(57)【要約】【課題】マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系中の熱による損傷を回避することを可能とするとともに出力調整が容易な構造を備えるプラズマ生成装置を提供することが課題である。【解決手段】マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、マイクロ波を案内する第１導波管と、マイクロ波を捕捉する基端部と捕捉されたマイクロ波を放出する先端部とを備えるケーブルと、ケーブルの先端部から放出されるマイクロ波を案内する第２導波管と、ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波を捕捉する基端部を備える電極と、電極の先端部が配設されるとともにプラズマを放出するための開口部を備えるノズル体と、第２導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波を熱エネルギに変換する変換部と、を備えることを特徴とするプラズマ生成装置。【選択図】図８
2011054422.tif 000002
【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、
前記マイクロ波を案内する第１導波管と、
該第１導波管内に配設されるとともに前記マイクロ波を捕捉する基端部と、該基端部により捕捉された前記マイクロ波を放出する先端部とを備えるケーブルと、
前記ケーブルの前記先端部から放出される前記マイクロ波を案内する第２導波管と、
該第２導波管内で、前記ケーブルの前記先端部から放出された前記マイクロ波を捕捉する基端部を備える電極と、
該電極の先端部が配設されるとともにプラズマを放出するための開口部を備えるノズル体と、
前記電極の前記基端部により捕捉されない余剰のマイクロ波を熱エネルギに変換する変換部と、を備えることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記変換部は、前記マイクロ波が前記第１導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波の進行方向を変更させる第１のサーキュレータと、
前記第１のサーキュレータにより変更された前記第１導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向上に配設されるとともに前記第１導波管内の前記反射マイクロ波を熱エネルギに変換する第１のダミーロードと、
前記第２導波管内に配設される基端部と、前記第１導波管内に配設される先端部とを含む戻しケーブルとを含み、
前記戻しケーブルの基端部は、前記余剰のマイクロ波を捕捉し、
前記戻しケーブルの先端部は、前記戻しケーブルの前記基端部により捕捉された前記余剰のマイクロ波を放出し、
前記第１のダミーロードは更に、前記戻しケーブルから放出された前記余剰のマイクロ波を前記熱エネルギに変換することを特徴とする請求項１記載のプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記第２導波管は、前記ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波が前記第２導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波の進行方向を変更させる第２のサーキュレータを備え、
前記変換部は、前記第２のサーキュレータにより変更された前記第２導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向上に配設されるとともに該第２導波管内の前記反射マイクロ波を前記熱エネルギに変換する第２のダミーロードを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
前記第２の導波管は、該第２の導波管の一端を閉塞する第１の反射板を含み、
該第１の反射板は、前記ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波を反射させ、前記第２導波管内で反射マイクロ波を作り出し、
前記戻しケーブルの前記基端部は、前記電極の前記基端部よりも前記第１の反射板から近接して配設されるとともに前記第１の反射板から前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間していることを特徴とする請求項２記載のプラズマ生成装置。
【請求項５】
前記電極の前記基端部は、前記戻しケーブルの基端部よりも前記第１の反射板から離間して配され、且つ、前記ケーブルの先端部よりも前記第１の反射板に対して近接して配されるとともに前記第１の反射板から前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間していることを特徴とする請求項４記載のプラズマ生成装置。
【請求項６】
前記第２の導波管は、該第２の導波管の他端部を閉塞する第２の反射板を更に含み、
該第２の反射板は、前記第２導波管内の前記反射マイクロ波を作り出し、
前記戻しケーブルと前記第２の反射板との間の距離が、前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍に等しいことを特徴とする請求項４又は５記載のプラズマ生成装置。
【請求項７】
前記第２の反射板と前記ケーブルの前記先端部との間の距離が、前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍に等しくないことを特徴とする請求項６記載のプラズマ生成装置。
【請求項８】
前記第２の導波管は、該第２の導波管の一端を閉塞する第１の反射板を含み、
該第１の反射板は、前記第２導波管内の前記反射マイクロ波を作り出し、
前記電極は、前記第１の反射板と前記ケーブルの前記先端部との間に位置し、
前記第２のサーキュレータは前記電極と前記ケーブルの前記先端部との間に位置するとともに前記第２導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向を、前記第１の反射板から前記ケーブルの前記先端部へ向かう方向とは異なる方向へ変更することを特徴とする請求項３記載のプラズマ生成装置。
【請求項９】
前記第２の導波管は、該第２の導波管の他端を閉塞するとともに前記第２の導波管内の前記反射マイクロ波を作り出す第２の反射板と、該第２の反射板により反射されてなる前記反射マイクロ波の進行方向を変更させる第３のサーキュレータを備え、
該第３のサーキュレータは、前記第２の反射板と前記ケーブルの前記先端部との間に配設されるとともに前記第２の反射板により反射されてなる前記反射マイクロ波の進行方向を、前記第２の反射板から前記ケーブルの前記先端部へ向かう方向とは異なる方向へ変更し、
前記変換部は、前記第３のサーキュレータにより変更された前記第２導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向上に配設されるとともに該第２導波管内の前記反射マイクロ波を前記熱エネルギに変換する第３のダミーロードを含むことを特徴とする請求項８記載のプラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて、対象物の表面改質等を行なう技術は、様々な工業分野に利用されている。例えば、半導体基板に対して、基板表面の改質、有機汚染物質の除去、エッチング或いは薄膜除去・形成などが行なわれている。
【０００３】
特許文献１は、対象物の表面改質等を行なうためのプラズマを発生する装置を開示する。特許文献１に開示される装置は、マグネトロンを含む本体部と、本体部と別体に形成されるとともにマグネトロンからのマイクロ波のエネルギをプラズマに変換して対象物に吹き出すノズルを備えるヘッド部と、本体部とヘッド部との間で延びるケーブルとを備える。
【０００４】
特許文献１に開示される装置は、ヘッド部のノズルを本体部に対して自在に相対移動できるため、特に、凹凸を有する表面を備える対象物の表面改質或いは他の処理を実行するために好適に利用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される装置は、本体部とヘッド部とをケーブルを用いて接続させることにより、対象物に対する加工自由度を向上させているが、これらの接続部分において、インピーダンス変化を生じ、マイクロ波のエネルギが反射する。この結果、本体部とヘッド部との間のケーブルの特定箇所に、マイクロ波のエネルギが集中することがある。マイクロ波のエネルギ集中は、ケーブルの熱断線などの問題を招来する。したがって、現状において、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達経路中の熱損傷を可能な限り低減する技術が切望されている。更に、マイクロ波を伝送するケーブル中に伝送方向と逆向きのマイクロ波の流れを生ずると、マイクロ波同士の共振作用により出力の調整の困難性を招来することとなる。
【０００７】
上記実情を鑑みて、本発明は、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系中の熱による損傷を回避することを可能とするとともに出力調整が容易な構造を備え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】
