プラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法
【課題】本発明が解決しようとする課題は、より強い電界強度を生じさせることができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法を提供することである。
【解決手段】実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記マイクロ波を共振させる共振部と、前記共振部から前記プラズマを発生させる領域への前記マイクロ波の放射を制御する放射制御部と、を備え、前記放射制御部は、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【解決手段】実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記マイクロ波を共振させる共振部と、前記共振部から前記プラズマを発生させる領域への前記マイクロ波の放射を制御する放射制御部と、を備え、前記放射制御部は、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体装置の製造、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの製造に関しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が行われている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものとして、周波数が１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある（例えば、特許文献１、２を参照）。
マイクロ波により励起されるプラズマのプラズマ電位は、高周波により励起されるプラズマのプラズマ電位などと比べて低い。そのため、マイクロ波励起型のプラズマ処理装置は、ダメージの少ないレジスト・アッシング（resist ashing）や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く用いられている。
【０００４】
この様なマイクロ波励起型のプラズマ処理においては、空胴共振器を用いて導入されたマイクロ波を共振させて強い電界強度を得る技術が提案されている。
しかしながら、空胴共振器からマイクロ波を放射するために設けられたスロットなどの大きさが大きくなれば、空胴共振器内で強い電界強度を生じさせることが困難となる。そのため、空胴共振器から放射されたマイクロ波により形成される電界の電界強度も弱くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３５４１１号公報
【特許文献２】特開２００８−４１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、より強い電界強度を生じさせることができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記マイクロ波を共振させる共振部と、前記共振部から前記プラズマを発生させる領域への前記マイクロ波の放射を制御する放射制御部と、を備え、前記放射制御部は、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めることを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【０００８】
また、他の実施形態によれば、上記のプラズマ発生装置と、内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給部と、被処理物を載置する載置台と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【０００９】
また、他の実施形態によれば、上記のプラズマ発生装置と、内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、前記処理容器の内部に液体を供給する液体供給部と、前記処理容器の内部に供給される液体に気泡を形成する、または形成しやすくする気泡形成部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
また、他の実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、マイクロ波を発生させる工程と、前記マイクロ波を共振させる工程と、前記プラズマを発生させる領域へ前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、を備え、前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めること、を特徴とするプラズマ発生方法が提供される。
【００１１】
また、他の実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にガスを供給する工程と、上記のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００１２】
また、他の実施形態によれば、液体に気泡を形成する工程と、プラズマを発生させる領域に前記気泡が形成された液体を供給する工程と、上記のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、より強い電界強度を生じさせ、放電着火を起こしやすくすることができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
【図２】放射制御部が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図３】放射制御部が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図４】第２の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
【図５】放射制御部が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図６】放射制御部が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図７】第３の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図８】第４の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図９】第５の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
図１に示すように、プラズマ発生装置１には、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部４、放射制御部５、制御部６が設けられている。なお、図１中の矢印３ａはマイクロ波の導波方向を表している。また、２００はマイクロ波の放射領域を表している。
【００１６】
共振部２は、導入されたマイクロ波を共振させる。
共振部２には、強電界発生部２ａ、放射部２ｂが設けられている。
強電界発生部２ａは、導入されたマイクロ波を共振させることで強い電界強度を発生させる。強電界発生部２ａの構成は特に限定されるわけではなく、例えば、各種の空胴共振器とすることができる。
放射部２ｂは、例えば、スロットや孔などの開口部とすることができ、強電界発生部２ａにおいて共振されたマイクロ波を強電界発生部２ａの外部に向けて放射する。
【００１７】
導波部３は、マイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波を導波して強電界発生部２ａに導入する。導波部３の構成は特に限定されるわけではなく、例えば、導波管や同軸ケーブルなどとすることができる。
マイクロ波発生部４は、所定の周波数を有するマイクロ波を連続的に発生させ、導波部３に向けて放射する。
発生させるマイクロ波の周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚとすることができる。
【００１８】
放射制御部５は、放射部２ｂの放射側に設けられ、共振部２からプラズマを発生させる領域Ｐへのマイクロ波の放射を制御する。
放射制御部５には、遮蔽部５ａ、移動部５ｂが設けられている。
遮蔽部５ａは、放射部２ｂからマイクロ波が放射されないように遮蔽する。遮蔽部５ａは、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属から形成された板状体などとすることができる。
移動部５ｂは、放射部２ｂに対する遮蔽部５ａの位置を変化させる。そして、放射部２ｂを覆う位置に遮蔽部５ａを移動させることでマイクロ波の放射を停止させ、放射部２ｂが露出する位置に遮蔽部５ａを移動させることでマイクロ波の放射を行わせる。移動部５ｂは、例えば、圧電素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を駆動源に有するものなどとすることができる。
【００１９】
すなわち、本実施の形態においては、共振部２は、マイクロ波を放射させる開口部（放射部２ｂ）を有し、放射制御部５は、開口部の開口率を変化させる。
【００２０】
制御部６は、放射制御部５を制御する。
この場合、放射制御部５は、共振部２からのマイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを共振部２に蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強める。なお、このことに関する詳細は後述する。
なお、連続的なマイクロ波の場合、遮蔽部５ａが単純に開閉動作を繰り返すのみでもマイクロ波エネルギーの蓄積と放出とを行うことができる。そのため、この様な場合には、必ずしも移動部５ｂを制御する必要はなく、移動部５ｂの制御を行わない場合には制御部６を設けなくてもよい。
【００２１】
次に、放射制御部５に関してさらに例示する。
図２は、放射制御部５が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図２（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００２２】
放射制御部５が設けられていない場合には、図２（ｂ）に示すように放射部２ｂの開口率は大きい状態で一定である。
この様な場合には、図２（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値は低い状態で一定となる。すなわち、強電界発生部２ａのエネルギー蓄積能力が低いまま一定となる。
そのため、図２（ａ）に示すような連続的なマイクロ波がマイクロ波発生部４から放射されても強電界発生部２ａに蓄積されるマイクロ波エネルギーは少ないものとなる。
【００２３】
その結果、図２（ｄ）に示すように、強電界発生部２ａにおける電界強度はわずかに高くなる程度となる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が低いものとなるため、図２（ｅ）に示すように、放射領域２００における電界強度もわずかに高くなる程度となる。
【００２４】
図３は、放射制御部５が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図３（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００２５】
放射制御部５が設けられている場合には、図３（ｂ）に示すように放射部２ｂに対する遮蔽部５ａの位置により放射部２ｂの開口率を変化させることができる。すなわち、放射部２ｂを覆う方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を小さくすることができる。また、放射部２ｂが露出する方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を大きくすることができる。
【００２６】
この様な場合には、図３（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値を放射部２ｂの開口率に応じて変化させることができる。すなわち、遮蔽部５ａにより放射部２ｂが覆われることで放射部２ｂの開口率が小さくなれば強電界発生部２ａのＱ値が高くなる。このことは、強電界発生部２ａに多くのマイクロ波エネルギーを蓄積することができることを意味する。一方、遮蔽部５ａを移動させて放射部２ｂが露出するようにすれば、放射部２ｂの開口率が大きくなり強電界発生部２ａのＱ値が低くなる。
【００２７】
この場合、例えば、図３（ａ）に示すような連続的なマイクロ波がマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させれば、放射領域２００における電界強度を瞬間的に極めて強いものとすることができる。
【００２８】
すなわち、図３（ｄ）に示すように、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率が小さくされている間は、強電界発生部２ａにおける電界強度が強くなり、放射部２ｂの開口率が大きくなると強電界発生部２ａにおける電界強度が弱くなる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が強いところから弱いところへと変化する時点において、図３（ｅ）中のＡ部に示すように、放射領域２００における電界強度が瞬間的に極めて強いものとなる。
【００２９】
そのため、制御部６により移動部５ｂを制御して、放射部２ｂの開口率を繰り返し変化させれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させることができる。すなわち、強電界発生部２ａにマイクロ波エネルギーを貯めてこれを放出する際に極めて強い電界強度を瞬間的に発生させ、この極めて強い電界強度を繰り返し発生させるようにすることができる。
【００３０】
次に、プラズマ発生装置１の作用について例示する。
まず、マイクロ波発生部４から連続的なマイクロ波が導波部３を介して強電界発生部２ａに導入される。強電界発生部２ａにおいては、共振によりマイクロ波の電界強度が強められる。
この際、制御部６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波がマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。
【００３１】
ここで、放射領域２００において各種のプラズマ処理を行うようにすることができる。 例えば、放射領域２００に所望のガスを供給し、供給されたガスを励起、活性化させることで中性活性種、イオン、電子などの反応生成物を生成するようにすることができる。そして、生成された反応生成物を用いて被処理物の処理面などをエッチングするなどの各種の処理を行うようにすることができる。
なお、プラズマ処理に関する詳細は後述する。
【００３２】
本実施の形態に係るプラズマ発生装置１によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００３３】
[第２の実施形態]
図４は、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
図４に示すように、プラズマ発生装置１１には、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部１４、放射制御部５、制御部１６が設けられている。なお、図４中の矢印３ａはマイクロ波の導波方向を表している。また、２００はマイクロ波の放射領域を表している。
【００３４】
マイクロ波発生部１４は、所定の周波数を有するマイクロ波をパルス状に発生させ、導波部３に向けて放射する。
発生させるマイクロ波の周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚとすることができる。
【００３５】
制御部１６は、マイクロ波発生部１４と放射制御部５とを制御する。
この場合、マイクロ波発生部１４は、パルス状のマイクロ波を発生させ、導波部３に向けて放射させる。また、放射制御部５は、パルス状のマイクロ波が共振部２に導入されている際に共振部２からのマイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを共振部２に蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強める。なお、このことに関する詳細は後述する。
【００３６】
次に、放射制御部５に関してさらに例示する。
