プラズマ生成装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
【課題】マイクロ波の損失を極力低減し、高密度プラズマを効率良く生成できるプラズマ生成装置を提供する。
【解決手段】プラズマ生成装置１００は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状の矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、矩形導波管２２の一部分であって、内部で生成したプラズマを外部で放出するアンテナ部４０とを備えている。アンテナ部４０は、その断面において短辺をなす壁４０ａに１又は複数のスロット孔４１を有しており、大気圧状態の矩形導波管２２内に供給された処理ガスをマイクロ波によってプラズマ化し、スロット孔４１から外部の被処理体へ向けて放出する。
【解決手段】プラズマ生成装置１００は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状の矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、矩形導波管２２の一部分であって、内部で生成したプラズマを外部で放出するアンテナ部４０とを備えている。アンテナ部４０は、その断面において短辺をなす壁４０ａに１又は複数のスロット孔４１を有しており、大気圧状態の矩形導波管２２内に供給された処理ガスをマイクロ波によってプラズマ化し、スロット孔４１から外部の被処理体へ向けて放出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を利用してプラズマを発生させるプラズマ生成装置並びにこのプラズマ生成装置を利用したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波を処理容器内に導入して処理ガスのプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置として、処理容器内を減圧にしてプラズマを生成させる低圧プラズマ方式と、大気圧でプラズマを生成させる大気圧プラズマ方式が知られている。
【０００３】
低圧プラズマ方式の従来技術として、例えば特許文献１では、導波管の長手方向に形成された複数のスロットの配置と配設数を、自由空間波長λ及び管内波長λｇとの関係で規定するとともに、マイクロ波電源側からみた導波管内のインピーダンスを、逆向きに電源側をみた導波管内のインピーダンスとほぼ等しくしたプラズマ処理装置が提案されている。特許文献１は、プラスチックフィルム等の大面積の被処理体に対し、均一なプラズマ処理を行うことを可能にした点で優れた提案である。しかし、低圧プラズマ方式を採用する特許文献１では、処理容器内を低圧に保持するために、導波管と処理容器との間に誘電体板を介在させている。この誘電体板は、プラズマの均一性を高める観点では効果的であるが、導波管と処理容器との間に配設された誘電体板によってマイクロ波が吸収され、エネルギー利用効率が低下するという面がある。従って、エネルギー損失を極力少なくして被処理体を高密度プラズマで処理する、という目的においては、改善の余地が残されている。
【０００４】
また、プロセスガスは、処理容器内に導入されるマイクロ波に対して偏りなく供給することが効果的である。しかし、一般的に、導波管と処理容器との間に誘電体板を介在させた構造では、プロセスガスを処理容器内に直接導入しなければならない。しかも、誘電体板の存在によって、処理容器の天井部にシャワーヘッドを設けることができないため、ガス導入部の配置は、導波管から離れた位置（例えば処理容器の側壁など）に制約されてしまう。このようにガス導入部位が制約されることによって、処理容器内でプラズマの均一性や被処理体の面内での処理の均一性を実現することが困難になる場合もある。
【０００５】
低圧プラズマ方式の別の従来例として、特許文献２では、マイクロ波を伝播させる導波管を真空容器内に挿入したプラズマ処理装置が提案されている。この特許文献２では、導波管を真空容器内に設けることにより、真空を保持するための誘電体部材を小さく、かつ薄くすることができ、大面積の被処理体に対して均一な処理ができるとされている。しかし、特許文献２の装置は、気密性が求められる真空容器内に導波管が配置される２重構造になっており、装置構成が複雑で実現可能性の点で疑問がある。また、特許文献２では誘電体板を設けていないが、導波管から離れた処理容器の側壁にガス導入部位が設けられているため、処理容器内でプラズマの均一性や被処理体の面内での処理の均一性が得られにくい、という点で課題を有している。
【０００６】
一方、大気圧プラズマ方式の従来例として、特許文献３では、プラズマ発生部の内部に、スロットアンテナと、このスロットアンテナのスロット形成面に直角に接続してマイクロ波を均一にする均一化線路と、この均一化線路の先端側に設けられてマイクロ波を放射するスリットと、を備えたプラズマ処理装置が提案されている。特許文献３のプラズマ処理装置では、前記スリットの外側に形成される被処理体との隙間にプロセスガスを連続的に供給してプラズマを生成させることにより、大気圧で被処理体をプラズマ処理する構成になっている。この大気圧プラズマ処理装置は、誘電体板が不要であるという利点があるが、導波管のスロットと、均一化線路のスリットとが必要であり、いわば導波路とスロットをそれぞれ２つずつ設けた構造になっている。従って、装置構成が複雑であるとともに、マイクロ波の伝送制御が難しく、反射波の発生によりマイクロ波が途中で減衰する可能性もあり、高効率にプラズマを生成させる、という観点で満足のいくものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９―２２４２６９号公報
【特許文献２】特開２００４―２００３９０号公報
【特許文献３】特開２００１―９３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、マイクロ波の損失を極力低減し、高密度プラズマを効率良く生成できるプラズマ生成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】
【０００９】
上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、マイクロ波の伝送効率に優れた矩形導波管を用い、その壁にスロット孔を設けるとともに、矩形導波管の内部に直接処理ガスを流すことによって、該スロット孔で大気圧高密度プラズマを生成させ得ることを見出した。また、このように生成させた高密度プラズマ中のラジカルをスロット孔から対向する被処理体に向けて噴出し、輸送されたラジカルで被処理体を処理することによって、表面処理等の用途に適したプラズマ処理装置を提供できることも見出した。
【００１０】
本発明のプラズマ生成装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状の導波管と、
前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
を備え、
前記アンテナ部は、その断面において短辺をなす壁に１又は複数のスロット孔を有しており、大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出する。
【００１１】
本発明のプラズマ生成装置において、前記マイクロ波発生装置と前記アンテナ部との間の前記導波管内に、前記処理ガスの通過を遮る隔壁を備えていてもよい。
【００１２】
また、本発明のプラズマ生成装置において、前記スロット孔は、矩形状に設けられており、その長手方向と前記アンテナ部の長手方向が一致するように配設されていてもよい。この場合、複数のスロット孔が、一列に配設されていてもよい。
【００１３】
また、本発明のプラズマ生成装置は、前記アンテナ部に単一のスロット孔が設けられていてもよい。
【００１４】
また、本発明のプラズマ生成装置において、前記スロット孔の縁面は、前記壁の厚み方向に開口幅が変化するように傾斜して設けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明のプラズマ生成装置は、さらに、パルス発生器を備え、マイクロ波をパルス状に発生させてプラズマを生成させるものであってもよい。
【００１６】
また、本発明のプラズマ生成装置は、前記アンテナ部が、並列的に複数配置されていてもよい。この場合、並列的に複数配置された前記アンテナ部において、前記壁の幅方向に、複数の前記アンテナ部にわたって、少なくとも一つの前記スロット孔が存在するように、前記アンテナ部毎に長手方向の位置をずらして前記スロット孔が配設されていてもよい。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置は、上記のいずれかのプラズマ生成装置を備え、発生させたプラズマを利用して被処理体に対して所定の処理を行うものである。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置は、前記スロット孔が被処理体に対向するように前記アンテナ部が配置されるものであってもよい。この場合、被処理体の表裏両面にそれぞれアンテナ部が配置されてもよい。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体がフィルム状をなし、ロール・トゥ・ロール方式で搬送可能に設けられていてもよい。
【００２０】
本発明のプラズマ処理方法は、上記いずれかのプラズマ処理装置を用いて、被処理体を処理するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、真空容器を必要としない大気圧プラズマ装置であるため、導波管と被処理体との間に誘電体板を設ける必要がなく、誘電体板でのマイクロ波の吸収による損失を防止できる。また、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によってプラズマ化し、スロット孔から外部へ放出するため、高密度プラズマを効率的に生成させることが可能である。また、専用のガス導入器具を必要とせず、装置の大きさも小さくすることができる。従って、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置を用いて被処理体に対しプラズマ処理を行うことにより、エネルギー損失を極力抑制しながら高密度のプラズマによる処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】マイクロ波発生装置の構成例を示す図面である。
【図３】制御部の構成例を示す図面である。
【図４Ａ】導波管のアンテナ部のスロット孔の説明に供する斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおけるスロット孔の形成面の平面図である。
【図５Ａ】導波管のアンテナ部のスロット孔の別の配置例の説明に供する斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおけるスロット孔の形成面の平面図である。
【図６Ａ】スロット孔の断面形状の一例を説明する図面である。
【図６Ｂ】スロット孔の断面形状の別の例を説明する図面である。
【図７】スロット孔の配設例を示す図面である。
【図８】スロット孔の別の配設例を示す図面である。
【図９】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１０】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１１】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１２】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１３】導波管のアンテナ部を複数個並列的に配置したプラズマ処理装置の構成例を示す説明図である。
【図１４】被処理体をロール・トウ・ロール方式で搬送させるプラズマ処理装置の構成例を示す説明図である。
【図１５】被処理体をロール・トウ・ロール方式で搬送させるプラズマ処理装置の別の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の一実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す断面図である。図１のプラズマ処理装置１００は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０と、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１００を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。
【００２４】
＜処理容器＞
処理容器１０は、プラズマ処理空間を区画するための容器であって、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属により形成することができる。処理容器１０の内部は、例えばアルマイト処理のような耐プラズマエロージョン性を高める表面処理を施しておくことが好ましい。処理容器１０には、被処理体Ｓの搬入出を行うための開口が設けられている（図示せず）。なお、大気圧プラズマ処理装置である本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、処理容器１０は必須ではなく、任意の構成である。