【０００８】
本発明の一の局面に係る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、前記マイクロ波を案内する第１導波管と、該第１導波管内に配設されるとともに前記マイクロ波を捕捉する基端部と、該基端部により捕捉された前記マイクロ波を放出する先端部とを備えるケーブルと、該ケーブルの前記先端部から放出される前記マイクロ波を案内する第２導波管と、該第２導波管内で、前記ケーブルの前記先端部から放出された前記マイクロ波を捕捉する基端部を備える電極と、該電極の先端部が配設されるとともにプラズマを放出するための開口部を備えるノズル体と、前記電極の前記基端部により捕捉されない余剰のマイクロ波を熱エネルギに変換する変換部と、を備えることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
上記構成によれば、マイクロ波発生装置が発生させたマイクロ波は、第１導波管内で伝搬され、ケーブルの基端部に捕捉される。ケーブルの基端部に捕捉されたマイクロ波のエネルギは、ケーブルに沿って伝達され、ケーブルの先端部からマイクロ波が放出されることになる。ケーブルの先端部は、第２導波管内に配設されるため、ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波は、第２導波管内を伝搬されることになる。第２導波管内には、電極の基端部が配設され、電極の基端部は、ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波を捕捉する。捕捉されたマイクロ波のエネルギは、電極の先端部に集中し、ノズル体の開口部からプラズマとして放出されることとなる。電極の基端部により捕捉されない余剰のマイクロ波は、その後も、第２の導波管内で伝搬されることとなるが、上記構成では、第２導波管内の反射マイクロ波は、変換部により熱エネルギに変換されるため、ケーブルの先端部により捕捉される余剰のマイクロ波を低減することができ、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なるマイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【００１０】
上記構成において、前記変換部は、前記マイクロ波が前記第１導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波の進行方向を変更させる第１のサーキュレータと、前記第１のサーキュレータにより変更された前記第１導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向上に配設されるとともに前記第１導波管内の前記反射マイクロ波を熱エネルギに変換する第１のダミーロードと、前記第２導波管内に配設される基端部と、前記第１導波管内に配設される先端部とを含む戻しケーブルとを含み、前記戻しケーブルの基端部は、前記余剰のマイクロ波を捕捉し、前記戻しケーブルの先端部は、前記戻しケーブルの前記基端部により捕捉された前記余剰のマイクロ波を放出し、前記第１のダミーロードは更に、前記戻しケーブルから放出された前記余剰のマイクロ波を前記熱エネルギに変換することが好ましい（請求項２）。
【００１１】
上記構成によれば、マイクロ波が第１導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波の進行方向は、第１のサーキュレータによって、第１のダミーロードに向かうように変更される。したがって、マイクロ波発生装置の損傷を回避することが可能となる。戻しケーブルの基端部は、第２導波管内に配設されるとともに電極により捕捉されない余剰のマイクロ波を捕捉する。捕捉された余剰のマイクロ波は、その後、戻しケーブルの先端部から放出され、第１のダミーロードによって、熱エネルギに変換されることとなる。したがって、余剰のマイクロ波が第１の導波管に戻しケーブルを介して伝送され、第１導波管内で熱エネルギに変換されることとなるため、ケーブル先端部により捕捉される反射マイクロ波を低減することができ、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なるマイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【００１２】
上記構成において、前記第２導波管は、前記ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波が前記第２導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波の進行方向を変更させる第２のサーキュレータを備え、前記変換部は、前記第２のサーキュレータにより変更された前記第２導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向上に配設されるとともに該第２導波管内の前記反射マイクロ波を前記熱エネルギに変換する第２のダミーロードを含むことが好ましい（請求項３）。
【００１３】
上記構成によれば、第２のサーキュレータは、ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波が第２の導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波の進行方向を、第２のダミーロードに向かう方向に変更させる。第２のダミーロードは、その後、第２の導波管内の反射マイクロ波を熱エネルギに変換する。この結果、ケーブルの先端部により捕捉される反射マイクロ波を低減することができ、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なる反射マイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【００１４】
上記構成において、前記第２の導波管は、該第２の導波管の一端を閉塞する第１の反射板を含み、該第１の反射板は、前記ケーブルの先端部から放出されたマイクロ波を反射させ、前記第２導波管内で反射マイクロ波を作り出し、前記戻しケーブルの前記基端部は、前記電極の前記基端部よりも前記第１の反射板から近接して配設されるとともに前記第１の反射板から前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間していることが好ましい（請求項４）。
【００１５】
上記構成によれば、第１の反射板は、第２の導波管内で反射マイクロ波を作り出す。この反射マイクロ波は、戻しケーブルの基端部に到達する。戻しケーブルの基端部は、第１の反射板からマイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間しているので、マイクロ波の定在波の腹に位置し、多くのマイクロ波を捕捉することが可能である。したがって、ケーブルの先端部により捕捉される反射マイクロ波の一層の低減を図ることができ、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を更に低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なる反射マイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【００１６】
上記構成において、前記電極の前記基端部は、前記戻しケーブルの基端部よりも前記第１の反射板から離間して配され、且つ、前記ケーブルの先端部よりも前記第１の反射板に対して近接して配されるとともに前記第１の反射板から前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間していることが好ましい（請求項５）。
【００１７】
上記構成によれば、電極の基端部は、第１の反射板からマイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間しているので、マイクロ波の定在波の腹に位置し、一層多くの反射マイクロ波を捕捉することができる。この結果、ケーブルの先端部により捕捉される反射マイクロ波の一層の低減を図ることができ、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を更に低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なる反射マイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。同時に、電極の基端部が、多くの反射マイクロ波を捕捉するので、プラズマガスの発生の効率化を図ることが可能となる。
【００１８】
上記構成において、前記第２の導波管は、該第２の導波管の他端部を閉塞する第２の反射板を更に含み、該第２の反射板は、前記第２導波管内の前記反射マイクロ波を作り出し、前記戻しケーブルと前記第２の反射板との間の距離が、前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍に等しいことが好ましい（請求項６）。
【００１９】
