方に所定の曲率で湾曲して形成されている構成とすることが好ましい（請求項６）。このように構成すれば、内部導電体の外周面との間隔がほぼ一定となるように第１の流路を保持部材の内部或いは周囲に配することができるので、内部導電体からの熱を第１の流路に均等に伝達することができる。これにより、保持部材をムラなく冷却することができる。
【００１３】
上記請求項５または６に記載のプラズマ発生装置において、前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、前記外部導電体の内部及び周囲の少なくとも一方に形成され前記第１の流路に連通する第２の流路をさらに経由させて前記内部導電体と外部導電体との間に供給する構成としてもよい（請求項７）。このように構成すれば、比較的低温なガスを外部導電体の内部或いは周囲を通過させることができるので、保持部材に加えてプラズマ発生時に高温となる外部導電体をも十分に冷却することができる。
【００１４】
また、上記請求項５または６に記載のプラズマ発生装置において、前記ガスを前記第１の流路を通過させたのち、直ちに前記内部導電体と外部導電体との間に供給する構成としてもよい（請求項８）。このように構成すれば、ガスが内部導電体と外部導電体との間に供給されるまでに通過する流路の数を低減することができるので、流路間の継目の数を少なくすることができる。これにより、想定外の箇所からガスが漏れ出すのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明のワーク処理装置、及びプラズマ発生装置によれば、保持部材を十分に冷却して該保持部材の熱変形（軟化）を抑制することによって、保持部材により内部導電体を確実に保持し続けることができるので、プラズマ発生ノズルの耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。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。
【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。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。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。
【００１８】
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との管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。
【００２０】
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。
【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。
【００２２】
プラズマ発生部３０は、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂ（矩形導波管の一つの側面；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。例えば、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を配列すれば良い。
【００２３】
図４は、プラズマ発生ノズル３１を示す側断面図、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。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及びシール部材３５を含んで構成されている。
【００２４】
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。
【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を保持する保持空間３４１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。
【００２６】
ノズル本体３３は、上方から順に、ノズルホルダ３４の保持空間３４１に嵌合される胴部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とを具備している。また、胴部３３Ｕには、所定の処理ガスを通過させて前記筒状空間３３２へ供給させるための連通孔３３３が穿孔されている。この連通孔３３３は、胴部３３Ｕの外周面から軸心に向けて水平に延びたのち上方に折れ曲がりさらに軸心に向けて水平に延びる階段状に形成されており、ガス供給孔３４４から供給されたガスをシール部材３５に向けて積極的に誘導するように構成されている。
【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、胴部３３Ｕの外周部がノズルホルダ３４の保持空間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。また、胴部３３Ｕの内周部には、シール部材３５を保持する保持空間３３５が形成されている。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。
【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（保持空間３４１の上部位置に略対応する）と、下面板１３Ｂから下方向に延出する下側胴部３４Ｂ（保持空間３４１の下部位置に略対応する）とを備えている。上側胴部３４Ｕ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。また、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を接続するための管継手３８が取り付けられている。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】
シール部材３５は、その下端縁３５２がノズル本体３３の段差部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、ホルダ本体３３の保持空間３３５に保持されている。すなわち、保持空間３３５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の段差部３３４でその下端縁３５２を押圧しつつその上端縁３５３をノズルホルダ３４の上端係止部３４５に当接させるようにして組み付けられているものである。なお、ノズル本体３３は、その上端縁３３０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の保持空間３４１に保持されている。