図５は、放射制御部５が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図５（ａ）はマイクロ波発生部１４から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００３７】
放射制御部５が設けられていない場合には、図５（ｂ）に示すように放射部２ｂの開口率は大きい状態で一定である。
この様な場合には、図５（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値は低い状態で一定となる。すなわち、強電界発生部２ａのエネルギー蓄積能力が低いまま一定となる。
そのため、図５（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射されても強電界発生部２ａに蓄積されるマイクロ波エネルギーは少ないものとなる。
【００３８】
その結果、図５（ｄ）に示すように、強電界発生部２ａにおける電界強度は、パルス状のマイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が低いものとなるため、図５（ｅ）に示すように、放射領域２００における電界強度も、パルス状のマイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
【００３９】
図６は、放射制御部５が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図６（ａ）はマイクロ波発生部１４から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００４０】
放射制御部５が設けられている場合には、図６（ｂ）に示すように放射部２ｂに対する遮蔽部５ａの位置により放射部２ｂの開口率を変化させることができる。すなわち、放射部２ｂを覆う方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を小さくすることができる。また、放射部２ｂが露出する方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を大きくすることができる。
【００４１】
この様な場合には、図６（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値を放射部２ｂの開口率に応じて変化させることができる。すなわち、遮蔽部５ａにより放射部２ｂが覆われることで放射部２ｂの開口率が小さくなれば強電界発生部２ａのＱ値が高くなる。このことは、強電界発生部２ａに多くのマイクロ波エネルギーを蓄積することができることを意味する。一方、遮蔽部５ａを移動させて放射部２ｂが露出するようにすれば、放射部２ｂの開口率が大きくなり強電界発生部２ａのＱ値が低くなる。
【００４２】
この場合、例えば、図６（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させれば、放射領域２００における電界強度を瞬間的に極めて強いものとすることができる。
【００４３】
すなわち、図６（ｄ）に示すように、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率が小さくされている間は、強電界発生部２ａにおける電界強度が徐々に強くなり、放射部２ｂの開口率が大きくなると強電界発生部２ａにおける電界強度が段階的に弱くなる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が強いところから弱いところへと変化する時点において、図６（ｅ）中のＣ部に示すように、放射領域２００における電界強度が瞬間的に極めて強いものとなる。
【００４４】
そのため、制御部１６により移動部５ｂを制御して、放射部２ｂの開口率をマイクロ波のパルスと同期させて繰り返し変化させれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させることができる。すなわち、強電界発生部２ａにマイクロ波エネルギーを貯めてこれを放出する際に極めて強い電界強度を瞬間的に発生させ、この極めて強い電界強度を繰り返し発生させるようにすることができる。
【００４５】
次に、プラズマ発生装置１１の作用について例示する。
まず、制御部１６によりマイクロ波発生部１４を制御することで、マイクロ波発生部１４からパルス状のマイクロ波が導波部３を介して強電界発生部２ａに導入される。強電界発生部２ａにおいては、共振によりマイクロ波の電界強度が強められる。
この際、制御部１６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。
【００４６】
ここで、放射領域２００において各種のプラズマ処理を行うようにすることができる。 例えば、放射領域２００に所望のガスを供給し、供給されたガスを励起、活性化させることで中性活性種、イオン、電子などの反応生成物を生成するようにすることができる。そして、生成された反応生成物を用いて被処理物の処理面などをエッチングするなどの各種の処理を行うようにすることができる。
なお、プラズマ処理に関する詳細は後述する。
【００４７】
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００４８】
[第３の実施形態]
図７は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置１００を例示するための模式断面図である。
なお、図７は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを大気圧プラズマ処理するプラズマ処理装置を例示するものである。また、図１において例示をしたプラズマ発生装置を設けた場合を例示するものである。
図７に示すように、プラズマ処理装置１００には、プラズマ発生装置２１と処理部２３とが設けられている。
【００４９】
プラズマ発生装置２１には、共振部１２、導波部１３、マイクロ波発生部４、放射制御部５、制御部６、絶縁部９が設けられている。
処理部２３には、プラズマ発生部７（処理容器）、ガス供給部８、配管１０、載置台２２が設けられている。
共振部１２には、強電界発生部１２ａ、放射部１２ｂが設けられている。
強電界発生部１２ａは、筒状を呈し、軸方向の端面が塞がれている。なお、強電界発生部１２ａの形態は特に限定されるわけではなく、空胴共振器とできる形状、寸法を有しているものとすることができる。
放射部１２ｂは、例えば、スロットや孔などの開口部とすることができ、強電界発生部１２ａにおいて共振されたマイクロ波をプラズマ発生部７に向けて放射する。
【００５０】
導波部１３には、外部導体１３ａ、誘電体部１３ｂ、内部導体１３ｃが設けられている。
外部導体１３ａは、一端が強電界発生部１２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。
誘電体部１３ｂは、外部導体１３ａの内部に設けられ、外部導体１３ａと内部導体１３ｃとを絶縁する。
【００５１】
内部導体１３ｃは、一端が強電界発生部１２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。また、強電界発生部１２ａの内部において誘電体部１３ｂから内部導体１３ｃが突出している部分１３ｃ１がアンテナとして機能する。
【００５２】
プラズマ発生部７は、管状を呈し、軸方向の両端が開口されている。プラズマ発生部７の一端には配管１０が接続されている。プラズマ発生部７の他端近傍は流路断面積が漸減するようになっており、先端が吐出口７ａとなっている。プラズマ発生部７は、石英などの誘電体から形成され、プラズマ発生部７の外部から内部にマイクロ波が導入できるようになっている。
本実施の形態においては、プラズマ発生部７が、内部にプラズマを発生させる領域Ｐを有する処理容器となる。そして、プラズマ発生部７は、ガス供給部８から供給されたガスを流通させる流路を有し、プラズマを発生させる領域Ｐはこの流路に設けられることになる。
【００５３】
ガス供給部８は、配管１０を介してプラズマ発生部７の内部にガスＧを供給する。ガス供給部８は、例えば、高圧のガスＧを収納したボンベなどとすることができる。なお、ガス供給部８によるガスＧの供給は、例えば、圧力差を利用したものであってもよいし、ポンプなどにより圧送されるものであってもよい。
【００５４】
また、ガス供給部８には図示しない流量制御弁などを適宜設けるようにすることができる。そして、図示しない流量制御弁などによりガスＧの供給の開始、供給の停止、流量や圧力などの調整などを行うようにすることができる。この場合、後述するプラズマを発生させる領域Ｐの下流側に図示しない流量制御弁などを設けるようにすれば、生成されたプラズマ生成物が失活してしまうおそれがある。そのため、プラズマ生成物の失活を抑制するという観点からは、ガス供給部８に図示しない流量制御弁などを設けるようにすることが好ましい。
【００５５】
絶縁部９は、放射部１２ｂの近傍に設けられている。絶縁部９は、プラズマ発生部７の内部にあるガスＧ以上の絶縁破壊電界強度を有した材料から形成されたものとすることができる。放射部１２ｂの放射側の近傍は放射領域２００となるので異常放電が発生するおそれがある。そのため、絶縁部９を設けるようにすれば、異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００５６】
配管１０は、ガス供給部８とプラズマ発生部７との間に設けられ、ガス供給部８から流出したガスＧをプラズマ発生部７の内部に導く。
載置台２２の一方の主面は、被処理物Ｗを載置する載置面２２ａとなっている。また、載置台２２には静電チャックなどの図示しない保持部が設けられており、載置された被処理物Ｗを保持することができるようになっている。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部を設けて、被処理物Ｗの周端を支持することで載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持されるようにしてもよい。
また、載置台２２およびプラズマ発生装置２１の少なくともいずれかの位置を変化させる図示しない移動部を設けるようにすることもできる。
【００５７】
次に、プラズマ処理装置１００の作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、静電チャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００５８】
そして、ガス供給部８から配管１０を介してプラズマ発生部７にガスＧが供給される。 一方、マイクロ波発生部４から導波部１３の内部導体１３ｃに連続的なマイクロ波が放射される。内部導体１３ｃに放射されたマイクロ波は、内部導体１３ｃのアンテナとして機能する部分１３ｃ１から強電界発生部１２ａの内部空間に放射される。強電界発生部１２ａの内部空間に放射されたマイクロ波は、強電界発生部１２ａにおいて共振される。
強電界発生部１２ａにおいて共振したマイクロ波は、放射部１２ｂを介してプラズマ発生部７の内部に導入される。
【００５９】
この際、制御部６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波がマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波が強電界発生部１２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部１２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことでより強い電界強度を実効的に発生させる。このようにすれば、プラズマ発生の容易化や安定化を図ることができる。
なお、放射部１２ｂの近傍には絶縁部９が設けられているので、異常放電を抑制することができる。
【００６０】
プラズマ発生部７の内部にマイクロ波が導入されると、放射領域２００においてプラズマが発生し、ガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（例えば、中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子など）が生成される。生成されたプラズマ生成物はガスＧの気流にのり、吐出口７ａから被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて放出される。
また、必要に応じて、図示しない移動部により載置台２２とプラズマ発生装置２１との相対的な位置を変化させて、処理面Ｗａにおけるプラズマ生成物が供給される領域を変化させるようにすることもできる。
【００６１】
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００６２】
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマの着火が生じにくい大気圧プラズマ処理を行う場合であってもプラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００６３】
[第４の実施形態]
図８は、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置１１０を例示するための模式断面図である。
なお、図８は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗをいわゆる液中プラズマ処理するプラズマ処理装置を例示するものである。また、図４において例示をしたプラズマ発生装置を設けた場合を例示するものである。
図８に示すように、プラズマ処理装置１１０には、プラズマ発生装置３１と処理部３３とが設けられている。
【００６４】
プラズマ発生装置３１には、共振部３２、導波部１３、マイクロ波発生部１４、放射制御部５、制御部１６、絶縁部３９が設けられている。
処理部３３には、プラズマ処理部３７、液体供給部３８、載置台２２、配管３０が設けられている。
共振部３２には、強電界発生部３２ａ、放射部３２ｂが設けられている。
【００６５】
強電界発生部３２ａは、筒状（例えば、円筒状）を呈し、軸方向の端面が塞がれている。また、強電界発生部３２ａの中央部分にはプラズマ処理部３７が貫通するようにして設けられている。強電界発生部３２ａのプラズマ処理部３７が貫通している部分には、マイクロ波を遮蔽する遮蔽部３２ａ１が設けられている。後述する減圧部３７ｂの流出側先端近傍には遮蔽部３２ａ１が設けられておらず、この部分がマイクロ波を放射する放射部３２ｂとなる。強電界発生部３２ａにおいて共振されたマイクロ波は、放射部３２ｂを介して減圧部３７ｂに向けて放射される。
【００６６】
また、強電界発生部３２ａの軸方向の寸法Ｈは、マイクロ波の波長の約１／２とされている。この寸法Ｈは、マイクロ波の共振を起こさせることができるように、調整により決定されるものである。そのため、内部導体１３ｃのアンテナとして機能する部分１３ｃ１から強電界発生部３２ａの内部空間に放射されたマイクロ波を共振させることができる。なお、強電界発生部３２ａにおいて発生する電界強度は、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えるものとなっている。
【００６７】
導波部１３には、外部導体１３ａ、誘電体部１３ｂ、内部導体１３ｃが設けられている。
外部導体１３ａは、一端が強電界発生部３２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部１４に接続されている。
誘電体部１３ｂは、外部導体１３ａの内部に設けられ、外部導体１３ａと内部導体１３ｃとを絶縁する。
【００６８】
内部導体１３ｃは、一端が強電界発生部３２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。また、強電界発生部３２ａの内部において誘電体部１３ｂから内部導体１３ｃが突出している部分１３ｃ１がアンテナとして機能する。
【００６９】
プラズマ処理部３７には、流入部３７ａ、減圧部３７ｂ、吐出口３７ｃが設けられている。
流入部３７ａは、管状を呈し、配管３０を介して液体供給部３８から供給された液体Ｌを減圧部３７ｂに流入させる。
減圧部３７ｂは、液体Ｌの流速を上昇させることで液体Ｌの圧力を減圧させて、液体Ｌ自体が気化した気体や溶存していた気体を含む気泡Ｂを発生させる。あるいは、この様な気体Ｂを発生しやすくする。
減圧部３７ｂの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積（流路断面積）は、流入部３７ａの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積（流路断面積）よりも小さくなっている。そのため、流入部３７ａから減圧部３７ｂに流入した液体Ｌの流速を上昇させることができるので、減圧部３７ｂにおける液体Ｌの圧力を減圧することができる。その結果、減圧部３７ｂにおいて液体Ｌ中に気泡Ｂを発生させることができ、気泡Ｂを含んだ液体Ｌに強い電界強度を有するマイクロ波を導入することができる。そして、減圧部３７ｂの内部において、気泡Ｂと導入されたマイクロ波とによりプラズマを発生させる領域Ｐが形成されることになる。
