JP4916776B2 - 吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波電力によりノズルから吹き出るプラズマを発生させて、高密度のプラズマをノズルから吹き出せ、被加工物の材料を選ばず、プラズマを使用したＣＶＤ（化学蒸着）、エッチング、アッシング、被加工物に溶断又は溶接、表面改質等の材料プロセシングを施す、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置に関する。

現在、材料開発や生産技術等における多くの分野でプラズマプロセッシング技術は不可欠なものになっている。例えば、半導体、マイクロ・ナノマシンの製造、固体表面改質するプロセスにおいて、プラズマが広く用いられている。
ところが、低圧力の条件下ではさまざまな処理ガスを用いた非熱平衡プラズマにより各種表面処理が行われているが、高価な真空装置が必要でかつすぐに試料を真空容器から取り出すことができず、装置にコストがかかるだけでなく、処理に時間がかかり、結果として製品のコストが高くなるなど、工業的には不利であった。そのため、大気圧下で又は大気圧付近の圧力で非熱平衡プラズマを発生させる方法が要求されている。
また、従来より、プラズマをノズルから吹き出す吹き出し形プラズマは、被加工物にプラズマを使用したＣＶＤ（化学蒸着）、エッチング、アッシング、被加工物に溶断又は溶接、表面改質等を行うのに有用とされており、様々な分野で利用されている。
また、近年では、プロセスの微細化が進んでおり、空間的に局所プラズマプロセシング技術が必要になっており、そのため、断面サイズが数ミリメートルオーダー又はその以下の微小プラズマジョット発生装置および処理方法が要求されている。
大気圧下で又は大気圧付近の圧力における吹き出し形プラズマに関し、現在、直径数ミリメートルオーター又はその以下の吹き出し形プラズマを発生させるには、直流アーク放電を用いる方法がよく知られている。しかしながら、直流アーク放電を用いる方法は、電極が劣化しやすいこと、反応性ガスの使用ができないこと、基板が導体に限定されることなどの様々な問題を有している。
また、無電極方式の吹き出し形プラズマ発生装置も知られている、例えば、ＶＨＦ帯（３０−３００ＭＨｚ）の高周波を用いた誘導結合式熱プラズマ発生装置が提案されている（特願２００１−２９７８５０参照）。
しかし、提案されているプラズマ発生装置は、大気圧下で安定なプラズマを維持するために特殊ガス（例えば、ヘリウム又はアルゴンガス）を供給する必要があるし、インピーダンスマッチングが複雑な回路になっている等装置の製作上及び運転上における様々な限界と問題点を有している。また、アレイ化による大規模化が困難である。

マイクロ波電源を用いたマイクロ波励起プラズマ装置の場合は、上述のような電源を用いたプラズマ装置に比べて、次のような利点が知られている。
（１） マイクロ波電源が安い。
（２） 無電極運転が可能であり、放電維持寿命が長い。
（３） インピーダンスマッチングが簡単な素子で可能。
（４） マイクロ波とプラズマのカップリング効率がよい。
（５） 大気圧を含め広い圧力範囲において安定な高密度のプラズマが発生する。

一方、最近、吹き出し形プラズマ発生装置ではないが、マイクロストリップ技術を用いた大気圧におけるマイクロ波励起マイクロプラズマ発生装置が開発されている（非特許文献１−２参照）。
それは、マイクロ波が伝搬する方向に対して誘電体板の垂直断面に、マイクロストリップ線路とアース導体を延長させ、それを二つの電極とし、その間にプラズマ発生部の隙間を形成することにより電界を集中させ、そこにプラズマを発生させる装置である。
Ｊａｅｈｏ Ｋｉｍ ａｎｄ Ｋａｚｕｏ Ｔｅｒａｓｈｉｍａ，"２．４５ ＧＨｚ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−ｅｘｃｉｔｅｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｉｒ ｍｉｃｒｏｐｌａｓｍａｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ．Ｖｏｌ．８６，ｐｐ．１９１５０４−１−１９１５０４−３（２００５）． Ｊａｅｈｏ Ｋｉｍ ａｎｄ Ｋａｚｕｏ Ｔｅｒａｓｈｉｍａ，"Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｘｃｉｔｅｄ ｎｏｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｉｃｒｏｐｌａｓｍａｓ ｆｏｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ"，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４■ Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ｔｈｅ Ｂａｓｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｈｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｕｎｌｉｎ，Ｔａｉｗａｎ，ｐｐ．３２２−３２５（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００５）．