【００２５】
＜プラズマ生成装置＞
プラズマ生成装置２０は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続された矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２５と、を備えている。また、矩形導波管２２の内部には、処理ガスの通過を遮るために石英などの誘電体からなる隔壁２４が配備されている。さらに、矩形導波管２２の一つの壁面にスロット孔４１を設け、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を有している。
【００２６】
（マイクロ波発生装置）
マイクロ波発生装置２１は、例えば２．４５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ、好ましくは２．４５ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生させる。本実施の形態のマイクロ波発生装置２１は、パルス発振機能を備えており、パルス状のマイクロ波を発生させることができる。マイクロ波発生装置２１の構成例を図２に示す。マイクロ波発生装置２１においては、電源部３１から発振部３２のマグネトロン（またはクライストロン）３３までを結ぶ高電圧ライン３４上に、コンデンサ３５とパルススイッチ部３６が設けられている。また、パルススイッチ部３６には、パルス制御部３７が接続されており、周波数やデューティー比などを制御する制御信号の入力が行なわれる。このパルス制御部３７は、制御部６０のコントローラ６１（後述）からの指示を受けて制御信号をパルススイッチ部３６へ向けて出力する。そして、電源部３１から高電圧を供給しつつパルススイッチ部３６に制御信号を入力することにより、所定電圧の矩形波が発振部３２のマグネトロン（またはクライストロン）３３に供給され、パルス状のマイクロ波が出力される。このマイクロ波のパルスは、例えば、パルスオンタイム１０〜５０μｓ、パルスオフタイム２００〜５００μｓ、デューティー比を５〜７０％、好ましくは１０〜５０％に制御することができる。なお、本実施の形態において、パルス発振機能は、連続に放電させた場合に、アンテナ部４０に熱が蓄積しやすく、低温非平衡放電からアーク放電に移行することを防止する目的で設けている。アンテナ部４０の冷却機構を別途手当てすれば、パルス発振機能は必須ではなく、任意の構成である。
【００２７】
マイクロ波発生装置２１で発生したマイクロ波は、図示は省略するが、マイクロ波の進行方向を制御するアイソレーターや導波管のインピーダンス整合をする整合器などを介して矩形導波管２２のアンテナ部４０へ伝送されるようになっている。
【００２８】
（導波管）
矩形導波管２２は、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、マイクロ波の伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状をなしている。矩形導波管２２は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属やこれらの合金によって形成されている。
【００２９】
矩形導波管２２は、その一部分としてアンテナ部４０を含んでいる。アンテナ部４０は、その断面において短辺をなす壁に１又は複数のスロット孔４１を有している。つまり、矩形導波管２２の一部分であって、スロット孔４１が形成された箇所がアンテナ部４０である。図１では、アンテナ部４０を一点鎖線で囲んで示している。アンテナ部４０の長さは、被処理体Ｓの大きさによって決めることができるが、例えば０．３〜１．５ｍとすることが好ましい。スロット孔４１は、アンテナ部４０の断面において短辺をなす壁を貫通する開口である。スロット孔４１は、被処理体Ｓへ向けてプラズマを放射するため、被処理体Ｓに対向して設けられている。なお、スロット孔４１の配置や形状については、後述する。
【００３０】
本実施の形態において、プラズマ生成装置２０は、マイクロ波発生装置２１とアンテナ部４０との間の矩形導波管２２内に、処理ガスの通過を遮る隔壁２４を備えている。隔壁２４は、例えば石英、テフロン（登録商標）などのポリテトラフルオロエチレン等の誘電体で形成されており、マイクロ波の通過を許容しながら、矩形導波管２２内の処理ガスがマイクロ波発生装置２１へ向けて流れていくことを防止する。
【００３１】
（ガス供給装置）
ガス供給装置（ＧＡＳ）２３は、矩形導波管２２から分岐した分岐管２２ａに設けられたガス導入部２２ｂに接続している。ガス供給装置２３は、図示しないガス供給源、バルブ、流量制御装置等を備えている。ガス供給源は、処理ガスの種類別に備えられている。処理ガスとしては、例えば水素、窒素、酸素、水蒸気、フロン（ＣＦ４）ガス等を挙げることができる。フロン（ＣＦ４）ガスの場合は、排気装置２５も併用する必要がある。また、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素ガス等の不活性ガスの供給源も設けることができる。ガス供給装置２３から矩形導波管２２内に供給された処理ガスは、マイクロ波によってスロット孔４１で放電が生じ、プラズマ化する。
【００３２】
（排気装置）
排気装置２５は、図示しないバルブやターボ分子ポンプやドライポンプなどを備えている。排気装置２５は、矩形導波管２２内および処理容器１０の排気を行うため、矩形導波管２２の分岐管２２ａ及び処理容器１０の排気口１０ａに接続されている。例えば、プロセス停止時に矩形導波管２２内に残された処理ガスは排気装置２５を作動させることによって、処理ガスを速やかに除去することができる。また、放電開始時には、矩形導波管２２内及び処理容器内１０内に存在する大気中のガスを処理ガスに効率よく置換する為に排気装置２５を用いる。なお、大気圧プラズマ処理装置である本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、排気装置２５は必須ではなく、任意の構成である。しかし、処理ガスが特にＣＦ４ガスのように常温では安定であるが、プラズマ化することにより反応性の高いフッ素ラジカル（Ｆ）やフロロカーボンラジカル（ＣｘＦｙ）などを生成する可能性がある場合は、排気装置２５を設けることが好ましい。
【００３３】
＜ステージ＞
ステージ５０は、処理容器１０内で被処理体Ｓを水平に支持する。ステージ５０は、処理容器１０の底部に設置された支持部５１により支持された状態で設けられている。ステージ５０および支持部５１を構成する材料としては、例えば、石英やＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ等のセラミックス材料やＡｌ、ステンレスなどの金属材料を挙げることができる。また、必要に応じて２５０℃程度まで被処理体Ｓを加熱できるようにヒーターを埋め込んであってもよい。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、ステージ５０は被処理体Ｓの種類に応じて設ければよく、任意の構成である。
【００３４】
＜被処理体＞
プラズマ処理装置１００は、被処理体Ｓとして、例えば、ＬＣＤ（液晶表示ディスプレイ）用ガラス基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、該ＦＰＤ基板に接着させる多結晶シリコンフィルム、ポリイミドフィルムなどのフィルム部材を対象にすることができる。また、有機半導体などの能動素子および受動素子を形成する目的で、例えばポリエチレンナフレタート（ＰＥＮ）フィルムおよびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどのフィルム部材の表面清浄化、表面処理などもできる。プラズマ処理装置１００は、例えば、ＦＰＤ基板上に設けられた薄膜の改質処理や、該ＦＰＤ基板への密着性を改善する目的で行う、上記フィルム部材への表面処理、清浄化処理、改質処理などの用途に使用することができる。プラズマ処理装置１００では、このような比較的大面積の被処理体Ｓに対する処理を効率よく行うことができる。
【００３５】
＜制御部＞
プラズマ処理装置１００を構成する各構成部は、制御部６０に接続されて制御される構成となっている。コンピュータ機能を有する制御部６０は、図３に例示したように、ＣＰＵを備えたコントローラ６１と、このコントローラに接続されたユーザーインターフェース６２と、記憶部６３を備えている。記憶部６３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部６３から呼び出してコントローラ６１に実行させることで、制御部６０の制御下で、プラズマ処理装置１００において所望の処理が行われる。なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体６４に格納された状態のものを記憶部６３にインストールすることによっても利用できる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体６４としては、特に制限はないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３６】
＜スロット孔の構成＞
次に、図４Ａ〜図１２を参照しながら、アンテナ部４０におけるスロット孔４１の配置と形状について具体例を挙げて説明する。スロット孔４１の配置と形状は、スロット孔４１の開口の大部分（好ましくは、開口の全面）でプラズマが生成するように設計することが好ましい。スロット孔４１の開口の大部分でプラズマが生成するようにするためには、スロット孔４１の配置と形状との組み合わせが重要になる。このような観点から、以下ではスロット孔４１の配置と形状の好ましい態様について説明する。
【００３７】
図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂは、アンテナ部４０を構成する一つの壁４０ａ又は４０ｂに６つの矩形のスロット孔４１を設けた例を示している。図４Ａは、矩形導波管２２のアンテナ部４０のスロット孔４１の形成面（壁４０ａ）を上向きに図示したものである。図４Ｂは、図４Ａにおける壁４０ａの平面図である。また、図５Ａは、矩形導波管２２のアンテナ部４０のスロット孔４１の形成面（壁４０ｂ）を上向きに図示したものである。図５Ｂは、図５Ａにおける壁４０ｂの平面図である。プラズマ処理装置１００では、スロット孔４１が配設された壁４０ａ又は４０ｂは、被処理体Ｓに対向して配置される。
【００３８】
図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂに示したように、スロット孔４１は、アンテナ部４０の断面において短辺をなす壁４０ａと、長辺をなす壁４０ｂのいずれに設けてもよいが、短辺をなす壁４０ａに設けることが好ましい。すなわち、アンテナ部４０の断面の短辺の長さをＬ１、長辺の長さをＬ２とした場合（つまり、Ｌ１＜Ｌ２）、図４Ａ，４Ｂに示したように、長さがＬ１の短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を配設することが好ましい。マイクロ波の電波は、矩形導波管２２の短辺をなす一対の壁４０ａ間を反射しながら矩形導波管２２の端面に到達し、そこで反射して矩形導波管２２内を進行方向とは逆方向に進み、定在波を形成する。電波に対して直交する磁波は、矩形導波管２２の長辺をなす一対の壁４０ｂ間を反射しながら進行し、矩形導波管２２の端面で反射して、進行方向と逆方向に進んで磁界の定在波をつくる。このように、マイクロ波は矩形導波管２２の一部分であるアンテナ部４０内に進入して、定在波を形成する。この定在波の電波の腹の部分にスロット孔４１を形成すると、強いプラズマを形成することができる。短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を形成した場合、壁４０ａを流れる表面電流は、長辺をなす壁４０ｂに直交する方向に流れる。このため、スロット孔４１はアンテナ部４０の長手方向に平行であれば、壁４０ａ内のどこに設けても表面電流はスロット孔４１に対して直交して流れることになり、強いプラズマを得ることができる。しかし、設計上の簡便さからスロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの中央付近（壁４０ａの幅方向の中心を導波管長さ方向に結ぶ線（中心線）Ｃの近傍）に設けることが好ましい。
【００３９】
一方、図５Ａ，５Ｂに示したように、長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設けることも可能である。この場合も、磁波の腹の部分にスロット孔４１を設けることが、強いプラズマを形成する上で効果的である。矩形導波管２２の電磁界計算によれば、電界は一対の短辺をなす壁４０ａの近傍で強くなるので、壁４０ｂの中央ではなく、両側の壁４０ａに近い位置に設けた方が強いプラズマを得ることができる。そのため、図５Ａ，５Ｂでは、長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心を導波管長さ方向に結ぶ線（中心線）Ｃから外れた位置にスロット孔４１を設けている。