【００７０】
減圧部３７ｂの流出側先端部分は流路断面積が漸減するようになっており、流出側先端が吐出口３７ｃとなっている。
流入部３７ａ、減圧部３７ｂは、例えば、円管状を呈し、石英などの誘電体から形成されたものとすることができる。
【００７１】
本実施の形態においては、プラズマ処理部３７が内部にプラズマを発生させる領域Ｐを有する処理容器となる。また、減圧部３７ｂがプラズマ処理部３７の内部に供給される液体Ｌに気泡Ｂを形成する気泡形成部となる。
【００７２】
ここで、直流高電圧が印加される金属電極間においてプラズマを発生させる場合には、金属電極間に絶縁体を設けることができないため金属電極を液体Ｌ中に設ける必要がある。そのため、金属電極などが液体Ｌに触れることで金属腐食したり、金属電極などが金属腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりするおそれがある。
【００７３】
これに対し、本実施の形態によれば、減圧部３７ｂの外側から内側にマイクロ波を導入することができる。すなわち、減圧部３７ｂにより液体Ｌと共振部３２の強電界発生部３２ａとを離隔させることができるので、強電界発生部３２ａが液体Ｌに触れることで金属腐食したり、強電界発生部３２ａが金属腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。また、後述する微細体が絶縁体であったとしてもプラズマ処理による微細体の生成が可能となる。
【００７４】
減圧部３７ｂの流出側先端近傍、すなわち、放射部３２ｂの放射側の近傍は放射領域２００となるので、放射領域２００の減圧部３７ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部３９を設けるようにすることができる。絶縁部３９を設けるようにすれば、強電界発生部３２ａにおける異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００７５】
液体供給部３８は、プラズマ処理部３７の内部に液体Ｌを供給する。すなわち、液体供給部３８は、配管３０を介して流入部３７ａに液体Ｌを供給する。液体供給部３８は、例えば、図示しないタンクや送液ポンプなどを備えたものとすることができる。なお、液体供給部３８による送液は、例えば、高低差を利用したものであってもよいし、送液ポンプなどにより圧送されるものであってもよい。
【００７６】
また、液体供給部３８には図示しない流量制御弁などを適宜設けるようにすることができる。液体供給部３８に図示しない流量制御弁などを設けて減圧部３７ｂにおける液体Ｌの流速（圧力）を制御するようにすれば、気泡Ｂの発生量を制御することができる。また、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などを行うこともできる。
【００７７】
また、液体供給部３８には、液体Ｌ中に気体を導入して液体Ｌ中に溶存する気体の量を増加させる図示しない気体導入装置などを設けるようにしてもよい。
また、流入部３７ａの上流側に液体Ｌに超音波を照射する図示しない超音波発生装置などを設け、超音波発生装置により発生させた気泡を併せて用いるようにしてもよい。
図示しない気体導入装置や超音波発生装置などを設けるようにすれば、プラズマ処理を行う際の気泡量を増加させることができる。
なお、液体Ｌの圧力を減圧して気泡Ｂを発生させる場合を例示したが、前述した図示しない気体導入装置、超音波発生装置などにより液体Ｌに気泡Ｂを形成するようにしてもよい。この様な場合には、減圧部３７ｂを設ける必要はなく所望の流路断面積を有する流入部と吐出口とを設けるようにすればよい。
すなわち、プラズマ処理部３７の内部に供給される液体Ｌに気泡を形成する気泡形成部が設けられていればよい。
【００７８】
液体Ｌは、特に限定されるわけではなく気体を溶存させることができるものであってもよい。この場合、液体Ｌは、気体を溶解する能力、比重や比熱などの物理的な性質、被処理物Ｗなどに対する化学的な性質、後述するプラズマ処理により生成される微細体などを考慮して適宜選択することができる。
液体Ｌとしては、例えば、水などの無機溶剤、アルコールなどの有機溶剤、無機溶剤と有機溶剤との混合液などを例示することができる。
また、液体Ｌには、気体以外の物質を含ませるようにすることもできる。
また、液体Ｌには気体が溶存していなくてもよく、液体Ｌのみで構成されていてもよい。その場合、液体Ｌを減圧により沸騰させる、もしくは加熱により沸騰させることによって液体Ｌ自体が気化して気体となり、液体Ｌ中にその気体を内包した気泡Ｂを発生させることができる。
【００７９】
配管３０は、液体供給部３８と流入部３７ａとの間に設けられ、液体供給部３８から流入部３７ａに向けて液体Ｌを流通させる。
配管３０の材料は特に限定されないが、液体Ｌに対する耐性が高いものとすることが好ましい。配管３０の材料は、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などとすることができる。
なお、配管３０は必ずしも設ける必要はなく、プラズマ処理部３７、液体供給部３８などの配置に応じて適宜設けるようにすることができる。
【００８０】
次に、プラズマ処理装置１１０の作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、静電チャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００８１】
そして、液体供給部３８から配管３０を介してプラズマ処理部３７の流入部３７ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部３７ａから減圧部３７ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌ自体が気化した気体や液体Ｌに溶存していた気体を含む気泡Ｂが形成される。
【００８２】
一方、制御部１６によりマイクロ波発生部１４を制御することで、マイクロ波発生部１４からパルス状のマイクロ波が内部導体１３ｃに放射される。内部導体１３ｃに放射されたマイクロ波は、内部導体１３ｃのアンテナとして機能する部分１３ｃ１から強電界発生部３２ａの内部空間に放射される。強電界発生部３２ａの内部空間に放射されたマイクロ波は、強電界発生部３２ａにおいて共振される。
強電界発生部３２ａにおいて共振したマイクロ波は、放射部３２ｂを介して減圧部３７ｂの内部に導入される。
【００８３】
この際、制御部１６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、パルス状のマイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射され、マイクロ波が強電界発生部３２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部３２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。このようにすればプラズマ発生の容易化や安定化を図ることができる。
なお、放射部３２ｂの近傍には絶縁部３９が設けられているので、異常放電を抑制することができる。
【００８４】
放射部３２ｂから放射されたマイクロ波は、石英などの誘電体から形成された減圧部３７ｂの内部に導入される。ここで、単に液体中にマイクロ波を導入してもプラズマを発生させることは困難であるが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部３７ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００８５】
そして、発生したプラズマによりプラズマ処理が行われる。
例えば、気泡Ｂ中に含まれる蒸気や気体、あるいは気泡Ｂと液体Ｌとの界面にある液体Ｌや液体Ｌに含まれている物質などがプラズマによって励起、活性化されてプラズマ生成物（例えば、中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子など）が生成される。
また、減圧部３７ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子などのプラズマ生成物を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。すなわち、減圧部３７ｂの内部に設けられた物質をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することができる。なお、所望の材料から形成された減圧部３７ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。例えば、液体Ｌに含まれている有機物の炭素からカーボンナノファイバーなどの炭素系の微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００８６】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、吐出口３７ｃから被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて放出される。
【００８７】
この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部３８に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、被処理物Ｗの表面改質を行うこともできる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
使用済みの液体Ｌは被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、図示しない回収部により回収される。
【００８８】
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
また、必要に応じて、図示しない移動部により載置台２２とプラズマ発生装置３１との相対的な位置を変化させて、処理面Ｗａにおけるプラズマ処理された液体Ｌが供給される領域を変化させるようにすることもできる。
【００８９】
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００９０】
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマの着火が生じにくい液中プラズマ処理を行う場合であってもプラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００９１】
[第５の実施形態]
図９は、第５の実施形態に係るプラズマ処理装置１２０を例示するための模式図である。
なお、図９（ａ）はプラズマ処理装置の模式断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。
また、図９は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを減圧環境下においてプラズマ処理するプラズマ処理装置を例示するものである。また、図１において例示をしたプラズマ発生装置を設けた場合を例示するものである。
図９に示すように、プラズマ処理装置１２０には、プラズマ発生装置４１と処理部５０とが設けられている。
【００９２】
プラズマ発生装置４１には、共振部４２、導波部４３、マイクロ波発生部４、放射制御部５、制御部６、絶縁部４９が設けられている。
処理部５０には、処理容器５１、透過窓５２、減圧部５３、ガス供給部５４、整流板５５、載置台２２が設けられている。
共振部４２には、環状部４２ａ、強電界発生部４２ｂが設けられている。
環状部４２ａは、中空の環状を呈し、外周面側には導波部４３が設けられている。環状部４２ａの内部空間と導波部４３の内部空間とが連通され、導波部４３を介して環状部４２ａにマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
【００９３】
強電界発生部４２ｂは、環状部４２ａの内周面側に設けられた互いに平行な一対の板状体を有している。強電界発生部４２ｂの一対の板状体間に形成される内部空間と環状部４２ａの内部空間とが連通され、環状部４２ａの内部空間から強電界発生部４２ｂの内部空間にマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
ここで、一対の板状体同士の間の寸法は、環状部４２ａの軸方向の内部空間の寸法よりも短くなっており、電界強度を強くすることができる。また、環状部４２ａの内部空間から強電界発生部４２ｂの内部空間に導入されたマイクロ波Ｍを共振させることができるので、さらに電界強度を強くすることができる。
【００９４】
強電界発生部４２ｂの処理容器５１側の板状体には放射部４２ｃが設けられている。
放射部４２ｃは、マイクロ波Ｍの１／２波長のピッチ寸法で設けられたスロットとすることができる。放射部４２ｃは、強電界発生部４２ｂにおいて共振されたマイクロ波Ｍを強電界発生部４２ｂの外部に向けて放射する。
なお、放射部４２ｃの放射側の近傍は放射領域２００となる。
【００９５】
導波部４３は、管状（例えば、角管状）を呈し、その一端は環状部４２ａの外周面側に設けられ、その他端はマイクロ波発生部４に設けられている。導波部４３は、マイクロ波発生部４において発生させたマイクロ波Ｍを環状部４２ａの内部空間に向けて導波する。
環状部４２ａ、強電界発生部４２ｂ、導波部４３は、例えば、アルミニウム合金や銅合金などから形成されるものとすることができる。
【００９６】
絶縁部４９は、強電界発生部４２ｂの内部空間を埋めるようにして設けられている。絶縁部４９は、高い絶縁破壊電界強度を有した材料から形成されるものとすることができる。そのため、強電界発生部４２ｂの内部空間における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００９７】
処理容器５１は、有底の略円筒形状を呈し、大気圧よりも減圧された雰囲気が維持可能な気密構造となっている。そして、処理容器５１は、内部にプラズマを発生させる領域Ｐを有する。また、処理容器５１の内部には載置台２２が設けられている。
透過窓５２は、処理容器５１の天井部分に気密となるようにして設けられている。透過窓５２は平板状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、透過窓５２をアルミナや石英などの誘電体から形成されるものとすることができる。
【００９８】
減圧部５３は、処理容器５１の内部を所定の圧力まで減圧する。
減圧部５３には、圧力制御部５３ａ、排気部５３ｂが設けられている。
排気部５３ｂは圧力制御部５３ａを介して処理容器５１の底面に接続されており、処理容器５１の内部を減圧することができるようになっている。
圧力制御部５３ａは、処理容器５１の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器５１の内圧が所定の圧力となるように制御する。
排気部５３ｂは、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。
【００９９】
ガス供給部５４は、配管５４ａを介して処理容器５１の側壁上部に接続されている。そして、ガス供給部５４から配管５４ａを介して処理容器５１内のプラズマを発生させる領域ＰにガスＧを供給することができるようになっている。ガス供給部５４は、例えば、高圧のガスＧを収納したボンベなどとすることができる。
なお、ガス供給部５４には図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）などが接続されており、これによって供給するガスＧの流量を制御することができるようになっている。
整流板５５は、多数の孔部５５ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器５１の内壁に固定されている。整流板５５は、配管５４ａが接続された位置よりは下方の位置であって、載置台２２の載置面２２ａを覆うように設けられている。
整流板５５は、プラズマにより生成されたプラズマ生成物を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面Ｗａ上におけるプラズマ生成物の量が略均一となるようにするためのものである。
また、処理容器５１の内壁面、整流板５５の表面は、中性活性種と反応しにくい材料（例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）やアルミナ等のセラミック材料など）で覆われている。
整流板５５と載置台２２の載置面２２ａとの間の領域が、処理が行われる処理空間となる。
