ワーク処理装置及びプラズマ発生装置
ワーク処理装置Ｓは、２．４５ＧＨｚの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とを具備するプラズマ発生装置ＰＵと、プラズマ発生部３０を通過するようにワークＷを搬送するワーク搬送手段Ｃとを備える。プラズマ発生部３０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なる。ワークＷは、ワーク搬送手段Ｃで搬送されつつ、プラズマ発生部３０においてプラズマ化したガスが照射される。
【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。
【背景技術】
【０００２】
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、薄膜形成又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固定的に配置された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。また、プラズマを発生させるエネルギー源として、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いた常圧プラズマ発生装置を利用したワーク処理装置も知られている。
【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】
しかしながら、従来のワーク処理装置は、被処理ワークをチャンバーや作業ステージ上に固定的に配置した状態で、その表面にプラズマ化されたガスを吹き付ける構成とされている。このため、ワークに対する処理工程はバッチ処理とならざるを得ず、多数のワークをプラズマ処理する場合に作業性が悪いという問題があった。また、特許文献１のように単一のノズルを備えるワーク処理装置であると、例えば大面積基板の表面処理等を行うことが困難であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点が除かれたワーク処理装置及びプラズマ発生装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、複数の被処理ワークや大面積のワークに対して連続的に、且つ効率良くプラズマ処理を行うことができるワーク処理装置及びプラズマ発生装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の一局面によれば、処理対象とされるワークは所定方向に搬送され、プラズマ発生手段により発生されるプラズマを照射される。プラズマ発生手段は、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を含むプラズマ発生部とを具備する。プラズマ発生ノズルは、前記導波管に複数個配列して取り付けられる。ワークは、前記プラズマ発生部を通過する。
【０００７】
これら本発明の目的、特徴、利点は、後述する詳細な説明、図面によって、一層明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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及び保護管３６を含んでいる。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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（デュポン社の登録商標）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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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み付けられているものである。
【００２２】
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３６は、ノズル本体３３の下端縁３３１の耐食性を向上するため、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良い。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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に組み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とが備えられている。
【００２９】
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良い。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及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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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。一方、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ポートへ向かうよう偏向され、ダミーロード６０へ入射される。
【００３２】
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。
【００３３】
スタブチューナ７０は、負荷となるプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２に対する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。
【００３４】
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、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。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。
【００３５】
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る。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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り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。このため、複数の被処理ワークＷ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。従って、従来の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、外界の温度及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。
【００４２】
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。このため、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。従って、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。
【００４３】
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なるプラズマ発生部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Ｗ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。
【００４４】
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。
（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良い。例えば、ワーク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良い。
（２）上記実施形態では、搬送手段Ｃとして搬送ローラ８０の上面に平板状のワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に例えば上下の搬送ローラ間にワーク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良い。
（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る。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良い。
（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。例えば、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。
【００４５】
以上説明した通り、新規なワーク処理装置は、ワークを搬送しながら、ワークにプラズマを照射して所定の処理を行わせる。ワーク処理装置は、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る。
【００４６】
この構成によれば、ワーク搬送手段でワークを搬送しつつ、導波管に取り付けられたプラズマ発生ノズルから、プラズマ化されたガスをワークに対して放射することで、ワークの表面処理等を連続的に行うことが可能となる。しかも、プラズマ発生ノズルは、導波管に複数個配列して取り付けられているので、大面積のワークにも対応することができる。従って、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若しくはプラズマ発生装置を提供することができる。
【００４７】
上記構成において、前記プラズマ発生ノズルが、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具備し、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が望ましい。
【００４８】
この構成によれば、内部導電体の導波管への突出部により導波管内を伝搬するマイクロ波が受信され、マイクロ波電力エネルギーが内部導電体に与えられる。かかるエネルギーを利用して外部導電体との間に高電界部を形成することで、プラズマを発生させることが可能となる。従って、ガス供給部から所定のガスを内部導電体と外部導電体との間に供給することで、プラズマ化されたガスをノズル先端部から放出させることができる。
【００４９】
