(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ化されたガスであるプルームやプラズマ発生ノズルを冷却するための設備をできるだけ簡素なものにして、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減する。【解決手段】昇温抑制手段１００Ａは、プラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧを冷却する処理ガス冷却器１０１Ａと、チラーユニット１０２Ａと、処理ガス冷却器１０１Ａとチラーユニット１０２Ａとの間に設けられた冷却水ＣＷ１の経路１０３Ａ，１０４Ａと、処理ガス温度測定手段１０５Ａと、ガス温調回路９７とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波を伝搬する導波管と、この導波管に設けられ、前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づいて所定の処理ガスをプラズマ化してプラズマ化されたガスであるプルームを生成するとともにこのプルームを放出するプラズマ発生ノズルとを備え、このプラズマ発生ノズルから放出される前記プルームを照射するプラズマ発生装置であって、
前記プルームの昇温を抑制する昇温抑制手段を備えていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記昇温抑制手段は、前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却する処理ガス冷却器を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記処理ガス冷却器は、冷却水により前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却するものであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記処理ガス冷却器は、冷却素子を備え、この冷却素子により前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却するものであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記冷却素子は、ペルチェ素子であり、このペルチェ素子に電流を通じることにより前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却するものであることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記昇温抑制手段は、前記プラズマ発生ノズルに設けられた冷却チャネルを備え、
この冷却チャネルを流れる冷媒でプラズマ発生ノズルが冷却されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記冷媒は、前記プラズマ発生ノズルに供給される処理ガスであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記冷媒は、前記導波管に設けられたダミーロードにおいてマイクロ波のエネルギーを吸収するのに用いられるマイクロ波吸収媒体であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記昇温抑制手段は、前記マイクロ波発生手段のプラズマパワーを変更可能なプラズマパワー変更手段を備え、
このプラズマパワー変更手段が、マイクロ波発生手段のプラズマパワーを低下させることにより、プルームを冷却するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記プラズマ発生ノズルは、プルームもしくはプラズマ発生ノズルの温度を測定する温度測定手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし９に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ化されたガスであるプルームを照射するためのプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ化されたガスであるプルームを照射するためのプラズマ発生装置として、導波管の中を伝搬するマイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づいてガスをプラズマ化して放出するプラズマ発生ノズルを備えたプラズマ発生装置が知られている。
【０００３】
このようなプラズマ発生装置においては、一般に、プラズマ化されたガスであるプルームからの熱を受けてプラズマ発生ノズルが高温になる。そのため、電極を保持する絶縁部材としてテフロン（登録商標）などが用いられる場合は、できるだけプルームやプラズマ発生ノズルの温度を低く維持することが求められる。
【０００４】
また、同様に、プルームやプラズマ発生ノズルからの熱を受けてワークが高温になるので、ワークが高温に耐えられない場合は、できるだけプルームやプラズマ発生ノズルの温度を低く維持することが求められる。
【０００５】
そこで、プルームやプラズマ発生ノズルを冷却するための冷却手段を設けるように構成した技術が種々提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、電気プラズマトーチのノズル先端に冷却水ダクトを設けてこの冷却水ダクトを流れる冷却水によりノズル先端を冷却するように構成した液体または気体廃棄物の処理装置および処理方法の技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１９４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された液体または気体廃棄物の処理装置および処理方法の技術では、ノズル先端の構造が複雑になるだけでなく、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却水の独立した系統など新たな設備を装置に追加する必要があり、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを増加させていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、プラズマ化されたガスであるプルームやプラズマ発生ノズルを冷却するための設備をできるだけ簡素なものにして、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができるプラズマ発生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】
本発明の請求項１に係るプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波を伝搬する導波管と、この導波管に設けられ、前記マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づいて所定の処理ガスをプラズマ化してプラズマ化されたガスであるプルームを生成するとともにこのプルームを放出するプラズマ発生ノズルとを備え、このプラズマ発生ノズルから放出される前記プルームを照射するプラズマ発生装置であって、前記プルームの昇温を抑制する昇温抑制手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、昇温抑制手段により、プルームの昇温を抑制することによりプラズマ発生ノズルを冷却するための設備を簡素なものにすることができるので、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。その結果、部品点数が少なく動力がより小さい簡素なプラズマ発生装置にすることができる。
