JP5921241B2 - プラズマ生成装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波を利用してプラズマを発生させるプラズマ生成装置並びにこのプラズマ生成装置を利用したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

マイクロ波を処理容器内に導入して処理ガスのプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置として、処理容器内を減圧にしてプラズマを生成させる低圧プラズマ方式と、大気圧でプラズマを生成させる大気圧プラズマ方式が知られている。

低圧プラズマ方式の従来技術として、例えば特許文献１では、導波管の長手方向に形成された複数のスロットの配置と配設数を、自由空間波長λ及び管内波長λｇとの関係で規定するとともに、マイクロ波電源側からみた導波管内のインピーダンスを、逆向きに電源側をみた導波管内のインピーダンスとほぼ等しくしたプラズマ処理装置が提案されている。特許文献１は、プラスチックフィルム等の大面積の被処理体に対し、均一なプラズマ処理を行うことを可能にした点で優れた提案である。しかし、低圧プラズマ方式を採用する特許文献１では、処理容器内を低圧に保持するために、導波管と処理容器との間に誘電体板を介在させている。この誘電体板は、プラズマの均一性を高める観点では効果的であるが、導波管と処理容器との間に配設された誘電体板によってマイクロ波が吸収され、エネルギー利用効率が低下するという面がある。従って、エネルギー損失を極力少なくして被処理体を高密度プラズマで処理する、という目的においては、改善の余地が残されている。

また、プロセスガスは、処理容器内に導入されるマイクロ波に対して偏りなく供給することが効果的である。しかし、一般的に、導波管と処理容器との間に誘電体板を介在させた構造では、プロセスガスを処理容器内に直接導入しなければならない。しかも、誘電体板の存在によって、処理容器の天井部にシャワーヘッドを設けることができないため、ガス導入部の配置は、導波管から離れた位置（例えば処理容器の側壁など）に制約されてしまう。このようにガス導入部位が制約されることによって、処理容器内でプラズマの均一性や被処理体の面内での処理の均一性を実現することが困難になる場合もある。

低圧プラズマ方式の別の従来例として、特許文献２では、マイクロ波を伝播させる導波管を真空容器内に挿入したプラズマ処理装置が提案されている。この特許文献２では、導波管を真空容器内に設けることにより、真空を保持するための誘電体部材を小さく、かつ薄くすることができ、大面積の被処理体に対して均一な処理ができるとされている。しかし、特許文献２の装置は、気密性が求められる真空容器内に導波管が配置される２重構造になっており、装置構成が複雑で実現可能性の点で疑問がある。また、特許文献２では誘電体板を設けていないが、導波管から離れた処理容器の側壁にガス導入部位が設けられているため、処理容器内でプラズマの均一性や被処理体の面内での処理の均一性が得られにくい、という点で課題を有している。

また、低圧プラズマ方式のさらに別の従来例として、非特許文献１には、大規模マイクロ波ラインプラズマを生成させるプラズマ生成装置が開示されている。このプラズマ生成装置は、底面に長尺な１本のスロットが形成された矩形導波管の終端に、マイクロ波を反射させる目的で、位置を調節可能なプランジャーを配備したものである。しかし、このプラズマ生成装置は、ガラス板で真空シールされたステンレス製チャンバー内において、６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）程度の低圧力条件でＡｒプラズマを生成させるものである。従って、大気圧プラズマ装置への適用については全く考慮されておらず、検討もされていない。

一方、大気圧プラズマ方式の従来例として、特許文献３では、プラズマ発生部の内部に、スロットアンテナと、このスロットアンテナのスロット形成面に直角に接続してマイクロ波を均一にする均一化線路と、この均一化線路の先端側に設けられてマイクロ波を放射するスリットと、を備えたプラズマ処理装置が提案されている。特許文献３のプラズマ処理装置では、前記スリットの外側に形成される被処理体との隙間にプロセスガスを連続的に供給してプラズマを生成させることにより、大気圧で被処理体をプラズマ処理する構成になっている。この大気圧プラズマ処理装置は、誘電体板が不要であるという利点があるが、導波管のスロットと、均一化線路のスリットとが必要であり、いわば導波路とスロットをそれぞれ２つずつ設けた構造になっている。従って、装置構成が複雑であるとともに、マイクロ波の伝送制御が難しく、反射波の発生によりマイクロ波が途中で減衰する可能性もあり、高効率にプラズマを生成させる、という観点で満足のいくものではなかった。

ところで、先に本発明者らは、長尺な導波管内にマイクロ波を供給し、導波管内の長尺方向に形成されるマイクロ波の定在波の腹の位置にあたる導波管の壁に複数のスロット孔を形成し、該スロット孔内部で高密度大気圧プラズマを生成させるプラズマ生成装置を提案した（特願２０１０−２０７７７４）。この提案のプラズマ生成装置では、原理上、定在波の腹の位置で電界が強く、節の位置で電界が弱くなる傾向がある。そのため、導波管の長尺方向に均一なプラズマが生成されず、被処理体上で導波管の長尺方向に処理結果の分布が生じることがあり、改善の余地があった。

特開２００９―２２４２６９号公報 特開２００４―２００３９０号公報 特開２００１―９３８７１号公報

木村康人ら、「大規模マイクロ波ラインプラズマの生成」、第２７回プラズマプロセシング研究会（ＳＰＰ−２７） プロシーディングス論文 Ｐ１−０４

本発明は、長尺な導波管を用いて均一なラインプラズマを生成し、被処理体に対し均一な処理が可能な大気圧方式のプラズマ生成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、鋭意研究を行った結果、本発明者らは、長尺な導波管内で生成する定在波の位相を変化させる手段を設けることにより、導波管の長尺方向において高密度のラインプラズマを均一に生成できることを見出し、本発明を完成した。

本発明の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、
前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした長尺な中空状の導波管と、
前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
前記アンテナ部の短辺もしくは長辺をなす壁に形成された１又は複数のスロット孔と、
前記導波管内で生成する前記マイクロ波による定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段と、
を備え、大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出するものである。ここで、前記位相シフト手段が、前記導波管内を進行してくるマイクロ波を透過及び／又は反射する壁部材を有しており、該壁部材によって前記定在波の腹と節の位置を周期的に変化させるものであってもよい。

本発明のプラズマ生成装置は、前記壁部材が、前記導波管の長尺方向に対して交差する方向で、前記導波管内へ進出し、もしくは導波管内から退避する直線運動をするものであってもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記壁部材が、前記導波管の長尺方向に一致する方向を回転軸として回転運動するものであってもよい。この場合、前記壁部材の回転運動が偏心回転であってもよいし、前記壁部材が回転方向に不均一な形状を有していてもよいし、あるいは、前記壁部材が、前記導波管の長尺方向に異なる厚みを有していてもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記壁部材が、前記導波管の長尺方向に対して交差する方向を回転軸として回転運動するものであってもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記壁部材が、前記導波管の終端部に設けられ、該導波管の長尺方向に導波管内に進出し、もしくは導波管内から退避する直線運動をするものであってもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記壁部材の材質が、誘電体又は金属からなるものであってもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記位相シフト手段を覆うカバー部材をさらに備えていてもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記位相シフト手段が、前記アンテナ部を間に挟んでその両側において前記矩形導波管に接続して設けられた一対の移相器であってもよく、該一対の移相器は、互いに逆相で動作するものであってもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置において、前記スロット孔は、矩形状に設けられており、その長手方向と前記アンテナ部の長手方向が一致するように配設されていてもよい。この場合、前記アンテナ部に長尺な一つのスロット孔のみが設けられていてもよいし、前記アンテナ部に複数のスロット孔が一列に配設されていてもよいし、あるいは、前記アンテナ部に複数のスロット孔が並列的に複数列配置されていてもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、前記マイクロ波発生装置と前記アンテナ部との間の前記導波管内に、前記処理ガスの通過を遮る隔壁を備えていてもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置において、前記スロット孔の縁面は、前記壁の厚み方向に開口幅が変化するように傾斜して設けられていてもよい。

また、本発明のプラズマ生成装置は、さらに、パルス発生器を備え、マイクロ波をパルス状に発生させてプラズマを生成させるものであってもよい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、上記プラズマ生成装置を備え、発生させたプラズマを利用して被処理体に対して所定の処理を行うものである。この場合、前記スロット孔が被処理体に対向するように前記アンテナ部が配置されてもよい。また、被処理体の表裏両面にそれぞれアンテナ部が配置されてもよい。さらに、被処理体がフィルム状をなし、ロール・トゥ・ロール方式で搬送可能に設けられていてもよい。