次に、プラズマ処理装置１２０の作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが処理容器５１内に搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、静電チャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【０１００】
次に、処理容器５１内が排気部５３ｂにより所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器５３ａにより処理容器５１内の圧力が調整される。
【０１０１】
次に、ガス供給部５４から所定量のガスＧが、配管５４ａを介して処理容器５１内のプラズマを発生させる領域Ｐに供給される。
ここで、ガスＧとしては、例えば、ＣＦ４、Ｏ２、Ｈｅやこれらの混合ガスを例示することができるが、これらに限定されるわけではなく被処理物Ｗやプロセス条件に合わせて適宜変更することができる。
【０１０２】
一方、マイクロ波発生部４から導波部４３にマイクロ波Ｍが放射される。導波部４３に放射されたマイクロ波Ｍは、共振部４２の環状部４２ａに導入される。環状部４２ａに導入されたマイクロ波Ｍは、強電界発生部４２ｂにおいて共振される。
強電界発生部４２ｂにおいて共振したマイクロ波Ｍは、放射部４２ｃを介して透過窓５２に導入される。
この際、制御部６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
【０１０３】
すなわち、前述したように、マイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波Ｍが強電界発生部４２ｂに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部４２ｃの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことでより強い電界強度を実効的に発生させる。このようにすれば、プラズマ発生の容易化や安定化を図ることができる。
なお、強電界発生部４２ｂの内部空間には絶縁部４９が設けられているので、異常放電を抑制することができる。
【０１０４】
透過窓５２に導入されたマイクロ波Ｍは、透過窓５２の表面を伝搬して、処理容器５１内に放射される。このようにして処理容器５１内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマが発生する。そして、発生したプラズマ中の電子密度が、透過窓５２を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは透過窓５２の下面から処理容器５１内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面と放射部４２ｃの下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマが励起されるようになる。
【０１０５】
このプラズマ励起面で励起された安定的なプラズマ中において、ガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（例えば、中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子など）が生成される。生成されたプラズマ生成物は、整流板５５で整流されて被処理物Ｗの処理面Ｗａに到達し、所望の処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われる。
【０１０６】
この場合、プラズマ生成物が整流板５５を通過する際に、イオンや電子の一部が除去される。そのため、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。なお、バイアス電圧を付加してイオンが整流板５５を通過できるようにすることで、異方性処理（例えば、異方性エッチングなど）を行うようにすることもできる。
【０１０７】
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【０１０８】
なお、前述した各実施の形態においては、放射制御部５の一例として、スロットや孔などの開口部（放射部）の開口率を機械的に変化させる遮蔽部５ａ、移動部５ｂを有したものを例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、共振部からのマイクロ波の放射を電気的に制御する要素を有したものとすることもできる。その様な要素としては、例えば、ＰＩＮダイオードなどの電子デバイスを例示することができる。
共振部からのマイクロ波の放射を電気的に制御する要素を設ける場合には、遮蔽部５ａ、移動部５ｂを設ける必要はない。また、この様な場合には、放射制御部は開口部の開口率を変化させるものではなく、スロットや孔などの開口部（放射部）におけるマイクロ波の透過率を変化させるための電気的な制御を行うものとすることができる。
【０１０９】
[第６の実施形態]
次に、本実施の形態に係るプラズマ発生方法について例示する。
本実施の形態に係るプラズマ発生方法は、マイクロ波を発生させる工程と、マイクロ波を共振させる工程と、プラズマを発生させる領域Ｐへ共振させたマイクロ波を放射する工程と、を備えている。そして、共振させたマイクロ波を放射する工程において、マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めるようにしている。
【０１１０】
また、共振させたマイクロ波を放射する工程において、マイクロ波を放射する開口部の開口率を変化させることで、マイクロ波エネルギーの蓄積と、蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行するようにすることができる。
また、共振させたマイクロ波を放射する工程において、ＰＩＮダイオードなどの電子デバイスを用いて、マイクロ波エネルギーの蓄積と、蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行するようにすることができる。
【０１１１】
また、マイクロ波を発生させる工程において、パルス状の前記マイクロ波を発生させ、
マイクロ波を共振させる工程においてパルス状のマイクロ波を共振させ、共振させたマイクロ波を放射する工程においてパルス状のマイクロ波を共振させている際にマイクロ波エネルギーの蓄積と、蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行するようにすることができる。
なお、各工程の内容の詳細は、前述したプラズマ発生装置やプラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので説明は省略する。
【０１１２】
[第７の実施形態]
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示する。
本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、プラズマを発生させる領域Ｐにガスを供給する工程と、前述したプラズマ発生方法により、プラズマを発生させる領域Ｐにマイクロ波を放射してプラズマを発生させる工程と、を備えている。
この場合、例えば、いわゆる大気圧プラズマ処理などの場合には、プラズマを発生させる領域Ｐは、ガスを流通させる流路に設けられるようにすることができる。
また、例えば、減圧環境下におけるプラズマ処理などの場合には、プラズマを発生させる領域Ｐは、大気圧よりも減圧された雰囲気中に設けられるようにすることができる。
【０１１３】
そして、例えば、いわゆる液中プラズマ処理などの場合には、液体に気泡を形成するまたは気泡を形成しやすくする工程と、プラズマを発生させる領域Ｐに気泡が形成された液体を供給する工程と、前述したプラズマ発生方法により、プラズマを発生させる領域Ｐにマイクロ波を放射してプラズマを発生させる工程と、を備えたものとすることができる。
この場合、液体に気泡を形成する工程において、プラズマを発生させる領域Ｐに供給される液体の流速を上昇させることで液体の圧力を減圧させて気泡を形成するようにすることができる。
なお、各工程の内容の詳細は、前述したプラズマ発生装置やプラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、前述した各プラズマ処理装置、各プラズマ発生装置などに設けられた各要素の形状、寸法、材料、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１５】
１ プラズマ発生装置、２ 共振部、２ａ 強電界発生部、２ｂ 放射部、３ 導波部、４ マイクロ波発生部、５ 放射制御部、５ａ 遮蔽部、５ｂ 移動部、６ 制御部、７ プラズマ発生部、９ 絶縁部、１１ プラズマ発生装置、１２ 共振部、１２ａ 強電界発生部、１２ｂ 放射部、１３ 導波部、１３ａ 外部導体、１３ｂ 誘電体部、１３ｃ 内部導体、１４ マイクロ波発生部、１６ 制御部、２１ プラズマ発生装置、２２ 載置台、２２ａ 載置面、２３ 処理部、３１ プラズマ発生装置、３２ 共振部、３２ａ 強電界発生部、３２ｂ 放射部、３３ 処理部、３７ プラズマ処理部、３７ａ 流入部、３７ｂ 減圧部、３７ｃ 吐出口、３８ 液体供給部、３９ 絶縁部、４１ プラズマ発生装置、４２ 共振部、４２ａ 環状部、４２ｂ 強電界発生部、４３ 導波部、４９ 絶縁部、５０ 処理部、５１ 処理容器、５２ 透過窓、５３ 減圧部、５４ ガス供給部、１００ プラズマ処理装置、１１０ プラズマ処理装置、１２０ プラズマ処理装置、２００ 放射領域、Ｂ 気泡、Ｇ ガス、Ｌ 液体、Ｗ 被処理物、Ｗａ 処理面、Ｐ プラズマを発生させる領域
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体装置の製造、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの製造に関しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が行われている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものとして、周波数が１００ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある（例えば、特許文献１、２を参照）。
マイクロ波により励起されるプラズマのプラズマ電位は、高周波により励起されるプラズマのプラズマ電位などと比べて低い。そのため、マイクロ波励起型のプラズマ処理装置は、ダメージの少ないレジスト・アッシング（resist ashing）や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く用いられている。
【０００４】
この様なマイクロ波励起型のプラズマ処理においては、空胴共振器を用いて導入されたマイクロ波を共振させて強い電界強度を得る技術が提案されている。
しかしながら、空胴共振器からマイクロ波を放射するために設けられたスロットなどの大きさが大きくなれば、空胴共振器内で強い電界強度を生じさせることが困難となる。そのため、空胴共振器から放射されたマイクロ波により形成される電界の電界強度も弱くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３５４１１号公報
【特許文献２】特開２００８−４１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、より強い電界強度を生じさせることができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記マイクロ波を共振させる共振部と、前記共振部から前記プラズマを発生させる領域への前記マイクロ波の放射を制御する放射制御部と、を備え、前記放射制御部は、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めることを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
【０００８】
また、他の実施形態によれば、上記のプラズマ発生装置と、内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給部と、被処理物を載置する載置台と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【０００９】
また、他の実施形態によれば、上記のプラズマ発生装置と、内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、前記処理容器の内部に液体を供給する液体供給部と、前記処理容器の内部に供給される液体に気泡を形成する、または形成しやすくする気泡形成部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１０】
また、他の実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、マイクロ波を発生させる工程と、前記マイクロ波を共振させる工程と、前記プラズマを発生させる領域へ前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、を備え、前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めること、を特徴とするプラズマ発生方法が提供される。
【００１１】
また、他の実施形態によれば、プラズマを発生させる領域にガスを供給する工程と、上記のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００１２】
また、他の実施形態によれば、液体に気泡を形成する工程と、プラズマを発生させる領域に前記気泡が形成された液体を供給する工程と、上記のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、より強い電界強度を生じさせ、放電着火を起こしやすくすることができるプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ発生方法、およびプラズマ処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
【図２】放射制御部が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図３】放射制御部が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図４】第２の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
【図５】放射制御部が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図６】放射制御部が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。（ａ）はマイクロ波発生部から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、（ｂ）は放射部の開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｃ）は強電界発生部のＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｄ）は強電界発生部における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、（ｅ）は放射領域における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【図７】第３の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図８】第４の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。
【図９】第５の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
図１に示すように、プラズマ発生装置１には、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部４、放射制御部５、制御部６が設けられている。なお、図１中の矢印３ａはマイクロ波の導波方向を表している。また、２００はマイクロ波の放射領域を表している。
【００１６】
共振部２は、導入されたマイクロ波を共振させる。
共振部２には、強電界発生部２ａ、放射部２ｂが設けられている。
強電界発生部２ａは、導入されたマイクロ波を共振させることで強い電界強度を発生させる。強電界発生部２ａの構成は特に限定されるわけではなく、例えば、各種の空胴共振器とすることができる。