【００３０】
ここで、本実施形態では、シール部材３５の内部には、中心導電体３２を囲むようにシール部材側流路３５４（第１の流路）が形成されている。このシール部材側流路３５４は、ノズル本体３３の連通孔３３３に連通してシール部材３５の外周面から軸心に向けて延びる直線流路部３５５と、直線流路部３５５に連設されて中心導電体３２との間隔がほぼ一定となるように所定の曲率で湾曲する円弧流路部３５６と、円弧流路部３５６に連設されてシール部材３５の外周面に向けて延びる直線流路部３５７とにより構成されている。円弧流路部３５６は、中心導電体３２の周りを約半周する螺旋の態様でシール部材３５内に配されている。
【００３１】
また、本実施形態では、ノズル本体３３の内部には、上記シール部材側流路３５４に連通するノズル本体側流路３３６（第２の流路）が形成されている。このノズル本体側流路３３６は、シール部材側流路３５４の直線流路部３５７に連通してノズル本体３３の外周面に向けて水平に延びる水平流路部３３７と、水平流路部３３７に連設されて鉛直下方に延びる垂直流路部３３８と、垂直流路部３３８に連設されてノズル本体３３の筒状空間３３２に向けて水平に延びる水平流路部３３９とにより構成されている。
【００３２】
上記構成から、ガス供給孔３４４から供給されたガスは、ノズル本体３３の連通孔３３３を通ってシール部材３５のシール部材側流路３５４に導かれる。そして、シール部材３５の内部を迂回するように経由したガスは、ノズル本体３３のノズル本体側流路３３６へと導かれノズル本体３３の内部を経由した後、中心導電体３２とノズル本体３３との間の筒状空間３３２に供給される。
【００３３】
ノズル本体３３には、図略の保護管が挿着されている。保護管は、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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
このスライディングショート４０は、導波管１０と同様な断面矩形の筐体構造を有しており、導波管１０と同じ材料で構成された筐体内にマイクロ波の反射面となる先端面を有する円柱状の反射ブロック４２が備えられている。かかる反射ブロック４２の左右方向への移動による先端面の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。
【００４０】
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。
【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。これら３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃは同一構造を有しており、第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１が備えられている。
【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への突出長が独立して調整可能とされている。これらスタブ７１の突出長は、例えばマイクロ波電力パワーをモニターしつつ、中心導電体３２による消費電力が最大となるポイント（反射マイクロ波が最小になるポイント）を探索することで決定される。なお、このようなインピーダンス整合は、必要に応じてスライディングショート４０と連動させて実行される。
【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回路基板等を例示することができる。また、平型形状でないパーツや組部品等も処理対象とすることができ、この場合は搬送ローラに代えてベルトコンベア等を採用すれば良い。
【００４５】
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６は、ワーク処理装置Ｓの制御系９０を示すブロック図である。この制御系９０はＣＰＵ（中央演算処理装置）等からなり、機能的にマイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２、モータ制御部９３、全体制御部９４が備えられている。さらに、全体制御部９４に対して所定の操作信号を与える操作部９５が備えられている。
【００４６】
マイクロ波出力制御部９１は、マイクロ波発生装置２０から出力されるマイクロ波のＯＮ−ＯＦＦ制御、出力強度制御を行うもので、所定のパルス信号を生成してマイクロ波発生装置２０の装置本体部２１によるマイクロ波発生の動作制御を行う。
【００４７】
ガス流量制御部９２は、プラズマ発生部３０の各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２１とプラズマ発生ノズル３１との間を接続するガス供給管９２２に設けられた流量制御弁９２３の開閉制御乃至は開度調整を行う。
【００４８】
モータ制御部９３は、搬送ローラ８０を回転駆動させる駆動モータ９３１の動作制御を行うもので、ワークＷの搬送開始及び停止、搬送速度の制御等を行うものである。
【００４９】
全体制御部９４は、当該ワーク処理装置Ｓの全体的な動作制御を司るもので、操作部９５から与えられる操作信号に応じて、上記マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２及びモータ制御部９３を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。すなわち、予め与えられた制御プログラムに基づいて、ワークＷの搬送を開始させてワークＷをプラズマ発生部３０へ導き、所定流量の処理ガスを各プラズマ発生ノズル３１へ供給させつつマイクロ波電力を与えてプラズマ（プルームＰ）を発生させ、ワークＷを搬送しながらその表面にプルームＰを放射させるものである。これにより、複数のワークＷを連続的に処理することができる。
【００５０】