【００４０】
図４Ｂ及び図５Ｂでは、アンテナ部４０の壁４０ａに形成された６つの矩形のスロット孔４１を符号４１Ａ１〜４１Ａ６で示している。図４Ｂ及び図５Ｂでは、最も外側に位置する２つのスロット孔４１Ａ１の端部と、スロット孔４１Ａ６の端部の間が、アンテナ部４０となっている。一列に配列されたスロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６の配列間隔は、管内波長に応じて決定することが好ましい。高密度のプラズマを放射する目的では、隣接するスロット孔４１どうしが近接しており、両者の間隔が小さいことが好ましい。
【００４１】
また、各スロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６の長さや幅は、任意であるが、幅が狭く、細長い形状であることが好ましい。矩形のスロット孔４１の短辺の長さをＬ３、長辺の長さをＬ４とした場合、スロット孔４１の長辺の長さＬ４は、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できるようにする観点から、矩形導波管２２内の定在波の半波長以下の長さにすることが好ましい。また、本発明者らによる実験では、スロット孔４１の幅Ｌ３を、なるべく小さくすると強い電界強度が得られ、その結果、高密度のプラズマが得られた。具体的には、Ｌ３は０．３ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００４２】
各スロット孔４１は、その長手方向とアンテナ部４０の長手方向（つまり、矩形導波管２２の長手方向）が一致し、互いに平行になるように配設することが好ましい。スロット孔４１の長手方向が、アンテナ部４０の長手方向に対して平行でなく、角度をもって形成されていると、電波の腹の部分をスロット孔４１が斜めに横切るようになるため、強い電波の腹の部分を有効に利用できず、スロット孔４１の開口の全体にプラズマを立てることが困難となる。
【００４３】
また、図５Ａ及び図５Ｂのように、長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設けた場合、表面電流は磁界の腹の部分から放射状に流れるため、スロット孔４１の開口の全域に一定の表面電流を横切らせる為には、放射状に流れる表面電流がスロット孔４１に対して直角に入射するように、スロット孔４１を円弧状にすることも効果がある（図１１及び図１２参照）。この場合、壁４０ｂの中心線Ｃに対して、凸形（図１１）または凹形（図１２）となるように円弧状のスロット孔４１を配置することが効果的である。しかし、長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設けた場合には、短辺をなす４０ａにスロット孔４１を設けた場合と比較して、スロット孔４１全体にプラズマを広げるのが難しく、均一なプラズマを形成することが困難であった。
【００４４】
さらに、図６Ａに示したように、スロット孔４１の開口の縁面４０ｃは、壁４０ａの厚み方向に内側から外側へ開口が広くなるように傾斜して設けることが好ましい。スロット孔４１の縁面４０ｃを傾斜面として設けることによって、矩形導波管２２の内壁面側のスロット孔４１の開口部の幅Ｌ３を短くすることができ、これにより、放電開始電力を低減し、エネルギー損失を少なく抑えることができ、高密度プラズマを生成させることができる。なお、図６Ａにおいて、符号Ｐは、スロット孔４１から放出されるプラズマを模式的に示している。一方、図６Ｂに示すように、矩形導波管２２内側の開口幅よりも外側の開口幅を狭くする場合（つまり、図６Ａとは逆に傾斜をつけた場合）も放電領域を広げる効果はあったが、図６Ａほどの高密度プラズマは得られなかった。
【００４５】
スロット孔４１の具体的形状と配列例は、例えば特許文献１にも詳細に記述されているが、これに限るものではない。導波管アンテナを使用する場合、矩形導波管２２内にマイクロ波を導入した際に矩形導波管２２内に形成されるマイクロ波の定在波を利用するので、スロット孔４１は定在波の腹の部分に設けることが、強いプラズマを発生させる上で都合がよい。また、スロット孔４１の長さは、定在波の半波長以下にすることが強いプラズマをスロット孔４１に形成する上で効率的である。定在波の節の部分にスロット孔４１を設けても電磁界が弱く、スロット孔４１においてプラズマが形成されない。このように、導波管アンテナを用いる場合、矩形導波管２２内に形成される定在波の節の部分にはプラズマがたたないか、あるいは弱いプラズマしかたたないため、１本の矩形導波管２２内にスロット列を複数の列に設けるか、１本のスロット列を設けた矩形導波管２２を複数個並列的に配置して、1本の矩形導波管２２内にできるマイクロ波の節の部分を他の矩形導波管２２のスロット列によって相互に補う構造にすることが好ましい。
【００４６】
複数のスロット孔４１は一列に配設してもよいし、複数列に配設してもよい。矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を形成する場合は、壁４０ａの面に流れる表面電流は、短辺をなす壁４０ａにおいて、導波管長さ方向の中心軸に常に直交する方向に流れるため、スロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの導波管長さ方向の中心軸に平行に設けた方がよい。また、スロット孔４１の配設位置は、導波管長さ方向には定在波の腹の位置に設けることが好ましいが、導波管長さ方向に直交する短辺方向の位置は原則どこでもよい。ただし、加工しやすさ、使いやすさを考えると短辺をなす壁４０ａの中心線Ｃの近傍にスロット孔４１を設けることが好ましい。
【００４７】
一方、矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂの面にスロット孔４１を形成する場合は、矩形導波管２２内に発生する定在波の腹の部分に矩形のスロット孔４１を設けることが、強いプラズマを得るために都合がよい。この場合、電磁界は、定在波の腹の部分で最大でとなり、長辺をなす壁４０ｂを流れる表面電流は腹の部分から短辺をなす壁４０ａへ向かう方向に流れ、矩形導波管２２の壁４０ａに近づくほど表面電流は大きくなる。このため、矩形のスロット孔４１は長辺をなす壁４０ｂの壁面であって、かつ矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａに近い部分に設けた方が、強いプラズマを矩形のスロット孔４１に形成することができる。
【００４８】
矩形のスロット孔４１を２列に配設した例を図７に示した。図７では、アンテナ部４０の壁４０ｂに、６つの矩形のスロット孔４１が直線状に配設されて列を作り、合計２列に配設されている。すなわち、図７において、スロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６は、一組になって列をなして直線状に配列されており、スロット孔４１Ｂ１〜４１Ｂ６は、一組になって列をなして直線状に配列されている。図７では、最も外側に位置する２つのスロット孔４１Ａ１の端部と、スロット孔４１Ｂ６の端部の間が、アンテナ部４０となっている。なお、スロット孔４１は２列に限らず、３列以上配設することもできる。
【００４９】
図７に示したように、スロット孔４１を２列以上並べて配設する場合、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できるようにする観点から、アンテナ部４０において、長辺をなす壁４０ｂの幅方向に少なくとも一つのスロット孔４１が存在するように列毎に長手方向の位置をずらして配設することが好ましい。例えば、図７では同じ列に属するスロット孔４１Ａ１と４１Ａ２との間には、アンテナ部４０の幅方向に隣の列のスロット孔４１Ｂ１が存在している。また、同じ列に属するスロット孔４１Ｂ１と４１Ｂ２との間には、アンテナ部４０の幅方向に隣の列のスロット孔４１Ａ２が存在している。このように、アンテナ部４０の長辺をなす壁４０ｂの内側を幅方向に横断する表面電流が、必ず１つのスロット孔４１と交差するように配置することが好ましい。
【００５０】
図８は、２本の矩形導波管２２Ａ，２２Ｂのアンテナ部４０Ａ，４０Ｂを並列的に並べた態様を示している。各アンテナ部４０Ａ，４０Ｂには、複数のスロット孔４１がそれぞれ１列に配列されている。アンテナ部４０Ａにおいて、スロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６は、一組になって列をなして直線状に配列されており、アンテナ部４０Ｂにおいて、スロット孔４１Ｂ１〜４１Ｂ６は、一組になって列をなして直線状に配列されている。図８では、短辺をなす壁４０ａ又は長辺をなす壁４０ｂの幅方向（図中に矢印で示す）に、２つのアンテナ部４０Ａ，４０Ｂにわたって、少なくとも一つのスロット孔４１が存在するように、アンテナ部４０Ａ，４０Ｂ毎に互いに補うように長手方向の位置をずらしてスロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６、４１Ｂ１〜４１Ｂ６が配設されている。
【００５１】
また、図７及び図８の例において、スロット孔４１は、壁４０ａ又は４０ｂの幅方向の中心から外れた位置に配設することが好ましい。例えば、図７では、長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置にスロット孔４１を設けている。このように、スロット孔４１の列を偏心させて設けることによって、長辺をなす壁４０ｂの壁面上を流れる表面電流が最大となり、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できる。また、図８でも、短辺をなす壁４０ａ又は長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置にスロット孔４１を設けている。このように、スロット孔４１の列を偏心させて設けることによって、壁４０ａ（又は４０ｂ）の壁面上を流れる表面電流が最大となり、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できる。
【００５２】
また、短辺をなす壁４０ａ、又は長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設ける場合、アンテナ部４０の全域にわたって、長尺な単一のスロット孔４１を配設することもできる。例えば、図９は、短辺をなす壁４０ａの中心軸近傍に、アンテナ部４０に長尺な直線状のスロット孔４１Ｃを一つ設けた例を示している。図９では、スロット孔４１Ｃの形成されている範囲の長さが、アンテナ部４０の長さと同じであるため、アンテナ部４０の全域において、短辺をなす壁４０ａの幅方向にスロット孔４１Ｃが存在していることになる。
【００５３】
図１０〜図１２に、スロット孔４１のさらに別の例を示した。図１０は、Ｈ形のスロット孔４１Ｅを直線状に配列した構成例である。このようにＨ形のスロット孔４１Ｅは、矩形の長い開口の両端においてそれぞれ直角に交差した矩形の短い開口を有しているため、アンテナ部４０の壁４０ａの内側（矩形導波管２２内）に生じた表面電流が、効果的にスロット孔４１Ｅを横切るようすることができる。例えば、矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａの壁面に矩形のスロット孔４１を設ける場合を想定すると、先に述べたように、短辺をなす壁４０ａの壁面の中心線Ｃの近傍に矩形のスロット孔４１を設けることが好ましい。表面電流は、この矩形のスロット孔４１に直角に侵入し、矩形のスロット孔４１内に強電界を形成してプラズマを生成する。この時、矩形のスロット孔４１の長辺端部では、表面電流が矩形のスロット孔４１に対して直角に侵入するよりは、より抵抗の低い周辺部分に回りこみやすい。このため、矩形のスロット孔４１の長辺の端部では、プラズマ密度が下ったり、極端な場合には矩形のスロット孔４１の長辺端部ではプラズマが形成されない場合がある。本発明者らは、このような現象を回避するために、図１０のＨ形のスロット孔４１Ｅが有効であることを見出した。Ｈ形のスロット孔４１Ｅの長辺端部に直角に侵入した表面電流は、Ｈ形のスロット孔４１Ｅの両端に形成された矩形の短い開口のために、周辺の低抵抗領域に流れることが妨げられる。その結果、スロット孔４１Ｅに直角に侵入する。これにより、矩形のスロット孔４１の長辺端部で見られた、プラズマ密度の低下あるいはプラズマの消光現象が生じなくなった。このように、Ｈ形のスロット孔４１Ｅでは、そのＨ形の形状によって、スロット孔４１Ｅの周囲で表面電流が開口を迂回して逃げる現象を抑制でき、これによりスロット孔４１Ｅの長辺端部の周辺領域でも電界が形成されやすくなり、単純な矩形（方形）のスロット孔４１に比べ、放電領域が増大して効率的に高密度プラズマを生成させることができる。
【００５４】
図１１及び図１２は、矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂの壁面に、スロット孔４１を円弧状に形成した構成例である。図１１は、アンテナ部４０の壁４０ｂの中心線Ｃに向けて凸形に円弧状のスロット孔４１Ｆを形成した例である。一方、図１２は、アンテナ部４０の壁４０ｂの外側へ向けて凸形に円弧状のスロット孔４１Ｇを形成した例である。このように円弧状のスロット孔４１Ｆ，４１Ｇの場合も、アンテナ部４０の壁４０ｂの内側（矩形導波管２２内）に生じた放射状の表面電流が一定の密度でスロット孔４１Ｆ，４１Ｇの開口を横切ることができるため、スロット孔４１Ｆ，４１Ｇの周囲で電界が形成されやすくなり、放電領域が増大して効率的に高密度プラズマを生成させることができる。なお、図１１及び図１２に示した円弧状のスロット孔４１Ｆ，４１Ｇの場合、円弧の二つの端部を結ぶ方向を長手方向と考えれば、アンテナ部４０の長手方向に一致している。