しかし、提案されているマイクロストリップ技術を用いたプラズマ発生装置は、誘電体板の垂直断面にマイクロストリップ線路とアース導体との隙間に強く集中するので、装置から空気中に向けて放射するマイクロ波の電界が弱い。その結果、プラズマもその二つの電極間における誘電体の垂直断面の表面に局在してしまい、装置から空気中に向けて吹き出るプラズマを発生させる吹き出し形プラズマ発生装置としての発展には向けってない構造である。そのために新しい構造の吹き出し形プラズマ発生装置が要求されている。

本発明は、以上の点に鑑み、大気圧下で又は大気圧付近の圧力でマイクロ波電力により低温の非熱平衡プラズマを安定して、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置及びシステムを提供することを目的とする。また、本発明は、アレイ化により大面積化ができる吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置及びシステムを提供することを目的とする。

本発明の第１の解決手段によると、誘電体の基板と、前記基板の一方の端部に設けられた基板の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部と、前記基板の第１の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板のテーパー部の端部の断面において、テーパー形状の導体板とアース導体の間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部と、前記基板の内部に一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたガスを流すためのチャンネルと、前記基板の一方の端部において、前記のチャンネルにガスを入力するためのガス入力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面に設けられた、前記ガス入力部から入力されて前記チャンネルを沿って流れたガスが出るガス出口で、、前記マイクロ波出力部でマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ装置が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、誘電体基板と、前記基板の一方の端部に設けられたテーパー部と、前記基板の第１の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面において、マイクロストリップ線路とアース導体の間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面の前記マイクロ波出力部に一方の面が接して設けられた誘電体ガス管と、前記誘電体ガス管の前記マイクロ波出力部と接している面と反対側の内部の面又は外部の面に設けられた補助電極と、前記誘電体ガス管の一方の端部において、ガスを入力するためのガス入力部と、前記誘電体ガス管の他方の端部において、ガス入力部から入力されたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波出力部でから放射されるマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部と、を備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ装置が提供される。

本発明の第３の解決手段によると、誘電体基板と、前記基板の一方の端部に設けられたテーパー部と、前記テーパー部において、第１の斜面の傾きが第２の斜面の傾きより小さくなっており、第２斜面の端が第１の斜面の対向側の面で終わり、第１の斜面の端部と第２の斜面の端部の間に設けられたプラズマ発生部と、前記基板の第１の面の一方の端部から前記テーパー部の第１の斜面の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の他方の端部から前記テーパー部の第１の斜面の対向側の第２の斜面の端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記アース導体の前記基板と接している面の反対の面において、設けられたチャンネルを構成するために、前記アース導体と接する面に溝が設けられた導体板又は誘電体板と、前記アース導体の前記基板と接している面の反対の面の一方の端部から前記テーパー部の第１の斜面の端部に渡って設けられたガスを流すためのチャンネルと、前記アース導体の前記基板と接している反対の面の一方の端部において、ガスを入力するためのガス入力部と、前記ガス入力部から入力されて前記チャンネルを通って流れたガスが出るガス出口で、前記テーパー部の第１の斜面の端部と前記の溝が設けられた導体板又は誘電体板との間で、前記マイクロ波入力部から入力されて伝播したマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ装置が提供される。

本発明の第４の解決手段によると、誘電体基板と、前記基板の一方の端部に設けられたテーパー部と、前記基板の他方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って内部に設けられたストリップ線路と、前記基板の第１の面の他方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられた第１のアース導体と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の他方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられた第２のアース導体と、前記基板の他方の端部において、前記ストリップ線路と前記第１のアース導体との間及び前記ストリップ線路と前記第２のアース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面において、前記ストリップ線路と前記第１のアース導体との間及び前記ストリップ線路と前記第２のアース導体との間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面の前記マイクロ波出力部に一方の面が接して設けられた誘電体ガス管と、前記誘電体ガス管の他方の内部の面又は外部の面に設けられた補助電極と、前記誘電体ガス管の一方の端部において、ガスを入力するためのガス入力部と、前記誘電体ガス管の他方の端部において、ガス入力部から入力されたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波出力部でから放射されるマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部と、を備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ装置が提供される。

