(57)【要約】【課題】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、導波管が使用されることで用いられるスタブチューナやスライディングショートの調整を自動化する。【解決手段】全体制御部９０のＣＰＵ９０１は、パワーメータ１００の各パワーメータユニット１００Ａ，１００Ｂによって測定されるプラズマ発生部３０への入射電力と反射電力との差、すなわちマイクロ波の伝搬効率が最大となるように、受信アンテナでのインピーダンス整合のために設けられるスタブチューナ７０のスタブの導波空間への出没量を調整し、また導波管１０内のマイクロ波の定在波パターンを調整するために設けられるスライディングショート４０の反射ブロックの位置を調整する。したがって、自動的に細かな調整を精度良く行うことができ、プラズマ発生ノズル３１を異なる形状のものに付け替えた場合にも、容易にプラズマ（プルームＰ）点灯させることができる。【選択図】図１０
2007220499.tif 000002
【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、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およびそのプラズマ発生ノズルと導波管とのインピーダンス整合を図るスタブチューナとを備えて構成されるプラズマ発生装置において、
前記導波管に設けられ、当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータと、
前記パワーメータの測定結果に応答し、前記スタブチューナの導波空間に突出するスタブの出没量を調整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】
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、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と、前記導波管の先端に取付けられ、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するスライディングショートとを備えて構成されるプラズマ発生装置において、
前記導波管に設けられ、当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータと、
前記パワーメータの測定結果に応答し、前記スライディングショートの反射位置を調整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３】
前記プラズマ発生ノズルは、プラズマ発生部における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。
【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である。しかしながら、マイクロ波の伝搬には同軸ケーブルが用いられている。この場合、該同軸ケーブルによる損失（発熱）のため、プラズマ発生ノズルには数百Ｗ程度までしかマイクロ波電力を与えることができない。このため、より多くのマイクロ波電力を与えられるように、導波管が使用される。また、複数のプラズマ発生ノズルに共通のマイクロ波発生装置からのマイクロ波を伝搬するためにも、前記導波管が使用される。
【０００４】
その場合、負荷となる前記プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部におけるインピーダンス整合を図り、該受信アンテナ部で受信され、プラズマの生成に使用されるマイクロ波電力を最大に、すなわちマイクロ波を効率良くプラズマの生成に使用するために、スタブチューナが設けられることがある。また、導波管の先端に、前記受信アンテナ部と該導波管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、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するスライディングショートが設けられることがある。
【０００５】
しかしながら、前記スタブチューナやスライディングショートは、適正に調整されて、所期の効果を発揮するので、前記スタブチューナの場合には導波空間に突出するスタブの出没量を調整する必要があり、前記スライディングショートの場合にはその反射位置を調整する必要があり、調整作業が煩雑であるという問題がある。特に、導波管にプラズマ発生ノズルが複数設けられていたり、プラズマ発生ノズルを異なる形状のものに付け替えた場合には、顕著である。
【０００６】
本発明の目的は、導波管を用いてマイクロ波が伝搬される場合に、調整を容易に行う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】
【０００７】
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、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およびそのプラズマ発生ノズルと導波管とのインピーダンス整合を図るスタブチューナとを備えて構成されるプラズマ発生装置において、前記導波管に設けられ、当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータと、前記パワーメータの測定結果に応答し、前記スタブチューナの導波空間に突出するスタブの出没量を調整する制御手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
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、プラズマ発生ノズルへのマイクロ波の伝搬に導波管が使用され、負荷となるプラズマ発生ノズルと導波管とのインピーダンス整合を図り、前記受信アンテナ部で受信され、プラズマの生成に使用されるマイクロ波電力を最大にするために、すなわちマイクロ波を効率良くプラズマの生成に使用するためにスタブチューナが設けられる場合、導波空間に突出するそのスタブチューナのスタブの出没量を調整する必要がある。そこで、前記導波管に、当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータを設けるとともに、制御手段を設け、前記パワーメータの測定結果に応答して、制御手段が前記スタブの出没量を調整するようにする。たとえば、前記パワーメータの測定結果から、制御手段は、マイクロ波発生手段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求め、その比が最も小さくなるように前記スタブの出没量を調整する。
【０００９】
したがって、スタブの出没量を調整、すなわちインピーダンス整合を自動化することができるとともに、細かな調整を精度良く行うことができる。これによって、ノズルの太さや導電体の長さなど、プラズマ発生ノズルを異なる形状のものに付け替えた場合にも、容易にプラズマ（プルーム）点灯させることができる。
