JP2014127267A - マイクロ波プラズマ生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧下においても安定したマイクロ波プラズマを生成することができるマイクロ波プラズマ生成装置を提供する。
【解決手段】マイクロ波プラズマ生成装置１０は、真空容器内にマイクロ波プラズマを生成する。マイクロ波プラズマ生成装置１０は、マイクロ波を伝送する第一導波管２０と、該マイクロ波が伝播し、該マイクロ波が真空容器の内側方向に通過する複数のスロット４２０が形成されたスロットアンテナ４２を有する管体部４１と、管体部４１の内部に少なくともスロット４２０を覆うように配置される管体部内誘電体４３と、を有するプラズマ生成部４０と、第一導波管２０とプラズマ生成部４０との間に介在し、内部に管体部内誘電体４３よりも屈折率が小さく管体部内誘電体４３に接触して配置される誘電体３１を有する第二導波管３０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置に関する。

マイクロ波を利用した表面波プラズマは、広い空間領域に高密度のプラズマを生成することができるという利点から、樹脂部品、樹脂フィルム、半導体などの表面に対するクリーニング、改質、成膜などの様々な処理に用いられる（例えば、特許文献１〜４参照）。

従来のマイクロ波プラズマ処理装置の一例を、図３に示す。図３に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置９は、真空容器９０と、プラズマ生成部９１と、を備えている。プラズマ生成部９１は、導波管９１０と、スロットアンテナ９２０と、誘電体板９３０と、を有している。導波管９１０は左右方向に延在している。スロットアンテナ９２０は、導波管９１０の下方開口部を塞ぐように配置されている。スロットアンテナ９２０には、長孔状のスロット９２１が形成されている。誘電体板９３０は石英製であり、スロットアンテナ９２０の下面に配置されている。

図中白抜き矢印で示すように、導波管９１０の右方から、マイクロ波が伝送される。マイクロ波は、導波管９１０の内部を伝播し、スロットアンテナ９２０のスロット９２１を通過して、誘電体板９３０に入射する。誘電体板９３０に入射したマイクロ波は、誘電体板の下面９３１に沿って伝播する。伝播するマイクロ波の強電界により、真空容器９０内のガスが電離して、誘電体板９３０の下方にマイクロ波プラズマＰが生成される。生成したマイクロ波プラズマＰにより、基材９４の上面が処理される。

特開２００９−２２４２６９号公報 特開２００５−１９７３７１号公報 特開２００７−１８４２５９号公報 特開２０００−３４９０７５号公報

不純物の混入を抑制して、処理の純度を高めるためには、マイクロ波プラズマ処理をできるだけ低圧下で行うことが望ましい。しかし、従来のマイクロ波プラズマ処理装置によると、低圧下で安定したマイクロ波プラズマを生成することが難しく、処理圧力を５Ｐａ程度までにしか下げることができなかった。この理由は、次のように考えられる。

図４に、上記従来のマイクロ波プラズマ処理装置９におけるプラズマ生成部９１の斜視図を示す。図４に示すように、プラズマ生成部９１は、導波管９１０と、スロットアンテナ９２０と、誘電体板９３０と、を有している。スロットアンテナ９２０は、導波管９１０の下壁をなしている。誘電体板９３０は、スロット９２１を覆うように、スロットアンテナ９２０の下面（真空容器側）に配置されている。導波管９１０の右端から伝送されたマイクロ波は、図中上下方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット９２１を通過して、誘電体板９３０に入射する。誘電体板９３０に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、誘電体板９３０の下面９３１に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰが生成される。

ここで、スロット９２１から誘電体板９３０へ入射するマイクロ波の入射方向（矢印Ｙ１）と、誘電体板９３０の下面９３１と、は直交する。このため、誘電体板９３０に入射したマイクロ波は、生成したマイクロ波プラズマＰに遮られ、進行方向を９０°変えて、誘電体板９３０の下面９３１を伝播する（矢印Ｙ２）。このように、生成したマイクロ波プラズマＰに対して垂直方向にマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰに伝播しにくい。また、誘電体板９３０による、スロット９２１から入射したマイクロ波の反射、散乱により、電界エネルギーが低下しやすい。このため、低圧下においては、プラズマ生成が難しいと考えられる。