【００５５】
なお、図９〜図１２の構成例でも、矩形導波管２２の短辺をなす壁面４０ａにスロット孔４１を設ける場合には、スロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの中心線Ｃの近傍に配設することが望ましい。矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設ける場合には、短辺をなす壁４０ａの近傍に(つまり、長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置に）配設することが好ましい。また、図９〜図１２の構成例において、スロット孔４１を複数列に配設することもできる。さらに、図１０〜図１２の構成例では、一列に６つのスロット孔４１を設けた例を示したが、スロット孔４１の数は特に制限されるものではない。
【００５６】
次に、プラズマ処理装置１００の動作について説明する。まず、被処理体Ｓを処理容器１０内に搬入し、ステージ５０上に載置する。そして、ガス供給装置２３から、処理ガスを所定の流量で、ガス導入部２２ｂ、分岐管２２ａを介して矩形導波管２２内に導入する。矩形導波管２２内の処理ガスを導入することによって、矩形導波管２２内の圧力が外部の大気圧よりも相対的に高くなる。
【００５７】
次に、マイクロ波発生装置２１のパワーをオン（ＯＮ）にして、マイクロ波を発生させる。このとき、マイクロ波をパルス状に発生させてもよい。マイクロ波は、図示しないマッチング回路を経て矩形導波管２２に導入される。このように導入されたマイクロ波によって、矩形導波管２２内で電磁界が形成され、矩形導波管２２の内部に供給された処理ガスをアンテナ部４０のスロット孔４１でプラズマ化させる。このプラズマは、相対的に圧力が高い矩形導波管２２のアンテナ部４０内部からスロット孔４１を介して外部の被処理体Ｓへ向けて放射される。本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、例えば、アルゴン（Ａｒ）希釈０．４〜１．０％水素ガスを処理ガスとして、５０Ｌ／ｍｉｎの流量を流し、マイクロ波出力１．５ｋＷの条件で、スロット孔４１の位置で測定して、電子密度で１×１０１４〜１×１０１６／ｃｍ３、スロット孔４１の直下７ｍｍの位置で測定して水素ラジカル密度で１×１０１４〜１×１０１５／ｃｍ３の高密度のプラズマを生成できた。したがって、この高密度プラズマを被処理体Ｓに対して作用させることにより、効率的なプラズマ処理が実現する。
【００５８】
また、アルゴン希釈１％水素ガスを１０Ｌ／ｍｉｎ（ｓｌｍ）流し、マイクロ波出力１．５ｋＷの条件でプラズマを生成させて、真空紫外吸収分光法で水素ラジカル濃度を計測すると、アンテナ部の直下７ｍｍでは、２×１０１４／ｃｍ３であった。水素ラジカル濃度のアンテナ部からの距離依存性から、スロット孔４１での水素濃度を見積もると１×１０１６／ｃｍ３の高密度プラズマが形成されていることがわかった。
【００５９】
一方、アルゴン１４ｓｌｍ(標準状態ｌｉｔｔｅｒ／ｍｉｎ)、水素流量１００ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)、窒素流量１００ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)の混合ガスを流し、マイクロ波周波数１０ＧＨｚ、マイクロ波のパルスＯＮ時間＝１０〜５０μｓ、ＯＦＦ時間＝２００〜５００μｓ、正味のマイクロ波入力１．２〜１．６ｋＷの条件でプラズマを生成させた。そして、スロット直下から２２ｍｍの位置に石英の板を置いて、光ファイバーで採光して、水素原子の発光のＨβのシュタルク広がりからスロット部の電子密度を見積もると、１．５〜１．７×１０１５／ｃｍ３であり、高密度プラズマが形成されていることがわかった。
【００６０】
以上のように、本実施の形態のプラズマ生成装置２０及びこれを備えたプラズマ処理装置１００は、真空容器を必要としない大気圧プラズマ装置であるため、矩形導波管２２と被処理体Ｓとの間に誘電体板を設ける必要がなく、誘電体板でのマイクロ波の吸収による損失を防止できる。また、大気圧プラズマ装置であるため、耐圧の真空容器やシール機構なども不要であり、簡易な装置構成でよい。なお、処理ガスの置換効率を上げるなどの目的で、減圧にできる排気設備と、閉じた空間内に大気圧プラズマを放出できる機構とを備えていてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態のプラズマ生成装置２０及びこれを備えたプラズマ処理装置１００は、矩形導波管２２内に供給された処理ガスをマイクロ波によってスロット孔４１でプラズマ化し、スロット孔４１から外部へ放出するため、専用のガス導入器具を必要とせず、装置の大きさも小さくすることができる。つまり、矩形導波管２２がシャワーヘッドの役割を果たすため、別途シャワーヘッドやシャワーリングのようなガス導入器具を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。また、矩形導波管２２内で処理ガスにマイクロ波を作用させるため、被処理体Ｓへ向けて均一なプラズマを放射できる。
【００６２】
次に、図１に示すものと同様の構成のプラズマ処理装置を用いて行った実施例について説明する。
【００６３】
［実施例１］
ポリイミドフィルムの表面処理：
アンテナ部は、マイクロ波周波数１０ＧＨｚの場合で４１個／列の矩形のスロット孔が矩形導波管の短辺をなす壁の中心線に沿って直線状に配列しているものを用いた。周波数１０ＧＨｚ、出力１．６ｋＷのマイクロ波発生装置を用い、パルスモジュレーターのオンタイム、オフタイムをそれぞれ３０μｓ、２２０μｓに設定し、アルゴンガスを１４Ｌ／ｍｉｎ（ｓｌｍ）流して、マイクロ波放電をしてプラズマを生成させた。この時、処理試料のポリイミドフィルムをアンテナ部の直下４ｍｍの位置において、０〜６０秒処理した。処理中のアンテナ正味の出力は１．５６ｋＷであった。処理しないポリイミドフィルム（処理時間０秒）と４秒処理後のポリイミドフィルムの水の接触角を調べると、７０度から１８度に変化した。処理前のポリイミド膜は疎水性であったのに対して、プラズマ処理後は水の接触角が１８度と大幅に減少し、その表面が親水性に改質された。また、ポリイミドフィルムとアンテナ部のスロット形成面との距離を離すと処理効果は薄れ、特に２０ｍｍ以上離すと急激に処理効果は薄れた。
【００６４】
［実施例２］
酸化銅の還元：
アルゴン１４ｓｌｍ(標準状態ｌｉｔｔｅｒ／ｍｉｎ)、水素流量１００ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)、窒素流量１４０ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)の混合ガスを流し、マイクロ波周波数１０ＧＨｚ、マイクロ波のパルスＯＮ時間＝１０〜５０μｓ、ＯＦＦ時間＝２００〜５００μｓ、正味のマイクロ波入力１．２〜１．６ｋＷの条件で生成させたプラズマにより、以下の方法で試験を行った。矩形スロット直下４ｍｍの位置に、スパッタ法で形成した銅（Ｃｕ）膜を熱酸化で約２０ｎｍの膜厚に形成したＣｕＯｘ膜を置き、３０秒間〜１５分間かけてプラズマ処理を行った。その結果、スロット直下の位置からＣｕＯｘが還元されていく様子が、ＣｕＯｘの暗紫色からＣｕの銅色に変化することによって確認できた。これは、プラズマで生成した水素原子が、ＣｕＯｘのＯを取り去り、金属の銅の表面が出たもの推定された。
【００６５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。図１３は、矩形導波管２２のアンテナ部４０を複数個（図１３では３つ）並列的に配置したプラズマ処理装置１０１の構成例を示している。プラズマ処理装置１０１では、図示しない駆動機構によって、アンテナ部４０に対して被処理体Ｓが図１３中の矢印で示す方向に相対移動可能に設けられている。アンテナ部４０（矩形導波管２２）の長手方向と、被処理体Ｓの移動方向は、互いに直交するように配置されている。アンテナ部４０のスロット孔４１は、被処理体Ｓの幅以上の長さで配設されている。図１３に示したように、複数のアンテナ部４０を並列的に配置し、かつ被処理体Ｓを相対移動させることによって、被処理体Ｓに対して、処理斑がなく、均一なプラズマ処理を連続的に行うことが可能になる。なお、アンテナ部４０を含むプラズマ生成装置２０の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、細部についての図示及び説明は省略する。なお、並列的に配置されるアンテナ部４０の数は、３つに限らず、２つでも、４つ以上でもよい。
【００６６】
図１４は、プラズマ処理装置１０１において、長尺なシート状（フィルム状）の被処理体Ｓをロール・トウ・ロール方式で搬送させながら処理する態様を示している。被処理体Ｓは、第１のロール７０Ａから送り出され、第２のロール７０Ｂに巻き取られる。このように、本実施の形態のプラズマ処理装置１０１を用いることによって、被処理体Ｓが巻き取り可能なシート状（フィルム状）である場合に、連続的な処理を容易に行うことができる。
【００６７】
図１５は、図１４に対する変形例を示している。このプラズマ処理装置１０１Ａでは、並列的に配置された３つアンテナ部４０が、被処理体Ｓを挟むように上下に配置されている。被処理体Ｓの上方に配置されたアンテナ部４０Ａ，４０Ａ，４０Ａは、それらの下面（被処理体Ｓとの対向面）にスロット孔４１が設けられている。被処理体Ｓの下方に配置されたアンテナ部４０Ｂ，４０Ｂ，４０Ｂは、それらの上面（被処理体Ｓとの対向面）にスロット孔４１が設けられている。このように、被処理体Ｓの上下両方にアンテナ部４０を配置することによって、ロール・トウ・ロール方式で被処理体Ｓを搬送させながら、その両面に対して同時にプラズマ処理を行うことができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態では、被処理体ＳとしてＦＰＤ基板や該基板に張り合わせるフィルム等を挙げたが、処理対象は特に限定されるものではなく、例えば半導体ウエハ等の基板に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…処理容器、２０…プラズマ生成装置、２１…マイクロ波発生装置、２２…矩形導波管、２３…ガス供給装置、２４…隔壁、２５…排気装置、４０…アンテナ部、４１…スロット孔、５０…ステージ、６０…制御部、１００…プラズマ処理装置、Ｓ…被処理体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を利用してプラズマを発生させるプラズマ生成装置並びにこのプラズマ生成装置を利用したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波を処理容器内に導入して処理ガスのプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置として、処理容器内を減圧にしてプラズマを生成させる低圧プラズマ方式と、大気圧でプラズマを生成させる大気圧プラズマ方式が知られている。
【０００３】
低圧プラズマ方式の従来技術として、例えば特許文献１では、導波管の長手方向に形成された複数のスロットの配置と配設数を、自由空間波長λ及び管内波長λｇとの関係で規定するとともに、マイクロ波電源側からみた導波管内のインピーダンスを、逆向きに電源側をみた導波管内のインピーダンスとほぼ等しくしたプラズマ処理装置が提案されている。特許文献１は、プラスチックフィルム等の大面積の被処理体に対し、均一なプラズマ処理を行うことを可能にした点で優れた提案である。しかし、低圧プラズマ方式を採用する特許文献１では、処理容器内を低圧に保持するために、導波管と処理容器との間に誘電体板を介在させている。この誘電体板は、プラズマの均一性を高める観点では効果的であるが、導波管と処理容器との間に配設された誘電体板によってマイクロ波が吸収され、エネルギー利用効率が低下するという面がある。従って、エネルギー損失を極力少なくして被処理体を高密度プラズマで処理する、という目的においては、改善の余地が残されている。
【０００４】
また、プロセスガスは、処理容器内に導入されるマイクロ波に対して偏りなく供給することが効果的である。しかし、一般的に、導波管と処理容器との間に誘電体板を介在させた構造では、プロセスガスを処理容器内に直接導入しなければならない。しかも、誘電体板の存在によって、処理容器の天井部にシャワーヘッドを設けることができないため、ガス導入部の配置は、導波管から離れた位置（例えば処理容器の側壁など）に制約されてしまう。このようにガス導入部位が制約されることによって、処理容器内でプラズマの均一性や被処理体の面内での処理の均一性を実現することが困難になる場合もある。
【０００５】