【００１０】
また、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、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と、前記導波管の先端に取付けられ、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するスライディングショートとを備えて構成されるプラズマ発生装置において、前記導波管に設けられ、当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータと、前記パワーメータの測定結果に応答し、前記スライディングショートの反射位置を調整する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
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、プラズマ発生ノズルへのマイクロ波の伝搬に導波管が使用され、その導波管の先端に、プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部と該導波管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、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するスライディングショートが設けられる場合、前記スライディングショートの反射位置を調整する必要がある。そこで、前記導波管に、当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータを設けるとともに、制御手段を設け、前記パワーメータの測定結果に応答して、制御手段が前記スライディングショートの反射位置を調整するようにする。たとえば、前記パワーメータの測定結果から、制御手段は、マイクロ波発生手段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求め、その比が最も小さくなるように前記スライディングショートの反射位置を調整する。
【００１２】
したがって、スライディングショートの反射位置の調整、すなわち定在波パターンの調整を自動化することができるとともに、細かな調整を精度良く行うことができる。これによって、プラズマ発生ノズルを異なる形状のものに付け替えた場合にも、容易にプラズマ（プルーム）点灯させることができる。
【００１３】
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、プラズマ発生部における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、プラズマ発生部の導波管にプラズマ発生ノズルが複数個配列して取付けられる場合、各プラズマ発生ノズルにおけるインピーダンス整合や定在波パターンの調整は複雑になり、上記のようにスタブチューナやスライディングショートの調整を自動化することは、特に効果的である。
【００１５】
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。
【００１６】
上記の構成によれば、複数のプラズマ発生ノズルを導波管に備えるプラズマ発生部に、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、前記処理対象とされる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ので、パワーメータの測定結果に応答して、制御手段が、スタブチューナやスライディングショートの調整を自動的に行うことで、複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークを、均一に処理することができる。
【発明の効果】
【００１７】
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、プラズマ発生ノズルへのマイクロ波の伝搬に導波管が使用され、負荷となるプラズマ発生ノズルと導波管とのインピーダンス整合を図り、前記受信アンテナ部で受信され、プラズマの生成に使用されるマイクロ波電力を最大にするためにスタブチューナが設けられる場合、導波管に当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータを設け、その測定結果に応答して、制御手段が前記スタブチューナのスタブの導波空間への出没量を調整する。
【００１８】
それゆえ、スタブの出没量を調整、すなわちインピーダンス整合を自動化することができるとともに、細かな調整を精度良く行うことができ、プラズマ発生ノズルを異なる形状のものに付け替えた場合にも、容易にプラズマ（プルーム）点灯させることができる。
【００１９】
また、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、プラズマ発生ノズルへのマイクロ波の伝搬に導波管が使用され、その導波管の先端に、プラズマ発生ノズルの受信アンテナ部と該導波管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、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するスライディングショートが設けられる場合、導波管に当該導波管内におけるマイクロ波電力を測定するパワーメータを設け、そのパワーメータの測定結果に応答して、制御手段が前記スライディングショートの反射位置を調整する。
【００２０】
それゆえ、スライディングショートの反射位置の調整、すなわち定在波パターンの調整を自動化することができるとともに、細かな調整を精度良く行うことができ、プラズマ発生ノズルを異なる形状のものに付け替えた場合にも、容易にプラズマ（プルーム）点灯させることができる。
【００２１】
また、本発明のワーク処理装置は、以上のように、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。
【００２２】
それゆえ、パワーメータの測定結果に応答して、制御手段が、スタブチューナやスライディングショートの調整を自動的に行うことで、複数の被処理ワークや大面積の被処理ワークを、均一に処理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】
【００２３】
［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。
【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、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およびパワーメータ１００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。