【００１１】
ここで、前記昇温抑制手段は、前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却する処理ガス冷却器を備えていることが望ましい（請求項２）。
【００１２】
この構成によれば、昇温抑制手段が、プラズマ発生ノズルに供給される処理ガスを冷却する処理ガス冷却器を備えているので、この冷却された処理ガスによりプラズマ化されたガスであるプルームを冷却することができる結果、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００１３】
また、処理ガスが直接的に冷却されるので、プルーム温度制御の応答特性が良好である。
【００１４】
次に、前記処理ガス冷却器は、冷却水により前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却するものであることが望ましい（請求項３）。
【００１５】
この構成によれば、冷却水により冷却された処理ガスによりプルームが冷却されるので、処理ガス冷却器において冷却水の量を変更することにより容易に熱交換量を調節してプルームの温度を調節することができるようになる。
【００１６】
また、前記処理ガス冷却器は、冷却素子を備え、この冷却素子により前記プラズマ発生ノズルに供給される前記処理ガスを冷却するものであることが望ましい（請求項４）。
【００１７】
この構成によれば、冷却素子により冷却された処理ガスによりプルームが冷却されるので、処理ガス冷却器において冷却素子の熱負荷を変更することにより容易に熱交換量を調節してプルームの温度を調節することができるようになる。
【００１８】
また、前記冷却素子は、ペルチェ素子であり、このペルチェ素子に電流を通じることによりプラズマ発生ノズルに供給される処理ガスを冷却するものであることが望ましい（請求項５）。
【００１９】
この構成によれば、処理ガス冷却器に設けられたペルチェ素子に電流を通じることにより容易に処理ガスを冷却することができるので、さらにプルーム温度制御の制御性を良好なものにすることができる。
【００２０】
また、前記昇温抑制手段は、前記プラズマ発生ノズルに設けられた冷却チャネルを備え、この冷却チャネルを流れる冷媒でプラズマ発生ノズルが冷却されるように構成してもよい（請求項６）。
【００２１】
この構成によれば、冷却チャネルを流れる冷媒でプラズマ発生ノズルが冷却されてプルームが間接的に冷却されるので、プルームの生成については安定な状態に維持したまま、プルームの温度制御を穏やかに行うことができる。
【００２２】
ここで、前記冷媒は、前記プラズマ発生ノズルに供給される処理ガスを採用することが望ましい（請求項７）。
【００２３】
この構成によれば、冷媒が、プラズマ発生ノズルに供給される処理ガスであるので、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００２４】
あるいは、前記冷媒は、前記導波管に設けられたダミーロードにおいてマイクロ波のエネルギーを吸収するのに用いられるマイクロ波吸収媒体を採用してもよい（請求項８）。
【００２５】
この構成によれば、ダミーロードにおいてマイクロ波のエネルギーを吸収するのに用いられるマイクロ波吸収媒体を冷媒として用いるので、同様に、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００２６】
あるいは、前記昇温抑制手段は、前記マイクロ波発生手段のプラズマパワーを変更可能なプラズマパワー変更手段を備え、このプラズマパワー変更手段が、マイクロ波発生手段のプラズマパワーを低下させることにより、プルームを冷却するように構成してもよい（請求項９）。
【００２７】
この構成によれば、昇温抑制手段のプラズマパワー変更手段が、マイクロ波発生手段のプラズマパワーを低下させることにより、プルームを冷却するので、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００２８】
また、プラズマパワーを低下させることにより、プルームを冷却するので、プルーム温度制御の応答特性が良好である。
【００２９】
そして、前記プラズマ発生ノズルは、プルームもしくはプラズマ発生ノズルの温度を測定する温度測定手段を備えていることが望ましい（請求項１０）。
【００３０】
この構成によれば、プラズマ発生ノズルが、プルームもしくはプラズマ発生ノズルの温度を測定する温度測定手段を備えているので、このプルームもしくはプラズマ発生ノズルの温度を監視してプラズマの温度を所定の温度に調節することにより、季節、天候、時間などによらず長時間にわたり安定した表面改質効果、有機物除去効果を保つことができるようになる。
【００３１】
このように、本発明に係るプラズマ発生装置の構成によれば、プラズマ化されたガスであるプルームあるいはプラズマ発生ノズルが直接的あるいは間接的に冷却されるので、ワークを低温に維持することができる結果、ワークが焦げたり、燃えたりするなど、ワークの品質を損なうことなく表面改質、有機物除去など所定の処理を施与することができる。
【００３２】
また、プラズマ発生ノズルが冷却されるので、ノズル部周辺が過度に高温になることがなく、例えば電極の絶縁物質であるテフロン（登録商標）が軟化するようなことを防止することができる。このように、高熱による部品の寸法変化や軟化などの変性を防止することができるので、プラズマ発生ノズルの寿命を延ばして長期にわたって使用することができるようになる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１に係るプラズマ発生装置によれば、昇温抑制手段により、プルームの昇温を抑制することによりプラズマ発生ノズルを冷却するための設備を簡素なものにすることができるので、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。その結果、部品点数が少なく動力がより小さい簡素なプラズマ発生装置にすることができる。
【００３４】
請求項２に係るプラズマ発生装置によれば、昇温抑制手段が、プラズマ発生ノズルに供給される処理ガスを冷却する処理ガス冷却器を備えているので、この冷却された処理ガスによりプラズマ化されたガスであるプルームを冷却することができる結果、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００３５】
また、処理ガスが直接的に冷却されるので、プルーム温度制御の応答特性が良好である。
【００３６】
請求項３に係るプラズマ発生装置によれば、冷却水により冷却された処理ガスによりプルームが冷却されるので、処理ガス冷却器において冷却水の量を変更することにより容易に熱交換量を調節してプルームの温度を調節することができるようになる。
【００３７】
請求項４に係るプラズマ発生装置によれば、冷却素子により冷却された処理ガスによりプルームが冷却されるので、処理ガス冷却器において冷却素子の熱負荷を変更することにより容易に熱交換量を調節してプルームの温度を調節することができるようになる。
【００３８】
請求項５に係るプラズマ発生装置によれば、処理ガス冷却器に設けられたペルチェ素子に電流を通じることにより容易に処理ガスを冷却することができるので、さらにプルーム温度制御の制御性を良好なものにすることができる。
