(57)【要約】  本技術は、より強い電界をスロット（１１１）に発生させることを図ったプラズマ発生装置（１００）を提供する。導波管（１１０）は、導波管（１１０）の内側に面する第１の導体面（Ｓ１）と、導波管（１１０）の内側に面する第２の導体面（Ｓ２）と、第１の導体面（Ｓ１）から導波管（１１０）の外部まで貫通するスロット（１１１）と、を有する。第１の導体面（Ｓ１）と第２の導体面（Ｓ２）とは、導通しているとともに互いに対向している。ｚ方向に垂直な断面における第１の導体面（Ｓ１）のｙ方向の第１の長さ（Ｌ１）が、ｚ方向に垂直な断面における第２の導体面（Ｓ２）のｙ方向の第２の長さ（Ｌ２）よりも短い。第１の長さ（Ｌ１）は、ｚ方向に垂直な断面におけるスロット（１１１）のｙ方向の長さを含む。第２の長さ（Ｌ２）は、第１の導体面（Ｓ１）と第２の導体面（Ｓ２）との間のｘ方向の距離よりも短い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘｙｚ直交座標系におけるｚ方向に延伸する導波管と、前記導波管をｚ方向に伝送するマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、を有し、  前記導波管は、    前記導波管の内側に面する第１の導体面と、    前記導波管の内側に面する第２の導体面と、    前記第１の導体面から前記導波管の外部まで貫通するスロットと、を有し、  前記第１の導体面と前記第２の導体面とは、    導通しているとともに互いに対向しており、  ｚ方向に垂直な断面における前記第１の導体面のｙ方向の第１の長さが、    ｚ方向に垂直な断面における前記第２の導体面のｙ方向の第２の長さよりも短く、  前記第１の長さは、    ｚ方向に垂直な断面における前記スロットのｙ方向の長さを含み、  前記第２の長さは、    前記第１の導体面と前記第２の導体面との間のｘ方向の距離よりも短いことを含むプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ発生装置において、  前記第１の導体面と前記第２の導体面とは、    ｙｚ平面に平行な面であることを含むプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置において、  前記導波管は、    前記導波管の内側に面して前記第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面と第４の導体面と、  第１の接続面と第２の接続面との少なくとも一方と、を有し、  前記第３の導体面と前記第４の導体面とは、    ｘｚ平面に平行な面を含んでおり、  前記第１の接続面は、    前記スロットまたは前記第１の導体面と前記第３の導体面とを接続し、  前記第２の接続面は、    前記スロットまたは前記第１の導体面と前記第４の導体面とを接続することを含むプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ発生装置において、  前記第１の接続面と前記第４の導体面との間の距離は、    前記第１の導体面から遠ざかるほど大きいことを含むプラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のプラズマ発生装置において、  前記第２の接続面と前記第３の導体面との間の距離は、    前記第１の導体面から遠ざかるほど大きいことを含むプラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置において、  前記導波管は、    前記導波管の内側に面して前記第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面および第４の導体面と、    前記導波管の内側に面して前記第３の導体面の一部と対面する第５の導体面と、    前記導波管の内側に面して前記第４の導体面の一部と対面する第６の導体面と、を有し、  前記第３の導体面と前記第４の導体面とは、    ｘｚ平面に平行な面を含んでおり、  前記第５の導体面のｘ方向の長さおよび前記第６の導体面のｘ方向の長さは、    前記第１の導体面と前記第２の導体面との間の距離よりも短いことを含むプラズマ発生装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置において、  前記導波管は、    前記導波管の内側に面して前記第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面および第４の導体面と、    前記導波管の内側に面して前記第１の導体面と連なる第５の導体面と、    前記導波管の内側に面して前記第３の導体面と連なる第６の導体面と、を有し、  前記第６の導体面は、前記第３の導体面と前記第５の導体面との間に位置しており、  前記導波管が、次式      ０．２４・Ａ−３．６  ≦  ａ  ≦  ０．５６・Ａ−８．４            Ａ：前記導波管の伝送方向に垂直な断面における前記第１の導体面と前記第２の導体面との間の距離            ａ：前記導波管の伝送方向に垂直な断面における前記第１の導体面と前記第６の導体面との間の距離を満たすことを含むプラズマ発生装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ発生装置において、  前記導波管は、    前記第５の導体面からｚ方向に隣接する位置に第７面を有し、  前記第７の導体面と前記第４の導体面との間の距離は、    前記第５の導体面と前記第４の導体面との間の距離よりも大きいことを含むプラズマ発生装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のプラズマ発生装置において、  前記スロットの長手方向は、    前記導波管の伝送方向に対して垂直でない角度で形成されていることを含むプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本明細書の技術分野は、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  プラズマ技術は、電気、化学、材料の各分野に応用されている。プラズマは、電子、陽イオンの他に、化学反応性の高いラジカルや紫外線を発生させる。ラジカルは、例えば、成膜や半導体のエッチングに用いられる。紫外線は、例えば、殺菌に用いられる。このように豊富なプラズマ生成物が、プラズマ技術の応用分野の裾野を広げている。【０００３】  プラズマを発生させるためにマイクロ波を用いる装置がある。例えば、特許文献１には、マイクロ波発生部から導波管にマイクロ波を伝送させるとともに、導波管に設けたスロット（スリット状の貫通孔）からプラズマを発生させるプラズマ発生装置が開示されている（特許文献１の図１、図４等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７５０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１の技術では、スロットからプラズマを噴出させる。しかし、スロットの箇所で発生する電界は必ずしも大きくは無い。安定なプラズマを発生させるためには、スロットにより大きい電界を発生させることが必要である。【０００６】  本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、マイクロ波を入射することによりスロットからプラズマを発生させるプラズマ発生装置においてより強い電界をスロットに発生させることを図ったプラズマ発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  第１の態様におけるプラズマ発生装置は、ｘｙｚ直交座標系におけるｚ方向に延伸する導波管と、導波管をｚ方向に伝送するマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、を有する。