本発明の第５の解決手段によると、誘電体の基板と、前記基板の第１の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板の内部に一方の端部から他方の端部に渡って設けられたガスを流すためのチャンネルと、前記基板の一方の端部において、前記のチャンネルにガスを入力するためのガス入力部と、前記基板の第１の面に設けれた、前記チャンネルまで貫通している数個のスロットと、前記マイクロストリップ線路の一方の面に設けられた、前記数個のスロットを通って前記チャンネルまで入っている数個の突起状の導体と、前記基板の一方の端部の断面に設けられた、前記ガス入力部から入力されて前記チャンネルを沿って流れたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波入力部から入力されて伝播したマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ装置が提供される。

本発明によると、大気圧下で又は大気圧付近の圧力で、アルゴン又はヘリウムガスなどの運転ガスなしで、空気又は任意のプロセス用のガスで安定した低電力の精細な高密度の吹き出し形マイクロ波励起非熱平衡プラズマの発生と維持が可能となる。
その吹き出し形プラズマは、マイクロ波電力とガスの流量と被加工物との距離等の制御することにより、数十℃から数千℃までガス温度の制御が可能となる。
また、本発明によると、その吹き出し形プラズマをアレイ化することにより、大気圧下で又は大気圧付近の圧力で、大面積の吹き出し形マイクロ波励起非熱平衡プラズマの発生と維持が可能となる。
本発明によると、以上の結果、大気圧下で又は大気圧付近の圧力で、微小の吹き出し形マイクロ波励起非熱平衡プラズマ、又は大面積の吹き出し形マイクロ波励起非熱平衡プラズマを用いて被加工物にプラズマを使用したＣＶＤ（化学蒸着）、エッチング、アッシング、被加工物に溶断又は溶接、表面改質等の材料プロセシングが可能となる。

図１と図２と図３は、本発明における第１の実施の形態を示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の構成図である。
この装置は、誘電体の基板３と、その基板３の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部７と、マイクロストリップ線路１と、アース導体２と、基板のテーパー部７に設置される幅が徐々に広がるテーパー形状のマイクロストリップ線路１１と、マイクロストリップ線路１とアース導体２との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部３１と、図４に示したガスを流すために基板内部に設けられているチャンネル５、そのチャンネル５にガスを入力するためのガス入力部５０と、チャンネル５からガスが出るノズル部５１を備える。

図２に示すように高周波コネクト３１からテーパー形状のマイクロストリップ線路１１の間にインピーダンスマッチング用スタブ２１を適宜備えても良い。または、マイクロ波電源とマイクロ波入力部の間にインピーダンスマッチング用装置を適宜備えても良い。
誘電体の基板３は、マイクロ波の誘電損失が少なく、耐熱性が大きい材料が良い。例えば、アルミナ、石英、サファイア等の適宜の材料、あるいは、その複合構造が用いられる。
マイクロ波導入部３１は、商用の高周波コネクトで、例えば、ＳＭＡコネクト、Ｎ型コネクト、ＢＮＣコネクト、Ｍ型コネクト等を適宜用いることができる。
マイクロ波導入部３１は、図１に示すように誘電体基板の一方の端部に設けても良いし、図５に示すように誘電体基板３のアース導体２が設けられているの面に備えても良い。
誘電体内部のチャンネル５と、ガス入力部５０と、ノズル部５１の形状は、望む吹き出し形プラズマの大きさや形状を考えて適宜の形にすることができる。その一つの例を図３に示す。
誘電体基板３のテーパー部７の傾きと長さ、又、テーパー形状のマイクロストリップ線路１１の幅の広がる角度と長さを適宜にすることで、プラズマの発生部で発生するマイクロ波の反射波を大きく抑えることができる。