【００３９】
請求項６に係るプラズマ発生装置によれば、冷却チャネルを流れる冷媒でプラズマ発生ノズルが冷却されてプルームが間接的に冷却されるので、プルームの生成については安定な状態に維持したまま、プルームの温度制御を穏やかに行うことができる。
【００４０】
請求項７に係るプラズマ発生装置によれば、冷媒が、プラズマ発生ノズルに供給される処理ガスであるので、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００４１】
請求項８に係るプラズマ発生装置によれば、ダミーロードにおいてマイクロ波のエネルギーを吸収するのに用いられるマイクロ波吸収媒体を冷媒として用いるので、同様に、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００４２】
請求項９に係るプラズマ発生装置によれば、昇温抑制手段のプラズマパワー変更手段が、マイクロ波発生手段のプラズマパワーを低下させることにより、プルームを冷却するので、プラズマ発生ノズルを冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【００４３】
また、プラズマパワーを低下させることにより、プルームを冷却するので、プルーム温度制御の応答特性が良好である。
【００４４】
請求項１０に係るプラズマ発生装置によれば、プラズマ発生ノズルが、プルームもしくはプラズマ発生ノズルの温度を測定する温度測定手段を備えているので、このプルームもしくはプラズマ発生ノズルの温度を監視してプラズマの温度を所定の温度に調節することにより、季節、天候、時間などによらず長時間にわたり安定した表面改質効果、有機物除去効果を保つことができるようになる。
【００４５】
このように、本発明に係るプラズマ発生装置の構成によれば、プラズマ化されたガスであるプルームあるいはプラズマ発生ノズルが直接的あるいは間接的に冷却されるので、ワークを低温に維持することができる結果、ワークが焦げたり、燃えたりするなど、ワークの品質を損なうことなく表面改質、有機物除去など所定の処理を施与することができる。
【００４６】
また、プラズマ発生ノズルが冷却されるので、ノズル部周辺が過度に高温になることがなく、例えば電極の絶縁物質であるテフロン（登録商標）が軟化するようなことを防止することができる。このように、高熱による部品の寸法変化や軟化などの変性を防止することができるので、プラズマ発生ノズルの寿命を延ばして長期にわたって使用することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の全体構成を示す斜視図であり、図２は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の全体構成を示す断面図である。また、図３は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のプラズマ発生ノズル３１の構成を示す側面図であり、図４は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のプラズマ発生ノズル３１の構成を示す断面図である。また、図５は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の昇温抑制手段１００Ａの構成を示す概念図である。なお、図１において、Ｘ−Ｘ方向を前後方向、Ｙ−Ｙ方向を左右方向、Ｚ−Ｚ方向を上下方向というものとし、−Ｘ方向を前方向、＋Ｘ方向を後方向、−Ｙを左方向、＋Ｙ方向を右方向、−Ｚ方向を下方向、＋Ｚ方向を上方向として説明する。
【００４８】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１は、ワークＷを所定のルートで搬送する搬送手段Ｃと、この搬送手段Ｃにより搬送される被処理物であるワークＷに、プラズマを照射するプラズマ発生ユニットＰＵとを備えている。
【００４９】
搬送手段Ｃは、所定の搬送路に沿って配置された複数の搬送ローラ８０を備え、この搬送ローラ８０が図略の駆動手段により駆動されることで、処理対象となるワークＷを、プラズマ発生部３０を経由して搬送させるものである。本実施形態では、半導体基板のような平型基板や電子部品が実装された回路基板、あるいはプラズマディスプレイパネルなどの平板状のワークＷが、処理対象として搬送されるようになっている。
【００５０】
また、プラズマ発生ユニットＰＵは、マイクロ波のエネルギーに基づいてプラズマの処理ガスＧ（図３）をプラズマ化して常温常圧でプラズマを生成することが可能なユニットであって、マイクロ波を伝搬させる導波管１０と、この導波管１０の一端側（左側）に配置され所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置２０（マイクロ波発生手段に相当する）と、導波管１０に設けられたプラズマ発生部３０とを備えている。
【００５１】
また、このプラズマ発生ユニットＰＵは、本実施形態では、特に、プルームＰの昇温を抑制する昇温抑制手段１００Ａ（図５）を備えている。
【００５２】
さらに、このプラズマ発生ユニットＰＵは、付帯設備として、導波管１０の他端側（右側）に配置されマイクロ波を反射させるスライディングショート４０と、導波管１０に放出されたマイクロ波のうち反射マイクロ波がマイクロ波発生装置２０に戻らないよう分離するサーキュレータ５０と、サーキュレータ５０で分離された反射マイクロ波を吸収するダミーロード６０と、インピーダンス整合を行うスタブチューナ７０とを備えている。
【００５３】
上記導波管１０は、マイクロ波発生装置２０により発生されたマイクロ波をプラズマ発生部３０へ向けて、その長手方向に伝搬させるものであり、本実施形態では、マイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１と、スタブチューナ７０が組み付けられる第２導波管ピース１２と、プラズマ発生部３０が設けられている第３導波管ピース１３とを備えている。
【００５４】
これら第１導波管ピース１１と、第２導波管ピース１２と、第３導波管ピース１３とは、本実施形態では、それぞれアルミニウム等の非磁性金属の平板からなる上面板と、下面板と、２枚の側面板とを用いて角筒状に組み立てられ、その両端にフランジ板が取り付けられて形成された断面矩形の長尺管で構成されている。そして、これらの長尺管からなる第１導波管ピース１１と、第２導波管ピース１２と、第３導波管ピース１３とは、互いのフランジ板で連結されるが、この時、第１導波管ピース１１と第２導波管ピース１２との間にはサーキュレータ５０が介在され、また、第３導波管ピース１３の他端側にはスライディングショート４０が連結される。
【００５５】
上記マイクロ波発生装置２０（マイクロ波発生手段に相当する）は、本実施形態では、周波数２．４５ＧＨｚ、出力エネルギー１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波を出力できる連続可変型のマイクロ波発生源と、このマイクロ波発生源にて発生されたマイクロ波の強度を所定の出力強度に調整するアンプとの両方を有する装置本体部２１と、この装置本体部２１で発生されたマイクロ波を導波管１０の内部へ放出するマイクロ波送信アンテナ２２（図２）とを備えたものであり、第１導波管ピース１１に載置される態様で固定されている。
【００５６】
このマイクロ波発生装置２０は、図２に示すように、装置本体部２１が第１導波管ピース１１の上面板１１Ｕに載置され、マイクロ波送信アンテナ２２が上面板に穿設された貫通孔１１１を通して第１導波管ピース１１内部の導波空間１１０に突出する態様で固定されている。