導波管は、導波管の内側に面する第１の導体面と、導波管の内側に面する第２の導体面と、第１の導体面から導波管の外部まで貫通するスロットと、を有する。第１の導体面と第２の導体面とは、導通しているとともに互いに対向している。ｚ方向に垂直な断面における第１の導体面のｙ方向の第１の長さが、ｚ方向に垂直な断面における第２の導体面のｙ方向の第２の長さよりも短い。第１の長さは、ｚ方向に垂直な断面におけるスロットのｙ方向の長さを含む。第２の長さは、第１の導体面と第２の導体面との間のｘ方向の距離よりも短い。【０００８】  このプラズマ発生装置においては、第１の長さが第２の長さよりも短い。そのため、この導波管にマイクロ波が伝送すると、スロット（スリット状の貫通孔）の箇所に強い電界が形成される。また、スロットからガスが噴出するため、スロットの外側にはプラズマが生成される。このプラズマは、スロットの形状に沿った細長い領域に形成される。
【発明の効果】
【０００９】  本明細書では、マイクロ波を入射することによりスロットからプラズマを発生させるプラズマ発生装置においてより強い電界をスロットに発生させることを図ったプラズマ発生装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態のプラズマ発生装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態のプラズマ発生装置の導波管の断面を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態のプラズマ発生装置の導波管におけるプラズマ発生領域を示す図である。
【図４】第１の実施形態の変形例におけるプラズマ発生装置の概略構成図である。
【図５】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その１）である。
【図６】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その２）である。
【図７】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その３）である。
【図８】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その４）である。
【図９】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その５）である。
【図１０】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その６）である。
【図１１】第２の実施形態の導波管の断面形状を示す断面図（その７）である。
【図１２】第３の実施形態の導波管の構造を示す透視斜視図である。
【図１３】第４の実施形態のプラズマ発生装置の導波管の断面を示す断面図である。
【図１４】シミュレーションに用いる方形導波管の形状を説明するための図である。
【図１５】方形導波管におけるｘ軸方向の位置とスロット内の電界強度との関係を示すグラフである。
【図１６】シミュレーションに用いる導波管の形状を説明するための図である。
【図１７】金属部材を備える導波管のｘ軸方向の位置と電界強度との関係を示すグラフである。
【図１８】導波管の幅と金属部材の幅との関係を示すグラフ（その１）である。
【図１９】導波管の幅と金属部材の幅との関係を示すグラフ（その２）である。
【図２０】マイクロ波伝播中における導波管の内部に形成される電界および磁界を模式的に示す図である。
【図２１】図２０の電磁界が形成される場合に導波管の内側の表面に流れる電流の向きを示す図である。
【図２２】第１の実施形態のプラズマ発生装置および従来のプラズマ発生装置におけるマイクロ波出力とスロットに形成される電界強度との関係を示すグラフである。
【図２３】第１の実施形態のプラズマ発生装置の導波管の内部の電界強度を示すシミュレーション結果である。
【図２４】金属部材がある導波管単体の散乱パラメータを示すグラフである。
【図２５】付属部付きの金属部材を有する導波管と通常の導波管とを接続した場合の散乱パラメータを示すグラフである。
【図２６】プラズマ発生装置のプラズマ発生時の写真とプラズマの放出強度のグラフとを組み合わせた図（その１）である。
【図２７】プラズマ発生装置のプラズマ発生時の写真とプラズマの放出強度のグラフとを組み合わせた図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  以下、具体的な実施形態について、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。説明のために、ｘｙｚ直交座標系を用いる。そのために、導波管の延伸方向をｚ方向とする（後述する図１４および図１６参照）。
【００１２】（第１の実施形態）１．プラズマ発生装置  図１は、第１の実施形態のプラズマ発生装置１００の概略構成図である。プラズマ発生装置１００は、マイクロ波を伝送させる導波管を用いてプラズマを発生させる。プラズマ発生装置１００は、導波管１１０と、マイクロ波発生部１２０と、アイソレーター１３０と、パワーモニター１４０と、ＥＨチューナー１５０と、終端部１６０と、連結用導波管１７１、１７２、１７３、１７４と、気密窓導波管１８１、１８２と、ガス供給部１９０と、を有する。
【００１３】  導波管１１０と、連結用導波管１７１、１７２、１７３、１７４と、気密導波管１８１、１８２とは、いずれも方形導波管である。導波管１１０と、連結用導波管１７１、１７２、１７３、１７４と、気密導波管１８１、１８２との中心軸は、共通である。
【００１４】  導波管１１０は、ｚ方向に延伸している。導波管１１０は、スロット１１１を有する。スロット１１１は、導波管１１０に設けられたスリット状の貫通孔である。スロット１１１の箇所ではプラズマが発生する。詳細については後述する。導波管１１０の中心軸に垂直な断面の長辺は、例えば９６ｍｍである。導波管１１０の中心軸に垂直な断面の短辺は、例えば２７ｍｍである。導波管１１０の材質は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、またはこれらの合金であるとよい。
【００１５】  マイクロ波発生部１２０は、導波管１１０を伝送するマイクロ波を発生させるためのものである。マイクロ波は、導波管１１０をｚ方向に伝送する。マイクロ波は、例えば、正弦波また矩形波である。マイクロ波は、ＴＥ10モードであるとよい。マイクロ波発生部１２０は、例えば、マグネトロン、クライストロン、ジャイロトロン、進行波管である。マイクロ波発生部１２０が発生するマイクロ波の周波数は、例えば２．４５ＧＨｚである。もちろん、これ以外の周波数であってもよい。これらは例示であり、マイクロ波発生部１２０の構成は、上記と異なっていてもよい。
【００１６】  アイソレーター１３０は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発生部１２０に入射することを抑制するためのものである。アイソレーター１３０は、マイクロ波発生部１２０から伝送されるマイクロ波を導波管１１０に向かって伝送させるとともに、導波管１１０からマイクロ波発生部１２０に向かうマイクロ波を逃がす。これにより、導波管１１０等からのマイクロ波の反射波がマイクロ波発生部１２０に入射することを防止することができる。