誘電体基板３のテーパー部７の形状は、その第１の例として、図１９に示すようにその第１の斜面の傾きと第２の斜面の傾きを同じにする形状でも良いし、
その第２の例として、図２０に示すようにその第１の斜面と第２の斜面を対称的し、誘電体基板３の厚みを徐々に小さくした後、その両方の斜面の傾きを平行にして少し伸ばした形状でも良いし、
その第３の例として、図２１に示すようにその一方の面だけに斜面を設け、その他方の面は平行にそのまま伸ばした形状でも良いし、
その第４の例として、図２２に示すように図２１に示す構造においてその両面の端部を平行にて少し伸ばして形状でも良いし、
又は、その両面の斜面の傾きを二段階、あるいは複数の段階にした形状等で、一方の面あるいは両方の面に斜面を設けることにより誘電体基板３の厚みが徐々に小さくなる形状であれば良い。

誘電体基板３において、マイクロストリップ線路１とアース導体２を備える位置は相互的であり、それらを設置する誘電体基板３の面が変わっても良い。
テーパー形状のマイクロストリップ線路１１は他の形状、例えば、図３に示すようにマイクロストリップ線路１と同じ形状等の他の形状でもできることは言うこともない。
テーパー形状のマイクロストリンプ線路１１とアース導体２は、誘電体基板１の端で、又はその端の内側で終るようにしても良い。

原理、
マイクロ波入力部３１から誘電体基板３に導入されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路１およびテーパー形状のマイクロストリップ線路１１とアース導体２との間を伝搬する。
そのマイクロ波の電界は、テーパー部７のところで、マイクロストリップ線路１１とアース導体２との距離が狭くなっているので徐々に強くなり、チャンネル５にプラズマを発生させる。そのプラズマはガスの流れと共にノズル部５１から吹き出る。
さらに、このような構造の装置では、マイクロ波の電界がノズル部５１から空間に放射するように形成されるので、その放射電界によりプラズマがより吹き出ることになる。

図６は、本発明における第２の実施の形態を示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の構成図である。
この装置は、誘電体の基板３と、その基板３の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部７と、マイクロストリップ線路１と、アース導体２と、基板のテーパー部７に設置される幅が徐々に広がるテーパー形状のマイクロストリップ線路１１と、マイクロストリップ線路１とアース導体２との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部３１と、誘電体基板３のテーパー部７が設けられた端部の断面でおいてテーパー形状のマイクロストリップ線路１１とアース導体２の間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部５５を備える図８に示している誘電体基板部と、両端の断面にガス入力部５０と、ガスの出口でプラズマが吹き出されるノズル部５１を設けた誘電体ガス管２５を備える。

その誘電体ガス管２５の一方の面は前記の誘電体基板部のマイクロ波出力部５５に接するし、他方の内部の面又は外部の面に補助電極２０を備える。図７は誘電体ガス管２５と誘電体基板部が結合している様子を示す断面図である。

誘電体ガス管２５は、マイクロ波の誘電損失が少なく、耐熱性が大きい材料が良い。例えば、アルミナ、石英、サファイア等の適宜の材料が用いられる。
補助電極２０は、導電性を有する導体であれば良い。補助電極２０の形状は、図６に示す細長い形状に限らず、網、フラット等の形状でも良い。
誘電体基板３のテーパー部７は、実施例１で記述した形状が可能であり、一方の面あるいは両方の面に斜面を設けることにより誘電体基板３の厚みが徐々に小さくなる形状であれば良い。
誘電体基板３において、マイクロストリップ線路１とアース導体２を備える位置は相互的であり、それらを設置する誘電体基板３の面が変わっても良い。

原理、
マイクロ波入力部３１から誘電体基板３に導入されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路１およびテーパー形状のマイクロストリップ線路１１とアース導体２との間を伝搬する。
そのマイクロ波の電界は、テーパー部７のところで、マイクロストリップ線路１１とアース導体２との距離が狭くなっているので徐々に強くなり、マイクロ波出力部５５から放射され、マイクロ波出力部５５と補助電極２０の間にある誘電体ガス管２５の内部に集中され、プラズマを発生させる。そのプラズマは、ガスの流れと共にノズル部５１から吹き出る。