【００５７】
このように構成されることで、マイクロ波送信アンテナ２２から放出されたマイクロ波は、導波管１０により、その一端側（左側）から他端側（右側）に向けて伝搬される。
【００５８】
上記プラズマ発生部３０は、第３導波管ピース１３（導波管１０）に設けられ、マイクロ波を受信しそのマイクロ波のエネルギーに基づいてプラズマ化したガスであるプルームＰを生成して放出するプラズマ発生ノズル３１を備えている。そして、このプラズマ発生ノズル３１から処理対象とされるワークＷにプルームＰを照射して所定の処理を施与するように構成されている。
【００５９】
このプラズマ発生ノズル３１は、図３と図４とに示すように、ノズルホルダ３４と、ノズル本体３３と、シール部材３５と、内部導電体３２と、プラズマ発生ノズル３１の先端に設けられた回転可能な回転板３６とを備えている。
【００６０】
まず、ノズルホルダ３４は、ノズル本体３３を保持するために設けられた良導電性金属の筒状体であり、第３導波管ピース１３の下面板１３Ｂに穿孔された貫通孔１３１に溶接されている。
【００６１】
このノズルホルダ３４の外周には、処理ガスＧをプラズマ発生ノズル３１に供給するための一対のガス供給孔３４４が穿孔され、所定の処理ガスＧを供給するガス供給管の終端部を接続するための管継手が取り付けられる。
【００６２】
ノズル本体３３は、ノズルホルダ３４に下から嵌め合わされる良導電性金属の筒状体であり、上方から順に、ガスシールリング３７を保持するための環状凹部３３Ｓと、ノズルホルダ３４に嵌合される上側胴部３３Ｕと、環状に突設されたフランジ部３３Ｆとを備えている。また、上側胴部３３Ｕには、所定の処理ガスＧを筒状空間３３２へ供給させるための連通孔３３３が穿孔されている。
【００６３】
このノズル本体３３は、内部導電体３２の周囲に配置された外部導電体として機能するもので、ノズル本体３３の外周部がノズルホルダ３４の内周壁と接触し、またフランジ部３３Ｆの上端面がノズルホルダ３４の下端縁と接触するようにノズルホルダ３４に嵌合されている。なお、ノズル本体３３は、図示しないが、例えばプランジャやセットビス等を用いて、ノズルホルダ３４に対して着脱自在な固定構造で装着される。
【００６４】
そして、ノズルホルダ３４のガス供給孔３４４と、ノズル本体３３の連通孔３３３とは、ノズル本体３３がノズルホルダ３４への定位置嵌合された場合に互いに連通状態となるように、各々位置設定されている。なお、ガス供給孔３４４と連通孔３３３との突き合わせ部からのガス漏洩を抑止するために、ノズル本体３３とノズルホルダ３４との間にはガスシールリング３７が介在されている。
【００６５】
シール部材３５は、内部導電体３２を固定的に保持する保持孔３５１をその中心軸上に備えるテフロン（登録商標）等の耐熱性樹脂材料やセラミック等からなる絶縁性部材からなる筒状体である。
【００６６】
このシール部材３５は、その下端縁がノズル本体３３の上端縁と当接し、その上端縁がノズルホルダ３４の上端係止部３４５と当接する態様で、ノズルホルダ３４の上部に保持されている。すなわち、内部導電体３２を支持した状態のシール部材３５がノズル本体３３の上端縁でその下端縁が押圧されるようにして組み付けられている。
【００６７】
内部導電体３２は、良導電性金属で構成された棒状部材であり、第３導波管ピース１３（導波管１０）の内部に一端が突出するように設けられている。そして、この第３導波管ピース１３の内部に一端が突出するように設けられた受信アンテナ部３２０が導波管１０内を伝搬するマイクロ波を受信することで、マイクロ波エネルギーが与えられるようになっている。この内部導電体３２は、長さ方向略中間部において、シール部材３５により保持されている。
【００６８】
これらノズルホルダ３４と、ノズル本体３３と、第３導波管ピース１３は導通状態（同電位）とされる一方で、内部導電体３２は絶縁性のシール部材３５で支持され、電気的に絶縁されている。従って、第３導波管ピース１３がアース電位とされた状態で、ノズル本体３３には、内部導電体３２の対電極が形成される。そして内部導電体３２の受信アンテナ部３２０にマイクロ波が受信されると、内部導電体３２にマイクロ波電力が給電され、その下端部３２２とノズル本体３３との間に電界集中部が形成されて、プルームが生成される。
【００６９】
なお、このプラズマ発生ノズル３１は、プルームＰもしくはプラズマ発生ノズル３１の温度を測定するために、図９に示すように、プラズマ発生ノズル３１の先端に熱電対からなる温度測定手段３９を備えており、この温度測定手段３９と、次に述べる昇温抑制手段１００Ａとにより、プルームＰもしくはプラズマ発生ノズル３１の温度を調節することができるようになっている。
【００７０】
ここで、プラズマ発生ノズル３１の昇温抑制手段１００Ａについて説明する。図５に示すように、本実施形態では、プラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧを冷却する昇温抑制手段１００Ａが、プラズマ発生ノズル３１と、ガスボンベが採用されている処理ガス供給源９２１との間に設けられており、この昇温抑制手段１００Ａにおいて循環する冷却水ＣＷ１がプラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧを冷却することにより、プラズマ発生ノズル３１の温度を抑制することができるように構成されている。
【００７１】
具体的には、この昇温抑制手段１００Ａは、プラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧを冷却する処理ガス冷却器１０１Ａと、チラーユニット１０２Ａと、処理ガス冷却器１０１Ａとチラーユニット１０２Ａとの間に設けられた冷却水ＣＷ１の経路１０３Ａ、１０４Ａと、処理ガス温度測定手段１０５Ａとを備えている。そして、後述する制御系９０のガス温調回路９７により、処理ガスＧの温度が制御されるようになっている。
【００７２】
ここで、処理ガス冷却器１０１Ａは、熱交換部１０６Ａにおいて処理ガスＧと冷却水ＣＷ１との熱交換Ｑ１を行うものであり、この熱交換部１０６Ａは、外側が処理ガスＧに、内側が冷却水ＣＷ１に接するコイル式冷却水管で構成されている。
【００７３】
また、チラーユニット１０２Ａは、処理ガス冷却器１０１Ａに冷却水ＣＷ１を送るとともに、処理ガスＧで暖められた冷却水ＣＷ１を回収して、再び処理ガス冷却器１０１Ａに供給可能な温度までに冷却水ＣＷ１を冷却するものであり、内側が冷却水ＣＷ１に接するコイル式冷却水管を図略の冷凍機により、熱量Ｑ２だけ冷却することにより経路内を循環する冷却水ＣＷ１を冷却するように構成されている。
【００７４】
また、処理ガス温度測定手段１０５Ａは、熱電対で構成されている。
【００７５】
そしてガス温調回路９７は、プラズマ発生ノズル３１の温度測定手段３９（図９）の温度測定結果に基づいて、処理ガスＧの温度を調節するものであり、後述するプラズマ発生装置Ｓ１の制御系９０のプルーム温度制御部９６から温度の設定値を受け取って処理ガスＧの温度を調節するように構成されている。
【００７６】
次に、図６〜図８を参照して、プラズマ発生ユニットＰＵの付帯設備であるスライディングショート４０と、サーキュレータ５０と、ダミーロード６０と、スタブチューナ７０とについて説明する。図６は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のスライディングショート４０の内部構造を示す透視斜視図であり、図７は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のサーキュレータ５０の作用を説明するためのプラズマ発生ユニットＰＵの上面図である。また、図８は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のスタブチューナ７０の設置状況を示す透視側面図である。