【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、パワーメータ１００が組付けられる第４導波管ピース１４、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４導波管ピース１４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、各導波管ピース１１〜１４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。
【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。
【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、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。
【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（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。
【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】
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。
【００４４】
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、前記断面矩形の中空空間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に組付けられたナット４４と、前記ナット４４に螺合し、前記矩形ブロック４３および反射ブロック４２を摺動させるボールねじ４５と、前記ボールねじ４５を回転駆動するステッピングモータ４６と、前記ステッピングモータ４６の出力軸４６１と前記ボールねじ４５の一端部４５１とを直結する継手４７とを備えている。
【００４５】
反射ブロック４２は、円筒状の筒状部４２２の一端にマイクロ波の反射面となる端板４２１が、第３導波管ピース１３の導波空間１３０に対向するよう取付けられて成り、前記筒状部４２２の他端は前記矩形ブロック４３に固着され、その内部には前記ボールねじ４５の他端部４５２側を収納可能となっている。この反射ブロック４２の前記筒状部４２２は、矩形ブロック４３と同様な角筒状を呈していてもよい。前記矩形ブロック４３の中央に形成された孔４３１には、ナット４４が嵌め込まれており、このナット４４の内ねじに螺合しているボールねじ４５が回転すると、該矩形ブロック４３および前記反射ブロック４２が左右方向に摺動する。かかる反射ブロック４２の移動による端板４２１の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。前記ボールねじ４５の一端部４５１とステッピングモータ４６の出力軸４６１とは、ビス４８によって継手４７にそれぞれ固定され、連動して回転するようになる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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に一端７２１が直結された筒状体７２と、前記筒状体７２の他端７２２固着されるナット７３と、前記ナット７３に螺合し、前記ナット７３ならびにそれに連なる筒状体７２およびスタブ７１を前記導波空間１２０に出没させるボールねじ７５と、前記ボールねじ７５を回転駆動するステッピングモータ７６と、前記ステッピングモータ７６の出力軸７６１と前記ボールねじ７５の一端部７５１とを直結する継手７７と、後述する外套７４の内周面に固定され、筒状に形成されて前記筒状体７２およびスタブ７１を収納するとともに、軸方向に形成された長孔７９１を有し、その長孔７９１内を前記筒状体７２に立設されたピン７２３が摺動することで前記ボールねじ７５によって回転駆動される筒状体７２を軸方向に変位させ、スタブ７１を導波空間１２０に出没させる案内筒７９と、これら機構を保持する前記外套７４とから構成されている。前記ステッピングモータ７６の出力軸７６１と前記ボールねじ７５の一端部７５１とは、ビス７８によって継手７７にそれぞれ固定され、連動して回転するようになる。
【００５０】
パワーメータ１００は、図３で示すように、第４導波管ピース１４の上面板１４Ｕに所定間隔を置いて直列配置された２つのパワーメータユニット１００Ａ，１００Ｂを備えている。２つのパワーメータユニット１００Ａ，１００Ｂは同一構造を備えており、第４導波管ピース１４の導波空間１４０に突出し、伝搬されるマイクロ波の電力を検知する検知部１０１を有する。マイクロ波発生装置２０側のパワーメータユニット１００Ａはプラズマ発生部３０への入力波の電力を検知し、プラズマ発生部３０側のパワーメータユニット１００Ｂは該プラズマ発生部３０からの反射波の電力を検知する。
【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。
【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、スタブチューナ駆動部９８およびスライディングショート駆動部９９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９４，９７と、センサ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。
【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の開度調整をそれぞれ行う。
【００５５】
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。
【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。これにより、複数のワークＷを連続的に処理する。
【００５８】
このプラズマ照射作業にあたって、作業開始前の起動時に、或いはプラズマ発生ノズル３１の交換等に伴う操作部９５からの作業者の操作などに応答して、前記ＣＰＵ９０１は、メモリ９０２に予め格納されている較正プログラムに基づいて、センサ入力部９４から入力されるパワーメータ１００のパワーメータユニット１００Ａ，１００Ｂの測定結果をモニタしながら、測定結果の差（パワーメータユニット１００Ａで測定されるプラズマ発生部３０への入力波の電力から、パワーメータユニット１００Ｂで測定されるプラズマ発生部３０からの反射波の電力を減算した値）が最大となるように、すなわち各プラズマ発生ノズル３１での受信マイクロ波電力および電力伝送効率が最大となるように、スタブチューナ駆動部９８を介してステッピングモータ７６を駆動して前述のスタブチューナ７０のスタブ７１の導波空間１２０への出没量を調整するとともに、スライディングショート駆動部９９を介してステッピングモータ４６を駆動して前述のスライディングショート４０の反射ブロック４２の中空空間４１０内での反射位置を調整する。