上記構成によれば、第２の反射板は、第２の導波管内で反射マイクロ波を作り出す。反射マイクロ波は、戻しケーブルの基端部に到達する。戻しケーブルの基端部は、第１の反射板からマイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍だけ離間しているので、マイクロ波の定在波の腹に位置し、多くのマイクロ波を捕捉することが可能である。したがって、ケーブルの先端部により捕捉される反射マイクロ波の一層の低減を図ることができ、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を更に低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なる反射マイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【００２０】
上記構成において、前記第２の反射板と前記ケーブルの前記先端部との間の距離が、前記マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍に等しくないことが好ましい（請求項７）。
【００２１】
上記構成によれば、第２の導波管中で伝搬されるマイクロ波の一部は、第２の反射板により、ケーブルの先端部に向けて反射されることになる。第２の反射板とケーブルの先端部との間の距離は、マイクロ波の波長の４分の１の長さの整数倍に等しくないので、ケーブルの先端部は、マイクロ波の定在波の腹に位置しない。結果として、ケーブルの先端部により捕捉される第２の反射板からの反射マイクロ波の量を減らすことが可能となり、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を更に低減することが可能である。
【００２２】
上記構成において、前記第２の導波管は、該第２の導波管の一端を閉塞する第１の反射板を含み、該第１の反射板は、前記第２導波管内の前記反射マイクロ波を作り出し、前記電極は、前記第１の反射板と前記ケーブルの前記先端部との間に位置し、前記第２のサーキュレータは前記電極と前記ケーブルの前記先端部との間に位置するとともに前記第２導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向を、前記第１の反射板から前記ケーブルの前記先端部へ向かう方向とは異なる方向へ変更することが好ましい（請求項８）。
【００２３】
上記構成によれば、第１の反射板により作り出された反射マイクロ波は、第２のサーキュレータによって、第１の反射板からケーブルの先端部へ向かう方向とは異なる方向に変更されることとなる。したがって、ケーブルの先端部により捕捉される反射マイクロ波の量を減らすことが可能となり、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を更に低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なる反射マイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【００２４】
上記構成において、前記第２の導波管は、該第２の導波管の他端を閉塞するとともに前記第２の導波管内の前記反射マイクロ波を作り出す第２の反射板と、該第２の反射板により反射されてなる前記反射マイクロ波の進行方向を変更させる第３のサーキュレータを備え、該第３のサーキュレータは、前記第２の反射板と前記ケーブルの前記先端部との間に配設されるとともに前記第２の反射板により反射されてなる前記反射マイクロ波の進行方向を、前記第２の反射板から前記ケーブルの前記先端部へ向かう方向とは異なる方向へ変更し、前記変換部は、前記第３のサーキュレータにより変更された前記第２導波管内の前記反射マイクロ波の進行方向上に配設されるとともに該第２導波管内の前記反射マイクロ波を前記熱エネルギに変換する第３のダミーロードを含むことが好ましい（請求項９）。
【００２５】
第２の反射板により作り出された反射マイクロ波は、第３のサーキュレータによって、第２の反射板からケーブルの先端部へ向かう方向とは異なる方向に変更されることとなる。進行方向の変更がなされた反射マイクロ波は、第３のダミーロードにより熱エネルギに変換されることとなる。したがって、ケーブルの先端部により捕捉される反射マイクロ波の量を減らすことが可能となり、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系の熱損傷の可能性を更に低減することが可能である。また、ケーブル中において伝送方向の異なる反射マイクロ波が低減されるため、共振作用が低減され、出力調整の容易化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
上述の如く、本発明に係るプラズマ生成装置は、マイクロ波のエネルギを伝達する伝達系中の熱による損傷を回避することを可能とするとともに出力調整が容易な構造を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ生成装置の斜視図である。
【図２】図１に示されるプラズマ生成装置の第１装置の内部構造を示す斜視図である。
【図３】図１に示されるプラズマ生成装置を示す図であり、第１装置の内部構造を示す。
【図４】図１に示されるプラズマ生成装置の第１装置のマイクロ波伝達要素を説明する図である。
【図５】図１に示されるプラズマ生成装置の第２装置の斜視図である。
【図６】図１に示されるプラズマ生成装置の冷却システムを示す模式図である。
【図７】図１に示されるプラズマ生成装置の送気システムを示す模式図である。
【図８】図５に示される第２装置の内部構造を示す断面図である。
【図９】図８に示される同軸ケーブルの先端部構造を示す図である。
【図１０】図８に示される同軸ケーブルの先端部構造の他の一例を示す図である。
【図１１】図１に示されるプラズマ生成装置を用いて、プラズマを生成する方法を説明するフローチャートである。
【図１２】図１１に示されるプラズマ生成方法の校正工程を説明する図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るプラズマ生成装置に利用可能な第２導波管の他の構造を例示する概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るプラズマ生成装置に利用可能な第２導波管の更に他の構造を例示する概略図である。
【図１５】図１３及び図１４に示される第２導波管を用いたときの冷却システムを概略的に例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係るプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法について図面を参照して説明する。尚、以下の説明中、「上」、「下」、「右」、「左」等の方向を表す文言は、単に、説明を明瞭とすることを目的とするものであり、何ら、本発明を限定するものではない。以下の説明中の「管路」或いはこれに類する用語は、単一の管体部品のみを意味するものではなく、複数の管体部品を連結させて所定区間の流路を形成する管路も意味する。以下の説明において、液体、気体やエネルギ等を所定方向に案内するための部材（例えば、管路等）において、特段の表記がない限り、「基端部」との用語は液体、気体やエネルギ等の流れの上流側に位置する端部を意味し、「先端部」との用語は、下流側に位置する端部を意味する。
【００２９】
図１は、一実施形態に係るプラズマ生成装置の斜視図である。図１（ａ）乃至図１（ｄ）は、それぞれ異なる角度からプラズマ生成装置を見た図である。
【００３０】
プラズマ生成装置１は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置として用いられるマグネトロン４とマイクロ波を案内する第１導波管４１とを備える第１装置２と、マイクロ波を案内する第２導波管４３とマイクロ波のエネルギを用いて生成されたプラズマを放出するためのノズル４４とを備える第２装置３と、第１導波管４１内のマイクロ波を第２導波管４３内へ伝達する同軸ケーブル４２とを含む。
【００３１】
第１装置２は、略矩形平板状の基台部２１と、基台部２１上に配設される略直方体形状の筐体２２とを含む。筐体２２の正面板２２１上には、プラズマ生成装置１を操作するための制御つまみやプラズマ生成装置１の運転状況を表す表示部が適宜配設される。筐体２２の正面板２２１、上面板２２２及び右側面板２２３とで構成される角隅部には、マイクロ波を発生させるマグネトロン４の一部が露出する。筐体２２の右側面及び第１装置２の外面の一部をなすマグネトロン４の面には、第１装置２内部の温度上昇を抑制するための通気口２２４が適宜設けられている。尚、本実施形態のマグネトロン４は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させるが、本発明はこれに限られるものではなく、任意の周波数のマイクロ波を発生させるマグネトロンを用いることができる。更に、本実施形態では、マイクロ波の発生源となるマイクロ波発生装置として、マグネトロン４が用いられているが、本発明はこれに限られるものではなく、マイクロ波を発生させることができる任意の高周波電源等のマイクロ波発生装置を用いることができる。尚、このようなマイクロ波発生装置が、例えば、１Ｗ以上３ｋＷ以下のマイクロ波のエネルギを連続的に変更できるように形成されることが好ましい。