本発明のプラズマ処理方法は、上記プラズマ処理装置を用いて、被処理体を処理するものである。

本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、導波管内で生成する定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段を備えているため、定在波の腹と節の位置を一定の時間周期で移動させることができる。その結果、均一なプラズマを生成することが難しい大気圧プラズマ方式であるにもかかわらず、導波管の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。従って、大型の被処理体に対しても、導波管の長尺方向に均質な処理を行うことができる。

また、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、真空容器を必要としない大気圧プラズマ装置であるため、導波管と被処理体との間に誘電体板を設ける必要がなく、誘電体板でのマイクロ波の吸収による損失を防止できる。また、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置は、導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によってプラズマ化し、スロット孔から外部へ放出するため、高密度プラズマを効率的に生成させることが可能である。また、専用のガス導入器具を必要とせず、装置の大きさも小さくすることができる。従って、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理装置を用いて被処理体に対しプラズマ処理を行うことにより、エネルギー損失を極力抑制しながら高密度のプラズマによる均質な処理を行うことが可能になる。

本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。 マイクロ波発生装置の構成例を示す図面である。 図１の要部を拡大した断面図である。 矩形導波管におけるスロット孔とブロックとの位置関係を説明する図面である。 矩形導波管内における定在波の位相がシフトする機構を説明する図面である。 制御部の構成例を示す図面である。 矩形導波管のアンテナ部のスロット孔の説明に供する斜視図である。 図７におけるスロット孔の形成面の平面図である。 図８におけるスロット孔の拡大平面図である。 矩形導波管のアンテナ部のスロット孔の別の形成例の説明に供する平面図である。 矩形導波管のアンテナ部のスロット孔のさらに別の形成例の説明に供する平面図である。 スロット孔の断面形状の一例を説明する図面である。 スロット孔の断面形状の別の例を説明する図面である。 本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。 図１４の要部を拡大した断面図である。 矩形導波管におけるスロット孔と回転体との位置関係を説明する図面である。 回転体の構成例として（ａ）から（ｄ）を説明する図面である。 回転体の別の構成例を説明する図面であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視の断面図である。 第２の実施の形態の変形例を説明する要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。 図２０の要部を拡大した断面図である。 回転体の構成例として（ａ）および（ｂ）を説明する図面である。 本発明の第４の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。 図２３の要部を拡大した断面図である。 本発明の第５の実施の形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。 移相器の構成を説明する模式図である。 本発明の第６の実施の形態の説明に供する矩形導波管の断面図である。 本発明の第６の実施の形態の説明に供する矩形導波管の別の断面図である。 本発明の第６の実施の形態の説明に供する矩形導波管のさらに別の断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係るアンテナ部を複数個並列的に配置したプラズマ処理装置の構成例を示す説明図である。 被処理体をロール・トウ・ロール方式で搬送させるプラズマ処理装置の構成例を示す説明図である。 被処理体をロール・トウ・ロール方式で搬送させるプラズマ処理装置の別の構成例を示す説明図である。 シミュレーション条件の説明に供する図面であり、（ａ）、（ｂ）はブロックの配置を示し、（ｃ）はブロックの寸法を示している。 シミュレーションによる位相のずれと挿入深さとの関係を示すグラフである。 別のシミュレーションによる位相のずれとブロックの幅との関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１００の概略構成図である。図１のプラズマ処理装置１００は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０と、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１００を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。

＜処理容器＞
処理容器１０は、プラズマ処理空間を区画するための容器であって、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属により形成することができる。処理容器１０の内部は、例えばアルマイト処理のような耐プラズマエロージョン性を高める表面処理を施しておくことが好ましい。処理容器１０には、被処理体Ｓの搬入出を行うための開口が設けられている（図示せず）。なお、大気圧プラズマ方式の本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、処理容器１０は必須ではなく、任意の構成である。

＜プラズマ生成装置＞
プラズマ生成装置２０は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、その一部分としてアンテナ部４０が設けられた矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２４と、矩形導波管２２内（特に、アンテナ部４０内）で定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ａと、矩形導波管２２の内部で処理ガスの通過を遮るための石英などの誘電体からなる隔壁２６と、を備えている。また、矩形導波管２２の一つの壁面にはスロット孔４１が形成されており、該スロット孔４１が形成された領域は、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を構成している。

（マイクロ波発生装置）
マイクロ波発生装置２１は、例えば２．４５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ、好ましくは２．４５ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生させる。本実施の形態のマイクロ波発生装置２１は、パルス発振機能を備えており、パルス状のマイクロ波を発生させることができる。マイクロ波発生装置２１の構成例を図２に示す。マイクロ波発生装置２１においては、電源部３１から発振部３２のマグネトロン（またはクライストロン）３３までを結ぶ高電圧ライン３４上に、コンデンサ３５とパルススイッチ部３６が設けられている。また、パルススイッチ部３６には、パルス制御部３７が接続されており、周波数やデューティー比などを制御する制御信号の入力が行なわれる。このパルス制御部３７は、制御部６０のコントローラ６１（後述）からの指示を受けて制御信号をパルススイッチ部３６へ向けて出力する。そして、電源部３１から高電圧を供給しつつパルススイッチ部３６に制御信号を入力することにより、所定電圧の矩形波が発振部３２のマグネトロン（またはクライストロン）３３に供給され、パルス状のマイクロ波が出力される。このマイクロ波のパルスは、例えば、パルスオンタイム１０〜５０μｓ、パルスオフタイム２００〜５００μｓ、デューティー比を５〜７０％、好ましくは１０〜５０％に制御することができる。なお、本実施の形態において、パルス発振機能は、連続に放電させた場合にアンテナ部４０に熱が蓄積し、低温非平衡放電からアーク放電に移行することを防止する目的で設けている。従って、アンテナ部４０の冷却機構を別途手当てすれば、パルス発振機能は必須ではなく、任意の構成である。

マイクロ波発生装置２１で発生したマイクロ波は、図示は省略するが、マイクロ波の進行方向を制御するアイソレーターや導波管のインピーダンス整合をする整合器などを介して矩形導波管２２の一部分をなすアンテナ部４０へ伝送されるようになっている。

（導波管）
矩形導波管２２は、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、マイクロ波の伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした中空状をなしている。矩形導波管２２は、例えば銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属やこれらの合金によって形成されている。

矩形導波管２２は、その一部分としてアンテナ部４０を含んでいる。本実施の形態では、アンテナ部４０は、その断面において短辺をなす壁又は長辺をなす壁に１つのスロット孔４１を有している。つまり、矩形導波管２２の一部分であって、スロット孔４１が形成された領域がアンテナ部４０である。図１では、アンテナ部４０を一点鎖線で囲んで示している。アンテナ部４０の長さは、被処理体Ｓの大きさによって決めることができるが、例えば０．３〜１．５ｍとすることが好ましい。スロット孔４１は、アンテナ部４０の断面において短辺をなす壁又は長辺をなす壁を貫通する開口である。スロット孔４１は、被処理体Ｓへ向けてプラズマを放射するため、被処理体Ｓに対向して設けられている。なお、スロット孔４１の配置や形状については、後述する。

（ガス供給装置）
ガス供給装置（ＧＡＳ）２３は、アンテナ部４０と矩形導波管２２の終端２２Ｅとの間で矩形導波管２２から分岐した分岐管２２ａに設けられたガス導入部２２ｂに接続している。ガス供給装置２３は、図示しないガス供給源、バルブ、流量制御装置等を備えている。ガス供給源は、処理ガスの種類別に備えられている。処理ガスとしては、例えば水素、窒素、酸素、水蒸気、フロン（ＣＦ_４）ガス等を挙げることができる。フロン（ＣＦ_４）ガスの場合は、排気装置２４も併用する必要がある。また、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素ガス等の不活性ガスの供給源も設けることができる。ガス供給装置２３から矩形導波管２２内に供給された処理ガスは、マイクロ波によってスロット孔４１で放電が生じ、プラズマ化する。