低圧プラズマ方式の別の従来例として、特許文献２では、マイクロ波を伝播させる導波管を真空容器内に挿入したプラズマ処理装置が提案されている。この特許文献２では、導波管を真空容器内に設けることにより、真空を保持するための誘電体部材を小さく、かつ薄くすることができ、大面積の被処理体に対して均一な処理ができるとされている。しかし、特許文献２の装置は、気密性が求められる真空容器内に導波管が配置される２重構造になっており、装置構成が複雑で実現可能性の点で疑問がある。また、特許文献２では誘電体板を設けていないが、導波管から離れた処理容器の側壁にガス導入部位が設けられているため、処理容器内でプラズマの均一性や被処理体の面内での処理の均一性が得られにくい、という点で課題を有している。
【０００６】
一方、大気圧プラズマ方式の従来例として、特許文献３では、プラズマ発生部の内部に、スロットアンテナと、このスロットアンテナのスロット形成面に直角に接続してマイクロ波を均一にする均一化線路と、この均一化線路の先端側に設けられてマイクロ波を放射するスリットと、を備えたプラズマ処理装置が提案されている。特許文献３のプラズマ処理装置では、前記スリットの外側に形成される被処理体との隙間にプロセスガスを連続的に供給してプラズマを生成させることにより、大気圧で被処理体をプラズマ処理する構成になっている。この大気圧プラズマ処理装置は、誘電体板が不要であるという利点があるが、導波管のスロットと、均一化線路のスリットとが必要であり、いわば導波路とスロットをそれぞれ２つずつ設けた構造になっている。従って、装置構成が複雑であるとともに、マイクロ波の伝送制御が難しく、反射波の発生によりマイクロ波が途中で減衰する可能性もあり、高効率にプラズマを生成させる、という観点で満足のいくものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９―２２４２６９号公報
【特許文献２】特開２００４―２００３９０号公報
【特許文献３】特開２００１―９３８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、マイクロ波の損失を極力低減し、高密度プラズマを効率良く生成できるプラズマ生成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】
【０００９】
上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、マイクロ波の伝送効率に優れた矩形導波管を用い、その壁にスロット孔を設けるとともに、矩形導波管の内部に直接処理ガスを流すことによって、該スロット孔で大気圧高密度プラズマを生成させ得ることを見出した。また、このように生成させた高密度プラズマ中のラジカルをスロット孔から対向する被処理体に向けて噴出し、輸送されたラジカルで被処理体を処理することによって、表面処理等の用途に適したプラズマ処理装置を提供できることも見出した。
【００１０】
本発明のプラズマ生成装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状の導波管と、
前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
を備え、
前記アンテナ部は、その断面において短辺をなす壁に１又は複数のスロット孔を有しており、大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出する。
【００１１】
本発明のプラズマ生成装置において、前記マイクロ波発生装置と前記アンテナ部との間の前記導波管内に、前記処理ガスの通過を遮る隔壁を備えていてもよい。
【００１２】
また、本発明のプラズマ生成装置において、前記スロット孔は、矩形状に設けられており、その長手方向と前記アンテナ部の長手方向が一致するように配設されていてもよい。この場合、複数のスロット孔が、一列に配設されていてもよい。
【００１３】
また、本発明のプラズマ生成装置は、前記アンテナ部に単一のスロット孔が設けられていてもよい。
【００１４】
また、本発明のプラズマ生成装置において、前記スロット孔の縁面は、前記壁の厚み方向に開口幅が変化するように傾斜して設けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明のプラズマ生成装置は、さらに、パルス発生器を備え、マイクロ波をパルス状に発生させてプラズマを生成させるものであってもよい。
【００１６】
また、本発明のプラズマ生成装置は、前記アンテナ部が、並列的に複数配置されていてもよい。この場合、並列的に複数配置された前記アンテナ部において、前記壁の幅方向に、複数の前記アンテナ部にわたって、少なくとも一つの前記スロット孔が存在するように、前記アンテナ部毎に長手方向の位置をずらして前記スロット孔が配設されていてもよい。
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置は、上記のいずれかのプラズマ生成装置を備え、発生させたプラズマを利用して被処理体に対して所定の処理を行うものである。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置は、前記スロット孔が被処理体に対向するように前記アンテナ部が配置されるものであってもよい。この場合、被処理体の表裏両面にそれぞれアンテナ部が配置されてもよい。
【００１９】
また、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体がフィルム状をなし、ロール・トゥ・ロール方式で搬送可能に設けられていてもよい。
【００２０】
本発明のプラズマ処理方法は、上記いずれかのプラズマ処理装置を用いて、被処理体を処理するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、真空容器を必要としない大気圧プラズマ装置であるため、導波管と被処理体との間に誘電体板を設ける必要がなく、誘電体板でのマイクロ波の吸収による損失を防止できる。また、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によってプラズマ化し、スロット孔から外部へ放出するため、高密度プラズマを効率的に生成させることが可能である。また、専用のガス導入器具を必要とせず、装置の大きさも小さくすることができる。従って、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置を用いて被処理体に対しプラズマ処理を行うことにより、エネルギー損失を極力抑制しながら高密度のプラズマによる処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】マイクロ波発生装置の構成例を示す図面である。
【図３】制御部の構成例を示す図面である。
【図４Ａ】導波管のアンテナ部のスロット孔の説明に供する斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおけるスロット孔の形成面の平面図である。
【図５Ａ】導波管のアンテナ部のスロット孔の別の配置例の説明に供する斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおけるスロット孔の形成面の平面図である。
【図６Ａ】スロット孔の断面形状の一例を説明する図面である。
【図６Ｂ】スロット孔の断面形状の別の例を説明する図面である。
【図７】スロット孔の配設例を示す図面である。
【図８】スロット孔の別の配設例を示す図面である。
【図９】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１０】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１１】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１２】スロット孔のさらに別の配設例を示す図面である。
【図１３】導波管のアンテナ部を複数個並列的に配置したプラズマ処理装置の構成例を示す説明図である。
【図１４】被処理体をロール・トウ・ロール方式で搬送させるプラズマ処理装置の構成例を示す説明図である。
【図１５】被処理体をロール・トウ・ロール方式で搬送させるプラズマ処理装置の別の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の一実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成を示す断面図である。図１のプラズマ処理装置１００は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０と、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１００を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。
【００２４】
＜処理容器＞
処理容器１０は、プラズマ処理空間を区画するための容器であって、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属により形成することができる。処理容器１０の内部は、例えばアルマイト処理のような耐プラズマエロージョン性を高める表面処理を施しておくことが好ましい。処理容器１０には、被処理体Ｓの搬入出を行うための開口が設けられている（図示せず）。なお、大気圧プラズマ処理装置である本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、処理容器１０は必須ではなく、任意の構成である。
【００２５】
＜プラズマ生成装置＞
プラズマ生成装置２０は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続された矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２５と、を備えている。また、矩形導波管２２の内部には、処理ガスの通過を遮るために石英などの誘電体からなる隔壁２４が配備されている。さらに、矩形導波管２２の一つの壁面にスロット孔４１を設け、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を有している。
【００２６】
（マイクロ波発生装置）
マイクロ波発生装置２１は、例えば２．４５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ、好ましくは２．４５ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生させる。本実施の形態のマイクロ波発生装置２１は、パルス発振機能を備えており、パルス状のマイクロ波を発生させることができる。マイクロ波発生装置２１の構成例を図２に示す。マイクロ波発生装置２１においては、電源部３１から発振部３２のマグネトロン（またはクライストロン）３３までを結ぶ高電圧ライン３４上に、コンデンサ３５とパルススイッチ部３６が設けられている。また、パルススイッチ部３６には、パルス制御部３７が接続されており、周波数やデューティー比などを制御する制御信号の入力が行なわれる。このパルス制御部３７は、制御部６０のコントローラ６１（後述）からの指示を受けて制御信号をパルススイッチ部３６へ向けて出力する。そして、電源部３１から高電圧を供給しつつパルススイッチ部３６に制御信号を入力することにより、所定電圧の矩形波が発振部３２のマグネトロン（またはクライストロン）３３に供給され、パルス状のマイクロ波が出力される。このマイクロ波のパルスは、例えば、パルスオンタイム１０〜５０μｓ、パルスオフタイム２００〜５００μｓ、デューティー比を５〜７０％、好ましくは１０〜５０％に制御することができる。なお、本実施の形態において、パルス発振機能は、連続に放電させた場合に、アンテナ部４０に熱が蓄積しやすく、低温非平衡放電からアーク放電に移行することを防止する目的で設けている。アンテナ部４０の冷却機構を別途手当てすれば、パルス発振機能は必須ではなく、任意の構成である。
【００２７】
マイクロ波発生装置２１で発生したマイクロ波は、図示は省略するが、マイクロ波の進行方向を制御するアイソレーターや導波管のインピーダンス整合をする整合器などを介して矩形導波管２２のアンテナ部４０へ伝送されるようになっている。
【００２８】
（導波管）
矩形導波管２２は、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、マイクロ波の伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状をなしている。矩形導波管２２は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属やこれらの合金によって形成されている。
【００２９】
矩形導波管２２は、その一部分としてアンテナ部４０を含んでいる。アンテナ部４０は、その断面において短辺をなす壁に１又は複数のスロット孔４１を有している。つまり、矩形導波管２２の一部分であって、スロット孔４１が形成された箇所がアンテナ部４０である。図１では、アンテナ部４０を一点鎖線で囲んで示している。アンテナ部４０の長さは、被処理体Ｓの大きさによって決めることができるが、例えば０．３〜１．５ｍとすることが好ましい。スロット孔４１は、アンテナ部４０の断面において短辺をなす壁を貫通する開口である。スロット孔４１は、被処理体Ｓへ向けてプラズマを放射するため、被処理体Ｓに対向して設けられている。なお、スロット孔４１の配置や形状については、後述する。