【００３２】
第１導波管４１の大部分は、筐体２２内に収容されているが、基台部２１の下面からは、第１導波管４１の一部が下方に突出する。マグネトロン４から発生したマイクロ波は、第１導波管４１により、筐体２１外に露出する第１導波管４１の部分まで案内される。第１導波管４１からは、同軸ケーブル４２及び戻しケーブル９が第２装置３に向けて延出する。同軸ケーブル４２の基端部は、第１導波管４１内に位置し、マグネトロン４により発生され、第１導波管４１内で伝搬されるマイクロ波を捕捉する。本実施形態において、同軸ケーブル４２がケーブルとして用いられているが、本発明はこれに限られるものではなく、マイクロ波のエネルギを伝送することが可能な任意のケーブルを用いることができる。基台部２１の下面からは更に、第１装置２及び第２装置３を冷却するための冷却管路５並びに第１装置２及び第２装置３に気体を供給する気体管路６が、第２装置３に向けて延出する。同軸ケーブル４２、冷却管路５、気体管路６及び戻しケーブル９は、可撓性を有する。したがって、第２装置３は、第１装置２に対して、自在に相対移動可能である。尚、戻しケーブル９は、上述の同軸ケーブル４２と同様の同軸ケーブルから形成することも可能であるし、或いは、マイクロ波のエネルギを伝送することが可能な任意のケーブルから形成することも可能である。
【００３３】
第２装置３は、同軸ケーブル４２により伝達されたマイクロ波のエネルギを用いてプラズマを生成する役割を担う。第２装置３は、例えば、半導体基板等の加工対象物上でプラズマを放出しながら移動し、加工対象物の表面処理を行なうために用いられる。第２装置３は、全体として、略直方体形状をなす。第２装置３の上面３１は、同軸ケーブル４２及び戻しケーブル９の取付面となる。また、冷却管路５及び気体管路６は、第２装置３の上面３１を貫通して、第２装置３の内部に侵入する。第２装置３の上部には、第２導波管４３を構成する第１の反射板４３１が現れる。第２導波管４３は、第２装置３の上部を構成する。同軸ケーブル４２は、第２導波管４３に接続され、第２導波管４３内に配設される同軸ケーブル４２の先端部から第２導波管４３内でマイクロ波が放出される。放出されたマイクロ波の一部は、第２導波管４３の内面により反射され、反射マイクロ波となる。戻しケーブル９は、第２導波管４３内の反射マイクロ波を第１装置２に戻す役割を担う。第２装置３の下面には、ノズル４４の一部が現れる。ノズル４４の下端中央には、円形の開口部４４１が形成される。ノズル４４内の開口部４４１からプラズマが放出される。冷却管路５内を流れる冷媒の一部は、ノズル４４を冷却するために用いられる。尚、本実施形態では、冷媒として、水が用いられるが、本発明はこれに限定されず、冷却作用をもたらす液体や気体を好適に利用することができる。また、気体管路６内を流れる気体の一部は、ノズル４４内でのプラズマ生成や第２導波管４３内の気圧維持及び／又は第２導波管４３内の結露抑制のために用いられる。尚、本実施例では、気体として、空気が用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、プラズマを生成するために好適な気体成分を含有する任意の気体を利用することが可能である。
【００３４】
図２は、図１に示される第１装置２の内部構造を示す斜視図であり、図３は、筐体２２が除去された第１装置２を含むプラズマ生成装置１を示す。図３（ａ）は、図１に示されるプラズマ生成装置１の右側面図であり、図３（ｂ）は、プラズマ生成装置１の背面図であり、図３（ｃ）は、プラズマ生成装置１の左側面図である。図４は、第１装置２内のマイクロ波の経路を説明するための第１装置２内の内部構造の概略図である。
【００３５】
第１装置２内のマイクロ波の伝達について説明する。第１装置２の筐体２２の内部には、マグネトロン４が配される。マグネトロン４は、マイクロ波を発生させる本体部４００と、マイクロ波を発生させるための電力を本体部４００に供給する電源４０１とを含む。本体部４００は、断面略矩形の空間を形成する第１導波管４１の基端部に接続される。本体部４００は、電源４０１からの電力を用いて、マイクロ波を発生させる。本体部４００により発生されたマイクロ波は、第１導波管４１内に侵入し、第１導波管４１に案内されつつ、第１導波管４１の先端部に到達する。
【００３６】
第１導波管４１の途中部には、第１出力センサ４１１が配設される。第１出力センサ４１１は、本体部４００から第１導波管４１内に送られたマイクロ波のエネルギを検出する。第１出力センサ４１１が検出したマイクロ波のエネルギの大きさは、必要に応じて、図１に関連して説明された第１装置２の筐体２２の正面板２２１上に設けられた表示部に表示されてもよい。
【００３７】
第１導波管４１の先端部は、基台部２１の下方に位置し、外部に露出している。第１導波管４１の先端部に、同軸ケーブル４２が接続される。同軸ケーブル４２の基端部４２１及び戻しケーブル９の先端部９２は、第１導波管４１内に突出する。同軸ケーブル４２の基端部４２１及び戻しケーブル９の先端部９２は、これらケーブル４２，９の断面中心に位置する内部導線を剥き出しにして形成される。
【００３８】
第１導波管４１は、第１導波管４１の先端を閉塞するとともに先端面を形成する反射面４１２を含む。反射面４１２は、同軸ケーブル４２の基端部４２１を通過したマイクロ波を反射し、反射マイクロ波を生じさせる。尚、反射面４１２と同軸ケーブル４２の基端部４２１との間の距離は、マイクロ波の波長の１／４の整数倍の長さに設定されることが好ましい。これにより、第１導波管４１の先端部で発生するマイクロ波の定在波の腹に同軸ケーブル４２の基端部４２１が位置することになる。一方で、戻しケーブル９の先端部９２は、マイクロ波の定在波の節に相当する位置に配設される。
【００３９】
マグネトロン４から同軸ケーブル４２の基端部４２１に到達したマイクロ波の一部並びに同軸ケーブル４２の基端部４２１を通過した後、マイクロ波が反射面４１２によって反射されてなる反射マイクロ波の一部は、同軸ケーブル４２の基端部４２１により捕捉される。上述の如く、同軸ケーブル４２の基端部４２１は、第１導波管４１の先端部で発生するマイクロ波の定在波の腹に位置づけられるので、同軸ケーブル４２は、より大きなマイクロ波のエネルギを第２装置３へ送ることが可能になる。一方で、上述の如く、戻しケーブル９の先端部９２は、マイクロ波の定在波の節に相当する位置に配設されるので、戻しケーブル９から第２装置３に向かうマイクロ波のエネルギは非常に小さい。
【００４０】
第１出力センサ４１１と同軸ケーブル４２の基端部４２１との間には、第１のサーキュレータ４１３が配設される。第１のサーキュレータ４１３は、第１導波管４１の基端部から先端部へ向かう方向のマイクロ波を直進させる一方で、第１導波管４１の反射面４１２により反射された反射マイクロ波の進行方向を変更させる。図２乃至図４に示される例においては、反射マイクロ波の進行は直角方向に屈曲される。
【００４１】
第１のサーキュレータ４１３により屈曲される反射マイクロ波の進行方向上に、第２出力センサ４１４及び第１のダミーロード４１５が連設される。したがって、第１のサーキュレータ４１３は、反射マイクロ波を第２出力センサ４１４及び第１のダミーロード４１５へ案内する役割を担う。第２出力センサ４１４は、反射マイクロ波のエネルギを検出する。第２出力センサ４１４が検出した反射マイクロ波のエネルギの大きさは、必要に応じて、図１に関連して説明された第１装置２の筐体２２の正面板２２１上に設けられた表示部に表示されてもよい。
【００４２】
第１のダミーロード４１５は、マイクロ波を吸収する電波吸収体であり、第１導波管のマイクロ波を熱エネルギに変換する変換部として用いられる。本実施形態において、第１のダミーロード４１５は、水冷式であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、空冷式の第１のダミーロードを利用してもよい。
【００４３】
図５は、図１に示されるプラズマ生成装置１が備える第２装置３の斜視図である。図５（ａ）は、第２装置３の拡大斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示される第２装置３から筐体を除去した状態を示す。図５並びに図２乃至図４を参照しつつ、引き続き、マイクロ波の伝達について説明する。
【００４４】
同軸ケーブル４２は、第１導波管４１の先端部から延出し、第２装置３に接続される。同軸ケーブル４２は、円板形状のフランジ４２２を含む。フランジ４２２は、略直方体形状の第２導波管４３上に取り付けられる。同軸ケーブル４２の内部導体の先端部は、第２導波管４３内に配設される。同軸ケーブル４２の基端部４２１により捕捉されたマイクロ波のエネルギは、同軸ケーブル４２に沿って伝達され、同軸ケーブル４２の先端部において、再度、マイクロ波となって放出される。第２導波管４３内において、同軸ケーブル４２の先端部から放出されたマイクロ波は、第２導波管４３により案内されながら伝搬される。
【００４５】
第２導波管４３の下方には、第２導波管４３の下面に接続される略直方体形状のプラズマ生成ブロック４４２と、プラズマ生成ブロック４４２の下面に接続される略２段円筒形状のノズル４４とを含むノズル体４４０が配設される。ノズル４４の下部は、ノズル４４の上部よりも径小に形成される。第２導波管４３内で伝搬されるマイクロ波のエネルギは、その後、プラズマ生成ブロック４４２内でプラズマの生成に用いられる。最後に、プラズマは、ノズル４４の下端開口部４４１から放出されることとなる。