（排気装置）
排気装置２４は、図示しないバルブや、ターボ分子ポンプ、ドライポンプなどを備えている。排気装置２４は、矩形導波管２２内および処理容器１０の排気を行うため、矩形導波管２２の分岐管２２ａ及び処理容器１０の排気口１０ａに接続されている。例えば、プロセス停止時に矩形導波管２２内に残された処理ガスは排気装置２４を作動させることによって、処理ガスを速やかに除去することができる。また、放電開始時には、矩形導波管２２内及び処理容器１０内に存在する大気中のガスを処理ガスに効率よく置換する為に排気装置２４を用いる。なお、大気圧プラズマ処理装置である本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、排気装置２４は必須ではなく、任意の構成である。しかし、処理ガスが特にＣＦ_４ガスのように常温では安定であるが、プラズマ化することにより反応性の高いフッ素ラジカル（Ｆ）やフロロカーボンラジカル（ＣｘＦｙ）などを生成する可能性がある場合は、排気装置２４を設けることが好ましい。

（位相シフト装置）
本実施の形態の位相シフト装置２５Ａは、矩形導波管２２の長尺方向に対して交差する方向（好ましくは直交する方向）で、矩形導波管２２内へ進出し、もしくは矩形導波管２２内から退避する直線運動をする壁部材を有している。位相シフト装置２５Ａは、この壁部材を周期的に直線往復運動させる。具体的には、図３及び図４に示したように、位相シフト装置２５Ａは、「矩形導波管２２内へ進出し、もしくは矩形導波管２２内から退避する直線運動をする壁部材」としてのブロック１１１と、このブロック１１１を直線的に往復運動させる駆動部１１２と、ブロック１１１を支持するとともにブロック１１１と駆動部１１２を連結し、駆動部１１２の動力をブロック１１１に伝達するシャフト１１３と、を備えている。駆動部１１２は、ブロック１１１を矩形導波管２２に設けられた挿通口２２ｃを介して矩形導波管２２内へ所定のストローク長で進出させたり、退避させたりする。駆動部１１２は、例えばエアシリンダ、油圧シリンダ等によって構成してもよいし、あるいはモーター等の駆動源にクランク機構、スコッチ・ヨーク機構、ラック＆ピニオン機構等を組み合わせて構成してもよい。このように、位相シフト装置２５Ａは、駆動部１１２を作動させることにより、ブロック１１１を上下方向に直線往復運動させて、矩形導波管２２内へ挿入し、又は矩形導波管２２内から抜き出すことにより、矩形導波管２２の長尺方向における定在波の位相を周期的にシフトさせる。

（ブロック）
ブロック１１１の材質は、例えば石英、アルミナなどの誘電体や、アルミニウム、ステンレスなどの金属を用いることができる。誘電体を用いる場合、比誘電率ε_ｒが大きく、誘電正接（ｔａｎδ）が小さい誘電体材料を用いることが好ましい。なお、ブロック１１１内で比誘電率ε_ｒが不均一であってもよく、比誘電率ε_ｒが異なる２以上の誘電体によってブロック１１１を形成することができる。ブロック１１１の形状は、図３，図４に示したような角柱状又は角筒状のほか、板状とすることもできる。ここで、ブロック１１１が矩形導波管２２内に挿入された状態で生じる現象について説明する。

ブロック１１１が誘電体の場合：
ブロック１１１が誘電体である場合、ブロック１１１で矩形導波管２２内を進行してきたマイクロ波の透過、吸収、反射が生じる。マイクロ波の透過、吸収、反射がどの程度生じるかは、ブロック１１１を構成する材質の比誘電率ε_ｒと損失係数（ε_ｒ×ｔａｎδ）により異なる。

ブロック１１１が損失係数の小さな材質（例えば、石英や高純度アルミナ）で構成されている場合は、マイクロ波の大部分がブロック１１１を透過し、相対的に吸収と反射は少なくなる。この場合、ブロック１１１の壁面１１１ａは、矩形導波管２２の断面よりも小さいため、ブロック１１１に照射されたマイクロ波の一部がブロック１１１を透過して伝播し、残りのマイクロ波がブロック１１１を回折して伝播する。そして、誘電体中を透過するマイクロ波の波長λｄは、管内波長λｇよりも小さくなる［λｄ=λｇ/ sqrt(ε_ｒ)；ここで、sqrtは平方根を意味する］。このような波長の違いによって、ブロック１１１を通過後の合成波は、誘電体であるブロック１１１側に屈折する。この屈折によって、定在波の位相がシフトし、矩形導波管２２内で生成する定在波の腹と節の位置が移動する。また、波長λｄを管内波長λｇよりも小さくするため、ブロック１１１には比誘電率ε_ｒが大きい材料を用いることが望ましい。

また、ブロック１１１の損失係数が大きな材質で構成される場合は、ブロック１１１内で吸収されるマイクロ波の量が多くなり、誘電体が加熱されやすくなり、マイクロ波発生装置２１から出力供給されたマイクロ波のパワーロスが大きくなってしまう。その結果、プラズマ放電のために使用できるマイクロ波の量が低くなってしまうため、望ましくない。従って、比誘電率ε_ｒが大きく、損失係数（ε_ｒ×ｔａｎδ）が小さい誘電体材料を用いることが望ましい。損失係数は比誘電率ε_ｒと誘電正接ｔａｎδの積であるから、比誘電率ε_ｒが大きいことと損失係数が小さいことが両立するためには、誘電正接ｔａｎδが小さいことが必要である。つまり、比誘電率ε_ｒが大きく、誘電正接ｔａｎδが小さい誘電材料を用いることが望ましい。

ブロック１１１が金属の場合：
ブロック１１１が金属である場合、矩形導波管２２内を進行してきたマイクロ波は、ブロック１１１の壁面１１１ａによってほぼ全反射される。そのため、図５に示すように、矩形導波管２２の終端位置が実質的にブロック１１１の壁面１１１ａの挿入位置まで移動し、矩形導波管２２の導波路長が実質的に短くなる。そのため、矩形導波管２２内で生成する定在波の腹と節の位置が移動する。なお、図５では、本来の矩形導波管２２内における定在波の波形を実線で示し、位相シフト装置２５Ａのブロック１１１の挿入によって腹と節の位置が移動した後の定在波の波形を破線で示している。また、マイクロ波発生装置２１から矩形導波管２２内を伝播してくるマイクロ波の進行方向を白抜き矢印で示し、その反射波の進行方向を黒矢印で示している。

一方、ブロック１１１が矩形導波管２２から抜き出された状態（図３に示したようにブロック１１１が上位置に引き上げられた状態）では、ブロック１１１による透過、吸収、反射が生じないため、定在波は本来の位相に戻り、腹と節の位置は元通り復元される。

以上のように、ブロック１１１を矩形導波管２２内へ進出・退避させる動作を周期的に繰返すことにより、定在波の腹と節の位置を一定の周期で移動させることができる。その結果、スロット孔４１において、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。従って、アンテナ部４０の長尺方向で被処理体のプロセス内容を均質にすることができる。

ブロック１１１は、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合う壁面１１１ａを有している。この壁面１１１ａの面積は、小さすぎると透過や反射が生じにくくなり、大きすぎるとブロック１１１の材料コストが高くなる。

また、挿通口２２ｃから外部へマイクロ波が漏洩することを防止するため、図１及び図３に示したように、位相シフト装置２５Ａをカバー部材８４によって覆うことが好ましい。カバー部材８４の材質としては、例えばアルミニウム、ステンレスなどの金属を用いることができる。

位相シフト装置２５Ａを配設する位置は、特に制限はないが、矩形導波管２２の終端２２Ｅの付近が好ましい。特に、位相シフト装置２５Ａのブロック１１１の壁面１１１ａの位置を、矩形導波管２２内で本来発生する定在波の腹の位置に設定することによって、定在波の腹と節の位置を移動させやすくなる。ここで、矩形導波管２２内で本来生成する定在波の節は、固定端である矩形導波管２２の終端２２Ｅの内壁面と一致するため、位相シフト装置２５Ａを配設する位置は、図５に示したように、アンテナ部４０の終端４０Ｅと矩形導波管２２の終端２２Ｅとの間で、矩形導波管２２の終端２２Ｅの内壁面からの距離Ｌが、定在波の管内波長λｇに対して、ｎ×λｇ／４（ここで、ｎは正の奇数を意味し、好ましくは１、３、又は５を意味する）になるように設定することが好ましい。

また、矩形導波管２２内に挿入するブロック１１１の挿入量（図３１（ａ），（ｂ）の符号ｄを参照）は、小さすぎると透過や反射が生じにくくなり、大きすぎると実際の挿入量が設定挿入量からずれて大きくなってしまった場合に、ブロック１１１が矩形導波管２２の内面に接触衝突することで損傷する可能性が考えられる。