これにより、マイクロ波発生手段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が備える内部導電体で受信させ、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からプラズマ化されたガスを放出させることができる。このため、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への伝達系を簡素化することができる。従って、装置構成のシンプル化、コストダウン等が図り易くなるという利点がある。
【００５０】
上記構成において、前記ワーク搬送手段が平板状ワークを搬送可能な構成を備え、前記プラズマ発生部は、前記平板状ワークの搬送方向と直交する幅方向のサイズに略合致した幅員を有していることが望ましい。この構成によれば、広幅のフラット基板等のワークを、搬送手段により一度だけプラズマ発生部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る。従って、広幅サイズのワークのプラズマ処理効率を格段に向上させることができる。
【００５１】
この場合、前記導波管が矩形導波管からなり、前記複数のプラズマ発生ノズルが、前記矩形導波管の一つの側面に、一列に整列配置されていることが望ましい。この構成によれば、搬送されて来るワーク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が行い易くなる。従って、広幅サイズのワークのプラズマ処理効率を向上させることができるだけでなく、均質的な処理も行えるようになる。
【００５２】
また、新規な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。前記導波管は、移動する処理対象ワークの搬送経路に対向可能な対向面を有する。前記プラズマ発生部は前記対向面に設置されている。
【００５３】
かかるプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生ノズルが、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具備し、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が望ましい。
【００５４】
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。
【００５５】
上述において本発明の本質的な要点から離脱しない範囲のいくつかの実施形態を示したが、これらは実施形態であって、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、実施形態ではなく請求の範囲によって規定される。従って、変更形態又は改良形態が、請求の範囲を離脱しない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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Ｖ−Ｖ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】
【００５７】
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
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）
Ｃ 搬送手段
Ｗ ワーク
【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。
【背景技術】
【０００２】
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、薄膜形成又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固定的に配置された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。また、プラズマを発生させるエネルギー源として、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いた常圧プラズマ発生装置を利用したワーク処理装置も知られている。
【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】
しかしながら、従来のワーク処理装置は、被処理ワークをチャンバーや作業ステージ上に固定的に配置した状態で、その表面にプラズマ化されたガスを吹き付ける構成とされている。このため、ワークに対する処理工程はバッチ処理とならざるを得ず、多数のワークをプラズマ処理する場合に作業性が悪いという問題があった。また、特許文献１のように単一のノズルを備えるワーク処理装置であると、例えば大面積基板の表面処理等を行うことが困難であるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点が除かれたワーク処理装置及びプラズマ発生装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、複数の被処理ワークや大面積のワークに対して連続的に、且つ効率良くプラズマ処理を行うことができるワーク処理装置及びプラズマ発生装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の一局面によれば、処理対象とされるワークは所定方向に搬送され、プラズマ発生手段により発生されるプラズマを照射される。プラズマ発生手段は、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を含むプラズマ発生部とを具備する。プラズマ発生ノズルは、前記導波管に複数個配列して取り付けられる。ワークは、前記プラズマ発生部を通過する。
【０００７】
これら本発明の目的、特徴、利点は、後述する詳細な説明、図面によって、一層明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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及び保護管３６を含んでいる。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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（デュポン社の登録商標）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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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み付けられているものである。
【００２２】
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３６は、ノズル本体３３の下端縁３３１の耐食性を向上するため、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良い。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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に組み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とが備えられている。
【００２９】
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良い。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及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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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。一方、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ポートへ向かうよう偏向され、ダミーロード６０へ入射される。
【００３２】
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。
【００３３】
スタブチューナ７０は、負荷となるプラズマ発生ノズル３１の中心導電体３２に対する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。
【００３４】
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、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。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。
【００３５】
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る。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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り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。このため、複数の被処理ワークＷ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。従って、従来の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、外界の温度及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。
【００４２】
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。このため、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。従って、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。
【００４３】
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なるプラズマ発生部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Ｗ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。
【００４４】
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。
（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良い。例えば、ワーク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良い。
（２）上記実施形態では、搬送手段Ｃとして搬送ローラ８０の上面に平板状のワークＷを載置して搬送する形態を例示したが、この他に例えば上下の搬送ローラ間にワーク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良い。