放射部２ｂは、例えば、スロットや孔などの開口部とすることができ、強電界発生部２ａにおいて共振されたマイクロ波を強電界発生部２ａの外部に向けて放射する。
【００１７】
導波部３は、マイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波を導波して強電界発生部２ａに導入する。導波部３の構成は特に限定されるわけではなく、例えば、導波管や同軸ケーブルなどとすることができる。
マイクロ波発生部４は、所定の周波数を有するマイクロ波を連続的に発生させ、導波部３に向けて放射する。
発生させるマイクロ波の周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚとすることができる。
【００１８】
放射制御部５は、放射部２ｂの放射側に設けられ、共振部２からプラズマを発生させる領域Ｐへのマイクロ波の放射を制御する。
放射制御部５には、遮蔽部５ａ、移動部５ｂが設けられている。
遮蔽部５ａは、放射部２ｂからマイクロ波が放射されないように遮蔽する。遮蔽部５ａは、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属から形成された板状体などとすることができる。
移動部５ｂは、放射部２ｂに対する遮蔽部５ａの位置を変化させる。そして、放射部２ｂを覆う位置に遮蔽部５ａを移動させることでマイクロ波の放射を停止させ、放射部２ｂが露出する位置に遮蔽部５ａを移動させることでマイクロ波の放射を行わせる。移動部５ｂは、例えば、圧電素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を駆動源に有するものなどとすることができる。
【００１９】
すなわち、本実施の形態においては、共振部２は、マイクロ波を放射させる開口部（放射部２ｂ）を有し、放射制御部５は、開口部の開口率を変化させる。
【００２０】
制御部６は、放射制御部５を制御する。
この場合、放射制御部５は、共振部２からのマイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを共振部２に蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強める。なお、このことに関する詳細は後述する。
なお、連続的なマイクロ波の場合、遮蔽部５ａが単純に開閉動作を繰り返すのみでもマイクロ波エネルギーの蓄積と放出とを行うことができる。そのため、この様な場合には、必ずしも移動部５ｂを制御する必要はなく、移動部５ｂの制御を行わない場合には制御部６を設けなくてもよい。
【００２１】
次に、放射制御部５に関してさらに例示する。
図２は、放射制御部５が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図２（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図２（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００２２】
放射制御部５が設けられていない場合には、図２（ｂ）に示すように放射部２ｂの開口率は大きい状態で一定である。
この様な場合には、図２（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値は低い状態で一定となる。すなわち、強電界発生部２ａのエネルギー蓄積能力が低いまま一定となる。
そのため、図２（ａ）に示すような連続的なマイクロ波がマイクロ波発生部４から放射されても強電界発生部２ａに蓄積されるマイクロ波エネルギーは少ないものとなる。
【００２３】
その結果、図２（ｄ）に示すように、強電界発生部２ａにおける電界強度はわずかに高くなる程度となる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が低いものとなるため、図２（ｅ）に示すように、放射領域２００における電界強度もわずかに高くなる程度となる。
【００２４】
図３は、放射制御部５が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図３（ａ）はマイクロ波発生部４から放射されたマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図３（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００２５】
放射制御部５が設けられている場合には、図３（ｂ）に示すように放射部２ｂに対する遮蔽部５ａの位置により放射部２ｂの開口率を変化させることができる。すなわち、放射部２ｂを覆う方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を小さくすることができる。また、放射部２ｂが露出する方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を大きくすることができる。
【００２６】
この様な場合には、図３（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値を放射部２ｂの開口率に応じて変化させることができる。すなわち、遮蔽部５ａにより放射部２ｂが覆われることで放射部２ｂの開口率が小さくなれば強電界発生部２ａのＱ値が高くなる。このことは、強電界発生部２ａに多くのマイクロ波エネルギーを蓄積することができることを意味する。一方、遮蔽部５ａを移動させて放射部２ｂが露出するようにすれば、放射部２ｂの開口率が大きくなり強電界発生部２ａのＱ値が低くなる。
【００２７】
この場合、例えば、図３（ａ）に示すような連続的なマイクロ波がマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させれば、放射領域２００における電界強度を瞬間的に極めて強いものとすることができる。
【００２８】
すなわち、図３（ｄ）に示すように、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率が小さくされている間は、強電界発生部２ａにおける電界強度が強くなり、放射部２ｂの開口率が大きくなると強電界発生部２ａにおける電界強度が弱くなる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が強いところから弱いところへと変化する時点において、図３（ｅ）中のＡ部に示すように、放射領域２００における電界強度が瞬間的に極めて強いものとなる。
【００２９】
そのため、制御部６により移動部５ｂを制御して、放射部２ｂの開口率を繰り返し変化させれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させることができる。すなわち、強電界発生部２ａにマイクロ波エネルギーを貯めてこれを放出する際に極めて強い電界強度を瞬間的に発生させ、この極めて強い電界強度を繰り返し発生させるようにすることができる。
【００３０】
次に、プラズマ発生装置１の作用について例示する。
まず、マイクロ波発生部４から連続的なマイクロ波が導波部３を介して強電界発生部２ａに導入される。強電界発生部２ａにおいては、共振によりマイクロ波の電界強度が強められる。
この際、制御部６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波がマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。
【００３１】
ここで、放射領域２００において各種のプラズマ処理を行うようにすることができる。 例えば、放射領域２００に所望のガスを供給し、供給されたガスを励起、活性化させることで中性活性種、イオン、電子などの反応生成物を生成するようにすることができる。そして、生成された反応生成物を用いて被処理物の処理面などをエッチングするなどの各種の処理を行うようにすることができる。
なお、プラズマ処理に関する詳細は後述する。
【００３２】
本実施の形態に係るプラズマ発生装置１によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００３３】
[第２の実施形態]
図４は、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置を例示するための模式図である。
図４に示すように、プラズマ発生装置１１には、共振部２、導波部３、マイクロ波発生部１４、放射制御部５、制御部１６が設けられている。なお、図４中の矢印３ａはマイクロ波の導波方向を表している。また、２００はマイクロ波の放射領域を表している。
【００３４】
マイクロ波発生部１４は、所定の周波数を有するマイクロ波をパルス状に発生させ、導波部３に向けて放射する。
発生させるマイクロ波の周波数は、例えば、２．４５ＧＨｚとすることができる。
【００３５】
制御部１６は、マイクロ波発生部１４と放射制御部５とを制御する。
この場合、マイクロ波発生部１４は、パルス状のマイクロ波を発生させ、導波部３に向けて放射させる。また、放射制御部５は、パルス状のマイクロ波が共振部２に導入されている際に共振部２からのマイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを共振部２に蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強める。なお、このことに関する詳細は後述する。
【００３６】
次に、放射制御部５に関してさらに例示する。
図５は、放射制御部５が設けられていない場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図５（ａ）はマイクロ波発生部１４から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図５（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００３７】
放射制御部５が設けられていない場合には、図５（ｂ）に示すように放射部２ｂの開口率は大きい状態で一定である。
この様な場合には、図５（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値は低い状態で一定となる。すなわち、強電界発生部２ａのエネルギー蓄積能力が低いまま一定となる。
そのため、図５（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射されても強電界発生部２ａに蓄積されるマイクロ波エネルギーは少ないものとなる。
【００３８】
その結果、図５（ｄ）に示すように、強電界発生部２ａにおける電界強度は、パルス状のマイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が低いものとなるため、図５（ｅ）に示すように、放射領域２００における電界強度も、パルス状のマイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている間、わずかに高くなる程度となる。
【００３９】
図６は、放射制御部５が設けられている場合を例示するための模式グラフ図である。 なお、図６（ａ）はマイクロ波発生部１４から放射されたパルス状のマイクロ波のパワーの時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｂ）は放射部２ｂの開口率の時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｃ）は強電界発生部２ａのＱ値の時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｄ）は強電界発生部２ａにおける電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図、図６（ｅ）は放射領域２００における電界強度の時間変化を例示する模式グラフ図である。
【００４０】
放射制御部５が設けられている場合には、図６（ｂ）に示すように放射部２ｂに対する遮蔽部５ａの位置により放射部２ｂの開口率を変化させることができる。すなわち、放射部２ｂを覆う方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を小さくすることができる。また、放射部２ｂが露出する方向に遮蔽部５ａを移動させることで放射部２ｂの開口率を大きくすることができる。
【００４１】
この様な場合には、図６（ｃ）に示すように強電界発生部２ａのＱ値を放射部２ｂの開口率に応じて変化させることができる。すなわち、遮蔽部５ａにより放射部２ｂが覆われることで放射部２ｂの開口率が小さくなれば強電界発生部２ａのＱ値が高くなる。このことは、強電界発生部２ａに多くのマイクロ波エネルギーを蓄積することができることを意味する。一方、遮蔽部５ａを移動させて放射部２ｂが露出するようにすれば、放射部２ｂの開口率が大きくなり強電界発生部２ａのＱ値が低くなる。
【００４２】
この場合、例えば、図６（ａ）に示すようなパルス状のマイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させれば、放射領域２００における電界強度を瞬間的に極めて強いものとすることができる。
【００４３】
すなわち、図６（ｄ）に示すように、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率が小さくされている間は、強電界発生部２ａにおける電界強度が徐々に強くなり、放射部２ｂの開口率が大きくなると強電界発生部２ａにおける電界強度が段階的に弱くなる。
そして、強電界発生部２ａにおける電界強度が強いところから弱いところへと変化する時点において、図６（ｅ）中のＣ部に示すように、放射領域２００における電界強度が瞬間的に極めて強いものとなる。
【００４４】
そのため、制御部１６により移動部５ｂを制御して、放射部２ｂの開口率をマイクロ波のパルスと同期させて繰り返し変化させれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させることができる。すなわち、強電界発生部２ａにマイクロ波エネルギーを貯めてこれを放出する際に極めて強い電界強度を瞬間的に発生させ、この極めて強い電界強度を繰り返し発生させるようにすることができる。
【００４５】
次に、プラズマ発生装置１１の作用について例示する。
まず、制御部１６によりマイクロ波発生部１４を制御することで、マイクロ波発生部１４からパルス状のマイクロ波が導波部３を介して強電界発生部２ａに導入される。強電界発生部２ａにおいては、共振によりマイクロ波の電界強度が強められる。
この際、制御部１６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射され、マイクロ波が強電界発生部２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。
【００４６】
ここで、放射領域２００において各種のプラズマ処理を行うようにすることができる。 例えば、放射領域２００に所望のガスを供給し、供給されたガスを励起、活性化させることで中性活性種、イオン、電子などの反応生成物を生成するようにすることができる。そして、生成された反応生成物を用いて被処理物の処理面などをエッチングするなどの各種の処理を行うようにすることができる。
なお、プラズマ処理に関する詳細は後述する。
【００４７】
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００４８】
[第３の実施形態]
図７は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置１００を例示するための模式断面図である。
なお、図７は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを大気圧プラズマ処理するプラズマ処理装置を例示するものである。また、図１において例示をしたプラズマ発生装置を設けた場合を例示するものである。
図７に示すように、プラズマ処理装置１００には、プラズマ発生装置２１と処理部２３とが設けられている。
【００４９】
プラズマ発生装置２１には、共振部１２、導波部１３、マイクロ波発生部４、放射制御部５、制御部６、絶縁部９が設けられている。
処理部２３には、プラズマ発生部７（処理容器）、ガス供給部８、配管１０、載置台２２が設けられている。
共振部１２には、強電界発生部１２ａ、放射部１２ｂが設けられている。
強電界発生部１２ａは、筒状を呈し、軸方向の端面が塞がれている。なお、強電界発生部１２ａの形態は特に限定されるわけではなく、空胴共振器とできる形状、寸法を有しているものとすることができる。
放射部１２ｂは、例えば、スロットや孔などの開口部とすることができ、強電界発生部１２ａにおいて共振されたマイクロ波をプラズマ発生部７に向けて放射する。