また、ブロック１１１を矩形導波管２２内に進出・退避させる動作を１サイクルとする往復運動の周期は、プラズマ処理プロセスの均一性、スループット、駆動機構の簡素化の兼ね合いを考慮して、プラズマ処理プロセス時間の１／１０００〜１／２とすることが好ましい。

なお、位相シフト装置２５Ａは、ブロック１１１を矩形導波管２２の上方から挿入する態様に限らず、矩形導波管２２の左右又は下方からブロック１１１を矩形導波管２２内に進出、退避させる構成としてもよい。つまり、位相シフト装置２５Ａは、矩形導波管２２の上下左右のいずれかの外壁面に設置することができる。

（隔壁）
本実施の形態において、プラズマ生成装置２０は、マイクロ波発生装置２１とアンテナ部４０との間の矩形導波管２２内に、処理ガスの通過を遮る隔壁２６を備えている。隔壁２６は、例えば石英、テフロン（登録商標）に代表されるポリテトラフルオロエチレンなどの誘電体で形成されており、マイクロ波の通過を許容しながら、矩形導波管２２内の処理ガスがマイクロ波発生装置２１へ向けて流れていくことを防止する。

＜ステージ＞
ステージ５０は、処理容器１０内で被処理体Ｓを水平に支持する。ステージ５０は、処理容器１０の底部に設置された支持部５１により支持された状態で設けられている。ステージ５０および支持部５１を構成する材料としては、例えば、石英や、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ等のセラミックス材料、Ａｌ、ステンレスなどの金属材料を挙げることができる。また、必要に応じて２５０℃程度まで被処理体Ｓを加熱できるようにヒーター（図示せず）を埋め込でおいてもよい。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置１００において、ステージ５０は被処理体Ｓの種類に応じて設ければよく、任意の構成である。

＜被処理体＞
プラズマ処理装置１００は、被処理体Ｓとして、例えば、ＬＣＤ（液晶表示ディスプレイ）用ガラス基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、該ＦＰＤ基板に接着させる多結晶シリコンフィルム、ポリイミドフィルムなどのフィルム部材を対象にすることができる。また、プラズマ処理装置１００は、有機半導体などの能動素子および受動素子を形成する目的で、例えばポリエチレンナフレタート（ＰＥＮ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどのフィルム部材を被処理体Ｓとし、その表面清浄化処理や表面処理などにも使用できる。さらに、プラズマ処理装置１００は、例えば、被処理体ＳとしてのＦＰＤ基板上に設けられた薄膜の改質処理や、ＦＰＤ基板への密着性を改善する目的で行う、被処理体Ｓとしての上記フィルム部材への表面処理、清浄化処理、改質処理などの用途に使用することができる。位相シフト装置２５Ａを有するプラズマ処理装置１００では、長尺なアンテナ部４０の全域に亘って高密度ラインプラズマを均一に形成できるため、上記のような比較的大面積の被処理体Ｓに対する処理を効率よく、かつ均質に行うことができる。

＜制御部＞
プラズマ処理装置１００を構成する各構成部は、制御部６０に接続されて制御される構成となっている。コンピュータ機能を有する制御部６０は、図６に例示したように、ＣＰＵを備えたコントローラ６１と、このコントローラに接続されたユーザーインターフェース６２と、記憶部６３を備えている。記憶部６３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部６３から呼び出してコントローラ６１に実行させることで、制御部６０の制御下で、プラズマ処理装置１００の各構成部（例えば、マイクロ波発生装置２１、ガス供給装置２３、排気装置２４、位相シフト装置２５Ａ）において所望の処理が行われる。なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体６４に格納された状態のものを記憶部６３にインストールすることによっても利用できる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体６４としては、特に制限はないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

＜スロット孔の構成＞
次に、図７〜図１３を参照しながら、アンテナ部４０におけるスロット孔４１の配置と形状について具体例を挙げて説明する。スロット孔４１は、矩形導波管２２の壁４０ａ（又は壁４０ｂでもよい）を貫通する開口である。プラズマ処理装置１００では、スロット孔４１が配設された壁４０ａ（又は壁４０ｂ）は、被処理体Ｓに対向して配置される。スロット孔４１の配置と形状は、スロット孔４１の開口の大部分（好ましくは、開口の全面）でプラズマが生成するように設計することが好ましい。スロット孔４１の開口の大部分でプラズマが生成するようにするためには、スロット孔４１の配置と形状との組み合わせが重要になる。このような観点から、以下ではスロット孔４１の配置と形状の好ましい態様について説明する。

（単一スロット孔）
図７及び図８は、アンテナ部４０を構成する矩形導波管２２の短辺をなす一つの壁４０ａに一本の細長い矩形のスロット孔４１を設けた例を示している。図７は、矩形導波管２２のアンテナ部４０のスロット孔４１の形成面（壁４０ａ）を上向きに図示したものである。図８は、図７における壁４０ａの平面図である。また、図９は、スロット孔４１の拡大図である。

アンテナ部４０の断面の短辺の長さをＬ１、長辺の長さをＬ２とした場合（つまり、Ｌ１＜Ｌ２）、スロット孔４１は、アンテナ部４０の断面において短辺をなす壁４０ａと、長辺をなす壁４０ｂのいずれに設けてもよいが、図７，図８に示したように、長さがＬ１の短辺をなす壁４０ａに配設することが好ましい。マイクロ波の電波は、矩形導波管２２の短辺をなす一対の壁４０ａ間を反射しながら矩形導波管２２の終端２２Ｅの内壁面に到達し、そこで反射して矩形導波管２２内を進行方向とは逆方向に進み、定在波を形成する。電波に対して直交する磁波は、矩形導波管２２の長辺をなす一対の壁４０ｂ間を反射しながら進行し、矩形導波管２２の終端２２Ｅの内壁面で反射して、進行方向と逆方向に進んで磁界の定在波をつくる。このように、マイクロ波は矩形導波管２２の一部分であるアンテナ部４０内に進入して、電波と磁界の定在波をそれぞれ形成する。このうち、電波の定在波の腹の部分にスロット孔４１を形成すると、強いプラズマを形成することができる。従って、スロット孔４１は、矩形導波管２２のアンテナ部４０の短辺をなす壁４０ａに設けることが好ましい。図９に示したように、スロット孔４１は、その幅Ｌ３に対して、長さＬ４が数倍から数十倍の長尺な矩形とすることができる。

図７及び８に示したように、矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａにスロット孔４１を形成する場合、壁４０ａを流れる表面電流は、導波管長さ方向の中心軸に直交する方向に流れる。このため、スロット孔４１はアンテナ部４０の長手方向に平行であれば、短辺をなす壁４０ａ内の幅方向のどの位置に設けても表面電流はスロット孔４１の長尺方向に対して直交して流れることになり、強いプラズマを得ることができる。設計上の簡便さからスロット孔４１は、短辺をなす壁４０ａの中央付近［壁４０ａの幅方向の中心を矩形導波管２２の長尺方向に結ぶ線（中心線Ｃ）の近傍］に設けることが好ましい。なお、スロット孔４１は、単一に限らず、アンテナ部４０に複数個設けることもできる。また、２本以上の長尺なスロット孔４１を並列に設けることもできる。

（複数スロット孔）
図１０及び図１１に、スロット孔４１の別の構成例を示した。図１０では、アンテナ部４０の短辺をなす壁４０ａに形成された６つの矩形のスロット孔４１を符号４１Ａ_１〜４１Ａ_６で示している。図１０では、最も外側に位置する２つのスロット孔４１Ａ_１の端部と、スロット孔４１Ａ_６の端部の間が、アンテナ部４０となっている。一列に配列されたスロット孔４１Ａ_１〜４１Ａ_６の配列間隔は、管内波長に応じて決定することが好ましい。高密度のプラズマを放射する目的では、隣接するスロット孔４１どうしが近接しており、両者の間隔が小さいことが好ましい。各スロット孔４１Ａ_１〜４１Ａ_６の長さや幅は、任意であるが、幅が狭く、細長い形状であることが好ましい。各スロット孔４１は、その長手方向とアンテナ部４０の長手方向（つまり、矩形導波管２２の長手方向）が一致し、互いに平行になるように配設することが好ましい。スロット孔４１の長手方向が、アンテナ部４０の長手方向に対して平行でなく、角度をもって形成されていると、スロット孔４１を電波の腹の部分が斜めに横切るようになるため、電波の腹の部分を有効に利用できず、スロット孔４１の開口の全体にプラズマを立てることが困難となる。