【００７７】
上記スライディングショート４０は、図６に示すように、第３導波管ピース１３の内部にマイクロ波の定在波パターンを形成して、各々のプラズマ発生ノズル３１に備えられている内部導電体３２と、導波管１０の内部を伝搬されるマイクロ波との結合状態を最適化するためのものである。
【００７８】
このスライディングショート４０は、第３導波管ピース１３の右側端部に連結され、マイクロ波の反射位置を変化させて定在波パターンを調整することができるように構成されている。すなわち、このスライディングショート４０は、導波管１０と同様な断面矩形の筐体部４１と、この筐体部４１に収納された円柱状の反射ブロック４２と、筐体部４１内を左右方向に摺動する矩形ブロック４３と、この矩形ブロック４３に組み付けられた移動機構４４と、シャフト４５と、このシャフト４５を介して反射ブロック４２に直結されている調整ノブ４６とを備えている。
【００７９】
筐体部４１は、導波管１０と同じ材料で構成された断面矩形の筐体構造であり、中空空間４１０を有する。
【００８０】
反射ブロック４２は、マイクロ波の反射面となる先端面４２１が第３導波管ピース１３の導波空間１３０に対向するよう左右方向に延在する円柱体である。
【００８１】
矩形ブロック４３は、反射ブロック４２の基端部に一体的に取り付けられた矩形の部材であり、筐体部４１内を左右方向に摺動する。
【００８２】
移動機構４４は、反射ブロック４２およびこれと一体化された矩形ブロック４３を左右方向に推進若しくは後退させる機構であり、かかる反射ブロック４２の移動による先端面４２１の位置調整によって、定在波パターンが最適化される。
【００８３】
シャフト４５は、移動機構４４に螺合するねじ構造で構成され、このシャフト４５が回転することによりこのシャフト４５に螺合する移動機構４４が、左右方向に推進若しくは後退されるようになっている。
【００８４】
調整ノブ４６は、シャフト４５の端部に固定された円盤状の部材であり、この調整ノブ４６を回転させることで反射ブロック４２が中空空間４１０内において矩形ブロック４３にてガイドされつつ左右方向に移動可能とされている。
【００８５】
上記サーキュレータ５０は、図７に示すように、プラズマ発生部３０へ向けて伝搬されたマイクロ波のうちプラズマ発生部３０で電力消費されずに戻って来る反射マイクロ波を、マイクロ波発生装置２０に戻さずにダミーロード６０へ向かわせることにより、反射マイクロ波によってマイクロ波発生装置２０が過熱状態となることを防止するものであり、フェライト柱を内蔵する導波管型の３ポートサーキュレータで構成されている。すなわち、サーキュレータ５０の第１ポート５１には第１導波管ピース１１が、第２ポート５２には第２導波管ピース１２が、さらに第３ポート５３にはダミーロード６０がそれぞれ接続されており、マイクロ波発生装置２０のマイクロ波送信アンテナ２２から発生されたマイクロ波は、矢印ａで示すように第１ポート５１から第２ポート５２を経由して第２導波管ピース１２へ向かう。また、第２導波管ピース１２側から入射する反射マイクロ波は、矢印ｂで示すように、第２ポート５２から第３ポートへ向かうよう偏向され、ダミーロード６０へ入射される。
【００８６】
上記ダミーロード６０は、図７に示すように、ダミーロード６０へ入射される反射マイクロ波を吸収して熱に変換する電波吸収体である。このダミーロード６０には、冷却水ＣＷ２を内部に流通させるための冷却水流通口６１が設けられており、反射マイクロ波を熱に変換することにより発生した熱がこの冷却水により冷却されるようになっている。
【００８７】
上記スタブチューナ７０は、図８に示すように、導波管１０とプラズマ発生ノズル３１とのインピーダンス整合を図るためのものであり、第２導波管ピース１２の上面板１２Ｕに所定間隔を置いて直列配置された同一構造の３つのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃを備えている。
【００８８】
そして、それぞれのスタブチューナユニット７０Ａ〜７０Ｃは、第２導波管ピース１２の導波空間１２０に突出するスタブ７１と、このスタブ７１に直結された操作棒７２と、スタブ７１を上下方向に出没動作させるための移動機構７３と、これら機構を保持する外套７４とから構成されている。
【００８９】
ここで、スタブ７１は、その導波空間１２０への突出長が各操作棒７２により独立して調整可能とされている。これらスタブ７１の突出長は、例えばマイクロ波電力パワーをモニターしつつ、内部導電体３２による消費電力が最大となるポイント（反射マイクロ波が最小になるポイント）を探索することで決定される。なお、このようなインピーダンス整合は、必要に応じてスライディングショート４０と連動させて実行される。
【００９０】
次に、図９を参照して、本実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の電気的構成と本発明に係るプラズマ発生装置Ｓ１の作用について説明する。図９は、プラズマ発生装置Ｓ１の制御系９０を示すブロック図である。
【００９１】
図９に示すように、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の制御系９０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等からなり、機能的にマイクロ波出力制御部９１と、ガス流量制御部９２と、モータ制御部９３と、全体制御部９４と、全体制御部９４に対して所定の操作信号を与える操作部９５と、プルームＰの温度を制御するプルーム温度制御部９６と、処理ガスＧの温度を調節するガス温調回路９７とを備えている。
【００９２】
ここで、マイクロ波出力制御部９１は、マイクロ波発生装置２０から出力されるマイクロ波のＯＮ−ＯＦＦ制御、出力強度制御を行うもので、所定のパルス信号を生成してマイクロ波発生装置２０によるマイクロ波発生の動作制御を行う。
【００９３】
また、ガス流量制御部９２は、各プラズマ発生ノズル３１へ供給する処理ガスＧの流量制御を行うものである。具体的には、ガスボンベ等の処理ガス供給源９２１とプラズマ発生ノズル３１との間を接続するガス供給管９２２に設けられた流量制御弁９２３の開閉制御乃至は開度調整を行う。
【００９４】
また、モータ制御部９３は、搬送ローラ８０を回転駆動させる駆動モータ９３１の動作制御を行うもので、ワークＷの搬送開始及び停止、搬送速度の制御等を行うものである。
【００９５】
また、全体制御部９４は、プラズマ発生装置Ｓ１の全体的な動作制御を司るもので、操作部９５から与えられる操作信号に応じて、マイクロ波出力制御部９１、ガス流量制御部９２及びモータ制御部９３を、所定のシーケンスに基づいて動作制御する。すなわち、予め与えられた制御プログラムに基づいて、ワークＷの搬送を開始させてワークＷをプラズマ発生部３０へ導き、所定流量の処理ガスＧを各プラズマ発生ノズル３１へ供給させつつマイクロ波電力を与えてプラズマ（プルームＰ）を発生させ、ワークＷを搬送しながらその表面にプルームＰを放射させる。これにより、複数のワークＷを連続的に処理することができる。
【００９６】
さらに、プルーム温度制御部９６は、プルームＰの温度を制御するものであり、プラズマ発生ノズル３１の温度測定手段３９の温度測定結果に基づいてガス温調回路９７に処理ガスＧの温度の設定値を送信する。