【００５０】
導波部１３には、外部導体１３ａ、誘電体部１３ｂ、内部導体１３ｃが設けられている。
外部導体１３ａは、一端が強電界発生部１２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。
誘電体部１３ｂは、外部導体１３ａの内部に設けられ、外部導体１３ａと内部導体１３ｃとを絶縁する。
【００５１】
内部導体１３ｃは、一端が強電界発生部１２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。また、強電界発生部１２ａの内部において誘電体部１３ｂから内部導体１３ｃが突出している部分１３ｃ１がアンテナとして機能する。
【００５２】
プラズマ発生部７は、管状を呈し、軸方向の両端が開口されている。プラズマ発生部７の一端には配管１０が接続されている。プラズマ発生部７の他端近傍は流路断面積が漸減するようになっており、先端が吐出口７ａとなっている。プラズマ発生部７は、石英などの誘電体から形成され、プラズマ発生部７の外部から内部にマイクロ波が導入できるようになっている。
本実施の形態においては、プラズマ発生部７が、内部にプラズマを発生させる領域Ｐを有する処理容器となる。そして、プラズマ発生部７は、ガス供給部８から供給されたガスを流通させる流路を有し、プラズマを発生させる領域Ｐはこの流路に設けられることになる。
【００５３】
ガス供給部８は、配管１０を介してプラズマ発生部７の内部にガスＧを供給する。ガス供給部８は、例えば、高圧のガスＧを収納したボンベなどとすることができる。なお、ガス供給部８によるガスＧの供給は、例えば、圧力差を利用したものであってもよいし、ポンプなどにより圧送されるものであってもよい。
【００５４】
また、ガス供給部８には図示しない流量制御弁などを適宜設けるようにすることができる。そして、図示しない流量制御弁などによりガスＧの供給の開始、供給の停止、流量や圧力などの調整などを行うようにすることができる。この場合、後述するプラズマを発生させる領域Ｐの下流側に図示しない流量制御弁などを設けるようにすれば、生成されたプラズマ生成物が失活してしまうおそれがある。そのため、プラズマ生成物の失活を抑制するという観点からは、ガス供給部８に図示しない流量制御弁などを設けるようにすることが好ましい。
【００５５】
絶縁部９は、放射部１２ｂの近傍に設けられている。絶縁部９は、プラズマ発生部７の内部にあるガスＧ以上の絶縁破壊電界強度を有した材料から形成されたものとすることができる。放射部１２ｂの放射側の近傍は放射領域２００となるので異常放電が発生するおそれがある。そのため、絶縁部９を設けるようにすれば、異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００５６】
配管１０は、ガス供給部８とプラズマ発生部７との間に設けられ、ガス供給部８から流出したガスＧをプラズマ発生部７の内部に導く。
載置台２２の一方の主面は、被処理物Ｗを載置する載置面２２ａとなっている。また、載置台２２には静電チャックなどの図示しない保持部が設けられており、載置された被処理物Ｗを保持することができるようになっている。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部を設けて、被処理物Ｗの周端を支持することで載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持されるようにしてもよい。
また、載置台２２およびプラズマ発生装置２１の少なくともいずれかの位置を変化させる図示しない移動部を設けるようにすることもできる。
【００５７】
次に、プラズマ処理装置１００の作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、静電チャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００５８】
そして、ガス供給部８から配管１０を介してプラズマ発生部７にガスＧが供給される。 一方、マイクロ波発生部４から導波部１３の内部導体１３ｃに連続的なマイクロ波が放射される。内部導体１３ｃに放射されたマイクロ波は、内部導体１３ｃのアンテナとして機能する部分１３ｃ１から強電界発生部１２ａの内部空間に放射される。強電界発生部１２ａの内部空間に放射されたマイクロ波は、強電界発生部１２ａにおいて共振される。
強電界発生部１２ａにおいて共振したマイクロ波は、放射部１２ｂを介してプラズマ発生部７の内部に導入される。
【００５９】
この際、制御部６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、マイクロ波がマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波が強電界発生部１２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部１２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことでより強い電界強度を実効的に発生させる。このようにすれば、プラズマ発生の容易化や安定化を図ることができる。
なお、放射部１２ｂの近傍には絶縁部９が設けられているので、異常放電を抑制することができる。
【００６０】
プラズマ発生部７の内部にマイクロ波が導入されると、放射領域２００においてプラズマが発生し、ガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（例えば、中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子など）が生成される。生成されたプラズマ生成物はガスＧの気流にのり、吐出口７ａから被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて放出される。
また、必要に応じて、図示しない移動部により載置台２２とプラズマ発生装置２１との相対的な位置を変化させて、処理面Ｗａにおけるプラズマ生成物が供給される領域を変化させるようにすることもできる。
【００６１】
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００６２】
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマの着火が生じにくい大気圧プラズマ処理を行う場合であってもプラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００６３】
[第４の実施形態]
図８は、第４の実施形態に係るプラズマ処理装置１１０を例示するための模式断面図である。
なお、図８は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗをいわゆる液中プラズマ処理するプラズマ処理装置を例示するものである。また、図４において例示をしたプラズマ発生装置を設けた場合を例示するものである。
図８に示すように、プラズマ処理装置１１０には、プラズマ発生装置３１と処理部３３とが設けられている。
【００６４】
プラズマ発生装置３１には、共振部３２、導波部１３、マイクロ波発生部１４、放射制御部５、制御部１６、絶縁部３９が設けられている。
処理部３３には、プラズマ処理部３７、液体供給部３８、載置台２２、配管３０が設けられている。
共振部３２には、強電界発生部３２ａ、放射部３２ｂが設けられている。
【００６５】
強電界発生部３２ａは、筒状（例えば、円筒状）を呈し、軸方向の端面が塞がれている。また、強電界発生部３２ａの中央部分にはプラズマ処理部３７が貫通するようにして設けられている。強電界発生部３２ａのプラズマ処理部３７が貫通している部分には、マイクロ波を遮蔽する遮蔽部３２ａ１が設けられている。後述する減圧部３７ｂの流出側先端近傍には遮蔽部３２ａ１が設けられておらず、この部分がマイクロ波を放射する放射部３２ｂとなる。強電界発生部３２ａにおいて共振されたマイクロ波は、放射部３２ｂを介して減圧部３７ｂに向けて放射される。
【００６６】
また、強電界発生部３２ａの軸方向の寸法Ｈは、マイクロ波の波長の約１／２とされている。この寸法Ｈは、マイクロ波の共振を起こさせることができるように、調整により決定されるものである。そのため、内部導体１３ｃのアンテナとして機能する部分１３ｃ１から強電界発生部３２ａの内部空間に放射されたマイクロ波を共振させることができる。なお、強電界発生部３２ａにおいて発生する電界強度は、気泡Ｂに含まれた気体の絶縁破壊電界強度を超えるものとなっている。
【００６７】
導波部１３には、外部導体１３ａ、誘電体部１３ｂ、内部導体１３ｃが設けられている。
外部導体１３ａは、一端が強電界発生部３２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部１４に接続されている。
誘電体部１３ｂは、外部導体１３ａの内部に設けられ、外部導体１３ａと内部導体１３ｃとを絶縁する。
【００６８】
内部導体１３ｃは、一端が強電界発生部３２ａに接続され、他端がマイクロ波発生部４に接続されている。また、強電界発生部３２ａの内部において誘電体部１３ｂから内部導体１３ｃが突出している部分１３ｃ１がアンテナとして機能する。
【００６９】
プラズマ処理部３７には、流入部３７ａ、減圧部３７ｂ、吐出口３７ｃが設けられている。
流入部３７ａは、管状を呈し、配管３０を介して液体供給部３８から供給された液体Ｌを減圧部３７ｂに流入させる。
減圧部３７ｂは、液体Ｌの流速を上昇させることで液体Ｌの圧力を減圧させて、液体Ｌ自体が気化した気体や溶存していた気体を含む気泡Ｂを発生させる。あるいは、この様な気体Ｂを発生しやすくする。
減圧部３７ｂの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積（流路断面積）は、流入部３７ａの内部空間の液体Ｌの流れ方向と垂直な方向における断面積（流路断面積）よりも小さくなっている。そのため、流入部３７ａから減圧部３７ｂに流入した液体Ｌの流速を上昇させることができるので、減圧部３７ｂにおける液体Ｌの圧力を減圧することができる。その結果、減圧部３７ｂにおいて液体Ｌ中に気泡Ｂを発生させることができ、気泡Ｂを含んだ液体Ｌに強い電界強度を有するマイクロ波を導入することができる。そして、減圧部３７ｂの内部において、気泡Ｂと導入されたマイクロ波とによりプラズマを発生させる領域Ｐが形成されることになる。
【００７０】
減圧部３７ｂの流出側先端部分は流路断面積が漸減するようになっており、流出側先端が吐出口３７ｃとなっている。
流入部３７ａ、減圧部３７ｂは、例えば、円管状を呈し、石英などの誘電体から形成されたものとすることができる。
【００７１】
本実施の形態においては、プラズマ処理部３７が内部にプラズマを発生させる領域Ｐを有する処理容器となる。また、減圧部３７ｂがプラズマ処理部３７の内部に供給される液体Ｌに気泡Ｂを形成する気泡形成部となる。
【００７２】
ここで、直流高電圧が印加される金属電極間においてプラズマを発生させる場合には、金属電極間に絶縁体を設けることができないため金属電極を液体Ｌ中に設ける必要がある。そのため、金属電極などが液体Ｌに触れることで金属腐食したり、金属電極などが金属腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりするおそれがある。
【００７３】
これに対し、本実施の形態によれば、減圧部３７ｂの外側から内側にマイクロ波を導入することができる。すなわち、減圧部３７ｂにより液体Ｌと共振部３２の強電界発生部３２ａとを離隔させることができるので、強電界発生部３２ａが液体Ｌに触れることで金属腐食したり、強電界発生部３２ａが金属腐食することで液体Ｌが金属汚染されたりすることを抑制することができる。また、後述する微細体が絶縁体であったとしてもプラズマ処理による微細体の生成が可能となる。
【００７４】
減圧部３７ｂの流出側先端近傍、すなわち、放射部３２ｂの放射側の近傍は放射領域２００となるので、放射領域２００の減圧部３７ｂ以外の部分には、気泡Ｂに含まれた気体以上の絶縁破壊電界強度を有した絶縁部３９を設けるようにすることができる。絶縁部３９を設けるようにすれば、強電界発生部３２ａにおける異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００７５】
液体供給部３８は、プラズマ処理部３７の内部に液体Ｌを供給する。すなわち、液体供給部３８は、配管３０を介して流入部３７ａに液体Ｌを供給する。液体供給部３８は、例えば、図示しないタンクや送液ポンプなどを備えたものとすることができる。なお、液体供給部３８による送液は、例えば、高低差を利用したものであってもよいし、送液ポンプなどにより圧送されるものであってもよい。
【００７６】
また、液体供給部３８には図示しない流量制御弁などを適宜設けるようにすることができる。液体供給部３８に図示しない流量制御弁などを設けて減圧部３７ｂにおける液体Ｌの流速（圧力）を制御するようにすれば、気泡Ｂの発生量を制御することができる。また、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などを行うこともできる。
【００７７】
また、液体供給部３８には、液体Ｌ中に気体を導入して液体Ｌ中に溶存する気体の量を増加させる図示しない気体導入装置などを設けるようにしてもよい。
また、流入部３７ａの上流側に液体Ｌに超音波を照射する図示しない超音波発生装置などを設け、超音波発生装置により発生させた気泡を併せて用いるようにしてもよい。
図示しない気体導入装置や超音波発生装置などを設けるようにすれば、プラズマ処理を行う際の気泡量を増加させることができる。
なお、液体Ｌの圧力を減圧して気泡Ｂを発生させる場合を例示したが、前述した図示しない気体導入装置、超音波発生装置などにより液体Ｌに気泡Ｂを形成するようにしてもよい。この様な場合には、減圧部３７ｂを設ける必要はなく所望の流路断面積を有する流入部と吐出口とを設けるようにすればよい。
すなわち、プラズマ処理部３７の内部に供給される液体Ｌに気泡を形成する気泡形成部が設けられていればよい。
【００７８】
液体Ｌは、特に限定されるわけではなく気体を溶存させることができるものであってもよい。この場合、液体Ｌは、気体を溶解する能力、比重や比熱などの物理的な性質、被処理物Ｗなどに対する化学的な性質、後述するプラズマ処理により生成される微細体などを考慮して適宜選択することができる。
液体Ｌとしては、例えば、水などの無機溶剤、アルコールなどの有機溶剤、無機溶剤と有機溶剤との混合液などを例示することができる。
また、液体Ｌには、気体以外の物質を含ませるようにすることもできる。
また、液体Ｌには気体が溶存していなくてもよく、液体Ｌのみで構成されていてもよい。その場合、液体Ｌを減圧により沸騰させる、もしくは加熱により沸騰させることによって液体Ｌ自体が気化して気体となり、液体Ｌ中にその気体を内包した気泡Ｂを発生させることができる。
【００７９】
配管３０は、液体供給部３８と流入部３７ａとの間に設けられ、液体供給部３８から流入部３７ａに向けて液体Ｌを流通させる。
配管３０の材料は特に限定されないが、液体Ｌに対する耐性が高いものとすることが好ましい。配管３０の材料は、例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）などとすることができる。
なお、配管３０は必ずしも設ける必要はなく、プラズマ処理部３７、液体供給部３８などの配置に応じて適宜設けるようにすることができる。
【００８０】
次に、プラズマ処理装置１１０の作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、静電チャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【００８１】
そして、液体供給部３８から配管３０を介してプラズマ処理部３７の流入部３７ａに液体Ｌが供給される。前述したように、流入部３７ａから減圧部３７ｂに液体Ｌが流入すると、流入した液体Ｌの流速が上昇する。そのため、液体Ｌの圧力が低下することで沸騰現象が生じ、液体Ｌ自体が気化した気体や液体Ｌに溶存していた気体を含む気泡Ｂが形成される。
【００８２】
一方、制御部１６によりマイクロ波発生部１４を制御することで、マイクロ波発生部１４からパルス状のマイクロ波が内部導体１３ｃに放射される。内部導体１３ｃに放射されたマイクロ波は、内部導体１３ｃのアンテナとして機能する部分１３ｃ１から強電界発生部３２ａの内部空間に放射される。強電界発生部３２ａの内部空間に放射されたマイクロ波は、強電界発生部３２ａにおいて共振される。
強電界発生部３２ａにおいて共振したマイクロ波は、放射部３２ｂを介して減圧部３７ｂの内部に導入される。
【００８３】
この際、制御部１６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