【００４６】
同軸ケーブル４２の先端部から放出されたマイクロ波の一部は、第２導波管４３の内面により反射され、反射マイクロ波となる。図５に示されるように、戻しケーブル９は、円板形状のフランジ９１を用いて、第２導波管４３上に取り付けられる。同軸ケーブルを用いて形成される戻しケーブル９の基端部は、例えば、同軸ケーブルの内部導体を剥き出しにすることにより形成され、第２導波管４３内に突設されてもよい。第２導波管４３内の反射マイクロ波は、戻しケーブル９の基端部により捕捉される。
【００４７】
図４に示される如く、マグネトロン４から第１のサーキュレータに向かうマイクロ波の流れにおいて第１のサーキュレータの下流側の第１導波管４１内に突設される。戻しケーブル９の基端部により捕捉された第２導波管４３内の反射マイクロ波は、戻しケーブル９を伝って、戻しケーブル９の先端部９２に到達する。その後、戻しケーブル９の基端部により捕捉された反射マイクロ波の一部は、第１のダミーロード４１５内の戻しケーブル９の先端部から放出され、第１のサーキュレータを介して、第１のダミーロード４１５へ伝搬され、第１のダミーロード４１５により熱エネルギに変換される。したがって、第１のダミーロード４１５は、第２導波管の内面により反射されてなる反射マイクロ波を熱エネルギに変換する変換部としても機能することとなる。或いは、戻しケーブル９の先端部９２から放出された反射マイクロ波の一部は、同軸ケーブル４２の基端部により、捕捉され、再度、第２装置３へ向かうこととなる。尚、戻しケーブル９は、第１のダミーロード４１３に直接的に接続されてもよい。この場合には、戻しケーブル９の先端部９２は、マイクロ波を通過させるが水を通過させない低誘電率材料で覆われることが好ましい。他の手法として、第１のダミーロード４１５から更に第１導波管４１を延長させ、戻しケーブル９からの反射マイクロ波を放出させる空間を形成してもよい。この空間内に戻しケーブル９の先端部９２を配設することにより、戻しケーブル９の先端部から放出された反射マイクロ波は第１のダミーロード４１５により熱エネルギに変換されることとなる。
【００４８】
図６は、図１に示されるプラズマ生成装置１の冷却システムの概略構成図である。図６並びに図２及び図５を参照しつつ、プラズマ生成装置１が備える冷却システムについて説明する。
【００４９】
第１装置２の第１のダミーロード４１５及びノズル体４４０には、マイクロ波のエネルギが変換されてなる熱エネルギが蓄積されやすい。このため、第１のダミーロード４１５及びノズル体４４０を冷却するための冷却システム５００が構築されることが好ましい。冷却システム５００は、主に、冷媒供給装置５０１、第１のダミーロード４１５、プラズマ生成ブロック４４２及びこれらを接続する冷却管路５から構成される。本実施形態では、冷媒供給装置５０１は、冷媒として水を供給するが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却効果をもたらす任意の流体を供給することができる。また、本実施形態では、ノズル４４と別体に形成されたプラズマ生成ブロック４４２を冷却部として用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル４４にプラズマ生成ブロック４４２の構造を組み込むようにして、これらを一体化させた構造体も含む。したがって、ノズル体４４０を冷却するための冷媒を導入するための入口部及び冷媒を排出するための出口部を備える任意の構造並びに形状を冷却部と称することができる。
【００５０】
第１装置２は、流入口５１を備える。流入口５１は、冷媒供給装置５０１からの冷媒を案内する第１接続管５２と接続される。冷媒供給装置５０１から送出された冷媒は、流入口５１を介して、第１装置２内に冷媒が導入される。流入口５１と第１のダミーロード４１５との間で、導入管路５３が延びる。導入管路５３の基端部は流入口５１に接続され、先端部は第１のダミーロード４１５の入口ポート４１６に接続される。第１のダミーロード４１５に流入した冷媒は、第１のダミーロード４１５を冷却する。
【００５１】
第１のダミーロード４１５の下流には、第１管路５４が配設される。第１管路５４の基端部は、第１のダミーロード４１５の出口ポート４１７に接続される。第１管路５４の先端部５４１には、第１出口部５４２と第２出口部５４３が形成される。このような第１管路５４の先端部５４１は、例えば、Ｔ字型のフィッティングを用いることにより形成することができる。図６において、管路５を示す線の太さで表現されるように、第１管路５４の先端部５４１を通過する冷媒は、２方向に分岐して流れることになる。したがって、第１管路５４の先端部に接続される第２管路５５及び第４管路５６内を流れる冷媒の流量は、第１管路５４内を流れる冷媒の流量よりも小さくなる。
【００５２】
プラズマ生成ブロック４４２は、第１入口ポート２４１、第１出口ポート２４２、第２入口ポート２４３及び第２出口ポート２４４を含む。第２管路５５の基端部は、第１管路５４の先端部５４１の第１出口部５４２に接続され、第２管路５５の先端部は、プラズマ生成ブロック４４２の第１入口ポート２４１に接続される。したがって、第１のダミーロード４１５を冷却した後の冷媒の一部は、第１管路５４と第２管路５５とに案内され、プラズマ生成ブロック４４２に到達する。第１入口ポート２４１に流入した冷媒は、プラズマ生成ブロック４４２内部を通過し、第１出口ポート２４２に向かう。
【００５３】
第１出口ポート２４２及び第２入口ポート２４３は、戻り管路５７を用いて接続される。第１出口ポート２４２から排出された冷媒は、戻り管路５７に案内され、再度、プラズマ生成ブロック４４２内に戻り、プラズマ生成ブロック４４２内部を通過する。プラズマ生成ブロック４４２内に再流入した冷媒は、第２出口ポート２４４を通じて、プラズマ生成ブロック４４２から排出される。本実施形態において、第１入口ポート２４１から第１出口ポート２４２に冷媒が向かう間及び第２入口ポート２４３から第２出口ポート２４４に冷媒が向かう間、プラズマ生成ブロック４４２の熱エネルギが冷媒により奪われることとなる。また、プラズマ生成ブロック４４２に接続するノズル４４も熱伝達作用により熱を奪われることになり、ノズル４４は好適に冷却されることとなる。本実施形態において、４つのポート２４１乃至２４４をプラズマ生成ブロック４４２の入口部及び出口部として用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、１つの入口部と１つの出口部を備えるものであってもよい。この場合には、プラズマ生成ブロック４４２内で入口部と出口部との間で延びる内部管路が形成される。
【００５４】
第２出口ポート２４４に第３管路５８の基端部が接続される。第１管路５４の先端部５４１の第２出口に第４管路５６の基端部が接続される。第３管路５８の先端部と第４管路５６の先端部は、排出管路５９の基端部５９１に接続される。第３管路５８により案内されたプラズマ生成ブロック４４２を冷却した後の冷媒及び第４管路５６により案内された第１のダミーロード４１５を冷却した後の冷媒は、排出管路５９の基端部５９１にて合流する。排出管路５９の先端部は、排出口５０に接続される。排出管路５９に案内され、排出口５０に到達した冷媒は、排出口５０に接続される第２接続管５０２により、再度、冷媒供給装置５０１に戻される。冷媒供給装置５０１が備える冷却ユニットは、冷媒供給装置５０１に戻された冷媒を冷却し、第１接続管５２を通じて、冷媒を再度第１装置２に送り出す。本実施形態では、冷媒供給装置５０１を始点・終点とする循環路を用いたが、循環路は必須の構成ではない。
【００５５】
図７は、図１に示されるプラズマ生成装置１の送気システムの概略構成図である。図７並びに図２及び図５を参照しつつ、プラズマ生成装置１が備える送気システムについて説明する。尚、本実施形態の送気システムは、ノズル体４４０内でプラズマ化される気体を供給する他、第１導波管４１及び第２導波管４３内の気体を掃気するための気体を供給する役割を担う。
【００５６】
プラズマ生成装置１を用いて、任意の対象物の表面改質等の処理を行なう場合、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）や窒素含有ガスが用いられる。本実施形態では、空気を処理ガスとして使用するために送気システム６００が用いられるが、他の気体を用いてもよい。また、本実施形態では、第１導波管４１及び第２導波管４３内の結露の発生を防止するために、送気システム６００が使用される。これにより、第１導波管４１及び第２導波管４３の腐食・酸化を抑制し、プラズマ生成装置１の長寿命化を図ることができる。特に、第２導波管４３内に送気システム４００を用いて気体を導入することにより、第２導波管４３内の気圧を比較的高くすることができ、第２導波管４３内でプラズマが点灯することを抑制することができる。また、第２導波管４３内での結露の発生を同時に抑制することが可能となる。
【００５７】
送気システム６００は、主に、気体供給源となる送気装置６０１と、第１導波管４１、第２導波管４３、ノズル体４４０及びこれらを接続するための気体管路６から構成される。本実施形態では、送気装置６０１として、エアコンプレッサを利用するが、気体をプラズマ生成装置１内に導入することが可能な任意の装置を利用することができる。例えば、エアコンプレッサの代わりに、加圧気体が封入されたボンベを用いてもよい。