（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る。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良い。
（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。例えば、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。
【００４５】
以上説明した通り、新規なワーク処理装置は、ワークを搬送しながら、ワークにプラズマを照射して所定の処理を行わせる。ワーク処理装置は、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る。
【００４６】
この構成によれば、ワーク搬送手段でワークを搬送しつつ、導波管に取り付けられたプラズマ発生ノズルから、プラズマ化されたガスをワークに対して放射することで、ワークの表面処理等を連続的に行うことが可能となる。しかも、プラズマ発生ノズルは、導波管に複数個配列して取り付けられているので、大面積のワークにも対応することができる。従って、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若しくはプラズマ発生装置を提供することができる。
【００４７】
上記構成において、前記プラズマ発生ノズルが、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具備し、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が望ましい。
【００４８】
この構成によれば、内部導電体の導波管への突出部により導波管内を伝搬するマイクロ波が受信され、マイクロ波電力エネルギーが内部導電体に与えられる。かかるエネルギーを利用して外部導電体との間に高電界部を形成することで、プラズマを発生させることが可能となる。従って、ガス供給部から所定のガスを内部導電体と外部導電体との間に供給することで、プラズマ化されたガスをノズル先端部から放出させることができる。
【００４９】
これにより、マイクロ波発生手段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が備える内部導電体で受信させ、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からプラズマ化されたガスを放出させることができる。このため、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への伝達系を簡素化することができる。従って、装置構成のシンプル化、コストダウン等が図り易くなるという利点がある。
【００５０】
上記構成において、前記ワーク搬送手段が平板状ワークを搬送可能な構成を備え、前記プラズマ発生部は、前記平板状ワークの搬送方向と直交する幅方向のサイズに略合致した幅員を有していることが望ましい。この構成によれば、広幅のフラット基板等のワークを、搬送手段により一度だけプラズマ発生部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る。従って、広幅サイズのワークのプラズマ処理効率を格段に向上させることができる。
【００５１】
この場合、前記導波管が矩形導波管からなり、前記複数のプラズマ発生ノズルが、前記矩形導波管の一つの側面に、一列に整列配置されていることが望ましい。この構成によれば、搬送されて来るワーク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が行い易くなる。従って、広幅サイズのワークのプラズマ処理効率を向上させることができるだけでなく、均質的な処理も行えるようになる。
【００５２】
また、新規な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。前記導波管は、移動する処理対象ワークの搬送経路に対向可能な対向面を有する。前記プラズマ発生部は前記対向面に設置されている。
【００５３】
かかるプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生ノズルが、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具備し、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が望ましい。
【００５４】
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。
【００５５】
上述において本発明の本質的な要点から離脱しない範囲のいくつかの実施形態を示したが、これらは実施形態であって、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、実施形態ではなく請求の範囲によって規定される。従って、変更形態又は改良形態が、請求の範囲を離脱しない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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Ｖ−Ｖ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】
【００５７】
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
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）
Ｃ 搬送手段
Ｗ ワーク
【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、
を備えることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワーク処理装置において、
前記プラズマ発生ノズルの各々が、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具備し、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３】
請求項２に記載のワーク処理装置において、
前記ワーク搬送手段が平板状ワークを搬送可能な構成を備え、
前記プラズマ発生部は、前記平板状ワークの搬送方向と直交する幅方向のサイズに略合致した幅員を有していることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のワーク処理装置において、
前記導波管が矩形導波管からなり、
前記複数のプラズマ発生ノズルが、前記矩形導波管の一つの側面に、一列に整列配置されていることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載のワーク処理装置において、
前記ワーク搬送手段が平板状ワークを搬送可能な構成を備え、
前記プラズマ発生部は、前記平板状ワークの搬送方向と直交する幅方向のサイズに略合致した幅員を有していることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項６】
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、を具備し、
前記導波管には移動する処理対象ワークの搬送経路に対向可能な対向面が形成され、前記プラズマ発生部が前記対向面に設置されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ発生装置において、
前記プラズマ発生ノズルが、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具備し、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、
を備えることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワーク処理装置において、
前記プラズマ発生ノズルの各々が、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具備し、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３】
請求項２に記載のワーク処理装置において、
前記ワーク搬送手段が平板状ワークを搬送可能な構成を備え、
前記プラズマ発生部は、前記平板状ワークの搬送方向と直交する幅方向のサイズに略合致した幅員を有していることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のワーク処理装置において、
前記導波管が矩形導波管からなり、
前記複数のプラズマ発生ノズルが、前記矩形導波管の一つの側面に、一列に整列配置されていることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載のワーク処理装置において、
前記ワーク搬送手段が平板状ワークを搬送可能な構成を備え、
前記プラズマ発生部は、前記平板状ワークの搬送方向と直交する幅方向のサイズに略合致した幅員を有していることを特徴とするワーク処理装置。
【請求項６】
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、を具備し、
前記導波管には移動する処理対象ワークの搬送経路に対向可能な対向面が形成され、前記プラズマ発生部が前記対向面に設置されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ発生装置において、
前記プラズマ発生ノズルが、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具備し、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００９−５２５５６６（Ｐ２００９−５２５５６６Ａ）
【公表日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５２２８３（Ｐ２００８−５５２２８３）
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００３４２２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８６８７５
【国際公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【出願人】（０００１３５３１３）ノーリツ鋼機株式会社 (1,824)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００３４２２
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０８６８７５
【国際公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【出願人】（０００１３５３１３）ノーリツ鋼機株式会社 (1,824)
【Ｆターム（参考）】
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