すなわち、前述したように、パルス状のマイクロ波がマイクロ波発生部１４から放射され、マイクロ波が強電界発生部３２ａに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部３２ｂの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことで強い電界強度を実効的に発生させる。このようにすればプラズマ発生の容易化や安定化を図ることができる。
なお、放射部３２ｂの近傍には絶縁部３９が設けられているので、異常放電を抑制することができる。
【００８４】
放射部３２ｂから放射されたマイクロ波は、石英などの誘電体から形成された減圧部３７ｂの内部に導入される。ここで、単に液体中にマイクロ波を導入してもプラズマを発生させることは困難であるが、液体Ｌには気泡Ｂが含まれているので気泡Ｂ中においてプラズマを発生させることができる。この場合、減圧部３７ｂの圧力が減圧されていることになるので、気泡Ｂ中の圧力を低下させることができる。そのため、プラズマ発生の容易化を図ることができる。
【００８５】
そして、発生したプラズマによりプラズマ処理が行われる。
例えば、気泡Ｂ中に含まれる蒸気や気体、あるいは気泡Ｂと液体Ｌとの界面にある液体Ｌや液体Ｌに含まれている物質などがプラズマによって励起、活性化されてプラズマ生成物（例えば、中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子など）が生成される。
また、減圧部３７ｂの内部に所望の材料から形成された部材を設けるようにすれば、荷電粒子などのプラズマ生成物を部材に衝突させることができるので部材の成分からなるナノ粒子などの微細体を生成することもできる。すなわち、減圧部３７ｂの内部に設けられた物質をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することができる。なお、所望の材料から形成された減圧部３７ｂ自体の内壁をスパッタリングすることで、ナノ粒子などの微細体を生成することもできる。
また、液体Ｌに含まれている物質や液体Ｌ自体からナノ粒子などの微細体を生成することもできる。例えば、液体Ｌに含まれている有機物の炭素からカーボンナノファイバーなどの炭素系の微細体を生成することもできる。
また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解することもできる。
【００８６】
このようにして生成されたプラズマ生成物や微細体は液体Ｌ中に拡散され、プラズマ処理された液体Ｌが生成される。また、生成されたプラズマ生成物により液体Ｌに含まれている有機物、有害物質、細菌類などの物質を分解する場合には、有機物、有害物質、細菌類などの物質が分解された液体Ｌがプラズマ処理された液体Ｌとなる。プラズマ処理された液体Ｌは、吐出口３７ｃから被処理物Ｗの処理面Ｗａに向けて放出される。
【００８７】
この場合、プラズマ処理された液体Ｌの供給の開始、供給の停止、流量の調整などは液体供給部３８に設けられた図示しない流量制御弁などにより行うことができる。
処理面Ｗａに供給されたプラズマ処理された液体Ｌは、処理面Ｗａの全域に行きわたり所望の処理が行われる。
例えば、プラズマ生成物を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに付着している有機物などを除去するようにすることができる。
また、例えば、被処理物Ｗの表面改質を行うこともできる。
また、例えば、微細体を含む液体Ｌを用いて処理面Ｗａに微細体を付着させるようにすることができる。
使用済みの液体Ｌは被処理物Ｗの径外方向に排出される。被処理物Ｗの径外方向に排出された使用済みの液体Ｌは、図示しない回収部により回収される。
【００８８】
なお、図示しない吐出部からリンス液や有機溶媒を処理面Ｗａにさらに供給することもできる。この場合、有機溶媒と処理面Ｗａに残留している液体Ｌとを置換したり、より蒸散させやすい混合液を形成させたりすることで、ウォータマークなどが抑制された乾燥を行うこともできる。
また、必要に応じて、図示しない移動部により載置台２２とプラズマ発生装置３１との相対的な位置を変化させて、処理面Ｗａにおけるプラズマ処理された液体Ｌが供給される領域を変化させるようにすることもできる。
【００８９】
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
【００９０】
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマの着火が生じにくい液中プラズマ処理を行う場合であってもプラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【００９１】
[第５の実施形態]
図９は、第５の実施形態に係るプラズマ処理装置１２０を例示するための模式図である。
なお、図９（ａ）はプラズマ処理装置の模式断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。
また、図９は、一例として、半導体ウェーハやガラス基板などの被処理物Ｗを減圧環境下においてプラズマ処理するプラズマ処理装置を例示するものである。また、図１において例示をしたプラズマ発生装置を設けた場合を例示するものである。
図９に示すように、プラズマ処理装置１２０には、プラズマ発生装置４１と処理部５０とが設けられている。
【００９２】
プラズマ発生装置４１には、共振部４２、導波部４３、マイクロ波発生部４、放射制御部５、制御部６、絶縁部４９が設けられている。
処理部５０には、処理容器５１、透過窓５２、減圧部５３、ガス供給部５４、整流板５５、載置台２２が設けられている。
共振部４２には、環状部４２ａ、強電界発生部４２ｂが設けられている。
環状部４２ａは、中空の環状を呈し、外周面側には導波部４３が設けられている。環状部４２ａの内部空間と導波部４３の内部空間とが連通され、導波部４３を介して環状部４２ａにマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
【００９３】
強電界発生部４２ｂは、環状部４２ａの内周面側に設けられた互いに平行な一対の板状体を有している。強電界発生部４２ｂの一対の板状体間に形成される内部空間と環状部４２ａの内部空間とが連通され、環状部４２ａの内部空間から強電界発生部４２ｂの内部空間にマイクロ波Ｍが導入されるようになっている。
ここで、一対の板状体同士の間の寸法は、環状部４２ａの軸方向の内部空間の寸法よりも短くなっており、電界強度を強くすることができる。また、環状部４２ａの内部空間から強電界発生部４２ｂの内部空間に導入されたマイクロ波Ｍを共振させることができるので、さらに電界強度を強くすることができる。
【００９４】
強電界発生部４２ｂの処理容器５１側の板状体には放射部４２ｃが設けられている。
放射部４２ｃは、マイクロ波Ｍの１／２波長のピッチ寸法で設けられたスロットとすることができる。放射部４２ｃは、強電界発生部４２ｂにおいて共振されたマイクロ波Ｍを強電界発生部４２ｂの外部に向けて放射する。
なお、放射部４２ｃの放射側の近傍は放射領域２００となる。
【００９５】
導波部４３は、管状（例えば、角管状）を呈し、その一端は環状部４２ａの外周面側に設けられ、その他端はマイクロ波発生部４に設けられている。導波部４３は、マイクロ波発生部４において発生させたマイクロ波Ｍを環状部４２ａの内部空間に向けて導波する。
環状部４２ａ、強電界発生部４２ｂ、導波部４３は、例えば、アルミニウム合金や銅合金などから形成されるものとすることができる。
【００９６】
絶縁部４９は、強電界発生部４２ｂの内部空間を埋めるようにして設けられている。絶縁部４９は、高い絶縁破壊電界強度を有した材料から形成されるものとすることができる。そのため、強電界発生部４２ｂの内部空間における異常放電を抑制することができる。絶縁破壊電界強度の高い材料としては、例えば、石英などを例示することができる。
【００９７】
処理容器５１は、有底の略円筒形状を呈し、大気圧よりも減圧された雰囲気が維持可能な気密構造となっている。そして、処理容器５１は、内部にプラズマを発生させる領域Ｐを有する。また、処理容器５１の内部には載置台２２が設けられている。
透過窓５２は、処理容器５１の天井部分に気密となるようにして設けられている。透過窓５２は平板状を呈し、マイクロ波Ｍに対する透過率が高くエッチングされにくい材料から形成されている。例えば、透過窓５２をアルミナや石英などの誘電体から形成されるものとすることができる。
【００９８】
減圧部５３は、処理容器５１の内部を所定の圧力まで減圧する。
減圧部５３には、圧力制御部５３ａ、排気部５３ｂが設けられている。
排気部５３ｂは圧力制御部５３ａを介して処理容器５１の底面に接続されており、処理容器５１の内部を減圧することができるようになっている。
圧力制御部５３ａは、処理容器５１の内圧を検出する図示しない真空計などの出力に基づいて、処理容器５１の内圧が所定の圧力となるように制御する。
排気部５３ｂは、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）などとすることができる。
【００９９】
ガス供給部５４は、配管５４ａを介して処理容器５１の側壁上部に接続されている。そして、ガス供給部５４から配管５４ａを介して処理容器５１内のプラズマを発生させる領域ＰにガスＧを供給することができるようになっている。ガス供給部５４は、例えば、高圧のガスＧを収納したボンベなどとすることができる。
なお、ガス供給部５４には図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）などが接続されており、これによって供給するガスＧの流量を制御することができるようになっている。
整流板５５は、多数の孔部５５ａが設けられた略円形の板状体であり、処理容器５１の内壁に固定されている。整流板５５は、配管５４ａが接続された位置よりは下方の位置であって、載置台２２の載置面２２ａを覆うように設けられている。
整流板５５は、プラズマにより生成されたプラズマ生成物を含んだガスの流れを整流し、被処理物Ｗの処理面Ｗａ上におけるプラズマ生成物の量が略均一となるようにするためのものである。
また、処理容器５１の内壁面、整流板５５の表面は、中性活性種と反応しにくい材料（例えば、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）やアルミナ等のセラミック材料など）で覆われている。
整流板５５と載置台２２の載置面２２ａとの間の領域が、処理が行われる処理空間となる。
次に、プラズマ処理装置１２０の作用について例示する。
まず、図示しない搬入搬出装置などにより被処理物Ｗが処理容器５１内に搬入される。搬入された被処理物Ｗは載置台２２の載置面２２ａに載置される。載置面２２ａに載置された被処理物Ｗは、静電チャックなどの図示しない保持部により保持される。なお、載置面２２ａの周縁に被処理物Ｗの周端を支持する図示しない支持部が設けられている場合には、図示しない支持部により被処理物Ｗの周端が支持されることで、載置面２２ａに載置された被処理物Ｗが保持される。
【０１００】
次に、処理容器５１内が排気部５３ｂにより所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器５３ａにより処理容器５１内の圧力が調整される。
【０１０１】
次に、ガス供給部５４から所定量のガスＧが、配管５４ａを介して処理容器５１内のプラズマを発生させる領域Ｐに供給される。
ここで、ガスＧとしては、例えば、ＣＦ４、Ｏ２、Ｈｅやこれらの混合ガスを例示することができるが、これらに限定されるわけではなく被処理物Ｗやプロセス条件に合わせて適宜変更することができる。
【０１０２】
一方、マイクロ波発生部４から導波部４３にマイクロ波Ｍが放射される。導波部４３に放射されたマイクロ波Ｍは、共振部４２の環状部４２ａに導入される。環状部４２ａに導入されたマイクロ波Ｍは、強電界発生部４２ｂにおいて共振される。
強電界発生部４２ｂにおいて共振したマイクロ波Ｍは、放射部４２ｃを介して透過窓５２に導入される。
この際、制御部６により移動部５ｂを制御することで、放射領域２００において極めて強い電界強度を繰り返し発生させる。
【０１０３】
すなわち、前述したように、マイクロ波Ｍがマイクロ波発生部４から放射され、マイクロ波Ｍが強電界発生部４２ｂに導入されている際に、遮蔽部５ａにより放射部４２ｃの開口率を変化させ、瞬間的に極めて強い電界強度を放射領域２００において発生させる。そして、この極めて強い電界強度の発生を繰り返すことでより強い電界強度を実効的に発生させる。このようにすれば、プラズマ発生の容易化や安定化を図ることができる。
なお、強電界発生部４２ｂの内部空間には絶縁部４９が設けられているので、異常放電を抑制することができる。
【０１０４】
透過窓５２に導入されたマイクロ波Ｍは、透過窓５２の表面を伝搬して、処理容器５１内に放射される。このようにして処理容器５１内に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、プラズマが発生する。そして、発生したプラズマ中の電子密度が、透過窓５２を介して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波Ｍは透過窓５２の下面から処理容器５１内の空間に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入るまでの間に反射されるようになる。そのため、このマイクロ波Ｍの反射面と放射部４２ｃの下面との間にはマイクロ波Ｍの定在波が形成されることになる。その結果、マイクロ波Ｍの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定的にプラズマが励起されるようになる。
【０１０５】
このプラズマ励起面で励起された安定的なプラズマ中において、ガスＧが励起、活性化されてプラズマ生成物（例えば、中性活性種、イオンや電子などの荷電粒子など）が生成される。生成されたプラズマ生成物は、整流板５５で整流されて被処理物Ｗの処理面Ｗａに到達し、所望の処理（例えば、エッチング処理やアッシング処理など）が行われる。
【０１０６】
この場合、プラズマ生成物が整流板５５を通過する際に、イオンや電子の一部が除去される。そのため、主に中性活性種による等方性処理（例えば、等方性エッチングなど）が行われることになる。なお、バイアス電圧を付加してイオンが整流板５５を通過できるようにすることで、異方性処理（例えば、異方性エッチングなど）を行うようにすることもできる。
【０１０７】
次に、被処理物Ｗを図示しない搬入搬出装置などにより搬出する。その後、必要に応じて前述した動作を繰り返すことで被処理物Ｗの処理を連続的に行うことができる。
本実施の形態によれば、放射領域２００において極めて強い電界強度を発生させることができる。そのため、プラズマ発生の安定化や効率化などの向上を図ることができる。
【０１０８】
なお、前述した各実施の形態においては、放射制御部５の一例として、スロットや孔などの開口部（放射部）の開口率を機械的に変化させる遮蔽部５ａ、移動部５ｂを有したものを例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、共振部からのマイクロ波の放射を電気的に制御する要素を有したものとすることもできる。その様な要素としては、例えば、ＰＩＮダイオードなどの電子デバイスを例示することができる。
共振部からのマイクロ波の放射を電気的に制御する要素を設ける場合には、遮蔽部５ａ、移動部５ｂを設ける必要はない。また、この様な場合には、放射制御部は開口部の開口率を変化させるものではなく、スロットや孔などの開口部（放射部）におけるマイクロ波の透過率を変化させるための電気的な制御を行うものとすることができる。
【０１０９】
[第６の実施形態]
次に、本実施の形態に係るプラズマ発生方法について例示する。
本実施の形態に係るプラズマ発生方法は、マイクロ波を発生させる工程と、マイクロ波を共振させる工程と、プラズマを発生させる領域Ｐへ共振させたマイクロ波を放射する工程と、を備えている。そして、共振させたマイクロ波を放射する工程において、マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、蓄積されたマイクロ波エネルギーを瞬間的に放出することで電界強度を強めるようにしている。
【０１１０】
また、共振させたマイクロ波を放射する工程において、マイクロ波を放射する開口部の開口率を変化させることで、マイクロ波エネルギーの蓄積と、蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行するようにすることができる。
また、共振させたマイクロ波を放射する工程において、ＰＩＮダイオードなどの電子デバイスを用いて、マイクロ波エネルギーの蓄積と、蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行するようにすることができる。
【０１１１】
また、マイクロ波を発生させる工程において、パルス状の前記マイクロ波を発生させ、