【００５８】
第１装置２は、気体を第１装置２内に導入するための流入口６１を備える。流入口６１と送気装置６０１とは、接続管６２を用いて接続される。流入口６１の下流には第１管路６３が配設される。第１管路６３の基端部は、流入口６１に接続される。第１管路６３の先端部６３１は、第１出口部６３２及び第２出口部６３３を備える。このような先端部６３１は、例えば、Ｔ字型のフィッティングを用いて構成することができる。第１管路６３の途中部には、第１管路６３内を流れる気体を清浄化するフィルタ部６５０と、フィルタ部６５０の下流に配されるとともに第１管路６３内を流れる気体を整流するレギュレータ６５とが配設される。
【００５９】
第１管路６３の先端部６３１の下流には、先端部６３１の第１出口６３２と接続する基端部を有する第２管路６４が配設される。第２管路６４の先端部は、流量計６６の入口ポート６６１に接続される。流量計６６は、第２管路６４を通じて流れる気体の流量を測定する。尚、流量計の測定値が、図１に関連して示された第１装置２の筐体２２の正面板２２１上の表示部に表示されてもよい。また、流量計の測定結果に応じて、レギュレータ６５或いは送気装置６０１にフィードバック制御をし、所定の流量の気体が第２管路６４に向けて流れるようにしてもよい。流量計６６の出口ポート６６２に第３管路６７の基端部が接続される。第３管路６７の先端部は、プラズマ生成ブロック４４２に接続する。第３管路６７を通じてプラズマ生成ブロック４４２内に流入した気体は、プラズマ化され、ノズル４４から放出されることとなる。したがって、第２管路６４及び第３管路６７は、プラズマ発生用の気体の流路として用いられることとなる。
【００６０】
第１管路６３の先端部６３１の第２出口部６３３には、第４管路６８の基端部が接続される。第４管路６８の先端部６８１は、第１出口部６８２と第２出口部６８３とを備える。このような先端部６８１は、例えば、Ｔ字型のフィッティングを用いて構成することができる。第１出口部６８２から第５管路６９が第１導波管４１に向けて延出する。第５管路６９は、第１導波管４１内へ気体を供給する経路を提供することとなる。第１導波管４１内に導入された気体はその後、第１導波管４１の継ぎ目或いは端部の閉塞部に形成された隙間から漏れ出ることができる。
【００６１】
第４管路６８の先端部６８１の第２出口部６８３は、第５管路６０の基端部と接続される。第５管路６０の先端部は、第２導波管４３に接続される。第５管路６０を通じて、気体が第２導波管４３に導入されることとなる。第２導波管４３内に導入された気体は、例えば、第２導波管４３の端部を閉塞する第１反射板４３１の折り曲げられた縁部と第２導波管４３との間の空隙から漏れ出ることができる。或いは、第２導波管４３の下面に取り付けられた光センサ４３２と第２導波管４３との接合部から、第２導波管４３内に導入された気体が漏れ出ることができる。尚、光センサ４３２は、第２導波管４３内でプラズマが発生したときのプラズマからの光を検知する。第２導波管４３内でプラズマが発生した場合には、光センサ４３２からの信号に基づいて、マグネトロン４の作動を停止させることが好ましい。
【００６２】
図８は、第２装置３の断面図であり、第２装置３の内部構造を示す。図８と併せて、図１及び図２を参照する。
【００６３】
第２装置３の上部には、第２導波管４３が配設される。第２導波管４３は、例えば、アルミ製の略直方体形状の筒体である。第２導波管４３の上板４３３は、第２装置３の上面の一部をなす。上板４３３は、円形開口部４３４を含む。上板４３３上には、円形開口部４３４と同心に、環状の取付板４３５が据え付けられる。取付板４３５上で、同軸ケーブル４２の端末部に取り付けられたフランジ４２２が据え付けられる。取付板４３５とフランジ４２２とからなる積層体に隣接して、スイッチボックス４２３が配設される。スイッチボックス４２３内には、近接スイッチ４２４が配設される。フランジ４２２は、フランジ４２２の周面から突出する球体４２５を含む。フランジ４２２が取付板４３５に据え付けられたとき、球体４２５は、近接スイッチ４２４のスイッチレバー４２６を動作させる。このとき、近接スイッチ４２４は、同軸ケーブル４２が第２装置３に取り付けられたことを示す信号をプラズマ生成装置１の制御盤（図示せず）に送信する。制御盤は、近接スイッチ４２４からの信号に基づき、例えば、マグネトロン４を制御することができる。例えば、近接スイッチ４２４が、同軸ケーブル４２が第２装置３に取り付けられたことを示す信号を送信した場合にのみ、マグネトロン４が動作するように制御盤は制御を実行することができる。
【００６４】
同軸ケーブル４２が、取付板４３５上に据え付けられると、同軸ケーブル４２の内部導体を含む出力アンテナ部４２７が円形開口部４３４を通じて、第２導波管４３内部に突出する。出力アンテナ部４２７の第２導波管４３内への突出量は大きい方が好ましい。第１導波管４１内で同軸ケーブル４２の基端部により捕捉されたマイクロ波のエネルギは、出力アンテナ部４２７に到達すると、出力アンテナ部４２７からマイクロ波となって第２導波管４３内で放出される。
【００６５】
第２導波管４３の上面には、環状の取付台座４３６が配設される。取付台座４３６は、電極保持体４３７を据え付けるために用いられる。電極保持体４３７は、略２段円筒形状の把持部４３８と、把持部４３８と嵌合する基端部及び棒状の電極４４３を挟持する先端部を含む保持筒４３９とを含む。把持部４３８の小径部は、取付台座４３６に挿入される。把持部４３８の大径部は、取付台座４３６上に位置する。保持筒４３９は、低誘電率材料から形成される。したがって、出力アンテナ部４２７から放出されたマイクロ波は、保持筒４３９を透過することができる。電極４４３の基端部は、第２導波管４３内で突出する。電極４４３の第２導波管４３内への突出量は大きい方が好ましい。尚、電極４４３は、導電性金属からなる芯材と、芯材表面を被覆する金鍍金層から構成されることが好ましい。金鍍金層の厚さは、例えば、７μｍとされる。これにより、導電性の高い金鍍金層に９９％程度の電流が流れるので、電極４４３の消耗を抑制することができる。保持筒４３９を透過するマイクロ波の一部は、出力アンテナ部４２７から離間して配された電極４４３の基端部により捕捉される。電極４４３及び出力アンテナ部４２７は、第２導波管４３の長手方向軸に沿って整列することが好ましい。
【００６６】
第２導波管４３の一端部は、第１の反射板４３１により閉塞される。第１の反射板４３１の縁部は折り曲げ加工され、第２導波管４３を外周面に沿って配設される。第１の反射板４３１の縁部は、リベット３１１を用いて、第２導波管４３の周壁に接合される。第５管路６０から第２導波管４３内に導入された気体は、第１の反射板４３１の内面と第２導波管４３の周壁の間を通じて、第２装置３外に放出されてもよい。或いは、第２導波管４３の下板６２１に取り付けられる光センサ４３２と、下板６２１との接合部から、第５管路６０から第２導波管４３内に導入された気体が第２装置３外に放出されてもよい。尚、第５管路６０の先端部６０２は、第２導波管４３の下板６２１に嵌合されるが、第２導波管４３の内部空間に突出しない。
【００６７】
第２導波管４３の他端部は、第２の反射板６２２により閉塞される。電極４４３は、第１の反射板４３１と出力アンテナ部４２７との間に位置し、出力アンテナ部４２７は、電極４４３と第２の反射板６２２との間に位置する。出力アンテナ部４２７の中心軸と電極４４３の中心軸との間の距離Ｄ１は、マグネトロン４が発生させるマイクロ波の波長の１／４以上であることが好ましい。また、電極４４３の中心軸と、出力アンテナ部４２７よりも電極４４３に近接して配設される第１の反射板４３１の内面との間の距離Ｄ２は、マイクロ波の波長の１／４の整数倍であることが好ましい。出力アンテナ部４２７から放出されたマイクロ波は、第１の反射板４３１に到達すると、第１の反射板４３１により反射される。電極４４３の中心軸と第１の反射板４３１の内面との間の距離Ｄ２をマイクロ波の波長の１／４の整数倍に等しくすることで、電極４４３は、出力アンテナ部４２７と第１の反射板４３１との間の定在波の腹に位置することになる。この結果、電極４４３は一層高いマイクロ波のエネルギを電極４４３の先端に向けて伝達することが可能となる。一方で、出力アンテナ部４２７の中心軸と第２の反射板６２２の内面との間の距離Ｄ３は、マイクロ波の波長の１／４の整数倍に等しくないことが好ましい。これにより、出力アンテナ部４２７が捕捉するマイクロ波のエネルギ量を小さくすることができる。電極４４３の長さは、マイクロ波の波長の１／２の整数倍に等しいことが好ましい。この結果、共振作用により、電極４４３の先端において、マイクロ波のエネルギの一層高い集中を得ることが可能となる。
【００６８】