【００１７】  パワーモニター１４０は、導波管１１０に伝送させるマイクロ波の電力を計測するためのものである。パワーモニター１４０は、導波管１１０からの反射波を計測することもできる。
【００１８】  ＥＨチューナー１５０は、Ｅチューナー部とＨチューナー部とを有する。ＥＨチューナー１５０は、Ｅチューナー部のプランジャーとＨチューナー部のプランジャーとを出し入れすることによりインピーダンスを調整する。
【００１９】  終端部１６０は、マイクロ波を吸収するための部材である。導波管１１０を伝送するマイクロ波は、スロット１１１の領域にわたってプラズマを発生させる。そのため、終端部１６０に到達するマイクロ波の強度は十分に弱い。また、終端部１６０は、マイクロ波の一部を反射させてもよい場合がある。
【００２０】  連結用導波管１７１、１７２、１７３、１７４は、通常の方形導波管である。連結用導波管１７１、１７２、１７３、１７４の材質は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、またはこれらの合金であるとよい。
【００２１】  気密窓導波管１８１、１８２は、導波管１１０の両側に位置する仕切りである。そのため、気密窓導波管１８１、１８２は、導波管１１０の両側に配置されている。
【００２２】  ガス供給部１９０は、導波管１１０にガスを供給する。ガス供給部１９０から供給されるガスは、スロット１１１から噴出される際にプラズマ化される。ガス供給部１９０が供給するガスは、例えば、Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスである。もしくは、窒素ガスや酸素ガスであってもよい。もちろん、通常の空気であってもよい。または、これらのガスを混合した混合ガスであってもよい。
【００２３】２．導波管の構造  図２は、第１の実施形態のプラズマ発生装置１００の導波管１１０の断面を示す断面図である。図２は、図１のII-II 断面を示している。図２に示すように、導波管１１０は、第１の壁部１１０ａと、第２の壁部１１０ｂと、第３の壁部１１０ｃと、第４の壁部１１０ｄと、を有する。第１の壁部１１０ａと第２の壁部１１０ｂとは互いに対向した状態で導波管１１０の伝送方向に延伸している。第３の壁部１１０ｃと第４の壁部１１０ｄとは互いに対向した状態で導波管１１０の伝送方向に延伸している。第１の壁部１１０ａおよび第２の壁部１１０ｂは、導波管１１０の伝送方向に垂直な断面における短辺に相当する。第３の壁部１１０ｃおよび第４の壁部１１０ｄは、導波管１１０の伝送方向に垂直な断面における長辺に相当する。第３の壁部１１０ｃは、第１の壁部１１０ａおよび第２の壁部１１０ｂに連なっている。第４の壁部１１０ｄは、第１の壁部１１０ａおよび第２の壁部１１０ｂに連なっている。
【００２４】２−１．スロットと金属部材  導波管１１０の第１の壁部１１０ａは、スロット１１１を有する。スロット１１１は、後述する第１の導体面Ｓ１から導波管１１０の外部まで貫通している。スロット１１１の長手方向は、導波管１１０の伝送方向に対して垂直でない角度で形成されている。好ましくは、スロット１１１の長手方向は、導波管１１０の伝送方向に対して±５°以下の範囲内である。さらに好ましくは、スロット１１１の長手方向は、導波管１１０の伝送方向に対して平行である。導波管１１０は、スロット１１１の箇所に第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとを有する。第１箇所Ｅ１ａおよび第２箇所Ｅ１ｂは、スロット１１１の開口部を挟んで対面している。
【００２５】  導波管１１０は、第１の壁部１１０ａおよび第３の壁部１１０ｃに接する金属部材１１２を有する。金属部材１１２は、直方体形状の第１の金属部材である。金属部材１１２は、第１の壁部１１０ａおよび第３の壁部１１０ｃに接触している。金属部材１１２の材料は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、またはこれらの合金である。金属材料１１２の材料は、導波管１１０の材料と同じであるとよい。もちろん、金属部材１１２はスロット１１１を塞いでいない。そのため、スロット１１１は、第１の壁部１１０ａにおける第４の壁部１１０ｄに近い側に配置されている。
【００２６】２−２．導体面と導体面間の距離  第１の壁部１１０ａは、スロット１１１と、導波管１１０の内側に面する第１の導体面Ｓ１と、を有する。第２の壁部１１０ｂは、導波管１１０の内側に面する第２の導体面Ｓ２を有する。第３の壁部１１０ｃは、導波管１１０の内側に面する第３の導体面Ｓ３を有する。第４の壁部１１０ｄは、導波管１１０の内側に面する第４の導体面Ｓ４を有する。第１の導体面Ｓ１は、導波管１１０の内部に露出している面である。他の導体面についても同様である。金属部材１１２が存在するため、導波管１１０の伝送方向に垂直な断面における第１の導体面Ｓ１の長さは、その分だけ短い。
【００２７】  第１の導体面Ｓ１と第２の導体面Ｓ２とは、ｙｚ平面に平行な面である。第１の導体面Ｓ１と第２の導体面Ｓ２とは、ｙｚ平面に平行な面を含む面であってもよい。第３の導体面Ｓ３と第４の導体面Ｓ４とは、ｘｚ平面に平行な面である。第３の導体面Ｓ３と第４の導体面Ｓ４とは、ｘｚ平面に平行な面を含む面であってもよい。第１の導体面Ｓ１と第２の導体面Ｓ２とは、導通しているとともに互いに対向している。第３の導体面Ｓ３と第４の導体面Ｓ４とは、導通しているとともに互いに対向している。
【００２８】  第３の導体面Ｓ３は、第２の導体面Ｓ２に連なっている。金属部材１１２が存在するため、導波管１１０は、第１部分面Ｓ３ａと第２部分面Ｓ３ｂとを有する。第１部分面Ｓ３ａと第２部分面Ｓ３ｂとは、第１の導体面Ｓ１と第３の導体面Ｓ３とを接続する接続面である。第１部分面Ｓ３ａは、第４の導体面Ｓ４と対面している。第２部分面Ｓ３ｂは、第２の導体面Ｓ２と対面している。第４の導体面Ｓ４は、第１の導体面Ｓ１および第２の導体面Ｓ２に連なっている。第１部分面Ｓ３ａと第２部分面Ｓ３ｂと第３の導体面Ｓ３とは、第１の導体面Ｓ１の側から順に配置されている。
【００２９】  図２はｚ方向に垂直な断面を示している。ｚ方向に垂直な断面における第１の導体面Ｓ１のｙ方向の第１の長さＬ１が、ｚ方向に垂直な断面における第２の導体面Ｓ２のｙ方向の第２の長さＬ２よりも短い。第１の長さＬ１は、ｚ方向に垂直な断面におけるスロット１１１のｙ方向の長さを含む。第２の長さＬ２は、第１の導体面Ｓ１と第２の導体面Ｓ２との間のｘ方向の距離よりも短い。
【００３０】２−３．ガス供給孔  導波管１１０は、導波管１１０の内部にガスを供給するためのガス供給孔（図示せず）を有する。ガス供給孔は、ガス供給部１９０から導波管１１０にガスを供給するための孔である。ガス供給孔から供給されたガスは、スロット１１１から噴出するようになっている。
【００３１】３．プラズマ発生領域  導波管１１０における第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとの間には、強い電界が形成される。また、スロット１１１から導波管１１０の外部に向かってガスが噴出する。そのため、そのガスはプラズマ化される。
【００３２】  図３は、導波管１１０におけるプラズマ発生領域Ｐ１を示す図である。図３に示すように、プラズマ発生領域Ｐ１は、スロット１１１に沿う直線状の領域であって導波管１１０の外側の領域である。ただし、図３に示すプラズマ発生領域Ｐ１は、概念的に描かれたものである。そのため、実際のプラズマ発生領域Ｐ１は、図３に示す範囲より大きくてもよいし小さくてもよい。
【００３３】４．スロットにおける電界強度  本実施形態のプラズマ発生装置１００では、スロット１１１の第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとの間に強い電界が発生する。その理由について説明する。