【００３０】
本実施の形態において、プラズマ生成装置２０は、マイクロ波発生装置２１とアンテナ部４０との間の矩形導波管２２内に、処理ガスの通過を遮る隔壁２４を備えている。隔壁２４は、例えば石英、テフロン（登録商標）などのポリテトラフルオロエチレン等の誘電体で形成されており、マイクロ波の通過を許容しながら、矩形導波管２２内の処理ガスがマイクロ波発生装置２１へ向けて流れていくことを防止する。
【００３１】
（ガス供給装置）
ガス供給装置（ＧＡＳ）２３は、矩形導波管２２から分岐した分岐管２２ａに設けられたガス導入部２２ｂに接続している。ガス供給装置２３は、図示しないガス供給源、バルブ、流量制御装置等を備えている。ガス供給源は、処理ガスの種類別に備えられている。処理ガスとしては、例えば水素、窒素、酸素、水蒸気、フロン（ＣＦ４）ガス等を挙げることができる。フロン（ＣＦ４）ガスの場合は、排気装置２５も併用する必要がある。また、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素ガス等の不活性ガスの供給源も設けることができる。ガス供給装置２３から矩形導波管２２内に供給された処理ガスは、マイクロ波によってスロット孔４１で放電が生じ、プラズマ化する。
【００３２】
（排気装置）
排気装置２５は、図示しないバルブやターボ分子ポンプやドライポンプなどを備えている。排気装置２５は、矩形導波管２２内および処理容器１０の排気を行うため、矩形導波管２２の分岐管２２ａ及び処理容器１０の排気口１０ａに接続されている。例えば、プロセス停止時に矩形導波管２２内に残された処理ガスは排気装置２５を作動させることによって、処理ガスを速やかに除去することができる。また、放電開始時には、矩形導波管２２内及び処理容器内１０内に存在する大気中のガスを処理ガスに効率よく置換する為に排気装置２５を用いる。なお、大気圧プラズマ処理装置である本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、排気装置２５は必須ではなく、任意の構成である。しかし、処理ガスが特にＣＦ４ガスのように常温では安定であるが、プラズマ化することにより反応性の高いフッ素ラジカル（Ｆ）やフロロカーボンラジカル（ＣｘＦｙ）などを生成する可能性がある場合は、排気装置２５を設けることが好ましい。
【００３３】
＜ステージ＞
ステージ５０は、処理容器１０内で被処理体Ｓを水平に支持する。ステージ５０は、処理容器１０の底部に設置された支持部５１により支持された状態で設けられている。ステージ５０および支持部５１を構成する材料としては、例えば、石英やＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ等のセラミックス材料やＡｌ、ステンレスなどの金属材料を挙げることができる。また、必要に応じて２５０℃程度まで被処理体Ｓを加熱できるようにヒーターを埋め込んであってもよい。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、ステージ５０は被処理体Ｓの種類に応じて設ければよく、任意の構成である。
【００３４】
＜被処理体＞
プラズマ処理装置１００は、被処理体Ｓとして、例えば、ＬＣＤ（液晶表示ディスプレイ）用ガラス基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、該ＦＰＤ基板に接着させる多結晶シリコンフィルム、ポリイミドフィルムなどのフィルム部材を対象にすることができる。また、有機半導体などの能動素子および受動素子を形成する目的で、例えばポリエチレンナフレタート（ＰＥＮ）フィルムおよびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどのフィルム部材の表面清浄化、表面処理などもできる。プラズマ処理装置１００は、例えば、ＦＰＤ基板上に設けられた薄膜の改質処理や、該ＦＰＤ基板への密着性を改善する目的で行う、上記フィルム部材への表面処理、清浄化処理、改質処理などの用途に使用することができる。プラズマ処理装置１００では、このような比較的大面積の被処理体Ｓに対する処理を効率よく行うことができる。
【００３５】
＜制御部＞
プラズマ処理装置１００を構成する各構成部は、制御部６０に接続されて制御される構成となっている。コンピュータ機能を有する制御部６０は、図３に例示したように、ＣＰＵを備えたコントローラ６１と、このコントローラに接続されたユーザーインターフェース６２と、記憶部６３を備えている。記憶部６３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部６３から呼び出してコントローラ６１に実行させることで、制御部６０の制御下で、プラズマ処理装置１００において所望の処理が行われる。なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体６４に格納された状態のものを記憶部６３にインストールすることによっても利用できる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体６４としては、特に制限はないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３６】
＜スロット孔の構成＞
次に、図４Ａ〜図１２を参照しながら、アンテナ部４０におけるスロット孔４１の配置と形状について具体例を挙げて説明する。スロット孔４１の配置と形状は、スロット孔４１の開口の大部分（好ましくは、開口の全面）でプラズマが生成するように設計することが好ましい。スロット孔４１の開口の大部分でプラズマが生成するようにするためには、スロット孔４１の配置と形状との組み合わせが重要になる。このような観点から、以下ではスロット孔４１の配置と形状の好ましい態様について説明する。
【００３７】
図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂは、アンテナ部４０を構成する一つの壁４０ａ又は４０ｂに６つの矩形のスロット孔４１を設けた例を示している。図４Ａは、矩形導波管２２のアンテナ部４０のスロット孔４１の形成面（壁４０ａ）を上向きに図示したものである。図４Ｂは、図４Ａにおける壁４０ａの平面図である。また、図５Ａは、矩形導波管２２のアンテナ部４０のスロット孔４１の形成面（壁４０ｂ）を上向きに図示したものである。図５Ｂは、図５Ａにおける壁４０ｂの平面図である。プラズマ処理装置１００では、スロット孔４１が配設された壁４０ａ又は４０ｂは、被処理体Ｓに対向して配置される。
【００３８】
図４Ａ，４Ｂ及び図５Ａ，５Ｂに示したように、スロット孔４１は、アンテナ部４０の断面において短辺をなす壁４０ａと、長辺をなす壁４０ｂのいずれに設けてもよいが、短辺をなす壁４０ａに設けることが好ましい。すなわち、アンテナ部４０の断面の短辺の長さをＬ１、長辺の長さをＬ２とした場合（つまり、Ｌ１＜Ｌ２）、図４Ａ，４Ｂに示したように、長さがＬ１の短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を配設することが好ましい。マイクロ波の電波は、矩形導波管２２の短辺をなす一対の壁４０ａ間を反射しながら矩形導波管２２の端面に到達し、そこで反射して矩形導波管２２内を進行方向とは逆方向に進み、定在波を形成する。電波に対して直交する磁波は、矩形導波管２２の長辺をなす一対の壁４０ｂ間を反射しながら進行し、矩形導波管２２の端面で反射して、進行方向と逆方向に進んで磁界の定在波をつくる。このように、マイクロ波は矩形導波管２２の一部分であるアンテナ部４０内に進入して、定在波を形成する。この定在波の電波の腹の部分にスロット孔４１を形成すると、強いプラズマを形成することができる。短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を形成した場合、壁４０ａを流れる表面電流は、長辺をなす壁４０ｂに直交する方向に流れる。このため、スロット孔４１はアンテナ部４０の長手方向に平行であれば、壁４０ａ内のどこに設けても表面電流はスロット孔４１に対して直交して流れることになり、強いプラズマを得ることができる。しかし、設計上の簡便さからスロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの中央付近（壁４０ａの幅方向の中心を導波管長さ方向に結ぶ線（中心線）Ｃの近傍）に設けることが好ましい。
【００３９】
一方、図５Ａ，５Ｂに示したように、長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設けることも可能である。この場合も、磁波の腹の部分にスロット孔４１を設けることが、強いプラズマを形成する上で効果的である。矩形導波管２２の電磁界計算によれば、電界は一対の短辺をなす壁４０ａの近傍で強くなるので、壁４０ｂの中央ではなく、両側の壁４０ａに近い位置に設けた方が強いプラズマを得ることができる。そのため、図５Ａ，５Ｂでは、長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心を導波管長さ方向に結ぶ線（中心線）Ｃから外れた位置にスロット孔４１を設けている。
【００４０】
図４Ｂ及び図５Ｂでは、アンテナ部４０の壁４０ａに形成された６つの矩形のスロット孔４１を符号４１Ａ１〜４１Ａ６で示している。図４Ｂ及び図５Ｂでは、最も外側に位置する２つのスロット孔４１Ａ１の端部と、スロット孔４１Ａ６の端部の間が、アンテナ部４０となっている。一列に配列されたスロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６の配列間隔は、管内波長に応じて決定することが好ましい。高密度のプラズマを放射する目的では、隣接するスロット孔４１どうしが近接しており、両者の間隔が小さいことが好ましい。
【００４１】
また、各スロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６の長さや幅は、任意であるが、幅が狭く、細長い形状であることが好ましい。矩形のスロット孔４１の短辺の長さをＬ３、長辺の長さをＬ４とした場合、スロット孔４１の長辺の長さＬ４は、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できるようにする観点から、矩形導波管２２内の定在波の半波長以下の長さにすることが好ましい。また、本発明者らによる実験では、スロット孔４１の幅Ｌ３を、なるべく小さくすると強い電界強度が得られ、その結果、高密度のプラズマが得られた。具体的には、Ｌ３は０．３ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００４２】
各スロット孔４１は、その長手方向とアンテナ部４０の長手方向（つまり、矩形導波管２２の長手方向）が一致し、互いに平行になるように配設することが好ましい。スロット孔４１の長手方向が、アンテナ部４０の長手方向に対して平行でなく、角度をもって形成されていると、電波の腹の部分をスロット孔４１が斜めに横切るようになるため、強い電波の腹の部分を有効に利用できず、スロット孔４１の開口の全体にプラズマを立てることが困難となる。
【００４３】
また、図５Ａ及び図５Ｂのように、長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設けた場合、表面電流は磁界の腹の部分から放射状に流れるため、スロット孔４１の開口の全域に一定の表面電流を横切らせる為には、放射状に流れる表面電流がスロット孔４１に対して直角に入射するように、スロット孔４１を円弧状にすることも効果がある（図１１及び図１２参照）。この場合、壁４０ｂの中心線Ｃに対して、凸形（図１１）または凹形（図１２）となるように円弧状のスロット孔４１を配置することが効果的である。しかし、長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設けた場合には、短辺をなす４０ａにスロット孔４１を設けた場合と比較して、スロット孔４１全体にプラズマを広げるのが難しく、均一なプラズマを形成することが困難であった。
【００４４】
さらに、図６Ａに示したように、スロット孔４１の開口の縁面４０ｃは、壁４０ａの厚み方向に内側から外側へ開口が広くなるように傾斜して設けることが好ましい。スロット孔４１の縁面４０ｃを傾斜面として設けることによって、矩形導波管２２の内壁面側のスロット孔４１の開口部の幅Ｌ３を短くすることができ、これにより、放電開始電力を低減し、エネルギー損失を少なく抑えることができ、高密度プラズマを生成させることができる。なお、図６Ａにおいて、符号Ｐは、スロット孔４１から放出されるプラズマを模式的に示している。一方、図６Ｂに示すように、矩形導波管２２内側の開口幅よりも外側の開口幅を狭くする場合（つまり、図６Ａとは逆に傾斜をつけた場合）も放電領域を広げる効果はあったが、図６Ａほどの高密度プラズマは得られなかった。
【００４５】