【００５９】
前記スタブ７１の出没量を調整することによって、負荷となるプラズマ発生ノズル３１の受信アンテナ部３２０におけるインピーダンス整合を図り、前記受信アンテナ部３２０で受信され、プラズマの生成に使用されるマイクロ波電力を最大に、すなわちマイクロ波を効率良くプラズマの生成に使用することができるようになる。また、前記反射ブロック４２の反射位置を調整することによって、定在波パターンを調整し、前記受信アンテナ部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ことができるようになる。したがって、全体制御部９０、スタブチューナ駆動部９８およびスライディングショート駆動部９９は、制御手段を構成する。
【００６０】
図１１は、ＣＰＵ９０１による上述のようなスタブ７１の出没量および反射ブロック４２の反射位置の較正動作を説明するためのフローチャートである。較正プログラムが起動すると、ＣＰＵ９０１により、先ずステップＳ０で、ガス流量制御部９２を介して流量制御弁９２３が駆動され、各プラズマ発生ノズル３１へ処理ガスの供給が開始されるとともに、マイクロ波出力制御部９１を介してマイクロ波発生装置２０が駆動され、マイクロ波の送信が開始される。
【００６１】
続いてステップＳ１では、センサ入力部９４を介してパワーメータユニット１００Ａ，１００Ｂの測定結果をモニタしながら、最もプラズマ発生部３０に近いスタブチューナユニット７０Ｃ（ＳＴ１）のスタブ７１の導波空間１２０への出没量をスタブチューナ駆動部９８を介して掃引させ、前記入力電力と反射電力との差が最大となる出没量のデータをメモリ９０３に記憶する。このとき、スタブ７１は、一旦最大または最小の出没量まで変位された後に掃引を開始してもよく、前回使用時の出没量から、最大または最小の出没量まで変位され、さらに掃引方向が反転されて最小または最大の出没量まで変位されてもよい。掃引の後は、ステップＳ２において、前記のスタブチューナユニット７０Ｃ（ＳＴ１）のスタブ７１を、入力電力と反射電力との差が最大となる出没量まで変位させる。
【００６２】
ステップＳ３，Ｓ４では、次のスタブチューナユニット７０Ｂ（ＳＴ２）に対して、前記ステップＳ１，Ｓ２と同様に、スタブ７１の出没量が掃引されて、メモリ９０３に入力電力と反射電力との差が最大となる出没量のデータが取得され、その出没量まで変位される。続いて、ステップＳ５，Ｓ６でも、最もマイクロ波発生装置２０に近いスタブチューナユニット７０Ａ（ＳＴ３）に対して、前記ステップＳ１，Ｓ２と同様に、スタブ７１の出没量が掃引されて、メモリ９０３に入力電力と反射電力との差が最大となる出没量のデータが取得され、その出没量まで変位される。
【００６３】
ステップＳ７では、ＣＰＵ９０１は、センサ入力部９４を介してパワーメータユニット１００Ａ，１００Ｂの測定結果をモニタしながら、スライディングショート駆動部９９を介してスライディングショート４０の反射ブロック４２の中空空間４１０内での反射位置を掃引させ、前記入力電力と反射電力との差が最大となる反射位置のデータをメモリ９０３に記憶する。掃引の後は、ステップＳ８において、前記の反射ブロック４２を、入力電力と反射電力との差が最大となる反射位置まで変位させる。
【００６４】
その後、ステップＳ９では、プラズマ（プルームＰ）点灯したか否かが判断され、点灯していないときには前記ステップＳ１に戻り、点灯しているときには処理を終了する。プラズマ（プルームＰ）点灯したか否かは、プラズマ（プルームＰ）点灯すると、ノズル受信（消費）電力が急激に増大するので、前記入力電力と反射電力との差が急激に大きくなることから判定することができる。通常、上記のステップＳ１〜Ｓ９を２回程度繰返すことで、プラズマ（プルームＰ）点灯させることができる。
【００６５】
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。
【００６６】
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が備える受信アンテナ部３２０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。
【００６７】
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。
【００６８】
さらにまた、上記のように各プラズマ発生ノズル３１へのマイクロ波の伝搬に導波管１０が使用されることで、受信アンテナ部３２０におけるインピーダンス整合を図るために設けられるスタブチューナ７０およびマイクロ波の定在波パターンを調整するために設けられるスライディングショート４０のそれぞれの調整を、全体制御部９０がパワーメータ１００の測定結果に応じて行うので、自動的に細かな調整を精度良く行うことができる。これによって、ノズルの太さや導電体の長さなどプラズマ発生ノズル３１を異なる形状のものに付け替えた場合にも、容易にプラズマ（プルームＰ）点灯させることができる。
【００６９】
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）前記スタブチューナ７０とスライディングショート４０とは、必ずしも併用される必要はなく、少なくとも一方が設けられ、その調整をパワーメータ１００の測定結果に応じて自動的に行うようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
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】
【００７１】
【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。
【図１１】ＣＰＵによるスタブチューナのスタブの出没量およびスライディングショートの反射ブロックの反射位置の較正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】
【００７２】
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）
４０    スライディングショート
４２    反射ブロック
４６，７６    ステッピングモータ
５０    サーキュレータ
６０    ダミーロード
７０    スタブチューナ
７０Ａ〜７０Ｃ    スタブチューナユニット
７１    スタブ
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
９４，９７    センサ入力部
９７１  速度センサ
９８    スタブチューナ駆動部
９９    スライディングショート駆動部
１００    パワーメータ
１００Ａ，１００Ｂ    パワーメータユニット
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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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