プラズマ生成ブロック４４２は、貫通穴４４４を含む。ノズル４４は、電極４４３の周面を取り囲む外郭体４４５を含む。外郭体４４５は、良導電性の金属から構成されるプラズマ生成ブロック４４２に取り付けられる。プラズマ生成ブロック４４２は、電極４４３周囲でアース電位を形成する役割を担う。ノズル４４は更に、外郭体４４５を貫く円筒形状のスリーブ４４６を含む。スリーブ４４６は、例えば、石英ガラスから形成される。スリーブ４４６の基端部は、外郭体４４５がプラズマ生成ブロック４４２の下面に取り付けられたとき、プラズマ生成ブロック４４２の貫通穴４４４に挿入される。このとき、電極４４３の先端部は、スリーブ４４６内に挿入される。スリーブ４４６は、マイクロ波のエネルギが集中する電極４４３の先端からの異常放電（アーキング）を防止する役割を担う。スリーブ４４６の先端開口部からプラズマ化されたガスが放出される。スリーブ４４６の内周面と電極４４３との間には環状の空隙（流路）が形成される。また、プラズマ生成ブロック４４２の貫通穴４４４を形成するとともに電極４４３を取り囲むプラズマ生成ブロック４４２の内壁面と電極４４３との間にも空隙（流路）が形成される。第３管路６７は、プラズマ生成ブロック４４２に接続され、第３管路６７を通じてプラズマ生成ブロック４４２内に気体が送り込まれる。プラズマ生成ブロック４４２に送り込まれた気体は、プラズマ生成ブロック４４２の貫通穴４４４及びノズル４４のスリーブ４４６を通じて、開口部４４１から放出される。電極４４３の先端部には、マイクロ波のエネルギが集中する。したがって、気体が、プラズマ生成ブロック４４２の貫通穴４４４及びノズル４４のスリーブ４４６を通過している間、電極４４３の先端部に集中したエネルギにより気体分子が励起され、プラズマガスが発生することになる。
【００６９】
プラズマ生成ブロック４４２には更に、光センサ４４７が取り付けられる。光センサ４４７は、ノズル体４４０内の電極４４３の存否を検知する。プラズマ生成装置１の制御盤（図示せず）は、光センサ４７の信号に基づき、マグネトロン４を制御し、ノズル体４４０内に電極４４３が存在するときのみ、マグネトロン４が動作するようにすることができる。
【００７０】
上板４３３は、更に、戻しケーブル９の基端部を第２導波管４３内に突設させるための円形開口部９３を含む。上板４３３上には、円形開口部９３と同心に、環状の取付板９４が据え付けられる。取付板９４上で、戻しケーブル９の端末部に取り付けられたフランジ９１が据え付けられる。戻しケーブル９が、取付板９４上に据え付けられると、戻しケーブル９の内部導体を含む捕捉アンテナ部９５が円形開口部９３を通じて、第２導波管４３内部に突出する。戻しケーブル９の基端部を形成する捕捉アンテナ部９５の第２導波管４３内への突出量は大きい方が好ましい。電極４４３を通過して戻しケーブル９の捕捉アンテナ部９に到達したマイクロ波の一部並びにその後捕捉アンテナ部９５を通過し、第１の反射板４３１により反射されてなる反射マイクロ波の一部とを含む余剰のマイクロ波は、捕捉アンテナ部９５により捕捉される。その後、上述の如く、戻しケーブル９を伝って、第１導波管４１内で放出され、第１のダミーロード４１５内で熱エネルギへと変換される。
【００７１】
戻しケーブル９の基端部を構成する捕捉アンテナ部９５は、電極４４３の基端部と第１の反射板４３１との間に配設される。捕捉アンテナ部９５は、電極４４３の基端部よりも第１の反射板４３１に近接した位置に存する。第１の反射板４３１の内面から捕捉アンテナ部９５の中心軸までの距離は、マグネトロン４が発生させるマイクロ波の波長の１／４の長さの整数倍であることが好ましい。
【００７２】
図８に示される戻しケーブル９は、第１の反射板４３１と電極４４３との間で下方に向けて突出したが、第２の反射板６２２と同軸ケーブル４２との間で、突出してもよい。この場合、第２の反射板６２２の内面から捕捉アンテナ部９５の中心軸までの距離は、マグネトロン４が発生させるマイクロ波の波長の１／４の長さの整数倍であることが好ましい。これにより、第２の反射板により反射されてなる反射マイクロ波を一層多く捕捉することが可能となる。必要に応じて、図８に示されるような第１の反射板４３１と電極４４３との間に配設される基端部を有する戻しケーブル９及び第２の反射板４３１と同軸ケーブル４２の出力アンテナ部４２７との間に配設される基端部を有する戻しケーブル９を両方備える構造を採用してもよいし、いずれか一方の戻しケーブル９を備える構造を採用することもできる。
【００７３】
図８に示される如く、冷却管路５は、第２導波管４３の側方において、上方から下方に延び、第２導波管４３の下方において、第２装置３と接続されている。したがって、第２導波管４３への冷却管路５の接続は、冷却管路５からの漏液による第２装置３の故障の可能性を抑制する構造となっている。また、冷却管路５が、第１装置２と第２装置３との間の経路において、継ぎ目を備えないならば、更に、冷却管路５からの漏液による第２装置３の故障の可能性が低減されることとなる。
【００７４】
図９は、図８に示される第２装置３が備える出力アンテナ部４２７を示す。図９並びに図８を併せて参照して、出力アンテナ部４２７の構造について説明する。
【００７５】
出力アンテナ部４２７は、同軸ケーブル４２の内部導体に取り付けられるアンカーコネクタ部２７１と、第２導波管４３内に突出する略円柱形状のアンテナ部２７２と、アンカーコネクタ部２７１とアンテナ部２７２との間で半径方向に突出する環状のフランジ２７３とを含む。フランジ２７３の周縁は、第２導波管４３の上板４３３上に据え付けられた取付板４３５と、同軸ケーブル４２のフランジ４２２の内縁に挟持される。これにより、出力アンテナ部４２７は、取付板４３５上で固定される。アンカーコネクタ部２７１の寸法及び形状は、例えば、ＥＩＡＪ規格に従って定められる。アンカーコネクタ部２７１とアンテナ部２７２とは、同軸であり、一体的に形成されることが好ましい。これにより、アンカーコネクタ部２７１とアンテナ部２７２との間のインピーダンス変化を抑制することが可能になる。
【００７６】
図１０は、図８及び図９に示される出力アンテナ部４２７の構造の変更例を示す。図１０並びに図８を併せて参照し、出力アンテナ部４２７の変更例について説明する。
【００７７】
図１０に示される出力アンテナ部４２７には、一般的に２本の同軸ケーブルを接続するために用いられる市販のケーブルコネクタ２７４が用いられている。ケーブルコネクタ２７４は、同軸ケーブル４２が挿入される略円筒形状の第１外郭体２７５と、第１外郭体２７５の先端部に接続されるとともにアンテナ部２７２を取り囲む略円筒形状の第２外郭体２７６と、第２外郭体の先端部から外方に半径方向に突出するフランジ２７３と、第２外郭体２７６の基端部付近において、第２外郭体２７６に嵌入される環状のインシュレータ２７７と、インシュレータ２７７に支持される略円柱形状の把持部２７８とアンテナ部２７２の一部を収容する略円筒形状の保持筒２７９とを含む保持部２８０とを備える。保持部２８０は、同軸ケーブル４２の内部導線と導通し、アンテナ部２７２にマイクロ波のエネルギを伝達可能である。
【００７８】
フランジ２７３の周縁は、第２導波管４３の上板４３３上に据え付けられた取付板４３５と、同軸ケーブル４２のフランジ４２２の内縁に挟持される。これにより、出力アンテナ部４２７は、取付板４３５上で固定される。アンテナ部２７２の先端部は、第２導波管４３の内部空間内に配設される。
【００７９】
図１０に示される出力アンテナ部４２７の構造において、インシュレータ２７７は一般的に融点が比較的小さい樹脂材料から形成される。したがって、同軸ケーブル４２の長さは、インシュレータ２７７に伝達されるマイクロ波のエネルギのピークが位置しないように設定されることが好ましい。本実施形態において、プラズマ生成に用いられる電極４４３は、同軸ケーブル４２から物理的に離間しているので、同軸ケーブル４２の長さの調整を比較的容易に行なうことができる。他の手法として、第２導波管４３の長さを変更することや第２導波管４３内にスタブを配設することによっても、インシュレータ２７７の溶融を防ぐことは可能である。
【００８０】
尚、図９及び図１０に示される出力アンテナ部４２７の構造は、そのまま、戻しケーブル９の基端部を構成する捕捉アンテナ部９５に適用することができる。更に、図９及び図１０に示される出力アンテナ部４２７の構造を戻しケーブル９の先端部に適用してもよい。
【００８１】
図１１は、図１乃至図１０に関連して説明されたプラズマ生成装置１を用いてプラズマを生成する方法を説明するフローチャートである。
【００８２】
図１１に示されるプラズマ生成方法は、第１装置２を用意する工程（Ｓ１）と、第１出力センサ４１１及び第２出力センサ４１４とを校正する工程（Ｓ２）と、第１装置２と第２装置３とを接続する工程（Ｓ３）と、プラズマの発生に用いられたエネルギを算出する工程（Ｓ４）と、所定のエネルギがプラズマ生成に用いられるようにマグネトロンの出力を調整する工程（Ｓ５）とを含む。第１装置２を用意する工程（Ｓ１）において、少なくとも同軸ケーブル４２及び戻しケーブル９は、第１装置２から取り外された状態にされる。同軸ケーブル４２及び戻しケーブル９が取り外された部分には、マイクロ波の漏出を防止するための閉鎖部材が配設される。
【００８３】
図１２は、図１１に示された校正工程（Ｓ２）を説明する図である。図１１並びに図１２及び図４を併せて参照しつつ、校正工程（Ｓ２）について説明する。
【００８４】
校正工程（Ｓ２）において、マグネトロン４と第１のサーキュレータ４１３との間に存する第１出力センサ４１１に代えて、基準となる出力センサＲが取り付けられる。その後、マグネトロン４の電源４０１をオンにし、本体部４００からマイクロ波を発生させる。本体部４００から生じたマイクロ波は、第１導波管４１内で伝搬され、反射面４１２により反射される。このとき、基準出力センサＲは、本体部４００から生じたマイクロ波のエネルギを検出する。
【００８５】