スロット孔４１の具体的形状と配列例は、例えば特許文献１にも詳細に記述されているが、これに限るものではない。導波管アンテナを使用する場合、矩形導波管２２内にマイクロ波を導入した際に矩形導波管２２内に形成されるマイクロ波の定在波を利用するので、スロット孔４１は定在波の腹の部分に設けることが、強いプラズマを発生させる上で都合がよい。また、スロット孔４１の長さは、定在波の半波長以下にすることが強いプラズマをスロット孔４１に形成する上で効率的である。定在波の節の部分にスロット孔４１を設けても電磁界が弱く、スロット孔４１においてプラズマが形成されない。このように、導波管アンテナを用いる場合、矩形導波管２２内に形成される定在波の節の部分にはプラズマがたたないか、あるいは弱いプラズマしかたたないため、１本の矩形導波管２２内にスロット列を複数の列に設けるか、１本のスロット列を設けた矩形導波管２２を複数個並列的に配置して、1本の矩形導波管２２内にできるマイクロ波の節の部分を他の矩形導波管２２のスロット列によって相互に補う構造にすることが好ましい。
【００４６】
複数のスロット孔４１は一列に配設してもよいし、複数列に配設してもよい。矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を形成する場合は、壁４０ａの面に流れる表面電流は、短辺をなす壁４０ａにおいて、導波管長さ方向の中心軸に常に直交する方向に流れるため、スロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの導波管長さ方向の中心軸に平行に設けた方がよい。また、スロット孔４１の配設位置は、導波管長さ方向には定在波の腹の位置に設けることが好ましいが、導波管長さ方向に直交する短辺方向の位置は原則どこでもよい。ただし、加工しやすさ、使いやすさを考えると短辺をなす壁４０ａの中心線Ｃの近傍にスロット孔４１を設けることが好ましい。
【００４７】
一方、矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂの面にスロット孔４１を形成する場合は、矩形導波管２２内に発生する定在波の腹の部分に矩形のスロット孔４１を設けることが、強いプラズマを得るために都合がよい。この場合、電磁界は、定在波の腹の部分で最大でとなり、長辺をなす壁４０ｂを流れる表面電流は腹の部分から短辺をなす壁４０ａへ向かう方向に流れ、矩形導波管２２の壁４０ａに近づくほど表面電流は大きくなる。このため、矩形のスロット孔４１は長辺をなす壁４０ｂの壁面であって、かつ矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａに近い部分に設けた方が、強いプラズマを矩形のスロット孔４１に形成することができる。
【００４８】
矩形のスロット孔４１を２列に配設した例を図７に示した。図７では、アンテナ部４０の壁４０ｂに、６つの矩形のスロット孔４１が直線状に配設されて列を作り、合計２列に配設されている。すなわち、図７において、スロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６は、一組になって列をなして直線状に配列されており、スロット孔４１Ｂ１〜４１Ｂ６は、一組になって列をなして直線状に配列されている。図７では、最も外側に位置する２つのスロット孔４１Ａ１の端部と、スロット孔４１Ｂ６の端部の間が、アンテナ部４０となっている。なお、スロット孔４１は２列に限らず、３列以上配設することもできる。
【００４９】
図７に示したように、スロット孔４１を２列以上並べて配設する場合、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できるようにする観点から、アンテナ部４０において、長辺をなす壁４０ｂの幅方向に少なくとも一つのスロット孔４１が存在するように列毎に長手方向の位置をずらして配設することが好ましい。例えば、図７では同じ列に属するスロット孔４１Ａ１と４１Ａ２との間には、アンテナ部４０の幅方向に隣の列のスロット孔４１Ｂ１が存在している。また、同じ列に属するスロット孔４１Ｂ１と４１Ｂ２との間には、アンテナ部４０の幅方向に隣の列のスロット孔４１Ａ２が存在している。このように、アンテナ部４０の長辺をなす壁４０ｂの内側を幅方向に横断する表面電流が、必ず１つのスロット孔４１と交差するように配置することが好ましい。
【００５０】
図８は、２本の矩形導波管２２Ａ，２２Ｂのアンテナ部４０Ａ，４０Ｂを並列的に並べた態様を示している。各アンテナ部４０Ａ，４０Ｂには、複数のスロット孔４１がそれぞれ１列に配列されている。アンテナ部４０Ａにおいて、スロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６は、一組になって列をなして直線状に配列されており、アンテナ部４０Ｂにおいて、スロット孔４１Ｂ１〜４１Ｂ６は、一組になって列をなして直線状に配列されている。図８では、短辺をなす壁４０ａ又は長辺をなす壁４０ｂの幅方向（図中に矢印で示す）に、２つのアンテナ部４０Ａ，４０Ｂにわたって、少なくとも一つのスロット孔４１が存在するように、アンテナ部４０Ａ，４０Ｂ毎に互いに補うように長手方向の位置をずらしてスロット孔４１Ａ１〜４１Ａ６、４１Ｂ１〜４１Ｂ６が配設されている。
【００５１】
また、図７及び図８の例において、スロット孔４１は、壁４０ａ又は４０ｂの幅方向の中心から外れた位置に配設することが好ましい。例えば、図７では、長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置にスロット孔４１を設けている。このように、スロット孔４１の列を偏心させて設けることによって、長辺をなす壁４０ｂの壁面上を流れる表面電流が最大となり、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できる。また、図８でも、短辺をなす壁４０ａ又は長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置にスロット孔４１を設けている。このように、スロット孔４１の列を偏心させて設けることによって、壁４０ａ（又は４０ｂ）の壁面上を流れる表面電流が最大となり、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できる。
【００５２】
また、短辺をなす壁４０ａ、又は長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設ける場合、アンテナ部４０の全域にわたって、長尺な単一のスロット孔４１を配設することもできる。例えば、図９は、短辺をなす壁４０ａの中心軸近傍に、アンテナ部４０に長尺な直線状のスロット孔４１Ｃを一つ設けた例を示している。図９では、スロット孔４１Ｃの形成されている範囲の長さが、アンテナ部４０の長さと同じであるため、アンテナ部４０の全域において、短辺をなす壁４０ａの幅方向にスロット孔４１Ｃが存在していることになる。
【００５３】
図１０〜図１２に、スロット孔４１のさらに別の例を示した。図１０は、Ｈ形のスロット孔４１Ｅを直線状に配列した構成例である。このようにＨ形のスロット孔４１Ｅは、矩形の長い開口の両端においてそれぞれ直角に交差した矩形の短い開口を有しているため、アンテナ部４０の壁４０ａの内側（矩形導波管２２内）に生じた表面電流が、効果的にスロット孔４１Ｅを横切るようすることができる。例えば、矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａの壁面に矩形のスロット孔４１を設ける場合を想定すると、先に述べたように、短辺をなす壁４０ａの壁面の中心線Ｃの近傍に矩形のスロット孔４１を設けることが好ましい。表面電流は、この矩形のスロット孔４１に直角に侵入し、矩形のスロット孔４１内に強電界を形成してプラズマを生成する。この時、矩形のスロット孔４１の長辺端部では、表面電流が矩形のスロット孔４１に対して直角に侵入するよりは、より抵抗の低い周辺部分に回りこみやすい。このため、矩形のスロット孔４１の長辺の端部では、プラズマ密度が下ったり、極端な場合には矩形のスロット孔４１の長辺端部ではプラズマが形成されない場合がある。本発明者らは、このような現象を回避するために、図１０のＨ形のスロット孔４１Ｅが有効であることを見出した。Ｈ形のスロット孔４１Ｅの長辺端部に直角に侵入した表面電流は、Ｈ形のスロット孔４１Ｅの両端に形成された矩形の短い開口のために、周辺の低抵抗領域に流れることが妨げられる。その結果、スロット孔４１Ｅに直角に侵入する。これにより、矩形のスロット孔４１の長辺端部で見られた、プラズマ密度の低下あるいはプラズマの消光現象が生じなくなった。このように、Ｈ形のスロット孔４１Ｅでは、そのＨ形の形状によって、スロット孔４１Ｅの周囲で表面電流が開口を迂回して逃げる現象を抑制でき、これによりスロット孔４１Ｅの長辺端部の周辺領域でも電界が形成されやすくなり、単純な矩形（方形）のスロット孔４１に比べ、放電領域が増大して効率的に高密度プラズマを生成させることができる。
【００５４】
図１１及び図１２は、矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂの壁面に、スロット孔４１を円弧状に形成した構成例である。図１１は、アンテナ部４０の壁４０ｂの中心線Ｃに向けて凸形に円弧状のスロット孔４１Ｆを形成した例である。一方、図１２は、アンテナ部４０の壁４０ｂの外側へ向けて凸形に円弧状のスロット孔４１Ｇを形成した例である。このように円弧状のスロット孔４１Ｆ，４１Ｇの場合も、アンテナ部４０の壁４０ｂの内側（矩形導波管２２内）に生じた放射状の表面電流が一定の密度でスロット孔４１Ｆ，４１Ｇの開口を横切ることができるため、スロット孔４１Ｆ，４１Ｇの周囲で電界が形成されやすくなり、放電領域が増大して効率的に高密度プラズマを生成させることができる。なお、図１１及び図１２に示した円弧状のスロット孔４１Ｆ，４１Ｇの場合、円弧の二つの端部を結ぶ方向を長手方向と考えれば、アンテナ部４０の長手方向に一致している。
【００５５】
なお、図９〜図１２の構成例でも、矩形導波管２２の短辺をなす壁面４０ａにスロット孔４１を設ける場合には、スロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの中心線Ｃの近傍に配設することが望ましい。矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を設ける場合には、短辺をなす壁４０ａの近傍に(つまり、長辺をなす壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置に）配設することが好ましい。また、図９〜図１２の構成例において、スロット孔４１を複数列に配設することもできる。さらに、図１０〜図１２の構成例では、一列に６つのスロット孔４１を設けた例を示したが、スロット孔４１の数は特に制限されるものではない。
【００５６】
次に、プラズマ処理装置１００の動作について説明する。まず、被処理体Ｓを処理容器１０内に搬入し、ステージ５０上に載置する。そして、ガス供給装置２３から、処理ガスを所定の流量で、ガス導入部２２ｂ、分岐管２２ａを介して矩形導波管２２内に導入する。矩形導波管２２内の処理ガスを導入することによって、矩形導波管２２内の圧力が外部の大気圧よりも相対的に高くなる。
【００５７】
次に、マイクロ波発生装置２１のパワーをオン（ＯＮ）にして、マイクロ波を発生させる。このとき、マイクロ波をパルス状に発生させてもよい。マイクロ波は、図示しないマッチング回路を経て矩形導波管２２に導入される。このように導入されたマイクロ波によって、矩形導波管２２内で電磁界が形成され、矩形導波管２２の内部に供給された処理ガスをアンテナ部４０のスロット孔４１でプラズマ化させる。このプラズマは、相対的に圧力が高い矩形導波管２２のアンテナ部４０内部からスロット孔４１を介して外部の被処理体Ｓへ向けて放射される。本実施の形態のプラズマ処理装置１００では、例えば、アルゴン（Ａｒ）希釈０．４〜１．０％水素ガスを処理ガスとして、５０Ｌ／ｍｉｎの流量を流し、マイクロ波出力１．５ｋＷの条件で、スロット孔４１の位置で測定して、電子密度で１×１０１４〜１×１０１６／ｃｍ３、スロット孔４１の直下７ｍｍの位置で測定して水素ラジカル密度で１×１０１４〜１×１０１５／ｃｍ３の高密度のプラズマを生成できた。したがって、この高密度プラズマを被処理体Ｓに対して作用させることにより、効率的なプラズマ処理が実現する。
【００５８】
また、アルゴン希釈１％水素ガスを１０Ｌ／ｍｉｎ（ｓｌｍ）流し、マイクロ波出力１．５ｋＷの条件でプラズマを生成させて、真空紫外吸収分光法で水素ラジカル濃度を計測すると、アンテナ部の直下７ｍｍでは、２×１０１４／ｃｍ３であった。水素ラジカル濃度のアンテナ部からの距離依存性から、スロット孔４１での水素濃度を見積もると１×１０１６／ｃｍ３の高密度プラズマが形成されていることがわかった。
【００５９】
一方、アルゴン１４ｓｌｍ(標準状態ｌｉｔｔｅｒ／ｍｉｎ)、水素流量１００ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)、窒素流量１００ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)の混合ガスを流し、マイクロ波周波数１０ＧＨｚ、マイクロ波のパルスＯＮ時間＝１０〜５０μｓ、ＯＦＦ時間＝２００〜５００μｓ、正味のマイクロ波入力１．２〜１．６ｋＷの条件でプラズマを生成させた。そして、スロット直下から２２ｍｍの位置に石英の板を置いて、光ファイバーで採光して、水素原子の発光のＨβのシュタルク広がりからスロット部の電子密度を見積もると、１．５〜１．７×１０１５／ｃｍ３であり、高密度プラズマが形成されていることがわかった。