【００３４】  図２に示すように、スロット１１１が存在する第１の壁部１１０ａ側の第１の距離Ｌ１は、第２の壁部１１０ｂ側の第２の距離Ｌ２よりも小さい。第１の壁部１１０ａ側のインピーダンスは、第２の壁部１１０ｂ側のインピーダンスよりも小さい。つまり、第１の壁部１１０ａ側の電圧は、第２の壁部１１０ｂ側の電圧よりも小さい。第１の壁部１１０ａ側の電流は、第２の壁部１１０ｂ側の電流よりも大きい。このように、導波管１１０を流れる表面電流は、第１の壁部１１０ａ側で大きい。
【００３５】  次式は、アンペール−マックスウェルの方程式である。      ∇×Ｈ  ＝  ｊ  ＋  ∂Ｄ／∂ｔ                          ………（１）ここで、電流ｊは、図３の矢印Ｊ１の向きに流れる表面電流の密度である。前述のように、スロット１１１の付近に流れる表面電流は、第２の壁部１１０ｂ側に流れる表面電流よりも大きい。
【００３６】  スロット１１１がない領域においては、図３の矢印Ｊ１の向きに電流ｊが流れる。しかし、マイクロ波がスロット１１１のある領域を伝播しようとすると、電流ｊが急に遮断されることとなる。式（１）の右辺の第１項が急激にゼロになる。このように右辺の第１項が急激にゼロになる代わりに、右辺の第２項である∂Ｄ／∂ｔが急激に大きくなる。その結果、導波管１１０における第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとの間に強い電界が形成される。そのため、高効率でプラズマを発生させることができる。
【００３７】５．プラズマ発生装置の動作方法  まず、ガス供給部１９０が導波管１１０にガスを供給する。これにより、導波管１１０のスロット１１１からガスが噴出する。次に、マイクロ波発生部１２０がマイクロ波を発生させるとともに導波管１１０に向けてマイクロ波を伝送させる。導波管１１０のスロット１１１の箇所では、第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとの間に強い電界が形成される。そのため、スロット１１１から噴出するガスはプラズマ化される。すなわち、プラズマ発生領域Ｐ１にプラズマが発生する。
【００３８】６．本実施形態の効果  第１の実施形態における導波管１１０は、第１の壁部１１０ａおよび第３の壁部１１０ｃに接する面に金属部材１１２を有する。第１の壁部１１０ａは、導波管１１０の中心軸に垂直な断面の短辺である。そして、導波管１１０の第１の壁部１１０ａには、スロット１１１がある。スロット１１１は、第１の壁部１１０ａに形成されている。つまり、スロット１１１は、導波管１１０の中心軸に垂直な断面の短辺であって金属部材１１２が接する壁部に形成されている。導波管１１０にマイクロ波が伝送すると、スロット１１１の第１箇所Ｅ１ａおよび第２箇所Ｅ１ｂの間には非常に強い電界が形成される。また、スロット１１１からガスが噴出するため、スロット１１１の外側にはプラズマが生成される。このプラズマは、スロットに沿った棒状の細長い領域に形成される。
【００３９】７．変形例７−１．装置構成  図４に示すプラズマ発生装置２００を用いてもよい。プラズマ発生装置２００は、終端部１６０の代わりに、サーキュレーター２６０と、導波管２７６と、を有する。
【００４０】  また、終端部１６０の代わりに、基板にプラズマ処理するための反応室を有していてもよい。
【００４１】７−２．導波管の寸法  導波管１１０の伝送方向に垂直な断面の長辺は、例えば７２．１ｍｍであってもよい。導波管１１０の伝送方向に垂直な断面の短辺は、例えば３４ｍｍであってもよい。また、導波管１１０の断面形状の寸法は、上記以外であってもよい。
【００４２】７−３．インピーダンス整合器  本実施形態では、ＥＨチューナー１５０を用いる。しかし、ＥＨチューナー１５０の代わりに、その他のインピーダンス整合器を用いてもよい。
【００４３】７−４．プラズマ発生装置の動作順序  本実施形態では、ガス供給部１９０から導波管１１０にガスを供給し、続いてマイクロ波を導波管１１０に伝送させる。しかし、これらの順序は逆であってもよい。つまり、マイクロ波を導波管１１０に伝送させ、続いてガス供給部１９０から導波管１１０にガスを供給してもよい。
【００４４】７−５．組み合わせ  上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
【００４５】（第２の実施形態）  第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の導波管は、第１の実施形態の導波管と異なる金属部材を有する。
【００４６】１．金属部材の形状１−１．第１の形状  図５は、第２の実施形態の導波管２１０の断面形状を示す断面図（その１）である。図５に示すように、導波管２１０は、金属部材２１２を有する。金属部材２１２は、六面体である。導波管２１０の中心軸に垂直な断面では、第１の壁部１１０ａから遠ざかるにつれて金属部材２１２の高さは小さくなっている。つまり、第１の壁部１１０ａから遠ざかるほど、第４の壁部１１０ｄと金属部材２１２との間の距離は広がっている。
【００４７】  金属部材２１２における接続面と第４の導体面Ｓ４との間の距離は、第１の導体面Ｓ１から遠ざかるほど大きい。ここで接続面とは、金属部材２１２における第１の導体面Ｓ１と第３の導体面Ｓ３とを接続している面である。
【００４８】１−２．第２の形状  図６は、第２の実施形態の導波管３１０の断面形状を示す断面図（その２）である。図６に示すように、導波管３１０は、金属部材３１２を有する。金属部材３１２は、六面体である。導波管３１０の中心軸に垂直な断面では、第３の壁部１１０ｃから遠ざかるにつれて金属部材３１２の幅は小さくなっている。つまり、第３の壁部１１０ｃから遠ざかるほど、第２の壁部１１０ｂと金属部材３１２との間の距離は広がっている。
【００４９】  金属部材３１２における接続面と第４の導体面Ｓ４との間の距離は、第１の導体面Ｓ１から遠ざかるほど大きい。ここで接続面とは、金属部材３１２における第１の導体面Ｓ１と第３の導体面Ｓ３とを接続している面である。
【００５０】１−３．第３の形状  図７は、第２の実施形態の導波管４１０の断面形状を示す断面図（その３）である。図７に示すように、導波管４１０は、金属部材４１２を有する。金属部材４１２は、五角柱である。金属部材４１２においては、第１の壁部１１０ａおよび第３の壁部１１０ｃとに接触する角の対角に位置する角が、面取りされている。
【００５１】  金属部材４１２における接続面と第４の導体面Ｓ４との間の距離は、第１の導体面Ｓ１から遠ざかるほど大きい。ここで接続面とは、金属部材４１２における第１の導体面Ｓ１と第３の導体面Ｓ３とを接続している面である。
【００５２】１−４．第４の形状  図８は、第２の実施形態の導波管５１０の断面形状を示す断面図（その４）である。図８に示すように、導波管５１０は、金属部材５１２を有する。金属部材５１２は、三角柱である。導波管５１０の中心軸に垂直な断面では、第１の壁部１１０ａから遠ざかるにつれて金属部材５１２の高さは小さくなっている。つまり、第１の壁部１１０ａから遠ざかるほど、第４の壁部１１０ｄと金属部材５１２との間の距離は広がっている。導波管５１０の中心軸に垂直な断面では、第３の壁部１１０ｃから遠ざかるにつれて金属部材５１２の幅は小さくなっている。つまり、第３の壁部１１０ｃから遠ざかるほど、第２の壁部１１０ｂと金属部材５１２との間の距離は広がっている。
【００５３】  金属部材５１２における接続面と第４の導体面Ｓ４との間の距離は、第１の導体面Ｓ１から遠ざかるほど大きい。ここで接続面とは、金属部材５１２における第１の導体面Ｓ１と第３の導体面Ｓ３とを接続している面である。