図１０は、本発明における第３の実施の形態を示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図である。
この装置は、誘電体の基板３と、その基板３の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部７と、マイクロストリップ線路１と、アース導体２と、基板のテーパー部７に設置される幅が徐々に広がるテーパー形状のマイクロストリップ線路１１と、マイクロストリップ線路１とアース導体２との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部３１と、プラズマ発生部９と、誘電体基板３と接しているアース導体２の面の反対の面に、溝が設けられた導体板又は誘電体板８により成っているガスを流すチャンネル５と、ガスの出口でプラズマが吹き出されるノズル部５１を備える。

プラズマ発生部９は、テーパー部７において、マイクロストリップ線路１１が設けられる第１の斜面の傾きがアース導体２が設けられる第２の斜面の傾きより小さくなっており、第２斜面の端が第１の斜面の対向側の面で終わり、第１の斜面の端部と第２の斜面の端部の間に備えられる。
テーパー形状のマイクロストリップ線路１１の端は、テーパー部７の前記第１の斜面の端の内側に置き、マイクロストリップ線路１１がプラズマにより損傷することを避けることができる。又は、マイクロストリップ線路１１の端のところに誘電体壁を設けることで、プラズマと接することを避けることもできる。

原理、
マイクロ波入力部３１から誘電体基板３に導入されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路１およびテーパー形状のマイクロストリップ線路１１とアース導体２との間を伝搬する。
そのマイクロ波の電界は、テーパー部７のところで、マイクロストリップ線路１１とアース導体２との距離が狭くなっているので徐々に強くなり、テーパー部７の前記第２の斜面に設けられているアース導体２の端のところで一番強くなり、そのアース導体２の端とテーパー部７の前記第１の斜面に設けられているマイクロストリップ線路１１との間で、容量結合プラズマを発生させる。そのプラズマは、ガスの流れと共にノズル部５１から吹き出る。

図１２と図１３は、本発明における第４の実施の形態を示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の構成図および断面図である。
この装置は、誘電体の基板３と、その基板３の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部７と、誘電体基板３の内部に埋まれている（サンドイッチ構造）ストリップ線路４と、誘電体基板３の両面に設けられてアース導体２と、ストリップ線路４とアース導体２との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部３１と、テーパー形状のストリップ線路１２と、テーパー形状のストリップ線路１２と両アース導体２の間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部５５を備える図１２に示している誘電体基板部と、両端の断面にガス入力部５０と、ガスの出口でプラズマが吹き出されるノズル部５１を設けた誘電体ガス管２５を備える。又、その誘電体ガス管２５の一方の面は前記の誘電体基板部のマイクロ波出力部５５に接するし、他方の内部の面又は外部の面に補助電極２０を備える。図１３は誘電体ガス管２５と誘電体基板部が結合している様子を示す断面図である。

この発明は、第２の実施の形態である図１０に示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置におけるマイクロ波伝送線路のマイクロストリップ線路の構造の代わりに、ストリップ線路の構造を用いて開発した吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置であり、誘電体ガス管２５の内部に電界を集中させ、吹き出るプラズマを発生させる原理は同じである。

図１４と図１５と図１６は、本発明における第５の実施の形態を示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の構成図および断面図である。
この装置は、誘電体の基板３と、マイクロストリップ線路１とアース導体２とマイクロストリップ線路１とアース導体２との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部３１と、誘電体基板３の内部に備えるチャンネル５と、ガス入力部５０と、誘電体基板３の一方に面に備える１個又は複数のスロット３５と、マイクロストリップ線路１の一方の面に備える１個又は複数の突起状の導体３３と、ガスの出口でプラズマが吹き出されるノズル部５１を備える。

マイクロストリップ線路１とアース導体２を備える位置は相互的であり、アース導体２の一方の面に突起状の導体３３を備え、誘電体基板３のスロットを備える面に設置し、マイクロストリップ線路１を誘電体基板３のフラットな面に設置しても良い。
数個の突起状の導体３３の形状は、フラットに限らず、他の形状でもできることは言うこともない。例えば、断面形状又は平面（正面）形状が、凸、凹、Ｖ字、楔、テーパー、三角等の適宜の形状とすることができる。
ノズル部５１の形状は、望む吹き出し形プラズマの大きさや形状を考えて適宜の形にすることができる。例えば、図１６に示すようにノズル部５１の断面をチャンネル５の断面より小さくすると、より細長い吹き出し形プラズマが得られる。
突起状の導体３３を備える位置は、まず、マイクロストリップ線路１の端に第１の突起状導体を備える。次の突起状の導体は、任意の位置でも良いが、マイクロ波電界の定在波の波長を考慮してその位置を適宜に決めることにより、マイクロ波電力のプラズマへの吸収効率が向上される。