スロット孔４１は一列に配設してもよいし、複数列に配設してもよい。複数のスロット孔４１を２列に配設した例を図１１に示した。図１１では、アンテナ部４０の長辺をなす壁４０ｂに、６つの矩形のスロット孔４１が複数（この例では６個）ずつ直線状に配設されて列を作り、合計２列に配設されている。すなわち、図１１において、スロット孔４１Ａ_１〜４１Ａ_６は、一組になって列をなして直線状に配列されており、スロット孔４１Ｂ_１〜４１Ｂ_６は、一組になって列をなして直線状に配列されている。図１１では、最も外側に位置する２つのスロット孔４１Ａ_１の端部と、スロット孔４１Ｂ_６の端部の間が、アンテナ部４０となっている。

矩形導波管２２の長辺をなす壁４０ｂにスロット孔４１を形成する場合は、矩形導波管２２内に発生する定在波の腹の部分に矩形のスロット孔４１を設けることが、強いプラズマを得るために都合がよい。この場合、電磁界は、定在波の腹の部分で最大となり、長辺をなす壁４０ｂを流れる表面電流は定在波の腹の部分から矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａへ向かう方向に流れ、壁４０ａに近づくほど表面電流は大きくなる。このため、矩形のスロット孔４１は、長辺をなす壁４０ｂの壁面の中央付近よりも、むしろ矩形導波管２２の短辺をなす壁４０ａに近い部分（角に近い側）に偏在して設けた方が、強いプラズマをスロット孔４１に形成することができる。例えば、図１１では、壁４０ｂの幅方向の中心線Ｃから外れた位置に２列にスロット孔４１を配列している。このように、スロット孔４１の列を中心線Ｃから偏心させて設けることによって、壁４０ｂの壁面を流れる表面電流が最大となり、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できる。

また、図１１に示したようにスロット孔４１を２列以上並べて配設する場合、エネルギー損失を低減し、高密度のプラズマを放射できるようにする観点から、アンテナ部４０において、壁４０ｂの幅方向に少なくとも一つのスロット孔４１が存在するように列毎に長手方向の位置をずらして配設することが好ましい。例えば、図１１では同じ列に属するスロット孔４１Ａ_１と４１Ａ_２との間には、アンテナ部４０の幅方向に隣の列のスロット孔４１Ｂ_１が存在している。また、同じ列に属するスロット孔４１Ｂ_１と４１Ｂ_２との間には、アンテナ部４０の幅方向に隣の列のスロット孔４１Ａ_２が存在している。このように、アンテナ部４０の壁４０ｂの内側を幅方向に横断する表面電流が、必ず１つのスロット孔４１と交差するように配置することが好ましい。

なお、図１０及び図１１の例において、スロット孔４１は２列に限らず、３列以上配設することもできるし、一列の個数も６個に限るものではない。

また、以上のスロット孔４１の各構成例において、スロット孔４１の開口の縁面４０ｃは、図１２に示したように、壁４０ａ（又は壁４０ｂ）の厚み方向に内側から外側へ開口が広くなるように傾斜して設けることが好ましい。スロット孔４１の縁面４０ｃを傾斜面として設けることによって、矩形導波管２２の内壁面側のスロット孔４１の開口部の幅Ｌ３を短くすることができる。これにより、放電開始電力を低減し、エネルギー損失を少なく抑えることができ、高密度プラズマを生成させることができる。一方、図１３に示すように、矩形導波管２２の内側の開口幅よりも外側の開口幅を狭くする場合（つまり、図１２とは逆に傾斜をつけた場合）も放電領域を広げる効果が得られる。なお、図１２及び図１３において、符号Ｐは、スロット孔４１から放出されるプラズマを模式的に示している。

スロット孔４１の具体的形状と配列例は、上記例示のものに限るものではない。導波管アンテナを使用する場合、矩形導波管２２内にマイクロ波を導入した際に矩形導波管２２内に形成されるマイクロ波の定在波を利用するので、スロット孔４１は定在波の腹の部分に設けることが、強いプラズマを発生させる上で都合がよい。定在波の節の部分にスロット孔４１を設けても電磁界が弱く、スロット孔４１においてプラズマが効率よく生成されない。矩形導波管２２内に形成される定在波の節の部分にはプラズマがたたないか、あるいは弱いプラズマしかたたないためである。そこで、本実施の形態のプラズマ生成装置１００では、位相シフト装置２５Ａを設け、定在波の位相をシフトさせ、スロット孔４１に対して定在波の腹と節の位置を矩形導波管２２の長尺方向に周期的に移動させるようにした。このような観点から、スロット孔４１の形状としては、定在波の腹の位置が移動しても常に腹の位置にスロット孔４１が存在するようにすることが好ましく、例えば図７及び図８に示したように、アンテナ部４０の全長にわたって長尺な単一スロット４１を形成することが最も好ましい。つまり、位相シフト装置２５Ａと長尺な単一のスロット孔４１とを組み合わせることにより、該スロット孔４１においてその全長にわたり、均一なラインプラズマを効率よく生成させることができる。

なお、プラズマ生成装置１００では、図１０及び図１１に例示したように、複数のスロット孔４１からなる１列ないし複数列のスロット孔の形状・配置を採用した場合でも、位相シフト装置２５Ａによって定在波の腹と節の位置を周期的に変化させることにより、アンテナ部４０において時間平均でプラズマを均一化できる。従って、位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ａを設けることによって、矩形導波管２２のアンテナ部４０のスロット孔４１の形状や配置に関わらず、長尺なアンテナ部４０の全域において、各スロット孔４１で均一なプラズマを生成させる効果が得られる。

次に、プラズマ処理装置１００の動作について説明する。まず、被処理体Ｓを処理容器１０内に搬入し、ステージ５０上に載置する。そして、ガス供給装置２３から、処理ガスを所定の流量で、ガス導入部２２ｂ、分岐管２２ａを介して矩形導波管２２内に導入する。矩形導波管２２内に処理ガスを導入することによって、矩形導波管２２内の圧力が外部の大気圧よりも相対的に高くなる。

次に、マイクロ波発生装置２１のパワーをオン（ＯＮ）にして、マイクロ波を発生させる。このとき、マイクロ波をパルス状に発生させてもよい。マイクロ波は、図示しないマッチング回路を経て矩形導波管２２に導入される。このように導入されたマイクロ波によって、矩形導波管２２内で電磁界が形成され、矩形導波管２２の内部に供給された処理ガスをアンテナ部４０のスロット孔４１でプラズマ化させる。このプラズマは、相対的に圧力が高い矩形導波管２２のアンテナ部４０の内側からスロット孔４１を介して外部の被処理体Ｓへ向けて放射される。また、矩形導波管２２へマイクロ波を供給している間、位相シフト装置２５Ａの駆動部１１２を駆動させてブロック１１１を往復運動させ、矩形導波管２２内への進出、退避を繰りかえす。これにより、アンテナ部４０内の定在波の位相を変化させ、腹と節の位置を周期的に移動させ、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを形成できる。

以上のように、本実施の形態のプラズマ生成装置２０及びこれを備えたプラズマ処理装置１００は、位相シフト装置２５Ａを備えていることにより、定在波の腹と節の位置を周期的に移動させ、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。その結果として、アンテナ部４０の長尺方向にわたって被処理体のプロセス内容を均質化できる。

また、プラズマ処理装置１００は、真空容器を必要としない大気圧プラズマ装置であるため、矩形導波管２２と被処理体Ｓとの間に誘電体板を設ける必要がなく、誘電体板でのマイクロ波の吸収による損失を防止できる。また、大気圧プラズマ装置であるため、耐圧の真空容器やシール機構なども不要であり、簡易な装置構成でよい。さらに、本実施の形態のプラズマ生成装置２０及びこれを備えたプラズマ処理装置１００は、矩形導波管２２内に供給された処理ガスをマイクロ波によってスロット孔４１でプラズマ化し、スロット孔４１から外部へ放出するため、シャワーヘッドなどの特殊なガス導入器具を必要とせず、装置の大きさも小さくすることができる。つまり、矩形導波管２２がシャワーヘッドの役割を果たすため、別途シャワーヘッドやシャワーリングのようなガス導入器具を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置について、図１４〜図１９を参照しながら説明する。図１４は、本発明の第２の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１０１の概略構成図である。図１４のプラズマ処理装置１０１は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０Ａと、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１０１を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。ここで、プラズマ生成装置２０Ａは、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、その一部分としてアンテナ部４０が設けられた矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２４と、矩形導波管２２内（特に、アンテナ部４０内）での定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ｂと、矩形導波管２２の内部で処理ガスの通過を遮るための石英などの誘電体からなる隔壁２６と、を備えている。また、矩形導波管２２の一つの壁面にはスロット孔４１が形成されており、該スロット孔４１が形成された領域は、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を構成している。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０１（図１４）と、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００（図１）との相違は、位相シフト装置２５Ａの代わりに位相シフト装置２５Ｂを設けた点にある。従って、以下では相違点を中心に説明し、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