また、従来のプラズマ生成部９１においては、誘電体板９３０が真空容器９０内に表出している。このため、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより成膜を行う場合、誘電体板９３０の表面に、膜の成分が付着しやすい。これにより、プラズマ密度が低下してしまう。また、付着した膜の成分が、伝播するマイクロ波により発熱し、誘電体板９３０が割れるおそれもある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、低圧下においても安定したマイクロ波プラズマを生成することができるマイクロ波プラズマ生成装置を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、真空容器内にマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置であって、マイクロ波を伝送する第一導波管と、該マイクロ波が伝播し、該マイクロ波が該真空容器の内側方向に通過する複数のスロットが形成されたスロットアンテナを有する管体部と、該管体部の内部に少なくとも該スロットを覆うように配置される管体部内誘電体と、を有するプラズマ生成部と、該第一導波管と該プラズマ生成部との間に介在し、内部に該管体部内誘電体よりも屈折率が小さく該管体部内誘電体に接触して配置される誘電体を有する第二導波管と、を備えることを特徴とする。

上述したように、従来のプラズマ生成部においては、誘電体板がスロットアンテナの外側（真空容器側）に配置される。誘電体板は、表面にマイクロ波を伝播させて、プラズマを生成する役割を果たしている。これに対して、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、スロットアンテナの外側に配置する誘電体板は必要ない。その代わり、プラズマ生成部の管体部の内部、換言すると、スロットアンテナの内側に、管体部内誘電体が配置される。これにより、管体部内を伝播するマイクロ波の波長は、空気中を伝播する時の波長よりも短くなる。

マイクロ波の波長を短くすると、管体部内において電界強度が大きくなる部分が増加する。このため、従来と比較して、スロットアンテナに多くのスロットを形成することができる。スロット間隔を小さくして、スロットを多数形成すると、スロットアンテナの単位面積当たりの電界強度が、大きくなる。また、スロットが密に形成されると、管体部内誘電体により、隣接するスロットを通過するマイクロ波が互いに補完し合うことにより、スロットアンテナの表面全体の電界強度を高めることができる。これにより、１Ｐａ程度の低圧下においても、安定したマイクロ波プラズマを生成することができる。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、真空容器内の圧力を低くして、純度の高い処理を行うことができる。

また、スロットアンテナの表面の電界強度が大きいため、プラズマ生成部自体を、小型化することができる。これにより、マイクロ波プラズマ処理装置を構成する他の部材や装置との干渉を、抑制することができる。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、例えば、被処理部材を供給、搬送する装置を備え、改質処理や成膜処理を連続して行うような処理装置に、組み込みやすい。

本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、真空容器内に表出する誘電体板を有さない。このため、成膜処理に使用しても、誘電体板の表面全体に膜の成分が付着するという問題は生じない。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、クリーニングや改質処理は勿論、プラズマＣＶＤなどの処理にも好適である。

通常、屈折率が異なる媒体に対してマイクロ波を伝播させると、媒体の境界でマイクロ波の反射が生じてしまう。この点、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置においては、第一導波管とプラズマ生成部との間に第二導波管を介在させる。第二導波管の内部には、誘電体が配置される。第二導波管内の誘電体は、管体部に配置される管体部内誘電体に接続される。第二導波管内の誘電体の屈折率は、管体部内誘電体の屈折率よりも小さい。したがって、第一導波管から伝送されるマイクロ波は、一旦、第二導波管において波長が変換された後に、プラズマ生成部の管体部に伝送される。波長の変換を二段階で行うことにより、第一導波管から管体部へ直接マイクロ波を伝送する場合と比較して、管体部へ入射する際のマイクロ波の反射を、抑制することができる。