【００９７】
そしてガス温調回路９７は、プルーム温度制御部９６から温度の設定値を受け取って、図５に示すように、チラーユニット１０２Ａの冷凍機の能力Ｑ２の変更をする。そして、冷凍機の能力Ｑ２の変更が行われることにより、処理ガス冷却器１０１Ａの熱交換量Ｑ１も変更されて処理ガスＧの温度が調節される。
【００９８】
このようにして、本実施形態では、昇温抑制手段１００Ａの処理ガス冷却器１０１Ａにより冷却された酸素ガスや空気のような酸素系の処理ガスＧが、プラズマ発生ノズル３１へ供給される。そしてマイクロ波電力により処理ガスＧが励起されて内部導電体３２の下端部付近においてプラズマ（電離気体）が発生する。このプラズマは、電子温度が数万度であるものの、ガス温度は外界温度に近い反応性プラズマ（中性分子が示すガス温度に比較して、電子が示す電子温度が極めて高い状態のプラズマ）であって、常圧下で発生するプラズマである。
【００９９】
また、プラズマ化された処理ガスＧは、ガス供給孔３４４から与えられるガス流によりプルームＰとしてノズル本体３３の下端縁から放射される。このプルームＰにはラジカルが含まれ、処理ガスＧとして酸素ガスや空気のような酸素系の処理ガスＧが使用されているので、酸素ラジカルが生成されることとなり、有機物の分解・除去作用、レジスト除去作用等を有するプルームＰとすることができる。本実施形態に係るプラズマ発生ユニットＰＵでは、プラズマ発生ノズル３１が複数個配列されていることから、左右方向に延びるライン状のプルームＰを発生させることが可能となる。
【０１００】
そして、本実施形態では、昇温抑制手段１００Ａの処理ガス冷却器１０１Ａにより、処理ガスＧが冷却されているので、このプルームＰの温度が高くなり過ぎないようにすることができる。
【０１０１】
以上説明したプラズマ発生装置Ｓ１によれば、昇温抑制手段１００ＡがプルームＰの昇温を抑制するので、プラズマ発生ノズル３１を冷却するための設備を簡素なものにすることができる結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。その結果、部品点数が少なく動力がより小さい簡素なプラズマ発生装置にすることができる。
【０１０２】
また、昇温抑制手段１００Ａが、プラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧを冷却する処理ガス冷却器１０１Ａを備えているので、この冷却された処理ガスＧによりプラズマ化されたガスであるプルームＰを冷却することができる結果、プラズマ発生ノズル３１を冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【０１０３】
さらに、処理ガスＧが直接的に冷却されるので、プルーム温度制御の応答特性が良好である。
【０１０４】
そして、冷却水ＣＷ１により冷却された処理ガスＧによりプルームＰが冷却されるので、処理ガス冷却器１０１Ａにおいて冷却水ＣＷ１の量を変更することにより容易に熱交換量を調節してプルームＰの温度を調節することができるようになる。
【０１０５】
また、特に、プラズマ発生ノズル３１が、プルームＰもしくはプラズマ発生ノズル３１の温度を測定する温度測定手段３９を備えているので、このプルームＰもしくはプラズマ発生ノズル３１の温度を監視してプラズマの温度を所定の温度に調節することにより、季節、天候、時間などによらず長時間にわたり安定した表面改質効果、有機物除去効果を保つことができるようになる。
【０１０６】
このように、本実施形態によれば、プラズマ発生ノズル３１が冷却されるので、ワークを低温に維持することができる結果、ワークが焦げたり、燃えたりするなど、ワークの品質を損なうことなく表面改質、有機物除去など所定の処理を施与することができる。
【０１０７】
また、プラズマ発生ノズル３１が冷却されるので、ノズル部周辺が過度に高温になることがなく、例えば電極の絶縁物質であるテフロン（登録商標）が軟化するようなことを防止することができる。また、このように高熱による部品の寸法変化や軟化などの変性を防止することができるので、プラズマ発生ノズル３１の寿命を延ばして長期にわたって使用することができるようになる。
【０１０８】
次に、図１０と、図１１とを参照しながら、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の昇温抑制手段１００Ａの変形例について説明する。図１０は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂの構成を示す概念図であり、図１１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂの制御を説明する工程図である。なお、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１と同様の構成については同じ符号を付し、説明の重複を避けるものとする。
【０１０９】
図１０に示すように、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂは、冷却素子１０２Ｂとヒートシンク１０３Ｂとを有する処理ガス冷却器１０１Ｂを備えており、この処理ガス冷却器１０１Ｂによりプラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧを冷却することができるように構成されている。
【０１１０】
ここで、処理ガス冷却器１０１Ｂの冷却素子１０２Ｂは、本実施形態ではペルチェ素子が採用されており、このペルチェ素子に電流を通じることにより、処理ガスＧが冷却されるようになっている。
【０１１１】
また、ヒートシンク１０３Ｂは、冷却素子１０２Ｂに付随して外部へ熱を放散するものであり、多数のプレートフィン放熱板で構成されている。
【０１１２】
そして、この昇温抑制手段１００Ｂによる処理ガス温度の制御の要領は以下の通りである。すなわち、図１１に示すように、装置に電源が投入されて（ステップＳ１）、ガスが供給され（ステップＳ２）、数秒の待機時間があった（ステップＳ３）後、ペルチェ動作が開始される（ステップＳ４）。
【０１１３】
そして、測定されたガス温度が規定値より高いかどうかが判定され（ステップＳ５）、高い場合は、ペルチェ電流が１ビット分増やされ、ステップ３に戻る。また、そうでない場合は、測定されたガス温度が規定値より低いかどうかが判定され（ステップＳ７）、低い場合は、ペルチェ電流が１ビット分減らされ、ステップ３に戻る。
【０１１４】
また、ステップＳ７において測定されたガス温度が規定値より低くない場合も、ステップ３に戻って、再びペルチェ電流の制御が繰り返される。
【０１１５】
このように、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂによれば、冷却素子１０２Ｂにより冷却された処理ガスＧによりプルームＰが冷却されるので、処理ガス冷却器１０１Ａにおいて冷却素子１０２Ｂの熱負荷を変更することにより容易に熱交換量を調節してプルームＰの温度を調節することができるようになる。
【０１１６】
また、特に、冷却素子１０２Ｂとしてペルチェ素子を処理ガス冷却器１０１Ａに設け、このペルチェ素子に電流を通じることにより容易に処理ガスＧを冷却することができるので、さらにプルーム温度制御の制御性を良好なものにすることができる。
【０１１７】