＜位相シフト装置＞
本実施の形態の位相シフト装置２５Ｂは、矩形導波管２２の長尺方向に一致する方向を回転軸として回転運動する壁部材を有している。具体的には、図１５，図１６に示したように、位相シフト装置２５Ｂは、「矩形導波管２２の長尺方向に一致する方向を回転軸として回転運動する壁部材」としての回転体１２１と、この回転体１２１を回転運動させる駆動部１２２と、回転体１２１を支持するとともに回転体１２１と駆動部１２２を連結し、駆動部１２２の動力を回転体１２１に伝達する軸部材１２３と、を備えている。駆動部１２２は、回転体１２１を回転させ、回転体１２１の一ないし複数の部位を矩形導波管２２に設けられた挿通口２２ｃを介して矩形導波管２２内へ周期的に進出させたり、退避させたりする。駆動部１２２は、例えばモーター等により構成することができる。軸部材１２３は、矩形導波管２２の外側に位置している。

（回転体）
回転体１２１は、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合う壁面１２１ａを有している。回転体１２１の形状を図１７（ａ）〜（ｄ）に例示した。図１７（ａ）〜（ｄ）において、符号Ｏは、軸部材１２３に連結される回転中心である。図１７（ａ）に例示したように、回転体１２１を真円に近い形状とする場合、回転体１２１へ回転運動を伝える軸部材１２３を、回転体１２１の中心に対して偏心して連結することができる。これにより、軸部材１２３の位置を回転中心Ｏとして回転させれば、回転体１２１の一部分を周期的に矩形導波管２２内へ進出させたり、退避させたりすることができる。なお、回転体１２１の回転方向は、左右どちらの方向に回転させてもよく、回転方向を変えてもよい。

また、回転体１２１は、回転方向に不均一な形状とすることも可能であり、例えば図１７（ｂ）に示したように円形の一部が欠けた扇状としたり、同図（ｃ）に示したように羽根状（プロペラ状）としたり、あるいは、同図（ｄ）に示したように楕円状としてもよいし、図示は省略するが、長方形状、三角形状、星形等の形状としてもよい。これらのように、回転方向に不均一な形状とすることによって、軸部材１２３の位置を回転中心Ｏとして回転させれば、回転体１２１の一ないし複数の部位を周期的に矩形導波管２２内へ進出、退避させることができる。また、回転体１２１として、図１８（ａ），（ｂ）に例示したように、矩形導波管２２の長尺方向に異なる厚みを有するものを用いることもできる。すなわち、図１８（ａ），（ｂ）に示した回転体１２１は、回転軸方向に厚みが不均一に形成されており、第１の壁面１２１Ａと、この第１の壁面１２１Ａよりもマイクロ波の進行方向に逆向きに突出した第２の壁面１２１Ｂと、これら第１、第２の壁面１２１Ａ，１２１Ｂの間に形成された段部１２１Ｃとを有している。そして第１、第２の壁面１２１Ａ，１２１Ｂを有する回転体１２１を、矩形導波管２２内の長尺方向に一致する方向を回転軸として回転させる。これによって、第１の壁面１２１Ａの部分と第２の壁面１２１Ｂの部分とが交互に矩形導波管２２内に進出、退避することで、マイクロ波が透過及び／又は反射される。その結果、矩形導波管２２内で生成する定在波の腹と節の位置を周期的に変化させ、該定在波の位相を周期的に変化させることができる。なお、回転体１２１の厚みは、矩形導波管２２の長尺方向の異なる位置において、２つに限らず、３つ以上設けてもよい。あるいは、回転体１２１の厚みを段階的に変化させるのではなく、傾斜をもたせるようにして変化させてもよい。また、第１の壁面１２１Ａの部分と第２の壁面１２１Ｂの部分を、異なる材質（例えば誘電体と金属、異なる誘電率など）で形成してもよい。

また、回転体１２１は、矩形導波管２２内への累積の挿入面積（ここでは、矩形導波管２２内に挿入される壁面１２１ａ、第１、第２の壁面１２１Ａ，１２１Ｂの時間的積分面積）が小さすぎると透過や反射が生じにくくなり、大きすぎると実際の挿入量が設定挿入量からずれて大きくなってしまった場合に、回転体１２１が矩形導波管２２の内面に接触して擦れることで損傷する可能性が考えられる。

また、回転体１２１を１回転させる動作を１サイクルとする回転運動の周期は、プラズマ処理プロセスの均一性、スループット、駆動機構の簡素化の兼ね合いを考慮して、プラズマ処理プロセス時間の１／１０００〜１／２とすることが好ましい。

このように、位相シフト装置２５Ｂは、駆動部１２２を作動させることにより、回転体１２１を矩形導波管２２の長尺方向に一致する方向を回転軸として回転運動させて、その一ないし複数の部位を矩形導波管２２内へ周期的に挿入し、又は矩形導波管２２内から退避させる。これにより、位相シフト装置２５Ｂは、矩形導波管２２の長尺方向における定在波の位相を周期的にシフトさせる。すなわち、回転体１２１が、図１７（ａ）〜（ｄ）に例示した回転方向に不均一な形状である場合は、回転体１２１の一部分が矩形導波管２２内に挿入された状態では、回転体１２１によってマイクロ波の透過及び／又は反射が生じるため、矩形導波管２２内で生成する定在波の腹と節の位置が移動する。一方、回転体１２１が矩形導波管２２から退避した状態では、回転体１２１による透過及び／又は反射が生じないため、定在波の位相が矩形導波管２２の終端２２Ｅで反射波が生成する元の状態に戻り、定在波の腹と節の位置が元通り復元される。また、回転体１２１が図１８（ａ），（ｂ）に例示した回転軸方向に厚みが不均一な形状である場合には、第１の壁面１２１Ａの部分と第２の壁面１２１Ｂの部分とが交互に矩形導波管２２内に進出、退避することで、マイクロ波が透過及び／又は反射される。その結果、矩形導波管２２内で生成する定在波の腹と節の位置を周期的に変化させ、該定在波の位相を周期的に変化させることができる。従って、回転体１２１を回転させ、その一部分を矩形導波管２２内へ進出・退避させる動作を繰返すことにより、定在波の腹と節の位置を一定の周期で移動させることができる。そして、スロット孔４１において、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。その結果、アンテナ部４０の長尺方向で被処理体のプロセス内容を均質にすることができる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
図１４〜図１６では、回転軸となる軸部材１２３（つまり、回転中心Ｏ）が矩形導波管２２の外側に位置する構成例を示したが、軸部材１２３を矩形導波管２２内に配置することもできる。例えば、図１９に示したように、位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ｃは、回転体１２１と、この回転体１２１を回転運動させる駆動部１２２と、回転体１２１を支持するとともに、矩形導波管２２の内側に配置された軸部材１２３と、軸部材１２３と駆動部１２２とを連結し、挿通口２２ｃを介して駆動部１２２の動力を軸部材１２３に伝達する連結部材１２４と、を備えている。

本変形例では、回転体１２１として、図１８（ａ），（ｂ）に例示した回転軸方向に厚みが不均一な回転体１２１を好ましく用いることができる。そして第１、第２の壁面１２１Ａ，１２１Ｂを有する回転体１２１を、矩形導波管２２内でその長尺方向に一致する方向を回転軸として回転させることによって、第１の壁面１２１Ａの部分と第２の壁面１２１Ｂの部分とで交互にマイクロ波が透過及び／又は反射される。その結果、矩形導波管２２内で生成する定在波の位相を周期的に変化させることができる。