本実施形態では、上記のように、中心導電体３２を保持するシール部材３５を冷却すべく、ガス供給孔３４４から供給されるガスを迂回するようにシール部材３５内部のシール部材側流路３５４を経由させて中心導電体３２とノズル本体３３との間に供給したので、比較的低温なガスがシール部材３５内部のシール部材側流路３５４を通過することによって、プラズマ発生時に高電圧を受けて高温となる中心導電体３２に直接接触するシール部材３５を十分に冷却（空気冷却）することができる。これにより、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るシール部材３５の熱変形（軟化）を十分に抑制することができるので、シール部材３５により中心導電体３２を確実に保持し続けることができる。その結果、プラズマ発生ノズル３１の耐久性を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態では、上記のように、シール部材側流路３５４が略円筒状の中心導電体３２を囲むように所定の曲率で湾曲して形成される円弧流路部３５６を有することによって、中心導電体３２の外周面との間隔がほぼ一定となるようにシール部材側流路３５４をシール部材３５内部に配することができるので、中心導電体３２からの熱をシール部材側流路３５４に均等に伝達することができる。これにより、シール部材３５をムラなく冷却することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、上記のように、シール部材側流路３５４を通過したガスを、ノズル本体３３内部に形成され前記シール部材側流路３５４に連通するノズル本体側流路３３６をさらに経由させて中心導電体３２とノズル本体３３との間に供給するように構成することによって、比較的低温なガスをノズル本体３３の内部を通過させることができるので、シール部材３５に加えてプラズマ発生時に高温となるノズル本体３３をも十分に冷却することができる。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態に係るワーク処理装置Ｓについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記の実施形態を取ることができる。
【００５４】
すなわち、上記実施形態では、シール部材側流路３５４を通過したガスを、ノズル本体３３内部に形成され前記シール部材側流路３５４に連通するノズル本体側流路３３６をさらに経由させて中心導電体３２とノズル本体３３との間に供給する例について示したが、本発明はこれに限らず、例えば図７に示すように、直線流路部３５５、円弧流路部３５６、及び円弧流路部３５６に連設されてシール部材３５の下端縁３５２に向けて延びる垂直流路部３５９により構成されるシール部材側流路３５８を通過したガスを、直ちに中心導電体３２とノズル本体３３との間に供給するように構成してもよい。
【００５５】
この場合、ガス供給孔３４４から供給されたガスは、ノズル本体３３の連通孔３３３を通ってシール部材３５のシール部材側流路３５８に導かれ、シール部材３５の内部を経由した後、直ちに中心導電体３２とノズル本体３３との間の筒状空間３３２に供給される。これによって、ガスが中心導電体３２とノズル本体３３との間に供給されるまでに通過する流路の数を低減することができるので、流路間の継目の数を少なくすることができる。その結果、想定外の箇所からガスが漏れ出すのを抑制することができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、シール部材３５の内部にシール部材側流路３５４を形成し、処理ガスを、前記シール部材側流路３５４を通過させて当該シール部材３５を内部から冷却する例について示したが、本発明はこれに限らず、シール部材３５を囲むようにその周囲にガス流路（第１の流路）を設け、処理ガスを、前記ガス流路を通過させることによって当該シール部材３５を外部から冷却するように構成してもよい。また、上記実施形態のシール部材側流路３５４と前記ガス流路との両方を設けることによりシール部材３５をその内部及び周囲の両方から冷却するように構成してもよい。
【００５７】
また、同様に、ノズル本体３３の内部にノズル本体側流路３３６を形成し、処理ガスを、前記ノズル本体側流路３３６を通過させて当該ノズル本体３３を内部から冷却する例について示したが、本発明はこれに限らず、ノズル本体３３を囲むようにその周囲にガス流路（第２の流路）を設け、処理ガスを、前記ガス流路を通過させることによって当該ノズル本体３３を外部から冷却するように構成してもよい。また、上記実施形態のノズル本体側流路３３６と前記ガス流路との両方を設けることによりノズル本体３３をその内部及び周囲の両方から冷却するように構成してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、円弧流路部３５６を、中心導電体３２の周りを約半周する螺旋の態様でシール部材３５内に設ける例について示したが、これに限らず、円弧流路部３５６を、中心導電体３２の周りを半周以上する螺旋の態様でシール部材３５内に設けてもよい。また、円弧流路部３５６を、直線流路部３５５の端部から例えば中心導電体３２を挟むように二股に分岐したのち直線流路部３５７の端部で結合されるような分岐流路としてもよい。これらの場合、中心導電体３２からの熱をシール部材側流路３５４により多量に、かつより均等に伝達することが可能であるので、シール部材３５を効率良く冷却することが可能になる。
【００５９】
また、ノズル本体側流路３３６も上述のシール部材側流路３５４と同様に、ノズル本体３３内部を周回する円弧流路部を有するように構成してもよい。この場合、ノズル本体側流路３３６によりノズル本体３３を効率良く冷却することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るワーク処理装置及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】
【００６１】
【図１】本発明に係るワーク処理装置Ｓの全体構成を示す斜視図である。
【図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ＰＵの斜視図である。
【図３】ワーク処理装置Ｓの一部透視側面図である。
【図４】プラズマ発生ノズル３１を示す側断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】ワーク処理装置Ｓの制御系９０を示すブロック図である。
【図７】本発明の変形例に係るプラズマ発生ノズルを示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  導波管
１３Ｂ  下面板（処理対象ワークとの対向面）
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）
３３６  ノズル本体側流路（第２の流路）
３４  ノズルホルダ
３４４  ガス供給孔（ガス供給部）
３５  シール部材（保持部材）
３５４，３５８  シール部材側流路（第１の流路）
４０  スライディングショート
５０  サーキュレータ
６０  ダミーロード
７０  スタブチューナ
Ｓ  ワーク処理装置
ＰＵ  プラズマ発生ユニット（プラズマ発生装置、プラズマ発生手段）
Ｃ  搬送手段（ワーク搬送手段）
Ｗ  ワーク
【図１】
2007220479.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007220479.tif 000007
【図６】
2007220479.tif 000008
【図７】
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