ちなみに、上記特許文献４には、処理室から離れた位置で生成させたマイクロ波プラズマを用いてエッチングを行う、放電分離型のケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）装置が開示されている。当該ＣＤＥ装置として開示されたプラズマ処理装置は、誘電体を充填した導波管と、誘電体で形成された放電管と、を備え、該導波管のスリットからマイクロ波を該放電管に照射して、該放電管の内部にプラズマを発生させる。特許文献４に記載のプラズマ処理装置においては、導波管の内部に誘電体が充填されている。しかし、導波管のスリットを通過したマイクロ波は、誘電体製の放電管に入射する。この点において、誘電体板を備える従来のマイクロ波による表面波プラズマ生成装置と変わらない。すなわち、放電管によるマイクロ波の反射、散乱により、電界エネルギーが低下しやすい。このため、低圧下におけるプラズマ生成は困難である。また、特許文献４に記載のプラズマ処理装置においては、マイクロ波プラズマを生成する領域と、エッチングを行う真空容器と、は離れている。このため、真空容器内には、プラズマではなく、ラジカルなどの活性ガスが導かれる。したがって、特許文献４に記載のプラズマ処理装置を用いても、真空容器内で成膜処理を行うことはできない。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記第一導波管の内部の屈折率は、前記管体部内誘電体の屈折率よりも小さく、前記第二導波管の内部に配置される前記誘電体の屈折率は、該第一導波管の内部の屈折率と該管体部内誘電体の屈折率との間の値である構成とする方がよい。

空気の屈折率は１である。第一導波管内に充填物が無く、マイクロ波が空気中を伝送される場合、第二導波管内の誘電体としては、屈折率が１よりも大きく、かつ、管体部内誘電体の屈折率よりも小さいものを、採用すればよい。こうすることにより、波長の変換を二段階で行うことができ、管体部へ入射するマイクロ波の反射を抑制することができる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記第二導波管の内部に配置される前記誘電体の屈折率は、前記第一導波管の内部の屈折率と前記管体部内誘電体の屈折率との中間値であり、導波管の断面寸法および内部の誘電率で決定される導波管の特性インピーダンスについて、該第二導波管の特性インピーダンスは、該第一導波管の特性インピーダンスと前記プラズマ生成部の前記管体部の特性インピーダンスとの積の平方根であり、かつ、該第二導波管の長さは該第二導波管の管内波長の１／４である構成とする方がよい。

本構成によると、管体部へ入射するマイクロ波の反射抑制効果がより大きくなる。これは、本構成により、誘電体を有する導波管に入射するマイクロ波の反射強度を抑制することができるためである。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記管体部内誘電体は、石英、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムから選ばれる一種である構成とする方がよい。

これらの材料は、マイクロ波を吸収しにくいため好適である。つまり、プラズマソースとなるマイクロ波の損失が少ないため好適である。

また、第二導波管の誘電体は、管体部内誘電体よりも屈折率が小さければよい。このため、第二導波管の誘電体は、管体部誘電体との組合せを考慮して、適宜選択すればよい。例えば、管体部内誘電体として石英を用いた場合には、第二導波管の誘電体は、ポリテトラフルオロエチレンなどを用いればよい。また、管体部内誘電体としてアルミナを用いた場合には、第二導波管の誘電体は、石英などを用いればよい。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記管体部は、断面矩形の管状を呈することが望ましい。

（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記スロットアンテナは、前記管体部のＨ面に配置される構成とする方がよい。

（７）上記（１）ないし（６）のいずれかの構成のマイクロ波プラズマ生成装置は、０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記マイクロ波プラズマを生成可能である。例えば、真空容器内を０．５Ｐａ以上３Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、不純物の混入が抑制され、処理の純度を高めることができる。また、生成したマイクロ波プラズマを広げるためには、０．５Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力下でマイクロ波プラズマを生成することが望ましい。

本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を備えるマイクロ波プラズマ処理装置の左右方向断面図である。 同マイクロ波プラズマ生成装置の部分斜視図である。 従来のマイクロ波プラズマ処理装置の左右方向断面図である。 同マイクロ波プラズマ処理装置におけるプラズマ生成部の斜視図である。