また、本変形例の位相シフト装置２５Ｃでは、図１８（ａ），（ｂ）に示したように回転軸方向に厚みが不均一な回転体１２１に替えて、例えば回転体１２１を金属により形成する場合は、矩形導波管２２の長尺方向の異なる位置にマイクロ波を反射させる壁面が複数形成されるように、複数の部材（例えば板材）を設置した回転体を用いることも可能である（図示省略）。この場合、回転体を回転させることにより、マイクロ波の反射位置を矩形導波管２２の長尺方向に変化させることができるため、矩形導波管２２内で生成する定在波の位相を周期的に変化させることができる。また、本変形例の位相シフト装置２５Ｃでは、回転体１２１として、図１７（ａ）〜（ｄ）に例示したように、回転方向に不均一な形状のものも使用できる。本変形例において図１７（ａ）〜（ｄ）に例示した回転体１２１を用いる場合、矩形導波管２２内で、その長尺方向に一致する方向を回転軸として回転させることによって、回転中心Ｏの偏心や、回転方向における形状の不均一により、回転体１２１による透過及び／又は反射が周期的に生じ、定在波の位相を周期的にシフトさせることが可能になる。

なお、第２の実施の形態において、回転体１２１の形状は、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合う壁面１２１ａ（１２１Ａ，１２１Ｂ）を周期的に変位させ得るものであればよく、図１７（ａ）〜（ｄ）、図１８（ａ），（ｂ）に例示したものに限らない。

また、本実施の形態において、回転体１２１の材質、位相シフト装置２５Ｂ，２５Ｃを配設する位置は、第１の実施の形態と同様とすることができる。また、挿通口２２ｃから外部へマイクロ波が漏洩することを防止するため、第１の実施の形態と同様に、位相シフト装置２５Ｂ，２５Ｃをカバー部材８４によって覆うことが好ましい。本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態にかかるプラズマ処理装置について、図２０〜図２２を参照しながら説明する。図２０は、本発明の第３の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１０２の概略構成図である。図２０のプラズマ処理装置１０２は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０Ｂと、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１０２を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。ここで、プラズマ生成装置２０Ｂは、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、その一部分としてアンテナ部４０が設けられた矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２４と、矩形導波管２２内（特に、アンテナ部４０内）での定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ｄと、矩形導波管２２の内部で処理ガスの通過を遮るための石英などの誘電体からなる隔壁２６と、を備えている。また、矩形導波管２２の一つの壁面にはスロット孔４１が形成されており、該スロット孔４１が形成された領域は、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を構成している。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０２（図２０）と、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００（図１）との相違は、位相シフト装置２５Ａの代わりに位相シフト装置２５Ｄを設けた点にある。従って、以下では相違点を中心に説明し、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

＜位相シフト装置＞
本実施の形態の位相シフト装置２５Ｄは、矩形導波管２２の長尺方向に対して交差する方向（好ましくは直交する方向）を回転軸として回転運動する壁部材を有している。具体的には、図２１に拡大して示したように、位相シフト装置２５Ｄは、「矩形導波管２２の長尺方向に対して交差する方向を回転軸として回転運動する壁部材」としての回転体１３１と、この回転体１３１を回転運動させる駆動部１３２と、回転体１３１を支持するとともに、矩形導波管２２に設けられた挿通口２２ｃを介して回転体１３１と駆動部１３２を連結し、駆動部１３２の動力を回転体１３１に伝達する軸部材１３３と、を備えている。駆動部１３２は、矩形導波管２２の長尺方向に対して交差する方向を回転軸として回転体１３１を回転させる。駆動部１３２は、例えばモーター等により構成することができる。

（回転体）
回転体１３１は、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して、周期的に向き合う壁面１３１ａを有している。なお、平板状の回転体１３１の両面を、周期的に向き合う壁面１３１ａとして利用してもよい。回転体１３１の形状としては、特に限定されず、例えば図２２（ａ）に例示したように厚みの薄い円板状としてもよいし、同図（ｂ）に示したように厚みの薄い角板状としてもよい。回転体１３１を矩形導波管２２内でその長尺方向に対して交差（例えば直交）する方向に回転させることにより、矩形導波管２２内で生成するマイクロ波の定在波の位相を周期的にシフトさせることができる。

すなわち、回転体１３１の壁面１３１ａが矩形導波管２２の長尺方向（つまり、マイクロ波の進行方向）に直交する角度では、回転体１３１によりマイクロ波の透過及び／又は反射が生じるため、矩形導波管２２内で生成する定在波の位相がシフトし、腹と節の位置が移動する。一方、回転体１３１の壁面１３１ａが矩形導波管２２の長尺方向と平行になる角度では、回転体１３１の厚みが薄いため、マイクロ波の透過及び反射がほぼ無視できる程度まで小さくなり、定在波の位相が、矩形導波管２２の終端２２Ｅで反射波が生成する元の状態に戻り、腹と節の位置も復元される。従って、回転体１３１を矩形導波管２２内で回転させることにより、定在波の位相を周期的にシフトさせ、腹と節の位置を周期的に移動させ、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。その結果として、アンテナ部４０の長尺方向で被処理体のプロセス内容を均質にすることができる。

なお、本実施の形態において、回転体１３１の形状は、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合う壁面１３１ａを有していればよいため、図２２（ａ），（ｂ）に例示したものに限らない。また、本実施の形態において、定在波の腹と節の位置を移動させる際の制御性を高めるためには、駆動部１３２に例えばステッピングモーター等の回転角度を制御可能な機構を採用し、回転体１３１を矩形導波管２２の長尺方向に対して角度９０°毎に回転させるようにしてもよい。

また、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合う壁面１３１ａの面積は、小さすぎると透過や反射が生じにくくなり、大きすぎると変形や破損するおそれがある。

また、回転体１３１を矩形導波管２２内で３６０°回転させる動作を１サイクルとする回転運動の周期は、プラズマ処理プロセスの均一性、スループット、駆動機構の簡素化の兼ね合いを考慮して、プラズマ処理プロセス時間の１／１０００〜１／２とすることが好ましい。

本実施の形態において、回転体１３１の材質、位相シフト装置２５Ｄの配設位置は、第１の実施の形態と同様とすることができる。回転体１３１の回転軸は、矩形導波管２２の長尺方向に対して交差する方向であればよいため、例えば水平方向に長尺な矩形導波管２２に対して、回転体１３１の回転軸を鉛直方向に設けてもよいし、水平方向に設けてもよい。また、挿通口２２ｃから外部へマイクロ波が漏洩することを防止するため、第１の実施の形態と同様に、位相シフト装置２５Ｄをカバー部材８４によって覆うことが好ましい。本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置について、図２３及び図２４を参照しながら説明する。図２３は、本発明の第４の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１０３の概略構成図である。図２３のプラズマ処理装置１０３は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０Ｃと、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１０３を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。ここで、プラズマ生成装置２０Ｃは、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、その一部分としてアンテナ部４０が設けられた矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２４と、矩形導波管２２内（特に、アンテナ部４０内）での定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ｅと、矩形導波管２２の内部で処理ガスの通過を遮るための石英などの誘電体からなる隔壁２６と、を備えている。また、矩形導波管２２の一つの壁面にはスロット孔４１が形成されており、該スロット孔４１が形成された領域は、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を構成している。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０３（図２３）と、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００（図１）との相違は、位相シフト装置２５Ａの代わりに位相シフト装置２５Ｅを設けた点にある。従って、以下では相違点を中心に説明し、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

＜位相シフト装置＞
本実施の形態の位相シフト装置２５Ｅは、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合う壁部材を有している。この壁部材は、矩形導波管２２の終端部に設けられ、矩形導波管２２の長尺方向に導波管内に進出し、もしくは導波管内から退避する直線運動をする。具体的には、図２４に拡大して示したように、位相シフト装置２５Ｅは、「矩形導波管２２の長尺方向に導波管内に進出し、もしくは導波管内から退避する直線運動をする壁部材」としてのプランジャー様の可動体１４１と、この可動体１４１を直線的に往復運動させる駆動部１４２と、可動体１４１を支持するとともに、駆動部１４２と連結するシャフト１４３と、を備えている。本実施の形態において、可動体１４１は金属により構成されており、矩形導波管２２の断面とほぼ相似の矩形な壁面１４１ａを有している。この壁面１４１ａは、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合い、反射波を生成させる壁面であり、矩形導波管２２の縦横の内径よりもやや小さく形成されている。

