(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、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを最適値に調整できるようにする。【解決手段】全体制御部９０のＣＰＵ９０１は、温度センサ２４によって検出されるマグネトロン２１のフィラメントの温度値に応じて、メモリ９０３に予め記憶されている最適なマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値となるように、電流センサ２５によって検出されるバイアス電源２３からフィラメントに与える電流値をフィードバック制御する。したがって、温度や経年などに対しても、フィラメント電流値を、各プラズマ発生ノズル３１から放射されるプラズマエネルギーを一定の理論値に維持することができる電流値に調整することができる。【選択図】図７
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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グネトロンと、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取付けられて成るプラズマ発生部とを備えて構成されるプラズマ発生装置において、
前記マグネトロンのフィラメント電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出結果が所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値となるように、前記フィラメント電流を制御する制御手段とを含むことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記マグネトロンのフィラメントの温度を検出する温度検出手段と、
前記マグネトロンのフィラメントの各温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を予め記憶している記憶手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に応答し、前記記憶手段からその時の温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値を読出し、その電流値となるように前記フィラメント電流のデューティを制御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】
前記請求項３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。
【０００３】
一方、特許文献２には、導波管に定在波のパターンを調整するチューナ等のインピーダンスマッチング手段を設けることで、反射電力を略無くし、省電力化を図るようにしたプラズマ処理装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７３９７号公報
【特許文献２】特開平９−１９０９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、特許文献１に特許文献２を組合わせると、常圧下で高密度なプラズマを得ることができる省電力なプラズマ処理装置を実現することができる。しかしながら、マグネトロンから発生されるマイクロ波のパワーは、フィラメントの経年や温度などによって変化し、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを一定にするには、前記チューナ等の複雑な調整が必要になるという問題がある。また、リアルタイムで調整することは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで調整す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グネトロンと、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取付けられて成るプラズマ発生部とを備えて構成されるプラズマ発生装置において、前記マグネトロンのフィラメント電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出結果が所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値となるように、前記フィラメント電流を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、マグネトロンからのマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬する場合、前記マグネトロンの陰極−陽極間に一定電圧・電流のバイアス電圧・電流を与えても、励起用のフィラメント電流によってマイクロ波パワーが変化する。そのフィラメント電流は、経年などによって変化してしまうので、これを電流検出手段によって検出し、制御手段が、前記フィラメントに与える高周波パルスから成るフィラメント電流、好ましくはバイアス電圧も併せて、フィードバック制御することで、予め設定されている所望とする値などの所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値に維持する。前記望ましいフィラメント電流は、理論および実験で求められる。
【０００８】
したがって、定在波のパターンを調整するチューナや、マイクロ波を反射する反射手段などを設けてプラズマ発生ノズルで受信されるパワーを調整しなくても、導波管の端部には、途中のプラズマ発生ノズルで受信されなかったマイクロ波を消費する負荷を設けるだけで、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを、略理論値に調整することができる。
【０００９】
また、本発明のプラズマ発生装置は、前記マグネトロンのフィラメントの温度を検出する温度検出手段と、前記マグネトロンのフィラメントの各温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を予め記憶している記憶手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出結果に応答し、前記記憶手段からその時の温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値を読出し、その電流値となるように前記フィラメント電流のデューティを制御することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、マグネトロンによるマイクロ波のパワーは、励起用のフィラメント電流が支配的に、その変化に応じて変化するが、フィラメントの温度によっても変化する。そこで、前記フィラメントの温度を検出する温度検出手段と、前記フィラメントの各温度値に対応して、前記所定のマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を予め記憶している記憶手段とをさらに設け、前記制御手段は、フィラメントの温度に応じても、前記フィラメント電流を調整する。
【００１１】
したがって、フィラメントの状態（通電開始からの経過時間や周囲温度）などが異なっても、所定のマイクロ波パワーを維持することができる。
【００１２】
さらにまた、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、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ることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークの処理などに対応するにあたって、複数のプラズマ発生ノズルに、上述のように複雑な調整を行うことなく、リアルタイムでプラズマエネルギーを調整することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