以下、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置の実施の形態について説明する。

＜マイクロ波プラズマ生成装置の構成＞
まず、本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置の構成について説明する。図１に、本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置を備えるマイクロ波プラズマ処理装置の左右方向断面図を示す。図２に、同マイクロ波プラズマ生成装置の部分斜視図を示す。図１、図２に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１は、真空容器８と、マイクロ波プラズマ生成装置１０と、を備えている。

真空容器８は、アルミ鋼製であって、直方体箱状を呈している。真空容器８の右壁には、導波管挿通孔８０とガス供給孔８１とが、穿設されている。導波管挿通孔８０には、マイクロ波プラズマ生成装置１０が挿通されている。ガス供給孔８１には、ガス供給管（図略）の下流端が接続されている。真空容器８の下壁には、排気孔８２が穿設されている。排気孔８２には、真空容器８の内部のガスを排出するための真空排気装置（図略）が接続されている。

マイクロ波プラズマ生成装置１０は、第一導波管２０と、第二導波管３０と、プラズマ生成部４０と、マイクロ波伝送部５０と、を備えている。第一導波管２０は、アルミニウム製であって、断面矩形の管状を呈している。第一導波管２０は、マイクロ波伝送部５０に接続されている。マイクロ波伝送部５０は、マイクロ波電源５１と、マイクロ波発振器５２と、アイソレータ５３と、パワーモニタ５４と、ＥＨ整合器５５と、を有している。マイクロ波発振器５２、アイソレータ５３、パワーモニタ５４、およびＥＨ整合器５５は、第一導波管２０により連結されている。

第二導波管３０は、アルミニウム製であって、断面矩形の短い管状を呈している。第二導波管３０は、第一導波管２０とプラズマ生成部４０との間に配置されている。第二導波管３０の右端は、第一導波管２０に接続されている。第二導波管３０の左端は、プラズマ生成部４０に接続されている。第二導波管３０の内部には、図２中点線で示すように、誘電体３１が充填されている。誘電体３１は、石英製であって、直方体状を呈している。誘電体３１の左端は、後述するプラズマ生成部４０の管体部内誘電体４３に、接触している。誘電体３１の屈折率は、第一導波管２０の内部（空気）の屈折率と管体部内誘電体４３（アルミナ）の屈折率との中間値である。第二導波管３０の特性インピーダンスは、第一導波管２０の特性インピーダンスとプラズマ生成部４０の管体部４１の特性インピーダンスとの積の平方根である。また、第二導波管３０の左右方向の長さは、第二導波管３０の管内波長の１／４である。

プラズマ生成部４０は、管体部４１と、管体部内誘電体４３と、を有している。管体部４１は、アルミニウム製であって、断面矩形の管状を呈している。管体部４１は、左右方向に延在している。管体部４１の前面には、スロットアンテナ４２が配置されている。スロットアンテナ４２は、管体部４１の前壁を形成している。スロットアンテナ４２は、管体部４１のＨ面に配置されている。スロットアンテナ４２には、スロット４２０が十個形成されている。スロット４２０は、左右方向に伸びる長孔状を呈している。スロット４２０は、電界強度が大きい位置に配置されている。

管体部内誘電体４３は、アルミナ製であって、直方体状を呈している。管体部内誘電体４３は、図２中点線で示すように、管体部４１の内部全体に充填されている。管体部内誘電体４３は、スロット４２０を後方から覆っている。

＜マイクロ波プラズマ生成装置の動作＞
次に、マイクロ波プラズマ生成装置１０の動作について説明する。まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排出し、真空容器８の内部を減圧状態にする。次に、ガス供給管から、所定のガスを真空容器８内へ供給する。この際、真空容器８内の圧力が、約１０〜１００Ｐａになるように、供給ガスの流量を調整する。続いて、マイクロ波電源５１をオンにする。マイクロ波電源５１をオンにすると、マイクロ波発振器５２が周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する。発振されたマイクロ波は、第一導波管２０内を伝播する。ここで、アイソレータ５３は、第二導波管３０から反射されたマイクロ波が、マイクロ波発振器５２に戻るのを抑制する。パワーモニタ５４は、発生したマイクロ波の出力と、反射したマイクロ波の出力と、をモニタリングする。ＥＨ整合器５５は、マイクロ波の反射量を調整する。