次に、図１２を参照して、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２について説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の昇温抑制手段２００Ａの構成を示す斜視図である。なお、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１と同様の構成については同じ符号を付し、説明の重複を避けるものとする。
【０１１８】
図１２に示すように、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の昇温抑制手段２００Ａは、プラズマ発生ノズル３１に設けられた冷却チャネル２０１Ａを備え、この冷却チャネル２０１Ａを流れる冷媒でプラズマ発生ノズル３１が冷却されるように構成されている。
【０１１９】
ここで、本実施形態では、冷却チャネル２０１Ａを流れる冷媒は、プラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧが採用されている。すなわち、処理ガスＧは、ガス供給孔３４４から供給された後、ノズル本体３３の筒状空間３３２に行く前に、冷却チャネル２０１Ａを流れて、プラズマ発生ノズル３１を冷却するように構成されている。
【０１２０】
この構成によれば、冷却チャネル２０１Ａを流れる冷媒でプラズマ発生ノズル３１が冷却されてプルームＰが間接的に冷却されるので、プルームＰの生成については安定な状態に維持したまま、プルームＰの温度制御を穏やかに行うことができる。
【０１２１】
また、冷媒が、プラズマ発生ノズル３１に供給される処理ガスＧであるので、プラズマ発生ノズル３１を冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【０１２２】
次に、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の昇温抑制手段２００Ａの変形例について図１３〜図１５を参照しながら説明する。図１３は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂの構成を示す概念図であり、図１４は、図１３の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂのプラズマ発生ノズル３１における冷媒の流れを示す説明図である。また、図１５は、図１３の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂ全体における冷媒の流れを示す説明図である。なお、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２と同様の構成については同じ符号を付し、説明の重複を避けるものとする。
【０１２３】
図１３〜図１５に示すように、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂにおいては、プラズマ発生ノズル３１のノズル本体３３は、Ｏリング３３５Ａ、３３５Ｂ、３３５Ｃ、３３５Ｄを挟んで４つの部材３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄを重ね合わせることにより構成されている。そして、これらノズル本体３３を構成する４つの部材３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄの間に形成される冷却チャネル２０１Ｂ（連通される冷却チャネル２０２Ｂ、２０３Ｂ、２０４Ｂで構成される）を流れる冷媒でプラズマ発生ノズル３１が冷却されるようになっている。
【０１２４】
なお、昇温抑制手段２００Ｂにおいては、冷却チャネル２０１Ｂを流れる冷媒は、導波管１０に設けられたスライディングショート４０やダミーロード６０においてマイクロ波のエネルギーを吸収するのに用いられるマイクロ波吸収媒体である冷却水ＣＷ２が採用されている。すなわち、図１５に示すように、冷却水ＣＷ２は、本実施形態では、ダミーロード６０と、プラズマ発生ノズル３１と、第２ダミーロード６０´（スライディングショート４０に代えてダミーロードが取り付けられる場合）とを循環することにより、それぞれにおいて冷却に係る熱量Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５を回収する。また、これら冷却に係る熱量Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５は、チラーユニット２０５Ｂの負荷Ｑ６としてチラーユニット２０５Ｂに付属の冷凍機で系外に放出される。
【０１２５】
なお、本実施形態では、チラーユニット２０５Ｂの負荷Ｑ６は、プラズマ発生ノズル３１の温度測定手段３９の温度測定結果に基づいてプルーム温度制御部９６からの直接の信号で制御される。
【０１２６】
この構成によれば、ダミーロード６０においてマイクロ波のエネルギーを吸収するのに用いられるマイクロ波吸収媒体を冷媒として用いるので、プラズマ発生ノズル３１を冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【０１２７】
次に、図１６を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ３について説明する。図１６は、本発明の第３の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ３の昇温抑制手段３００の構成を示すブロック図である。なお、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１と同様の構成については同じ符号を付し、説明の重複を避けるものとする。
【０１２８】
本発明の第３の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ３は、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１において、昇温抑制手段１００Ａの代わりに、図１６に示すような昇温抑制手段３００を備えている。すなわちこの第３の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ３の昇温抑制手段３００は、マイクロ波発生手段であるマイクロ波発生装置２０のプラズマパワーを変更可能なプラズマパワー変更手段として、プラズマ発生ノズル３１の温度を測定する温度測定手段３９と、マイクロ波出力制御部９１と、全体制御部９４とを備えている。そして温度測定手段３９が測定したプラズマ発生ノズル３１の温度が高すぎる場合に、このプラズマパワー変更手段の全体制御部９４が、マイクロ波出力制御部９１を介してマイクロ波発生装置２０のプラズマパワーを低下させることにより、プルームＰを冷却することができるように構成されている。
【０１２９】
この構成によれば、昇温抑制手段３００のプラズマパワー変更手段である温度測定手段３９と、マイクロ波出力制御部９１と、全体制御部９４とが、マイクロ波発生手段のプラズマパワーを低下させることにより、プルームＰを冷却するので、プラズマ発生ノズル３１を冷却するための冷却流体の独立した系統を別途新たに設ける必要がない。その結果、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【０１３０】
また、プラズマパワーを低下させることにより、プルームＰを冷却するので、プルーム温度制御の応答特性が良好である。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とそれぞれの変形例とについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記の実施形態を取ることができる。