反射面４１２からの反射マイクロ波は、第１のサーキュレータ４１３に向かう。第１のサーキュレータ４１３は、反射面４１２からの反射マイクロ波の進行方向を曲げ、反射マイクロ波を第２出力センサ４１４に向かわせる。その後、反射マイクロ波は、第１のダミーロード４１５により熱エネルギに変換される。第２出力センサ４１４は、反射マイクロ波のエネルギを検知する。第１装置２には、同軸ケーブル４２が取り付けられていないので、基準出力センサＲを通過するマイクロ波のエネルギと第２出力センサを通過するマイクロ波のエネルギは等しい。したがって、第２出力センサ４１４の検出値が基準出力センサＲの検出値と一致するように、第２出力センサ４１４の調整がなされる。
【００８６】
その後、基準出力センサＲに代えて、第１出力センサ４１１を第１装置２に組み込む（図４参照）。その後、本体部４００から再度マイクロ波を発生させ、第１出力センサ４１１の検出値と第２出力センサ４１４の検出値とが一致するように、第１出力センサ４１１の調整が行なわれる。
【００８７】
図４、図１１及び図１２に関連して説明された校正工程（Ｓ２）では、基準出力センサＲが第１出力センサ４１１の位置に取り付けられ、第２出力センサ４１４の次に、第１出力センサ４１１の校正が行なわれたが、基準出力センサＲが第２出力センサ４１４の位置に取り付けられ、第１出力センサ４１１の次に、第２出力センサ４１４の校正が行なわれてもよい。
【００８８】
図１１に示される接続工程（Ｓ３）では、同軸ケーブル４２が第１装置２に取り付けられる（図１参照）。
【００８９】
図１１に示される算出工程（Ｓ４）では、プラズマを発生させるために用いられたエネルギを算出する。算出のための数式を以下に示す。尚、以下の数式において、Ppは、プラズマを発生させるために用いられたエネルギであり、P1は、第１出力センサ４１１の検出値であり、P2は、第２出力センサ４１４の検出値であり、Pcは、同軸ケーブル４２によるエネルギ損失である。尚、同軸ケーブル４２によるエネルギ損失は、使用される同軸ケーブル４２の型式或いは長さ等の寸法に応じて予め定められる既知の値である。例えば、同軸ケーブル４２によるエネルギ損失が１５Ｗである場合、１５Ｗのエネルギ損失を加味して、マグネトロン４の出力を調整する必要がある。
【００９０】
【数１】
2011054422.tif 000003
【００９１】
図１１に示される出力調整工程Ｓ５では、上記数式で算出された値Ppが、所定の目標値となるようにマグネトロン４の出力の調整がなされる。尚、マグネトロン４の出力は、例えば、５００Ｗ以下とすることが好ましい。これにより、マイクロ波のエネルギの伝達系の焼損を抑制することができる。また、必要に応じて、焼損を防止するために、マイクロ波のエネルギの伝達系の温度を測定するセンサ等を設け、センサが所定の閾値よりも高い温度を検出したときに、マグネトロンからのマイクロ波の発生を停止させる制御を行なうことも可能である。
【００９２】
図１１に関連して説明されたプラズマ生成方法において、第１装置を用意する工程（Ｓ１）にて同軸ケーブル４２及び戻しケーブル９が第１装置２から取り外されたが、本発明はこれに限定されるものではない。同軸ケーブル４２の基端部４２１（図４参照）と第１のサーキュレータ４１３との間にスタブを挿入し、マイクロ波をスタブにて全反射させてもよい。この場合には、図１１に示される接続工程（Ｓ３）の代わりに、スタブを第１導波管４１から除去する工程が実行される。
【００９３】
図１３は、第２導波管４３の他の構造を示す概略図である。図１乃至図１２に関連して説明されたプラズマ生成装置１は、第２導波管４３内で生じた反射マイクロ波を、戻しケーブル９及び第１導波管４１に取り付けられた第１のダミーロード４１５を用いて、熱エネルギに変換したが、図１３に示される第２導波管４３は、これらの代わりに変換部として用いられる第２のダミーロード９７と、第２のダミーロード９７に向けて反射マイクロ波を進行させる第２のサーキュレータ９６とを含む。他の構造は、図１乃至図１２に関連して説明された構造と同様である。尚、図１３において、同軸ケーブル４２の先端部を構成する出力アンテナ部４２７及び電極４４３の基端部が円として概略的に示され、第１の反射板４１３及び第２の反射板６６２とが網掛け矩形領域として概略的に示されている。
【００９４】
第２のサーキュレータ９６は、第２導波管４３内において、電極４４３の基端部と出力アンテナ部４２７との間に配設される。上述の如く、出力アンテナ部４２７から放出されたマイクロ波の一部は、第１の反射板４１３に向かう。第２のサーキュレータ９６は、出力アンテナ部４２７から第１の反射板４１３へ向かうマイクロ波の進行を妨げない。一方で、第１の反射板４１３により反射され、出力アンテナ部４２７へ向かう反射マイクロ波の進行方向は、第２のサーキュレータ９６により、変更される。図１３に示される第２のサーキュレータ９６は、直角方向に反射マイクロ波の進行方向を変更している。
【００９５】
第２のダミーロード９７は、進行方向を変更された反射マイクロ波の進行方向上に配設される。第２のダミーロード９７に到達された反射マイクロ波は、第２のダミーロード９７により、熱エネルギに変換される。
【００９６】
図１４は、図１３に示される第２導波管４３の構造に、第３のサーキュレータ９８と第３のダミーロード９９とを追加的に設けた第２導波管４３の構造を示す。他の構造は、図１３に関連して説明されたものと同様である。尚、図１３と同様に、同軸ケーブル４２の先端部を構成する出力アンテナ部４２７及び電極４４３の基端部が円として概略的に示され、第１の反射板４１３及び第２の反射板６６２とが網掛け矩形領域として概略的に示されている。
【００９７】
第３のサーキュレータ９８は、第２導波管４３内において、第２反射板６６２と出力アンテナ部４２７との間に配設される。上述の如く、出力アンテナ部４２７から放出されたマイクロ波の一部は、第２の反射板６６２に向かう。第３のサーキュレータ９８は、出力アンテナ部４２７から第２の反射板６６２へ向かうマイクロ波の進行を妨げない。一方で、第２の反射板６６２により反射され、出力アンテナ部４２７へ向かう反射マイクロ波の進行方向は、第３のサーキュレータ９８により、変更される。図１３に示される第３のサーキュレータ９８は、直角方向に反射マイクロ波の進行方向を変更している。
【００９８】
第３のダミーロード９９は、進行方向を変更された反射マイクロ波の進行方向上に配設される。第３のダミーロード９９に到達された反射マイクロ波は、第３のダミーロード９９により、熱エネルギに変換される。
【００９９】
図１５は、図１３に示される第２導波管４３に対して用いられる冷却システム５００を示す。図６に関連して説明された冷却システム５００との相違点について説明する。
【０１００】
プラズマ生成ブロック４４２から排出された冷媒は、第２のダミーロード９７の入口ポート９７１に流入する。その後、第２のダミーロード９７の出口ポート９７２から排出された冷媒は、排出管路５９の基端部５９１に向かう。尚、図１４に示されるように追加的な第３のダミーロード９９を第２導波管４３が含む場合には、図１５中点線で示されるように第２のダミーロード９７の出口ポートから排出された冷媒は、第３のダミーポート９９の入口ポート９９１に流入する。その後、第３のダミーポート９９の排出ポート９９２から排出された冷媒は、排出管路５９の基端部５９１に向かう。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
上記実施形態に係る装置及び方法、半導体基板、エラストマ片、樹脂片、金属片等の材料、部品或いは製品の表面改質等の処理に、本発明は好適に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・・・・プラズマ生成装置
２７１・・・アンカーコネクタ部
２７２・・・アンテナ部
４・・・・・マグネトロン
５・・・・・冷却管路（管路）
４１・・・・第１導波管
４１２・・・反射面
４１３・・・第１のサーキュレータ
４１５・・・第１のダミーロード
４２・・・・同軸ケーブル
４２７・・・出力アンテナ部
４３・・・・第２導波管
４３１・・・第１の反射板
４４・・・・ノズル
４４２・・・プラズマ生成部
４４３・・・電極
４４０・・・ノズル体
４４１・・・ノズル体の開口部
６０１・・・送気装置
６６２・・・第２の反射板
９・・・・・戻しケーブル
９６・・・・第２のサーキュレータ
９７・・・・第２のダミーロード
９８・・・・第３のサーキュレータ
９９・・・・第３のダミーロード
【図１】
2011054422.tif 000004
【図２】
2011054422.tif 000005
【図３】
2011054422.tif 000006
【図４】
2011054422.tif 000007
【図５】
2011054422.tif 000008
【図６】
2011054422.tif 000009
【図７】
2011054422.tif 000010
【図８】
2011054422.tif 000011
【図９】
2011054422.tif 000012
【図１０】
2011054422.tif 000013
【図１１】
2011054422.tif 000014
【図１５】
2011054422.tif 000015
【図１２】
2011054422.tif 000016
【図１３】
2011054422.tif 000017
【図１４】
2011054422.tif 000018