【００５４】２．金属部材の配置２−１．第１の配置  図９は、第２の実施形態の導波管６１０の断面形状を示す断面図（その５）である。図９に示すように、導波管６１０は、第１の金属部材６１２ａおよび第２の金属部材６１２ｂを有する。第１の金属部材６１２ａは、第１の壁部１１０ａおよび第３の壁部１１０ｃに接触している。第２の金属部材６１２ｂは、第１の壁部１１０ａおよび第４の壁部１１０ｄに接触している。第１の金属部材６１２ａと第２の金属部材６１２ｂとの間に、わずかに隙間がある。スロット１１１は、第１の金属部材６１２ａと第２の金属部材６１２ｂとで孔が塞がれない位置に配置されている。つまり、スロット１１１は、第１の壁部１１０ａにおける第１の金属部材６１２ａと第２の金属部材６１２ｂとの間の位置に設けられている。
【００５５】  この場合、第１の金属部材６１２ａにおける導波管６１０の内側の面は、第１の接続面である。第２の金属部材６１２ｂにおける導波管６１０の内側の面は、第２の接続面である。第１の接続面は、スロット１１１または第１の導体面と第３の導体面とを接続している。第２の接続面は、スロット１１１または第１の導体面と第４の導体面とを接続している。
【００５６】２−２．第２の配置  図１０は、第２の実施形態の導波管７１０の断面形状を示す断面図（その６）である。図１０に示すように、導波管７１０は、金属部材７１２を有する。金属部材７１２は、直方体である。金属部材７１２は、第１の壁部１１０ａに接触するとともに、第２の壁部１１０ｂ、第３の壁部１１０ｃ、第４の壁部１１０ｄのいずれにも接触しない位置に配置されている。スロット１１１は、第１の壁部１１０ａであって金属部材７１２に孔を塞がれない位置に配置されている。図１０では、第３の壁部１１０ｃから金属部材７１２までの距離と、第４の壁部１１０ｄから金属部材７１２までの距離とは等しい。しかし、第３の壁部１１０ｃから金属部材７１２までの距離と、第４の壁部１１０ｄから金属部材７１２までの距離とは異なっていてもよい。そして、スロット１１１は、第３の壁部１１０ｃに近い側の位置に形成されていてもよいし、第４の壁部１１０ｄに近い側の位置に形成されていてもよい。
【００５７】  図１１は、第２の実施形態の導波管８１０の断面形状を示す断面図（その７）である。図１１のように、第１の壁部１１０ａに２本のスロット１１１を形成した導波管８１０を用いてもよい。
【００５８】３．本実施形態の効果  このように、金属部材２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ａ、６１２ｂ、７１２を用いた場合であっても、スロット１１１における第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとの間の電界強度は十分に大きい。
【００５９】  上記の金属部材においては、導波管の内部における金属間距離が、スロット１１１が形成されている第１の壁部１１０ａの側で小さく、スロット１１１が形成されていない第２面１１０ｄの側で大きい。
【００６０】  このように、スロット１１１が形成されている第１の壁部１１０ａの側で金属間距離を小さくすることにより、スロット１１１における電界強度を高めることができる。
【００６１】４．変形例４−１．第２の接続面  第１の接続面の代わりに、第１の導体面Ｓ１と第４の導体面Ｓ４とを接続する第２の接続面を設けてもよい。
【００６２】４−２．組み合わせ  第２の実施形態および変形例を第１の実施形態とその変形例と自由に組み合わせてもよい。
【００６３】（第３の実施形態）  第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の導波管は、第１の実施形態の導波管と異なる金属部材を有する。
【００６４】１．金属部材の形状  図１２は、第３の実施形態の導波管１１０の構造を示す透視斜視図である。図１２に示すように、導波管１１０は、金属部材８１２を有する。金属部材８１２は、本体部８１２ａと付属部８１２ｂとを有する。本体部８１２ａおよび付属部８１２ｂは直方体である。本体部８１２ａと付属部８１２ｂとは一体である。付属部８１２ｂは、導波管１１０の伝送方向に平行な方向であって本体部８１２ａに隣接する位置に本体部８１２ａと並んで配置されている。
【００６５】  付属部８１２ｂの幅ａ１は、本体部８１２ａの幅ａと同じである。付属部８１２ｂの高さｂ１は、本体部８１２ａの高さｂより低い。付属部８１２ｂの長さｃ１は、本体部８１２ａの長さより短い。
【００６６】２．金属部材の効果  付属部８１２ｂは、マイクロ波発生部１２０から導波管１１０に向かって伝送されるマイクロ波が、マイクロ波発生部１２０に反射されることを抑制する。そのため、マイクロ波がスロット１１１の箇所に到達するまでに減衰する減衰量は小さい。また、マイクロ波発生部１２０に向かう反射波を抑制することができる。
【００６７】３．変形例３−１．２個の付属部  図１２には、本体部８１２ａに対して一つの付属部８１２ｂを有する。しかし、導波管１１０は、２個の付属部８１２ｂを有していてもよい。その場合には、本体部８１２ａの両側に１個ずつの付属部８１２ｂが配置される。これにより、本体部８１２ａの両端部における反射波を好適に抑制することができる。
【００６８】３−２．組み合わせ  第３の実施形態および変形例を第１の実施形態および第２の実施形態とこれらの変形例と自由に組み合わせてもよい。
【００６９】（第４の実施形態）  第４の実施形態について説明する。
【００７０】１．導波管の形状  図１３は、第４の実施形態の導波管９１０を示す。導波管９１０の形状は、方形導波管に近い形状である。導波管９１０は、第１の壁部９１０ａと第２の壁部９１０ｂと第３の壁部９１０ｃと第４の壁部９１０ｄとを有する。第１の壁部９１０ａは、スロット１１１を有する。そのため、第１の壁部９１０ａは、第１箇所Ｅ１ａおよび第２箇所Ｅ１ｂを有する。第１の壁部９１０ａと第２の壁部９１０ｂとは互いに対向した状態で導波管９１０の伝送方向に延伸している。第３の壁部９１０ｃと第４の壁部９１０ｄとは互いに対向した状態で導波管９１０の伝送方向に延伸している。
【００７１】  第１の壁部９１０ａおよび第２の壁部９１０ｂは、導波管９１０の伝送方向に垂直な断面における短辺に相当する。第４の壁部９１０ｄは、導波管９１０の伝送方向に垂直な断面における長辺に相当する。第３の壁部９１０ｃは、第１の壁部９１０ａおよび第２の壁部９１０ｂに連なっている。第４の壁部９１０ｄは、第１の壁部９１０ａおよび第２の壁部９１０ｂに連なっている。
【００７２】  第１の壁部９１０ａは、導波管９１０の内側に面する第１の導体面Ｓ１を有する。第２の壁部９１０ｂは、導波管９１０の内側に面する第２の導体面Ｓ２を有する。第３の壁部９１０ｃは、導波管９１０の内側に面する第３の導体面Ｓ３を有する。第４の壁部９１０ｄは、導波管９１０の内側に面する第４の導体面Ｓ４を有する。第１の導体面Ｓ１と第２の導体面Ｓ２と第３の導体面Ｓ３と第４の導体面Ｓ４とは、第１の実施形態の第１の導体面Ｓ１と第２の導体面Ｓ２と第３の導体面Ｓ３と第４の導体面Ｓ４と同じである。
【００７３】  したがって、図１３に示すように、ｚ方向に垂直な断面における第１の導体面Ｓ１のｙ方向の第１の長さＬ１が、ｚ方向に垂直な断面における第２の導体面Ｓ２のｙ方向の第２の長さＬ２よりも短い。
【００７４】２．効果  第４の実施形態の導波管９１０の内側の導体面は、第１の実施形態の導波管１１０の内側の導体面と同じである。表面電流は各々の導体面の表面に流れる。そのため、導体面を含む金属の厚みはある程度以上あれば十分である。このように第４の実施形態の導波管９１０であっても、第１の実施形態の導波管１１０と同様にスロット１１１に好適なプラズマを発生させることができる。
【００７５】３．変形例  第４の実施形態を第１の実施形態と第２の実施形態と第３の実施形態とこれらの変形例と自由に組み合わせてもよい。