上記の構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルに複雑な調整を行うことなく、リアルタイムでプラズマエネルギーを調整す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】
【００１６】
本発明のプラズマ発生装置は、以上のように、基板の改質等、ワークの処理などに使用することができるプラズマ発生装置において、マグネトロンからのマイクロ波を導波管を介してプラズマ発生ノズルへ伝搬するにあたって、フィラメント電流を電流検出手段によって検出し、制御手段が、前記フィラメントに与える高周波パルスから成るフィラメント電流をフィードバック制御することで、所定のマイクロ波パワーを得ることができる電流値に維持する。
【００１７】
それゆえ、定在波のパターンを調整するチューナや、マイクロ波を反射する反射手段などを設けてプラズマ発生ノズルで受信されるパワーを調整しなくても、導波管の端部には、途中のプラズマ発生ノズルで受信されなかったマイクロ波を消費する負荷を設けるだけで、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズルから放射されるプラズマエネルギーを、略理論値に調整することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明のワーク処理装置は、以上のように、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。
【００１９】
それゆえ、複数のプラズマ発生ノズルに複雑な調整を行うことなく、リアルタイムでプラズマエネルギーを調整す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】
【００２０】
［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。
【００２１】
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および導波管１０の他端側（右側）に配置されプラズマ発生部３０で消費されず余剰となったマイクロ波を吸収するダミーロード６０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。
【００２２】
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およびプラズマ発生部３０が設けられている第２導波管ピース１３が連結されて成る。第２導波管ピース１３の他端側にはダミーロード６０が連結されている。
【００２３】
また、第１導波管ピース１１および第２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。
【００２４】
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２１と、マグネトロン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。
【００２５】
図３に示すように、マイクロ波発生装置２０は、マグネトロン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、マグネトロン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。マグネトロン２１には、バイアス電源２３から、たとえば２．４５ＧＨｚの高周波パルスが入力され、これによって前記マイクロ波送信アンテナ２２からは前記２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放出され、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。
【００２６】
プラズマ発生部３０は、第２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。この波長λＧは、導波管１０の形状に依存する。
【００２７】
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。
【００２８】
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２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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
ノズルホルダ３４は、第２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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２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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
ダミーロード６０は、上述の余剰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、余剰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。
【００４１】
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よい。
【００４２】
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と、センサ９６１，９７１ならびに駆動モータ９３１および流量制御弁９２３とを備えて構成される。
【００４３】
マイクロ波出力制御部９１は、マグネトロン２１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、前記バイアス電源２３に、後述するように可変デューティで前記２．４５ＧＨｚのパルス信号から成るフィラメント電流等を生成させてマグネトロン２１によるマイクロ波発生の動作制御を行う。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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から入力される温度センサ２４によるマグネトロン２１のフィラメントの温度の測定結果、センサ入力部９９から入力される電流センサ２５によるマグネトロン２１のフィラメント電流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。
【００４７】
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。これにより、複数のワークＷを連続的に処理する。
【００４８】
このとき、前記ＣＰＵ９０１は、マグネトロン２１のフィラメントに設けられ、温度検出手段である温度センサ２４の測定結果から、記憶手段であるメモリ９０３において、メーカ側で理論および実験によって予め求められて格納されているフィラメントの各温度値に対応した最適なマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流値を読出し、電流検出手段である電流センサ２５によって検出されるフィラメント電流値がその望ましい電流値となるように、前記マイクロ波出力制御部９１に前記バイアス電源２３がマグネトロン２１のフィラメントに与える高周波パルスから成るフィラメント電流のデューティを制御させる。したがって、前記ＣＰＵ９０１、マイクロ波制御部９１およびバイアス電源２３は、特許請求の範囲における制御手段を構成する。