第一導波管２０内を通過したマイクロ波は、第二導波管３０内を伝播する。第二導波管３０の内部には、石英製の誘電体３１が充填されている。このため、第二導波管３０内において、マイクロ波の波長は変換され、短くなる。続いて、第二導波管３０内を通過したマイクロ波は、プラズマ生成部４０の管体部４１内を伝播する。管体部４１の内部には、アルミナ製の管体部内誘電体４３が充填されている。このため、管体部４１内において、マイクロ波の波長は、さらに短くなる。

管体部４１内のマイクロ波は、スロットアンテナ４２のスロット４２０を通過して、スロットアンテナ４２の前面を伝播する。伝播するマイクロ波の強電界により、真空容器８内のガスが電離して、スロットアンテナ４２の前方にマイクロ波プラズマが生成される。

この後、マイクロ波プラズマの生成を維持したまま、真空容器８内の圧力を所定の圧力に調整して、プラズマ生成部４０の前方に対向配置される基材（図略）の処理を行う。

＜作用効果＞
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置の作用効果について説明する。本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置１０においては、プラズマ生成部４０の管体部４１の内部に、アルミナ製の管体部内誘電体４３が配置される。これにより、管体部４１内を伝播するマイクロ波の波長を、空気中、すなわち第一導波管２０内を伝播する時の波長よりも、短くすることができる。例えば、第一導波管２０内のマイクロ波の波長１２２ｍｍを、管体部４１内において４９ｍｍにすることができる。

マイクロ波の波長を短くすると、管体部４１内において電界強度が大きくなる部分が増加する。よって、スロットアンテナ４２０に、小さなスロット４２０を多数形成することができる。これにより、スロットアンテナ４２の単位面積当たりの電界強度が、大きくなる。また、スロットアンテナ４２の表面全体の電界強度が、大きくなる。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置１０によると、１Ｐａ程度の低圧下においても、安定したマイクロ波プラズマを生成することができる。また、真空容器８内の圧力を低くすることにより、純度の高い処理を行うことができる。

マイクロ波プラズマ生成装置１０においては、スロットアンテナ４２の表面の電界強度が大きいため、プラズマ生成部４０が小型化されている。これにより、マイクロ波プラズマ処理装置１において、マイクロ波プラズマ生成装置１０と、他の部材や装置とが、干渉しにくい。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置１０は、例えば、被処理部材を供給、搬送する装置を備え、改質処理や成膜処理を連続して行うような処理装置に、組み込みやすい。

マイクロ波プラズマ生成装置１０は、真空容器８内に表出する誘電体板を有さない。このため、成膜処理に使用しても、誘電体板の表面全体に膜の成分が付着するという問題は生じない。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置１０は、クリーニングや改質処理は勿論、プラズマＣＶＤなどの処理にも好適である。

マイクロ波プラズマ生成装置１０においては、第一導波管２０とプラズマ生成部４０との間に、誘電体３１が充填された第二導波管３０が介在する。したがって、第一導波管２０から伝送されるマイクロ波は、一旦、第二導波管３０において波長が変換された後に、プラズマ生成部４０の管体部４１に伝送される。波長の変換を二段階で行うことにより、第一導波管２０から管体部４１へ直接マイクロ波を伝送する場合と比較して、管体部４１へ入射する際のマイクロ波の反射が抑制される。ここで、誘電体３１の屈折率は、第一導波管２０の内部（空気）の屈折率と管体部内誘電体４３（アルミナ）の屈折率との中間値である。また、第二導波管３０の特性インピーダンスは、第一導波管２０の特性インピーダンスとプラズマ生成部４０の管体部４１の特性インピーダンスとの積の平方根であり、第二導波管３０の左右方向の長さは、第二導波管３０の管内波長の１／４である。これにより、管体部４１へ入射するマイクロ波の反射抑制効果が、より大きくなる。