マイクロ波を共振させる工程においてパルス状のマイクロ波を共振させ、共振させたマイクロ波を放射する工程においてパルス状のマイクロ波を共振させている際にマイクロ波エネルギーの蓄積と、蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行するようにすることができる。
なお、各工程の内容の詳細は、前述したプラズマ発生装置やプラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので説明は省略する。
【０１１２】
[第７の実施形態]
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示する。
本実施の形態に係るプラズマ処理方法は、プラズマを発生させる領域Ｐにガスを供給する工程と、前述したプラズマ発生方法により、プラズマを発生させる領域Ｐにマイクロ波を放射してプラズマを発生させる工程と、を備えている。
この場合、例えば、いわゆる大気圧プラズマ処理などの場合には、プラズマを発生させる領域Ｐは、ガスを流通させる流路に設けられるようにすることができる。
また、例えば、減圧環境下におけるプラズマ処理などの場合には、プラズマを発生させる領域Ｐは、大気圧よりも減圧された雰囲気中に設けられるようにすることができる。
【０１１３】
そして、例えば、いわゆる液中プラズマ処理などの場合には、液体に気泡を形成するまたは気泡を形成しやすくする工程と、プラズマを発生させる領域Ｐに気泡が形成された液体を供給する工程と、前述したプラズマ発生方法により、プラズマを発生させる領域Ｐにマイクロ波を放射してプラズマを発生させる工程と、を備えたものとすることができる。
この場合、液体に気泡を形成する工程において、プラズマを発生させる領域Ｐに供給される液体の流速を上昇させることで液体の圧力を減圧させて気泡を形成するようにすることができる。
なお、各工程の内容の詳細は、前述したプラズマ発生装置やプラズマ処理装置などにおいて例示をしたものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、前述した各プラズマ処理装置、各プラズマ発生装置などに設けられた各要素の形状、寸法、材料、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１５】
１ プラズマ発生装置、２ 共振部、２ａ 強電界発生部、２ｂ 放射部、３ 導波部、４ マイクロ波発生部、５ 放射制御部、５ａ 遮蔽部、５ｂ 移動部、６ 制御部、７ プラズマ発生部、９ 絶縁部、１１ プラズマ発生装置、１２ 共振部、１２ａ 強電界発生部、１２ｂ 放射部、１３ 導波部、１３ａ 外部導体、１３ｂ 誘電体部、１３ｃ 内部導体、１４ マイクロ波発生部、１６ 制御部、２１ プラズマ発生装置、２２ 載置台、２２ａ 載置面、２３ 処理部、３１ プラズマ発生装置、３２ 共振部、３２ａ 強電界発生部、３２ｂ 放射部、３３ 処理部、３７ プラズマ処理部、３７ａ 流入部、３７ｂ 減圧部、３７ｃ 吐出口、３８ 液体供給部、３９ 絶縁部、４１ プラズマ発生装置、４２ 共振部、４２ａ 環状部、４２ｂ 強電界発生部、４３ 導波部、４９ 絶縁部、５０ 処理部、５１ 処理容器、５２ 透過窓、５３ 減圧部、５４ ガス供給部、１００ プラズマ処理装置、１１０ プラズマ処理装置、１２０ プラズマ処理装置、２００ 放射領域、Ｂ 気泡、Ｇ ガス、Ｌ 液体、Ｗ 被処理物、Ｗａ 処理面、Ｐ プラズマを発生させる領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波を共振させる共振部と、
前記共振部から前記プラズマを発生させる領域への前記マイクロ波の放射を制御する放射制御部と、
を備え、
前記放射制御部は、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記共振部は、前記マイクロ波を放射させる開口部を有し、
前記放射制御部は、前記開口部の開口率を変化させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記放射制御部は、前記開口部における前記マイクロ波の透過率を電気的に制御する電子デバイスを有したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記マイクロ波発生部と、前記放射制御部と、を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記マイクロ波発生部を制御することでパルス状の前記マイクロ波を発生させ、前記放射制御部を制御することで前記パルス状のマイクロ波が前記共振部に導入されている際に前記共振部からの前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、
前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給部と、
被処理物を載置する載置台と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理容器は、前記供給されたガスを流通させる流路を有し、
前記プラズマを発生させる領域は、前記流路に設けられたことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部をさらに備え、
前記処理容器は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持し、
前記載置台は、前記処理容器の内部に設けられたことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、
前記処理容器の内部に液体を供給する液体供給部と、
前記処理容器の内部に供給される液体に気泡を形成する、または形成しやすくする気泡形成部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記気泡形成部は、前記処理容器の内部に供給された液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて前記気泡を形成すること、を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
マイクロ波を発生させる工程と、
前記マイクロ波を共振させる工程と、
前記プラズマを発生させる領域へ前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、
を備え、
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めること、を特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１１】
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記マイクロ波を放射する開口部の開口率を変化させることで、前記マイクロ波エネルギーの蓄積と、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行することを特徴とする請求項１０記載のプラズマ発生方法。
【請求項１２】
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記開口部における前記マイクロ波の透過率を電気的に制御する電子デバイスを用いて、前記マイクロ波エネルギーの蓄積と、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行することを特徴とする請求項１０記載のプラズマ発生方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波を発生させる工程において、パルス状の前記マイクロ波を発生させ、
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記パルス状のマイクロ波を共振させ、
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記パルス状のマイクロ波を共振させている際に前記マイクロ波エネルギーの蓄積と、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載のプラズマ発生方法。
【請求項１４】
プラズマを発生させる領域にガスを供給する工程と、
請求項１０〜１３のいずれか１つに記載のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記プラズマを発生させる領域は、前記ガスを流通させる流路に設けられたことを特徴とする請求項１４記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記プラズマを発生させる領域は、大気圧よりも減圧された雰囲気中に設けられたことを特徴とする請求項１４記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
液体に気泡を形成する工程と、
プラズマを発生させる領域に前記気泡が形成された液体を供給する工程と、
請求項１０〜１３のいずれか１つに記載のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記液体に気泡を形成する工程において、前記プラズマを発生させる領域に供給される前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて前記気泡を形成すること、を特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理方法。
【請求項１】
プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波を共振させる共振部と、
前記共振部から前記プラズマを発生させる領域への前記マイクロ波の放射を制御する放射制御部と、
を備え、
前記放射制御部は、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記共振部は、前記マイクロ波を放射させる開口部を有し、
前記放射制御部は、前記開口部の開口率を変化させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記放射制御部は、前記開口部における前記マイクロ波の透過率を電気的に制御する電子デバイスを有したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記マイクロ波発生部と、前記放射制御部と、を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記マイクロ波発生部を制御することでパルス状の前記マイクロ波を発生させ、前記放射制御部を制御することで前記パルス状のマイクロ波が前記共振部に導入されている際に前記共振部からの前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを前記共振部に蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、
前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給部と、
被処理物を載置する載置台と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理容器は、前記供給されたガスを流通させる流路を有し、
前記プラズマを発生させる領域は、前記流路に設けられたことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記処理容器の内部を所定の圧力まで減圧する減圧部をさらに備え、
前記処理容器は、大気圧よりも減圧された雰囲気を維持し、
前記載置台は、前記処理容器の内部に設けられたことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置と、
内部にプラズマを発生させる領域を有する処理容器と、
前記処理容器の内部に液体を供給する液体供給部と、
前記処理容器の内部に供給される液体に気泡を形成する、または形成しやすくする気泡形成部と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記気泡形成部は、前記処理容器の内部に供給された液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて前記気泡を形成すること、を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
マイクロ波を発生させる工程と、
前記マイクロ波を共振させる工程と、
前記プラズマを発生させる領域へ前記共振させたマイクロ波を放射する工程と、
を備え、
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記マイクロ波の放射を抑制してマイクロ波エネルギーを蓄積し、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーを放出することで電界強度を強めること、を特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１１】
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記マイクロ波を放射する開口部の開口率を変化させることで、前記マイクロ波エネルギーの蓄積と、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行することを特徴とする請求項１０記載のプラズマ発生方法。
【請求項１２】
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記開口部における前記マイクロ波の透過率を電気的に制御する電子デバイスを用いて、前記マイクロ波エネルギーの蓄積と、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行することを特徴とする請求項１０記載のプラズマ発生方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波を発生させる工程において、パルス状の前記マイクロ波を発生させ、
前記マイクロ波を共振させる工程において、前記パルス状のマイクロ波を共振させ、
前記共振させたマイクロ波を放射する工程において、前記パルス状のマイクロ波を共振させている際に前記マイクロ波エネルギーの蓄積と、前記蓄積されたマイクロ波エネルギーの放出と、を実行することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載のプラズマ発生方法。
【請求項１４】
プラズマを発生させる領域にガスを供給する工程と、
請求項１０〜１３のいずれか１つに記載のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記プラズマを発生させる領域は、前記ガスを流通させる流路に設けられたことを特徴とする請求項１４記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記プラズマを発生させる領域は、大気圧よりも減圧された雰囲気中に設けられたことを特徴とする請求項１４記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
液体に気泡を形成する工程と、
プラズマを発生させる領域に前記気泡が形成された液体を供給する工程と、
請求項１０〜１３のいずれか１つに記載のプラズマ発生方法により、前記プラズマを発生させる領域にマイクロ波を放射して前記プラズマを発生させる工程と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記液体に気泡を形成する工程において、前記プラズマを発生させる領域に供給される前記液体の流速を上昇させることで前記液体の圧力を減圧させて前記気泡を形成すること、を特徴とする請求項１７記載のプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４２１７２（Ｐ２０１２−１４２１７２Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３６６０（Ｐ２０１０−２９３６６０）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（５００４３３２２５）学校法人中部大学 (105)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【出願人】（５００４３３２２５）学校法人中部大学 (105)
【Ｆターム（参考）】
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