【００４９】
前記バイアス電源２３は、直流電圧を所望のデューティの高周波パルスに変換して前記マグネトロン２１のフィラメントに与えるインバータ電源から成る。マグネトロン２１のフィラメントには、高周波パルスの励起用の直流が高周波スイッチングされたフィラメント電圧および電流が印加されるとともに、マイクロ波に変換される直流のバイアス電圧および電流が印加される。前記バイアス電圧および電流は一定で、前記フィラメント電圧および電流のデューティが前記温度センサ２４の測定結果に応じて変化される。前記フィラメント電圧および電流は、数Ｖおよび数Ａ〜数十Ａで、数十Ｗ程度、前記バイアス電圧および電流は、数ｋＶおよび数十ｍＡ〜数百ｍＡで、数百Ｗ〜数ｋＷ程度であり、たとえばマグネトロン２１が前述のように３ｋＷまで出力可能な場合、前記フィラメント電圧および電流は、４Ｖおよび２２Ａであり、前記バイアス電圧および電流は、５．１ｋＶおよび８４０ｍＡである。
【００５０】
ここで、マグネトロン２１から出力されたマイクロ波エネルギーは、設計、加工、組立て精度などに依存する一定の効率でマイクロ波送信アンテナ２２に伝搬され、経年による変化は殆どない。また、前記ダミーロード６０によって定在波が存在しない場合、各プラズマ発生ノズル３１で受信されるマイクロ波電力の総和は、マグネトロン２１から出力されたマイクロ波エネルギーに比例し、たとえば６０％の効率で受信される。さらにまた、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーには、フィラメント電流が支配的である。
【００５１】
したがって、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーが温度や経年によって変化しようとしても、上述のようにバイアス電源２３がマグネトロン２１のフィラメントに与える高周波パルス（フィラメント電流）のデューティを調整することで、そのデューティに略比例して、マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーを変化させ、前記マイクロ波エネルギーを一定に保持することができる。好ましくは、さらにバイアス電圧も併せて変化することで、より正確にマイクロ波エネルギーを調整することができる。ただし、バイアス電圧だけでは、マイクロ波エネルギーを調整できず、少なくとも前記フィラメント電流を制御する必要がある。前記マグネトロン２１から出力されるマイクロ波エネルギーは、同じ条件（前記フィラメント電圧および電流ならびにバイアス電圧および電流を一定）で駆動されても、前記温度や経年によって、数％〜十数％変化してしまう。
【００５２】
一方、マグネトロン２１がトランスドライブの場合には、デューティ制御ではなく、交流入力を電流センサなどで検知し、前記バイアス電圧およびフィラメント電圧を作成するそのトランスへの電流の通電角を制御するようにすればよい。
【００５３】
図８は、前記ＣＰＵ９０１によるフィラメント電流のデューティ制御動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１では、流量センサ９６１によって検出される処理ガスの流量が所定の流量となるまで流量制御弁９２３が開放され、プラズマ点灯すべきプラズマ発生ノズル３１に処理ガスを供給した状態で、マグネトロン２１からマイクロ波を発生させてプラズマ点火を行い、ステップＳ２で、前記温度センサ２４によってフィラメントの温度Ｔａが検出される。
【００５４】
ステップＳ３では、検出された温度Ｔａにおいて最適なマイクロ波パワーを得ることができるフィラメント電流Ｉｆの仕様範囲（最大値のＩｍａｘ、最小値のＩｍｉｎ）が前記メモリ９０３から読出され、ステップＳ４では、実際に電流センサ２５で測定されたフィラメント電流値Ｉｆが、前記仕様範囲内であるか否かが判断され、仕様範囲内であるときにはデューティ変更が行われずに前記ステップＳ２に戻る。
【００５５】
これに対して、ステップＳ４においてフィラメント電流値Ｉｆが仕様範囲外であるとき、前記最大値Ｉｍａｘを超えているときにはステップＳ５で、前記フィラメント電流のデューティが小さくされてマイクロ波のパワーが絞られた後前記ステップＳ２に戻り、前記最小値Ｉｍｉｎ未満であるときにはステップＳ６で、前記フィラメント電流のデューティが大きくされてマイクロ波のパワーが増大された後前記ステップＳ２に戻る。
【００５６】
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。
【００５７】
また、マグネトロン２１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。
【００５８】
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。
【００５９】
さらにまた、ＣＰＵ９０１が、温度センサ２４によって検出されるマグネトロン２１のフィラメントの温度値に応じて、メモリ９０３に予め記憶されている所定のマイクロ波エネルギーを得ることができるフィラメント電流値となるように、バイアス電源２３からフィラメントに与えるフィラメント電流をフィードバック制御することで、温度や経年などに対しても、フィラメント電流値を、各プラズマ発生ノズル３１から放射されるプラズマエネルギーを一定の理論値に維持することができる電流値に調整することができる。したがって、定在波のパターンを調整するチューナや、マイクロ波を反射する反射手段などを設けてプラズマ発生ノズル３１で受信されるパワーを調整しなくても、導波管１０の端部には、途中のプラズマ発生ノズル３１で受信されなかったマイクロ波を消費するダミーロード６０を設けるだけで、複雑な調整を行うことなく、リアルタイムで、プラズマ発生ノズル３１から放射されるプラズマエネルギーを、前記一定の理論値に調整することができる。
【００６０】
なお、前記導波管１０の端部には、前記ダミーロード６０のようにマイクロ波を吸収するものに限らず、マイクロ波を透過させたり、反射させたりするものが設けられてもよく、マイクロ波が導波管１０に戻らず、定在波を発生させないようにするものであればよい。
【００６１】
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２１を例示したが、異なる波長のマイクロ波を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
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】
【００６３】
【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。
【図８】ＣＰＵによるフィラメント電流のデューティ制御動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１０    導波管
２０    マイクロ波発生装置（マイクロ波発生手段）
２１    マグネトロン
２２    マイクロ波送信アンテナ
２３    バイアス電源
２４    温度センサ
２５    電流センサ
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
６０    ダミーロード
８０    搬送ローラ
９０    全体制御部
９０１  ＣＰＵ
９０２，９０３    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
９６，９７，９８，９９    センサ入力部
９６１  流量センサ
９７１  速度センサ
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）
Ｃ    搬送手段
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】
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