【０１３２】
（１）例えば、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の昇温抑制手段１００Ａにおいて、処理ガスＧを冷却する冷媒は、冷却水ＣＷ１に限定されない。冷凍機の冷媒ガスで直接処理ガスＧを冷却するなど、冷媒については種々の設計変更が可能である。
【０１３３】
（２）また、第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂにおいても、冷却素子１０２Ｂは、ペルチェ素子に限定されない。物理化学的に処理ガスＧを冷却することが可能な冷却素子であれば、種々の冷却素子が採用可能である。
【０１３４】
（３）また、第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の昇温抑制手段２００Ａにおいて、プラズマ発生ノズル３１に設けられた冷却チャネル２０１Ａを流れる冷媒は、処理ガスＧや冷却水ＣＷ２に限定されない。その他の低温のガスや液体など、種々の冷媒が採用可能である。
【０１３５】
その他、以下の実施形態を取ることができる。
【０１３６】
（４）上記実施形態では、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１は、半導体基板のような平型基板や電子部品が実装された回路基板、あるいはプラズマディスプレイパネルなどの平板状のワークＷに対してプラズマを照射するように構成されているが、必ずしもこのようなワークＷに対してプラズマを照射するものである必要はなく、特定のガスの化学反応に寄与するようなものでもよいなど、種々の設計変更が可能である。
【０１３７】
（５）それ故、ワークＷを所定のルートで搬送する搬送手段Ｃなどは必ずしも必須ではない。
【０１３８】
（６）また、導波管１０も、必ずしも図示のようにマイクロ波発生装置２０が搭載される第１導波管ピース１１と、スタブチューナ７０が組み付けられる第２導波管ピース１２と、プラズマ発生部３０が設けられている第３導波管ピース１３とに分離される必要はなく、共通の導波管が用いられたりすることも可能であるなど、種々の設計変更が可能である。
【０１３９】
（７）また、導波管１０は、必ずしもアルミニウムから断面矩形の長尺管である必要はなく、その他の非磁性体金属からなる円管なども採用可能であるなど種々の設計変更が可能である。
【０１４０】
（８）上記マイクロ波発生装置２０は、周波数２．４５ＧＨｚ、出力エネルギー１Ｗ〜３ｋＷのマイクロ波を出力できる連続可変型のマイクロ波発生源に限定されない。その他のマイクロ波発生源も採用可能である。
【０１４１】
（９）また、本実施形態では、酸素ガスや空気のような酸素系の処理ガスＧがプラズマ発生ノズル３１へ供給されるが、処理ガスＧは、酸素ガスや空気のような酸素系のガスに限定されない。処理ガスＧとしてアルゴンガスのような不活性ガスや窒素ガスを用いれば、各種基板の表面クリーニングや表面改質を行うことができる。また、フッ素を含有する化合物ガスを用いれば基板表面を撥水性表面に改質することができ、親水基を含む化合物ガスを用いることで基板表面を親水性表面に改質することができる。さらに、金属元素を含む化合物ガスを用いれば、基板上に金属薄膜層を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明に係るプラズマ発生装置によれば、プラズマ化されたガスであるプルームを照射可能なプラズマ発生装置において、プルームやプラズマ発生ノズルを冷却するための設備をできるだけ簡素なものにして、プラズマ発生装置の製造コストと運転コストとを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の全体構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の全体構成プラズマ発生部３０の構成を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のプラズマ発生ノズル３１の構成を示す側面図である。
【図４】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のプラズマ発生ノズル３１の構成を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の昇温抑制手段１００Ａの構成を示す概念図である。
【図６】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のスライディングショート４０の内部構造を示す透視斜視図である。
【図７】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のサーキュレータ５０の作用を説明するためのプラズマ発生ユニットＰＵの上面図である。
【図８】第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１のスタブチューナ７０の設置状況を示す透視側面図である。
【図９】プラズマ発生装置Ｓ１の制御系９０を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂの構成を示す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ１の変形例に係る昇温抑制手段１００Ｂの制御を説明する工程図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の昇温抑制手段２００Ａの構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ２の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂの構成を示す概念図である。
【図１４】図１３の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂのプラズマ発生ノズル３１における冷媒の流れを示す説明図である。
【図１５】図１３の変形例に係る昇温抑制手段２００Ｂ全体における冷媒の流れを示す説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係るプラズマ発生装置Ｓ３の昇温抑制手段３００の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１４４】
ＣＷ１  冷却水
ＣＷ２  冷却水（マイクロ波吸収媒体）
Ｇ      処理ガス
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３    プラズマ発生装置
Ｐ      プルーム
１０    導波管
２０    マイクロ波発生装置（マイクロ波発生手段）
３１    プラズマ発生ノズル
３９    温度測定手段
６０    ダミーロード
１００Ａ、１００Ｂ、２００Ａ、２００Ｂ、３００  昇温抑制手段
１０１Ａ、１０１Ｂ  処理ガス冷却器
１０２Ｂ  冷却素子
２０１Ａ、２０１Ｂ  冷却チャネル
【図１】
2007227297.tif 000003
【図２】
2007227297.tif 000004
【図３】
2007227297.tif 000005
【図４】
2007227297.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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