＜その他＞
以上、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置の一実施形態について説明した。しかしながら、マイクロ波プラズマ生成装置の実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、プラズマ生成部におけるスロットアンテナの材質、スロットの数、形状、配置などは、特に限定されない。例えば、スロットアンテナの材質は、非磁性の金属であればよく、アルミニウムの他、ステンレス鋼や真鍮などでも構わない。また、銀めっきなどの導電めっきを施したものでも構わない。スロットの配列は、一列でも、二列以上でもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。また、プラズマ生成部や第二導波管の大きさも、特に限定されない。

管体部内誘電体、および第二導波管内の誘電体の材質については、特に限定されない。いずれについても、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどが好適である。ここで、第二導波管内の誘電体としては、屈折率が、管体部内誘電体の屈折率よりも小さいものを選択する。第二導波管内の誘電体の屈折率は、第一導波管の内部の屈折率と管体部内誘電体の屈折率との間の値であることが望ましい。

上記実施形態においては、管体部の内部全体に管体部内誘電体を配置した。しかし、管体部内誘電体は、少なくともスロットを覆うように配置されていればよく、必ずしも管体部の内部全体に配置される必要はない。

上記実施形態においては、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用した。しかし、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚ帯に限定されるものではなく、３００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚなどが挙げられる。

本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下でマイクロ波プラズマを生成することができる。したがって、真空容器内の圧力は、処理に応じて適宜決定すればよい。例えば、０．５Ｐａ以上３Ｐａ以下の高真空状態にすることにより、不純物の混入が抑制され、処理の純度を高めることができる。また、生成したマイクロ波プラズマを広げるためには、０．５Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力下でマイクロ波プラズマを生成することが望ましい。また、供給するガスも、処理に応じて適宜決定すればよい。例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガス、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）などが挙げられる。供給するガスは、一種でも二種以上でもよい。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜低圧下におけるマイクロ波プラズマの生成＞
［実施例１］
上記実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１を用いて、０．７Ｐａの圧力下におけるマイクロ波プラズマの生成状態を確認した。以下の処理における部材の符号は、前出図１に対応している。

まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器８の内部のガスを排気孔８２から排出し、真空容器８の内部圧力を８×１０^−３Ｐａとした。次に、ガス供給孔８０からアルゴンガスを真空容器８内へ供給して、真空容器８の内部圧力を１００Ｐａとした。続いて、マイクロ波電源５１をオンにして、発振された出力７００Ｗのマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）により、マイクロ波プラズマを生成した。その後、アルゴンガスの流量を絞り、真空容器８の内部圧力を０．７Ｐａにして、マイクロ波プラズマの生成状態を目視確認した。その結果、安定したマイクロ波プラズマが維持されていることを確認した。

［比較例１］
従来のマイクロ波プラズマ処理装置９（前出図３参照）を用いて、上記実施例１と同じ条件で、マイクロ波プラズマを生成させた。以下の処理における部材の符号は、前出図３に対応している。

まず、真空排気装置（図略）を作動させて、真空容器９０の内部のガスを排出し、真空容器９０の内部圧力を８×１０^−３Ｐａとした。次に、アルゴンガスを真空容器９０内へ供給して、真空容器９０の内部圧力を１００Ｐａとした。続いて、出力７００Ｗのマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）を、導波管９１０内に伝送して、マイクロ波プラズマを生成した。その後、アルゴンガスの流量を絞り、真空容器９０の内部圧力を０．７Ｐａにして、マイクロ波プラズマの生成状態を目視確認した。その結果、プラズマ生成を持続することができず、マイクロ波プラズマは消失した。