【００７６】（実施形態の小括）  プラズマ発生装置は、図１４のｘｙｚ直交座標系におけるｚ方向に延伸する導波管と、導波管をｚ方向に伝送するマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、を有する。導波管は、導波管の内側に面する第１の導体面と、導波管の内側に面する第２の導体面と、第１の導体面から導波管の外部まで貫通するスロットと、を有する。第１の導体面と第２の導体面とは、導通しているとともに互いに対向している。ｚ方向に垂直な断面における第１の導体面のｙ方向の第１の長さが、ｚ方向に垂直な断面における第２の導体面のｙ方向の第２の長さよりも短い。第１の長さは、ｚ方向に垂直な断面におけるスロットのｙ方向の長さを含む。第２の長さは、第１の導体面と第２の導体面との間のｘ方向の距離よりも短い。第１の導体面と第２の導体面とは、ｙｚ平面に平行な面を含む。また、第１の導体面と第２の導体面とは、ｙｚ平面に平行な面であってもよい。
【００７７】  導波管は、導波管の内側に面して第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面と第４の導体面と、第１の接続面と第２の接続面との少なくとも一方と、を有する。第３の導体面と第４の導体面とは、ｘｚ平面に平行な面を含んでいる。第１の接続面は、スロットまたは第１の導体面と第３の導体面とを接続する。第２の接続面は、スロットまたは第１の導体面と第４の導体面とを接続する。
【００７８】  また、第１の接続面と第４の導体面との間の距離は、第１の導体面から遠ざかるほど大きい（例えば、図５から図８）。
【００７９】  また、第２の接続面と第３の導体面との間の距離は、第１の導体面から遠ざかるほど大きい（例えば、図５から図８）。
【００８０】  また、導波管は、導波管の内側に面して第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面および第４の導体面と、導波管の内側に面して第３の導体面の一部と対面する第５の導体面と、導波管の内側に面して第４の導体面の一部と対面する第６の導体面と、を有する。第３の導体面と第４の導体面とは、ｘｚ平面に平行な面を含んでいる。第５の導体面のｘ方向の長さおよび第６の導体面のｘ方向の長さは、第１の導体面と第２の導体面との間の距離よりも短い（例えば、図１０および図１１）。
【００８１】  また、導波管は、導波管の内側に面して第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面および第４の導体面と、導波管の内側に面して第１の導体面と連なる第５の導体面と、導波管の内側に面して第３の導体面と連なる第６の導体面と、を有する。第６の導体面は、第３の導体面と第５の導体面との間に位置している。導波管が、次式      ０．２４・Ａ−３．６  ≦  ａ  ≦  ０．５６・Ａ−８．４            Ａ：導波管の伝送方向に垂直な断面における第１の導体面と第２の導体面との間の距離            ａ：導波管の伝送方向に垂直な断面における第１の導体面と第６の導体面との間の距離を満たす（例えば、図１６）。
【００８２】  また、導波管は、第５の導体面からｚ方向に隣接する位置に第７面を有する。第７の導体面と第４の導体面との間の距離は、第５の導体面と第４の導体面との間の距離よりも大きい（例えば、図１２）。
【００８３】  また、スロットの長手方向は、導波管の伝送方向に対して垂直でない角度で形成されている。
【００８４】（シミュレーション）１．方形導波管とスロットの位置との関係  図１４は、シミュレーションに用いる方形導波管の形状を説明するための図である。ｘ軸は、方形導波管の中心軸に垂直な断面における長辺方向である。ｙ軸は、方形導波管の中心軸に垂直な断面における短辺方向である。ｚ軸は、方形導波管の中心軸に平行な方向である。マイクロ波は、方形導波管の内壁に反射されながら方形導波管の内部を伝送する。スロットの長辺方向は、ｚ軸に平行である。
【００８５】  ここで、スロットの位置について説明する。図１４に示すように、長辺上にスロットを設けた場合（図１４のＫ１）と、短辺上にスロットを設けた場合（図１４のＫ２）とについて、シミュレーションを実施した。スロットの長辺方向（ｚ軸方向）の長さは３０ｍｍである。スロットの短辺方向の長さは１ｍｍである。方形導波管の板厚は１ｍｍである。入力電圧は１Ｗである。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【００８６】  図１５は、ｘ軸方向の位置とスロット内の電界強度との関係を示すグラフである。図１５の横軸は、ｘ軸方向の位置（ｍｍ）である。図１５の縦軸は、スロット内の電界強度である。すなわち、第１箇所Ｅ１ａと第２箇所Ｅ１ｂとの間の電界強度である。図１５のＫ１は、図１４のＫ１の面にスロットを設けた場合を示す。図１５のＫ２は、図１４のＫ２の面にスロットを設けた場合を示す。この導波管に伝播させるマイクロ波はＴＥ10モードである。そのため、図１４のＫ２の面のどの位置にスロットを設けたとしても、電界強度は同じである。
【００８７】  図１５に示すように、図１４のＫ１の面におけるスロット内の電界強度は、長辺の中央付近で弱く、長辺の端部付近で強い。スロット内の電界強度の最大値は、長辺方向の両端部である。
【００８８】  また、図１５に示すように、短辺上にスロットを設けた場合におけるスロット内の電界強度は、長辺上にスロットを設けた場合におけるスロット内の電界強度よりも大きい。前述のように、短辺上にスロットを設けた場合には、どの位置においても同様の電界強度を示す。したがって、長辺上にスロットを設けるよりも、短辺上にスロットを設けるほうが好ましい。スロット内においてより高い電界強度が得られるからである。
【００８９】２．金属部材  次に、金属部材を備える第１の実施形態の導波管１１０のシミュレーション結果について説明する。
【００９０】２−１．金属部材と電界強度  図１６は、シミュレーションに用いる導波管の形状を説明するための図である。ｘ軸は、導波管の中心軸に垂直な断面における長辺方向である。ｙ軸は、導波管の中心軸に垂直な断面における短辺方向である。ｚ軸は、導波管の中心軸に平行な方向である。
【００９１】  長辺方向の長さＡは９６ｍｍである。短辺方向の長さＢは２７ｍｍである。金属部材１１２の長辺方向の長さａは３２ｍｍである。金属部材１１２の短辺方向の長さｂは２２ｍｍである。スロットの長辺方向（ｚ軸方向）の長さは３０ｍｍである。スロットの短辺方向の長さは１ｍｍである。方形導波管の板厚は１ｍｍである。入力電圧は１Ｗである。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【００９２】  図１７は、金属部材を備える導波管のｘ軸方向の位置と電界強度との関係を示すグラフである。図１７の横軸は、ｘ軸方向の位置（ｍｍ）である。図１７の縦軸は、導波管における電界強度（ｋＶ／ｍ）である。図１６に示すように、ｘｙ平面において（６４≦ｘ≦９６、０≦ｙ≦２２）の領域に金属部材１１２が配置されている。
【００９３】  この場合には、金属部材１１２があることにより、ｘ≧６０ｍｍの領域で電界強度が非常に強くなる。金属部材１１２がある場合におけるｘ＝９６ｍｍの電界強度は、およそ２．５ｋＶ／ｍである。金属部材１１２がない場合におけるｘ＝９６ｍｍの電界強度は、およそ０．８ｋＶ／ｍである。したがって、金属部材１１２があることにより、ｘ＝９６ｍｍの位置の電界強度は、３．１倍に増加している。