原理、
マイクロ波入力部３１から誘電体基板３に導入されたマイクロ波は、マイクロストリップ線路１とアース導体２との間を伝搬する。
そのマイクロ波の電界は、マイクロストリップ線路１の端のところで最大値を持つ、マイクロストリップ線路１とアース導体２の間に定在波を生成し、マイクロストリップ線路１の端からマイクロ波の１／２波長を離れるごとに最大値を持つ。
電界は、電界が最大値になる位置に合わせて数個の突起状の導体３３を設置しているので、それらの突起状の導体３３の端のところでに電界が強く集中し、プラズマを発生させる。そのプラズマは、ガスの流れと共にノズル部５１から吹き出る。

本発明のおける、前記第１と第２と第３と第４と第５の実施の形態を示すそれぞれの吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置は、伝送線路（マイクロストリップ線路、あるいはストリップ線路）と、チャンネルと、ノズル等を並行させることにより、プラズマのアレイ化が可能となり、大気圧下で又は大気圧付近の圧力で、大面積の吹き出し形マイクロ波励起プラズマの発生が可能となる。
その例として、図１７と図１８に、本発明における第１と第２の実施の形態を示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置を改良し、吹き出し形プラズマをアレイ化することにより開発した長軸の吹き出し形プラズ発生装置をそれぞれ示す。

本発明の第１の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の模式図。 マッチング用スタブが設けられた本発明の第１の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の模式図。 本発明の第１の解決手段による、精細な吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の模式図。 図１に示す吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置に用いる誘電体の基板内部に設けられたチャンネルを示した図。 誘電体基板のアース導体が設けられているの面にマイクロ波入力部を備える装置におけるマイクロ波入力部の断面図。 本発明の第２の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の模式図。 本発明の第２の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 本発明の第２の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置における誘電体基板部の模式図。 本発明の第２の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置における補助電極が設けられた誘電体ガス管の模式図。 本発明の第３の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 図１０に示す、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置のプラズマ発生部の拡大図。 本発明の第４の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置における誘電体基板部の模式図。 本発明の第４の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 本発明の第５の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 本発明の第５の解決手段による、吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の構成図。 本発明の第５の解決手段による、ガスチャンネルの断面より小さい断面のノズルを設けた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 本発明の第１の解決手段による、アレイ化構造を用いた長軸の吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の模式図。 本発明の第２の解決手段による、アレイ化構造を用いた長軸の吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の模式図。 テーパー部７の形状の第１の例を備える、本発明の第１の解決手段による吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 テーパー部７の形状の第２の例を備える、本発明の第１の解決手段による吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 テーパー部７の形状の第３の例を備える、本発明の第１の解決手段による吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。 テーパー部７の形状の第４の例を備える、本発明の第１の解決手段による吹き出し形マイクロ波励起プラズマ発生装置の断面図。

１ マイクロストリップ線路
２ アース導体
３ 誘電体基板
４ ストリップ線路
５ チャンネル
７ テーパー部
８ 溝が設けられた導体板又は誘電体板
９ プラズマ発生部
１０ プラズマ
１１ テーパー形状のマイクロストリップ線路
１２ テーパー形状のストリップ線路
２０ 補助電極
２１ 整合用スタブ
２５ 誘電体チューブ
３０ 同軸ケーブル
３１ マイクロ波導入部
３３ 突起状導体
３５ スロット
５０ ガス入力部
５１ ノズル部
５５ マイクロ波出力部

Claims (7)