＜マイクロ波プラズマの電子密度＞
［実施例２］
真空容器内の圧力を６．７Ｐａにした以外は、実施例１と同様にしてマイクロ波プラズマを生成し、スロットアンテナから１．５ｃｍ離間した位置におけるマイクロ波プラズマの電子密度を測定した。その結果、電子密度は、６．７×１０^１７ｍ^−３であった。電子密度は、ラングミュアプローブを用いて測定した。プローブ電極は、太さ０．２ｍｍ、長さ５ｍｍである。プローブ電極に可変電圧を印加して、電極に流れる電流の変化を測定した。

［実施例３］
真空容器へ供給するガスを水素ガスに変更し、マイクロ波の出力を６００Ｗ、真空容器内の圧力を２０Ｐａに変更した以外は、実施例１と同様にしてマイクロ波プラズマを生成した。そして、スロットアンテナから２ｃｍ離間した位置におけるマイクロ波プラズマの電子密度を測定した。その結果、電子密度は、６．５×１０^１７ｍ^−３であった。

＜まとめ＞
以上より、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、１Ｐａ以下の低圧下においても、安定したマイクロ波プラズマを生成できることが確認された。また、誘電体板を用いた従来の表面波プラズマ生成装置と比較して、誘電体板を用いること無く、高密度なマイクロ波プラズマを生成することができた。特に、一般的な高周波（ＲＦ）プラズマよりも、電子密度が２桁程度大きい、高密度なマイクロ波プラズマを生成することができた。

本発明のマイクロ波プラズマ生成装置は、基材に対するクリーニング、改質、成膜などの様々な処理に用いることができる。例えば、タッチパネル、ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明、太陽電池、電子ペーパー等に用いられる透明導電膜等の形成に有用である。

１：マイクロ波プラズマ処理装置、８：真空容器、１０：マイクロ波プラズマ生成装置、２０：第一導波管、３０：第二導波管、３１：誘電体、４０：プラズマ生成部、４１：管体部、４２：スロットアンテナ、４３：管体部内誘電体、５０：マイクロ波伝送部、５１：マイクロ波電源、５２：マイクロ波発振器、５３：アイソレータ、５４：パワーモニタ、５５：ＥＨ整合器、８０：導波管挿通孔、８１：ガス供給孔、８２：排気孔、４２０：スロット。

Claims (7)

1. 真空容器内にマイクロ波プラズマを生成するマイクロ波プラズマ生成装置であって、
   マイクロ波を伝送する第一導波管と、
   該マイクロ波が伝播し、該マイクロ波が該真空容器の内側方向に通過する複数のスロットが形成されたスロットアンテナを有する管体部と、該管体部の内部に少なくとも該スロットを覆うように配置される管体部内誘電体と、を有するプラズマ生成部と、
   該第一導波管と該プラズマ生成部との間に介在し、内部に該管体部内誘電体よりも屈折率が小さく該管体部内誘電体に接触して配置される誘電体を有する第二導波管と、
   を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ生成装置。
2. 前記第一導波管の内部の屈折率は、前記管体部内誘電体の屈折率よりも小さく、
   前記第二導波管の内部に配置される前記誘電体の屈折率は、該第一導波管の内部の屈折率と該管体部内誘電体の屈折率との間の値である請求項１に記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
3. 前記第二導波管の内部に配置される前記誘電体の屈折率は、前記第一導波管の内部の屈折率と前記管体部内誘電体の屈折率との中間値であり、
   導波管の断面寸法および内部の誘電率で決定される導波管の特性インピーダンスについて、該第二導波管の特性インピーダンスは、該第一導波管の特性インピーダンスと前記プラズマ生成部の前記管体部の特性インピーダンスとの積の平方根であり、かつ、該第二導波管の長さは該第二導波管の管内波長の１／４である請求項２に記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
4. 前記管体部内誘電体は、石英、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムから選ばれる一種である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
5. 前記管体部は、断面矩形の管状を呈する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
6. 前記スロットアンテナは、前記管体部のＨ面に配置される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ生成装置。
7. ０．５Ｐａ以上１００Ｐａ以下の圧力下で前記マイクロ波プラズマを生成可能な請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ生成装置。

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