【００９４】２−２．導波管の幅と金属部材の幅との関係  導波管の幅Ａと金属部材１１２の幅ａとの関係について説明する。導波管の幅Ａは、導波管の伝送方向に垂直な断面における第１の導体面と第２の導体面との間の距離である。金属部材１１２の幅ａは、導波管の伝送方向に垂直な断面における長辺の方向の金属部材１１２の幅である。導波管の高さＢは２７ｍｍである。入力電力は１Ｗである。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【００９５】  図１８は、導波管の幅Ａと金属部材１１２の幅ａとの関係を示すグラフ（その１）である。図１８の横軸は、導波管の幅Ａ（ｍｍ）である。図１８の縦軸は、導波管の幅Ａ（ｍｍ）に対して最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）である。最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）とは、幅Ａを固定して幅ａと電流密度とのグラフを描いたときに電流密度が最大となるときの金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）である。ここで、金属部材１１２の高さｂは２２ｍｍの場合と１３．５ｍｍの場合とをプロットした。
【００９６】  図１８に示すように、導波管の幅Ａ（ｍｍ）に対して最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）は、金属部材１１２の高さｂに依存しない。
【００９７】  次に、導波管の高さＢおよび金属部材１１２の幅ｂを固定して、マイクロ波の周波数を変えた場合について説明する。
【００９８】  図１９は、導波管の幅Ａと金属部材１１２の幅ａとの関係を示すグラフ（その２）である。図１９の横軸は、導波管の幅Ａ（ｍｍ）である。図１９の縦軸は、導波管の幅Ａ（ｍｍ）に対して最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）である。ここで、マイクロ波の周波数がそれぞれ２．０ＧＨｚ、２．４５ＧＨｚ、３．０ＧＨｚの場合についてプロットした。
【００９９】  図１９に示すように、導波管の幅Ａ（ｍｍ）に対して最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）は、マイクロ波の周波数に依存しない。
【０１００】  導波管の幅Ａ（ｍｍ）に対して最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）は、次式で表される。      ａ  ＝  ０．４・Ａ−６                                  ………（２）
【０１０１】  式（２）は、導波管の幅Ａ（ｍｍ）に対して最大電流密度を実現する場合の金属部材１１２の幅ａ（ｍｍ）点を近似する直線である。すなわち、式（２）を満たす場合に、スロット１１１の第１箇所Ｅ１ａおよび第２箇所Ｅ１ｂの間における電界強度が最大値をとる。
【０１０２】  実際には、導波管の幅Ａと金属部材１１２の幅ａとの関係は、式（２）から±４０％の範囲内であってもよい。その範囲を次の式（３）に示す。      ０．２４・Ａ−３．６  ≦  ａ  ≦  ０．５６・Ａ−８．４  ………（３）
【０１０３】  式（３）の場合であっても、スロット１１１の第１箇所Ｅ１ａおよび第２箇所Ｅ１ｂの間における電界強度が十分に高い値をとる。
【０１０４】  導波管の幅Ａと金属部材１１２の幅ａとの関係は、式（２）から±２０％の範囲内であってもよい。その場合には、スロット１１１の第１箇所Ｅ１ａおよび第２箇所Ｅ１ｂの間における電界強度が式（３）の場合よりも高い値をとる。その範囲を次の式（４）に示す。      ０．３２・Ａ−４．８  ≦  ａ  ≦  ０．４８・Ａ−７．２  ………（４）
【０１０５】３．マイクロ波のモード  一般的に、導波管内の電磁波はＴＥ10モードで伝送される。多くのモードが伝送されると、電磁波のエネルギー損失が大きいためである。次式を満たすときに、マイクロ波がＴＥ10モードで伝送される。      ｖ0 ／２ｆ  ＜  Ａ  ＜  ｖ0 ／ｆ      Ｂ  ＜  ｖ0 ／２ｆ            ｖ0 ：真空中の光速            ｆ  ：マイクロ波の周波数
【０１０６】４．導波管内の表面電流  図２０は、マイクロ波伝播中における導波管の内部に形成される電界および磁界を模式的に示す図である。電界は、図２０の上方向または下方向に向かう向きに形成される。磁界は、電界に垂直な向きに渦を巻くように形成される。
【０１０７】  図２１は、図２０の電磁界が形成される場合に導波管の内側の表面に流れる電流の向きを示す図である。図２１の破線が電流の流れを示している。
【０１０８】５．放電開始電界  図２２は、第１の実施形態のプラズマ発生装置および従来のプラズマ発生装置におけるマイクロ波出力とスロットに形成される電界強度との関係を示すグラフである。図２２の横軸は、マイクロ波電源１２０の出力である。図２２の縦軸は、スロットにおける電界強度である。
【０１０９】  Ａｒガスの放電開始電圧は３０ｋＶ／ｍ程度である。窒素ガスの放電開始電圧は１００ｋＶ／ｍ程度である。図２２に示すように、従来のプラズマ発生装置は、１４００Ｗ程度のマイクロ波を用いてＡｒガスをプラズマ化できるが、３０００Ｗ程度のマイクロ波を用いても窒素ガスをプラズマ化できない。第１の実施形態のプラズマ発生装置１００は、２００Ｗ程度のマイクロ波を用いてＡｒガスをプラズマ化でき、１７００Ｗ程度のマイクロ波を用いて窒素ガスをプラズマ化できる。
【０１１０】  図２２に示すように、マイクロ波を用いたプラズマ発生装置により、窒素ガス等の分子ガスをプラズマ化することは一般に難しい。放電開始電界が高いからである。後述する実験で説明するように、プラズマ発生装置１００は、希ガスのみならず分子ガスをプラズマガスとして用いることができる。
【０１１１】６．金属部材の影響  導波管の内部に金属部材を配置した場合についてシミュレーションを行った。その際の条件は下記の通りである。導波管の幅（内幅）は９６ｍｍである。導波管の高さ（内幅）は２７ｍｍである。金属部材の幅は３２ｍｍである。金属部材の高さは２２ｍｍである。マイクロ波の入力電力は１Ｗである。マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。
【０１１２】６−１．導波管の内部の電界強度  図２３は、第１の実施形態のプラズマ発生装置１００の導波管の内部の電界強度を示すシミュレーション結果である。図２３では、導波管の内部であって図２３の右側に金属部材が配置されている。この場合には、金属部材の周囲で電界強度が強い。つまり、この結果は図１７と矛盾しない。
【０１１３】６−２．散乱パラメータ  次に、散乱パラメータについてシミュレーションを行った。散乱パラメータは散乱行列の成分の一部である。その際に、第１の実施形態のプラズマ発生装置１００のうちの導波管単体の散乱パラメータと、第１の実施形態の導波管と通常の導波管とを接続した場合の散乱パラメータと、を計算した。プラズマ発生装置１００では、金属部材のある導波管と、通常の導波管とが接続されている。そのため、通常の導波管との接続後の散乱パラメータが重要である。
【０１１４】  図２４は、金属部材がある導波管単体の散乱パラメータを示すグラフである。図２４の横軸は、入射するマイクロ波の周波数である。図２４の縦軸は、散乱パラメータである。このときの条件は図１６と同様である。図２４に示すように、Ｓ21がほぼ０ｄＢであり、反射波の割合を示すＳ11が−８０ｄＢ以下である。このように、反射波の割合は非常に小さい。
【０１１５】  次に、金属部材がある導波管を通常の導波管と接続した場合の散乱パラメータを計算した。その場合には、反射波が発生した。