1. 誘電体の基板と、前記基板の一方の端部に設けられた基板の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部と、前記基板の第１の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板のテーパー部の端部の断面において、テーパー形状の導体板とアース導体の間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部と、前記基板の内部に一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたガスを流すためのチャンネルと、前記基板の一方の端部において、前記のチャンネルにガスを入力するためのガス入力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面に設けられた、前記ガス入力部から入力されて前記チャンネルを沿って流れたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波出力部でマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。
2. 誘電体の基板と、前記基板の一方の端部に設けられたテーパー部と、前記基板の第１の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面において、マイクロストリップ線路とアース導体の間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面の前記マイクロ波出力部に一方の面が接して設けられた誘電体ガス管と、前記誘電体ガス管の前記マイクロ波出力部と接している面と反対側の内部の面又は外部の面に設けられた補助電極と、前記誘電体ガス管の一方の端部において、ガスを入力するためのガス入力部と、前記誘電体ガス管の他方の端部において、ガス入力部から入力されたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波出力部でから放射されるマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。
3. 誘電体基板と、前記基板の一方の端部に設けられたテーパー部と、前記テーパー部において、第１の斜面の傾きが第２の斜面の傾きより小さくなっており、第２斜面の端が第１の斜面の対向側の面で終わり、第１の斜面の端部と第２の斜面の端部の間に設けられたプラズマ発生部と、前記基板の第１の面の一方の端部から前記テーパー部の第１の斜面の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部から前記テーパー部の第２の斜面の端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記アース導体の前記基板と接している面の反対の面において、前記アース導体の一方の端部から前記テーパー部の第１の斜面の端部に渡って設けられた、前記アース導体と接する面に空隙が備えられた導体板又は誘電体板と、前記空隙が備えられた導体板又は誘電体板と前記アース導体間に設けられた、前記アース導体の一方の端部から前記テーパー部の第１の斜面の端部に渡って設けられたガスを流すためのチャンネルと、前記アース導体の前記基板と接している反対の面の一方の端部において、ガスを入力するためのガス入力部と、前記ガス入力部から入力されて前記チャンネルを通って流れたガスが出るガス出口で、前記テーパー部の第１の斜面の端部と前記の溝が設けられた導体板又は誘電体板との間で、前記マイクロ波入力部から伝播したマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。
4. 誘電体の基板と、前記基板の第１の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたアース導体と、前記基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板の内部に一方の端部から他方の端部に渡って設けられたガスを流すためのチャンネルと、前記基板の一方の端部において、前記のチャンネルにガスを入力するためのガス入力部と、前記基板の第１の面に設けれた、前記チャンネルまで貫通している数個のスロットと、前記マイクロストリップ線路の一方の面に設けられた、前記数個のスロットを通って前記チャンネルまで貫通している１個又は複数の突起状の導体と、前記基板の一方の端部の断面に設けられた、前記ガス入力部から入力されて前記チャンネルを沿って流れたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波入力部から入力されて伝播したマイクロ波により発生したプラズマが吹き出るノズル部とを備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。
5. 前記マイクロストリップ線路は、反射波を抑えるために前記テーパー部のところで断面が徐々に広がるテーパー形状となっている請求項１、２又は３に記載の吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。
6. 誘電体基板と、前記基板の一方の端部に設けられたテーパー部と、前記基板の他方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って内部に設けられたストリップ線路と、前記基板の第１の面の他方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられた第１のアース導体と、前記基板の第１の面の反対の第２の面の他方の端部からテーパー部が設けられた端部に渡って設けられた第２のアース導体と、前記基板の他方の端部において、前記ストリップ線路と前記第１のアース導体との間及び前記ストリップ線路と前記第２のアース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面において、前記ストリップ線路と前記第１のアース導体との間及び前記ストリップ線路と前記第２のアース導体との間でマイクロ波が空間に放射されるマイクロ波出力部と、前記基板のテーパー部が設けられた端部の断面の前記マイクロ波出力部に一方の面が接して設けられた誘電体ガス管と、前記誘電体ガス管の他方の内部の面又は外部の面に設けられた補助電極と、前記誘電体ガス管の一方の端部において、ガスを入力するためのガス入力部と、前記誘電体ガス管の他方の端部において、ガス入力部から入力されたガスが出るガス出口で、前記マイクロ波出力部から放射したマイクロ波により発生するプラズマが吹き出るノズル部と、を備えた吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。
7. 前記ストリップ線路は、反射波を抑えるために前記テーパー部のところで断面が徐々に広がるテーパー形状となっている請求項６に記載の吹き出し形マイクロ波励起プラズマ処理装置。

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