【００６０】
以上のように、本実施の形態のプラズマ生成装置２０及びこれを備えたプラズマ処理装置１００は、真空容器を必要としない大気圧プラズマ装置であるため、矩形導波管２２と被処理体Ｓとの間に誘電体板を設ける必要がなく、誘電体板でのマイクロ波の吸収による損失を防止できる。また、大気圧プラズマ装置であるため、耐圧の真空容器やシール機構なども不要であり、簡易な装置構成でよい。なお、処理ガスの置換効率を上げるなどの目的で、減圧にできる排気設備と、閉じた空間内に大気圧プラズマを放出できる機構とを備えていてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態のプラズマ生成装置２０及びこれを備えたプラズマ処理装置１００は、矩形導波管２２内に供給された処理ガスをマイクロ波によってスロット孔４１でプラズマ化し、スロット孔４１から外部へ放出するため、専用のガス導入器具を必要とせず、装置の大きさも小さくすることができる。つまり、矩形導波管２２がシャワーヘッドの役割を果たすため、別途シャワーヘッドやシャワーリングのようなガス導入器具を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。また、矩形導波管２２内で処理ガスにマイクロ波を作用させるため、被処理体Ｓへ向けて均一なプラズマを放射できる。
【００６２】
次に、図１に示すものと同様の構成のプラズマ処理装置を用いて行った実施例について説明する。
【００６３】
［実施例１］
ポリイミドフィルムの表面処理：
アンテナ部は、マイクロ波周波数１０ＧＨｚの場合で４１個／列の矩形のスロット孔が矩形導波管の短辺をなす壁の中心線に沿って直線状に配列しているものを用いた。周波数１０ＧＨｚ、出力１．６ｋＷのマイクロ波発生装置を用い、パルスモジュレーターのオンタイム、オフタイムをそれぞれ３０μｓ、２２０μｓに設定し、アルゴンガスを１４Ｌ／ｍｉｎ（ｓｌｍ）流して、マイクロ波放電をしてプラズマを生成させた。この時、処理試料のポリイミドフィルムをアンテナ部の直下４ｍｍの位置において、０〜６０秒処理した。処理中のアンテナ正味の出力は１．５６ｋＷであった。処理しないポリイミドフィルム（処理時間０秒）と４秒処理後のポリイミドフィルムの水の接触角を調べると、７０度から１８度に変化した。処理前のポリイミド膜は疎水性であったのに対して、プラズマ処理後は水の接触角が１８度と大幅に減少し、その表面が親水性に改質された。また、ポリイミドフィルムとアンテナ部のスロット形成面との距離を離すと処理効果は薄れ、特に２０ｍｍ以上離すと急激に処理効果は薄れた。
【００６４】
［実施例２］
酸化銅の還元：
アルゴン１４ｓｌｍ(標準状態ｌｉｔｔｅｒ／ｍｉｎ)、水素流量１００ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)、窒素流量１４０ｓｃｃｍ(標準状態ｃｃ／ｍｉｎ)の混合ガスを流し、マイクロ波周波数１０ＧＨｚ、マイクロ波のパルスＯＮ時間＝１０〜５０μｓ、ＯＦＦ時間＝２００〜５００μｓ、正味のマイクロ波入力１．２〜１．６ｋＷの条件で生成させたプラズマにより、以下の方法で試験を行った。矩形スロット直下４ｍｍの位置に、スパッタ法で形成した銅（Ｃｕ）膜を熱酸化で約２０ｎｍの膜厚に形成したＣｕＯｘ膜を置き、３０秒間〜１５分間かけてプラズマ処理を行った。その結果、スロット直下の位置からＣｕＯｘが還元されていく様子が、ＣｕＯｘの暗紫色からＣｕの銅色に変化することによって確認できた。これは、プラズマで生成した水素原子が、ＣｕＯｘのＯを取り去り、金属の銅の表面が出たもの推定された。
【００６５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。図１３は、矩形導波管２２のアンテナ部４０を複数個（図１３では３つ）並列的に配置したプラズマ処理装置１０１の構成例を示している。プラズマ処理装置１０１では、図示しない駆動機構によって、アンテナ部４０に対して被処理体Ｓが図１３中の矢印で示す方向に相対移動可能に設けられている。アンテナ部４０（矩形導波管２２）の長手方向と、被処理体Ｓの移動方向は、互いに直交するように配置されている。アンテナ部４０のスロット孔４１は、被処理体Ｓの幅以上の長さで配設されている。図１３に示したように、複数のアンテナ部４０を並列的に配置し、かつ被処理体Ｓを相対移動させることによって、被処理体Ｓに対して、処理斑がなく、均一なプラズマ処理を連続的に行うことが可能になる。なお、アンテナ部４０を含むプラズマ生成装置２０の構成は、第１の実施の形態と同様であるため、細部についての図示及び説明は省略する。なお、並列的に配置されるアンテナ部４０の数は、３つに限らず、２つでも、４つ以上でもよい。
【００６６】
図１４は、プラズマ処理装置１０１において、長尺なシート状（フィルム状）の被処理体Ｓをロール・トウ・ロール方式で搬送させながら処理する態様を示している。被処理体Ｓは、第１のロール７０Ａから送り出され、第２のロール７０Ｂに巻き取られる。このように、本実施の形態のプラズマ処理装置１０１を用いることによって、被処理体Ｓが巻き取り可能なシート状（フィルム状）である場合に、連続的な処理を容易に行うことができる。
【００６７】
図１５は、図１４に対する変形例を示している。このプラズマ処理装置１０１Ａでは、並列的に配置された３つアンテナ部４０が、被処理体Ｓを挟むように上下に配置されている。被処理体Ｓの上方に配置されたアンテナ部４０Ａ，４０Ａ，４０Ａは、それらの下面（被処理体Ｓとの対向面）にスロット孔４１が設けられている。被処理体Ｓの下方に配置されたアンテナ部４０Ｂ，４０Ｂ，４０Ｂは、それらの上面（被処理体Ｓとの対向面）にスロット孔４１が設けられている。このように、被処理体Ｓの上下両方にアンテナ部４０を配置することによって、ロール・トウ・ロール方式で被処理体Ｓを搬送させながら、その両面に対して同時にプラズマ処理を行うことができる。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態では、被処理体ＳとしてＦＰＤ基板や該基板に張り合わせるフィルム等を挙げたが、処理対象は特に限定されるものではなく、例えば半導体ウエハ等の基板に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…処理容器、２０…プラズマ生成装置、２１…マイクロ波発生装置、２２…矩形導波管、２３…ガス供給装置、２４…隔壁、２５…排気装置、４０…アンテナ部、４１…スロット孔、５０…ステージ、６０…制御部、１００…プラズマ処理装置、Ｓ…被処理体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状の導波管と、
前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
を備え、
前記アンテナ部は、その断面において短辺をなす壁に１又は複数のスロット孔を有しており、大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出するプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記マイクロ波発生装置と前記アンテナ部との間の前記導波管内に、前記処理ガスの通過を遮る隔壁を備えた請求項１に記載のプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記スロット孔は、矩形状に設けられており、その長手方向と前記アンテナ部の長手方向が一致するように配設されている請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
複数のスロット孔が、一列に配設されている請求項３に記載のプラズマ生成装置。
【請求項５】
前記アンテナ部に単一のスロット孔が設けられている請求項３に記載のプラズマ生成装置。
【請求項６】
前記スロット孔の縁面は、前記壁の厚み方向に開口幅が変化するように傾斜して設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項７】
さらに、パルス発生器を備え、マイクロ波をパルス状に発生させてプラズマを生成させる請求項１から６のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項８】
前記アンテナ部が、並列的に複数配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項９】
並列的に複数配置された前記アンテナ部において、前記壁の幅方向に、複数の前記アンテナ部にわたって、少なくとも一つの前記スロット孔が存在するように、前記アンテナ部毎に長手方向の位置をずらして前記スロット孔が配設されている請求項８に記載のプラズマ生成装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項のプラズマ生成装置を備え、発生させたプラズマを利用して被処理体に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スロット孔が被処理体に対向するように前記アンテナ部が配置される請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
被処理体の表裏両面にそれぞれアンテナ部が配置される請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
被処理体がフィルム状をなし、ロール・トゥ・ロール方式で搬送可能に設けられている請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理体を処理するプラズマ処理方法。
【請求項１】
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状の導波管と、
前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
を備え、
前記アンテナ部は、その断面において短辺をなす壁に１又は複数のスロット孔を有しており、大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出するプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記マイクロ波発生装置と前記アンテナ部との間の前記導波管内に、前記処理ガスの通過を遮る隔壁を備えた請求項１に記載のプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記スロット孔は、矩形状に設けられており、その長手方向と前記アンテナ部の長手方向が一致するように配設されている請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
複数のスロット孔が、一列に配設されている請求項３に記載のプラズマ生成装置。
【請求項５】
前記アンテナ部に単一のスロット孔が設けられている請求項３に記載のプラズマ生成装置。
【請求項６】
前記スロット孔の縁面は、前記壁の厚み方向に開口幅が変化するように傾斜して設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項７】
さらに、パルス発生器を備え、マイクロ波をパルス状に発生させてプラズマを生成させる請求項１から６のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項８】
前記アンテナ部が、並列的に複数配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項９】
並列的に複数配置された前記アンテナ部において、前記壁の幅方向に、複数の前記アンテナ部にわたって、少なくとも一つの前記スロット孔が存在するように、前記アンテナ部毎に長手方向の位置をずらして前記スロット孔が配設されている請求項８に記載のプラズマ生成装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項のプラズマ生成装置を備え、発生させたプラズマを利用して被処理体に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記スロット孔が被処理体に対向するように前記アンテナ部が配置される請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
被処理体の表裏両面にそれぞれアンテナ部が配置される請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
被処理体がフィルム状をなし、ロール・トゥ・ロール方式で搬送可能に設けられている請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理体を処理するプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−６４４４４（Ｐ２０１２−６４４４４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７７７４（Ｐ２０１０−２０７７７４）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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