【０１１６】  図２５は、付属部付きの金属部材を有する導波管と通常の導波管とを接続した場合の散乱パラメータを示すグラフである。図２５の横軸および縦軸は、図２４と同様である。このときの各部のサイズは図１２と同様である。その他の条件は図１６と同様である。図２５に示すように、Ｓ21がほぼ０ｄＢであり、反射波の割合を示すＳ11が−３０ｄＢ以下である。このように、反射波の割合は十分に小さい。
【０１１７】（実験）１．実験１（希ガス）１−１．実験方法  第１の実施形態のプラズマ発生装置１００を用いてプラズマを発生させた。導波管の断面形状は図２と同様であった。スロットの長さは１．１ｍであった。スロットの幅は０．１ｍｍであった。マイクロ波電源１２０の出力は０．５ｋＷであった。プラズマガスはＡｒガスであった。Ａｒガスの流量は１４ｓｌｍであった。
【０１１８】１−２．実験結果  図２６は、プラズマ発生装置１００のプラズマ発生時の写真とプラズマの放出強度のグラフとを組み合わせた図（その１）である。図２６の上段にプラズマ発生時の写真を示す。図２６の下段にプラズマの放出強度のグラフを示す。図２６の横軸は、プラズマ発生装置１００のスロットの位置である。図２６の縦軸は、プラズマの放出強度である。プラズマの放出強度とは、その位置におけるプラズマが発する光の強度の時間平均である。
【０１１９】  図２６の左端がマイクロ波の入力側である。図２６に示すように、プラズマの放出強度は、スロットの長さ方向にわたってほぼ一定であった。このため、１ｍ程度にわたる長い範囲について一度にプラズマ処理を実施することができる。
【０１２０】２．実験２（分子ガス）１−１．実験方法  第１の実施形態のプラズマ発生装置１００を用いてプラズマを発生させた。導波管の断面形状は図２と同様であった。スロットの長さは０．８ｍであった。スロットの幅は０．１ｍｍであった。マイクロ波電源１２０の出力は５．０ｋＷであった。プラズマガスはＮ2 ガスであった。Ｎ2 ガスの流量は１０ｓｌｍであった。
【０１２１】２−２．実験結果  図２７は、プラズマ発生装置１００のプラズマ発生時の写真とプラズマの放出強度のグラフとを組み合わせた図（その２）である。図２７の上段にプラズマ発生時の写真を示す。図２７の下段にプラズマの放出強度のグラフを示す。図２７の横軸は、プラズマ発生装置１００のスロットの位置である。図２７の縦軸は、プラズマの放出強度である。
【０１２２】  図２７の左端がマイクロ波の入力側である。図２７に示すように、プラズマの放出強度は、スロットの長さ方向にわたってほぼ一定であった。このため、１ｍ程度にわたる長い範囲について一度にプラズマ処理を実施することができる。
【０１２３】３．実験のまとめ  このように、第１の実施形態のプラズマ発生装置１００は、Ａｒガス等の希ガスのみならず、窒素ガス等の分子ガスをプラズマガスとして用いることができる。そのため、プラズマ発生装置１００は、被処理材に対して種々のプラズマを照射することができる。つまり、このプラズマ処理装置１００を多様な用途に用いることができる。
【０１２４】  図２６および図２７に示すように、マイクロ波の入力側の反対側では、プラズマの放出強度がやや不安定な領域がある。しかし、マイクロ波の入力側から幅広い安定領域が存在している。そのため、工業的に利用する際には、安定領域のプラズマが被処理材にプラズマを照射し、不安定領域のプラズマが被処理材にプラズマを照射しないようにすればよい。
【０１２５】（付記）  第１の態様におけるプラズマ発生装置は、ｘｙｚ直交座標系におけるｚ方向に延伸する導波管と、導波管をｚ方向に伝送するマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、を有する。導波管は、導波管の内側に面する第１の導体面と、導波管の内側に面する第２の導体面と、第１の導体面から導波管の外部まで貫通するスロットと、を有する。第１の導体面と第２の導体面とは、導通しているとともに互いに対向している。ｚ方向に垂直な断面における第１の導体面のｙ方向の第１の長さが、ｚ方向に垂直な断面における第２の導体面のｙ方向の第２の長さよりも短い。第１の長さは、ｚ方向に垂直な断面におけるスロットのｙ方向の長さを含む。第２の長さは、第１の導体面と第２の導体面との間のｘ方向の距離よりも短い。
【０１２６】  第２の態様におけるプラズマ発生装置においては、第１の導体面と第２の導体面とは、ｙｚ平面に平行な面である。
【０１２７】  第３の態様におけるプラズマ発生装置においては、導波管は、導波管の内側に面して第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面と第４の導体面と、第１の接続面と第２の接続面との少なくとも一方と、を有する。第３の導体面と第４の導体面とは、ｘｚ平面に平行な面を含んでいる。第１の接続面は、スロットまたは第１の導体面と第３の導体面とを接続する。第２の接続面は、スロットまたは第１の導体面と第４の導体面とを接続する。
【０１２８】  第４の態様におけるプラズマ発生装置においては、第１の接続面と第４の導体面との間の距離は、第１の導体面から遠ざかるほど大きい。
【０１２９】  第５の態様におけるプラズマ発生装置においては、第２の接続面と第３の導体面との間の距離は、第１の導体面から遠ざかるほど大きい。
【０１３０】  第６の態様におけるプラズマ発生装置においては、導波管は、導波管の内側に面して第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面および第４の導体面と、導波管の内側に面して第３の導体面の一部と対面する第５の導体面と、導波管の内側に面して第４の導体面の一部と対面する第６の導体面と、を有する。第３の導体面と第４の導体面とは、ｘｚ平面に平行な面を含んでいる。第５の導体面のｘ方向の長さおよび第６の導体面のｘ方向の長さは、第１の導体面と第２の導体面との間の距離よりも短い。
【０１３１】  第７の態様におけるプラズマ発生装置においては、導波管は、導波管の内側に面して第２の導体面に連なるとともに、互いに対向する第３の導体面および第４の導体面と、導波管の内側に面して第１の導体面と連なる第５の導体面と、導波管の内側に面して第３の導体面と連なる第６の導体面と、を有する。第６の導体面は、第３の導体面と第５の導体面との間に位置している。導波管が、次式      ０．２４・Ａ−３．６  ≦  ａ  ≦  ０．５６・Ａ−８．４            Ａ：導波管の伝送方向に垂直な断面における第１の導体面と第２の導体面との間の距離            ａ：導波管の伝送方向に垂直な断面における第１の導体面と第６の導体面との間の距離を満たす。
【０１３２】  第８の態様におけるプラズマ発生装置においては、導波管は、第５の導体面からｚ方向に隣接する位置に第７面を有する。第７の導体面と第４の導体面との間の距離は、第５の導体面と第４の導体面との間の距離よりも大きい。
【０１３３】  第９の態様におけるプラズマ発生装置においては、スロットの長手方向は、導波管の伝送方向に対して垂直でない角度で形成されている。
【符号の説明】
【０１３４】１００…プラズマ発生装置１１０…導波管１１０ａ…第１の壁部１１０ｂ…第２の壁部１１０ｃ…第３の壁部１１０ｄ…第４の壁部１１１…スロット１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２ａ、６１２ｂ、７１２…金属部材１２０…マイクロ波発生部１３０…アイソレーター１４０…パワーモニター１５０…ＥＨチューナー１６０…終端部１７１、１７２、１７３、１７４…連結用導波管１８１、１８２…気密窓導波管１９０…ガス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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