駆動部１４２は、矩形導波管２２の長尺方向に可動体１４１を周期的に往復運動させる。駆動部１４２は、矩形導波管２２の終端２２Ｅに設けられた挿通口２２ｄを介してシャフト１４３及び可動体１４１を矩形導波管２２内へ所定の距離Ｌ５で進出させたり、退避させたりする。退避状態において、可動体１４１の大部分は挿通口２２ｄから矩形導波管２２の外部へ移動し、マイクロ波を反射する壁面１４１ａが矩形導波管２２の終端２２Ｅの内壁面に一致する位置まで後退する。駆動部１４２は、例えばエアシリンダ、油圧シリンダ等によって構成してもよいし、あるいはモーター等の駆動源にクランク機構、スコッチ・ヨーク機構、ラック＆ピニオン機構等を組み合わせて構成してもよい。このように、位相シフト装置２５Ｅは、駆動部１４２を作動させることにより、可動体１４１を矩形導波管２２の長尺方向に直線往復運動させて、マイクロ波を反射する壁面１４１ａの位置を移動させることによって、矩形導波管２２内で生成する定在波の位相を周期的にシフトさせる。

すなわち、可動体１４１が矩形導波管２２内に進出した状態では、マイクロ波が、距離Ｌ５で進出した可動体１４１の壁面１４１ａによって反射されるため、矩形導波管２２の導波路長が実質的に短くなる。そのため、矩形導波管２２内で生成する定在波の腹と節の位置が移動する。一方、可動体１４１の壁面１４１ａが矩形導波管２２の本来の終端２２Ｅまで退避した状態では、導波路長が元の長さになり、定在波の腹と節の位置も元通り復元される。従って、可動体１４１を矩形導波管２２内へ進出・退避させる動作を繰返すことにより、定在波の腹と節の位置を周期的に移動させることができるようになり、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。その結果として、アンテナ部４０の長尺方向で被処理体のプロセス内容を均質にすることができる。

なお、上述の非特許文献１には、位置を可変に調節可能なプランジャーを矩形導波管の終端に設けたプラズマ生成装置が開示されている。しかし、この非特許文献１の装置は、大気圧プラズマ装置ではない点で本発明とは技術的に大きく異なるものである。また、非特許文献１のプランジャーは、安定したプラズマを生成させ得る導波路長を検討するために、矩形導波管の固定端の位置を簡便に変化させる目的で考案されたものに過ぎず、本実施の形態のプラズマ処理装置１０３のように、プラズマを生成させている間にマイクロ波の反射位置を周期的に移動させて定在波の位相を変化させ、時間平均で均一なラインプラズマを形成する機能は有していない。

本実施の形態において、可動体１４１は、マイクロ波の反射位置を周期的に移動させて定在波の腹と節の位置を矩形導波管２２の長尺方向に沿って変位させ得るものであればよいため、可動体１４１の形状は、図２４に例示したものに限らない。また、矩形導波管２２内を進行してくるマイクロ波に対して向き合い、反射波を生成させる壁面１４１ａの面積は、小さすぎると壁面１４１ａでの反射が生じにくくなるため、矩形導波管２２の断面積に対して、壁面１４１ａの面積の比率（壁面１４１ａの面積／矩形導波管２２の断面積）を限りなく１に近づけることが好ましい。

また、位相シフト装置２５Ｅの可動体１４１を進出させる距離Ｌ５は、特に制限はないが、可動体１４１が進出した状態で壁面１４１ａの位置を、矩形導波管２２内で本来発生する定在波の腹の位置に設定することによって、定在波の腹と節の位置を移動させやすくなる。ここで、矩形導波管２２内で生成する本来の定在波の節は固定端である矩形導波管２２の終端２２Ｅの内壁面と一致するため、可動体１４１を進出させる距離Ｌ５は、アンテナ部４０の終端４０Ｅと矩形導波管２２の終端２２Ｅとの間で、定在波の管内波長λｇに対して、ｎ×λｇ／４（ここで、ｎは正の奇数を意味し、好ましくは１を意味する）になるように設定することが好ましい。

また、可動体１４１を矩形導波管２２内に進出・退避させる動作を１サイクルとする往復運動の周期は、プラズマ処理プロセスの均一性、スループット、駆動機構の簡素化の兼ね合いを考慮して、プラズマ処理プロセス時間の１／１０００〜１／２とすることが好ましい。

本実施の形態においても、挿通口２２ｄから外部へマイクロ波が漏洩することを防止するため、位相シフト装置２５Ｅをカバー部材８４によって覆うことが好ましい。本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態にかかるプラズマ処理装置について、図２５，図２６を参照しながら説明する。図２５は、本発明の第５の実施の形態にかかるプラズマ処理装置１０４の概略構成図である。図２５のプラズマ処理装置１０４は、処理容器１０と、プラズマを発生させて処理容器１０内の被処理体Ｓへ向けて放出するプラズマ生成装置２０Ｄと、被処理体Ｓを支持するステージ５０と、プラズマ処理装置１０４を制御する制御部６０を備え、被処理体Ｓに対して常圧で処理を行う大気圧プラズマ処理装置として構成されている。ここで、プラズマ生成装置２０Ｄは、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置２１と、マイクロ波発生装置２１に接続され、その一部分としてアンテナ部４０が設けられた矩形導波管２２と、矩形導波管２２に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置２３と、アンテナ部４０内のガス及び必要に応じて処理容器１０内を排気するための排気装置２４と、矩形導波管２２内（特に、アンテナ部４０内）での定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段としての一対の移相器１５１Ａ，１５１Ｂと、矩形導波管２２の内部で処理ガスの通過を遮るための石英などの誘電体からなる一対の隔壁２６Ａ，２６Ｂと、を備えている。なお、矩形導波管２２の終端２２Ｅ側の隔壁２６Ｂは省略することも可能である。また、矩形導波管２２の一つの壁面にはスロット孔４１が形成されており、該スロット孔４１が形成された領域は、スロット孔４１で生成したプラズマを外部の被処理体Ｓへ向けて放出するアンテナ部４０を構成している。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０４（図２５）と、第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置１００（図１）との主な相違は、位相シフト装置２５Ａの代わりに、位相シフト手段として一対の移相器１５１Ａ，１５１Ｂを設けた点にある。従って、以下では相違点を中心に説明し、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

＜移相器＞
本実施の形態において、位相シフト手段である一対の移相器１５１Ａ，１５１Ｂは、アンテナ部４０を間に挟み、その両側に設けられている。すなわち、移相器１５１Ａはアンテナ部４０よりも矩形導波管２２の終端２２Ｅ側に配設され、移相器１５１Ｂはアンテナ部４０よりも矩形導波管２２のマイクロ波発生装置２１側に配設されている。各移相器１５１Ａ，１５１Ｂは、それぞれ矩形導波管２２に接続され、導波路の一部分を構成している。

移相器１５１Ａ，１５１Ｂは、共に同じ構成である。図２６に移相器１５１Ａの構成例を模式的に示す。移相器１５１Ａは、例えば方向性結合器１５３と２つの可変短絡板１５５，１５５とを備えている。ここで、移相器１５１Ａにおいて、マイクロ波発生装置２１側での矩形導波管２２との接続部分を入射側のポート１、２つの可変短絡板１５５，１５５側をポート２及びポート３、矩形導波管２２の終端２２Ｅ側での矩形導波管２２との接続部分を出射側のポート４とする。この場合、Ｓパラメータで表されるポート１における反射係数Ｓ_１１は、Ｓ_１２１とＳ_１３１との和であり、下式（１）で表すことができる。また、ポート１からポート４への伝送係数Ｓ_４１は、Ｓ_１２４とＳ_１３４との和であり、下式（２）で表すことができる。

このように、移相器１５１Ａを用いることによって、ポート１からポート４へ無損失で電力伝送が可能である。また、矩形導波管２２の終端２２Ｅ側での矩形導波管２２との接続部分を入射ポートとし、マイクロ波発生装置２１側での矩形導波管２２との接続部分を出射ポートとする場合も、無損失で電力伝送が可能である。なお、移相器１５１Ｂについても同様である。

また、２つの可変短絡板１５５，１５５は、図示しないモータ等の駆動部によって、同期して導波路内への進出もしくは退避が可能に構成されている。可変短絡板１５５を進退運動させることにより、マイクロ波の位相を可変に調節することができる。移相器１５１Ａ又は１５１Ｂにおいて、２つの可変短絡板１５５，１５５を進出・退避させる動作を繰返すことにより、定在波の腹と節の位置を周期的に移動させることができるようになり、アンテナ部４０の長尺方向に時間平均で均一なラインプラズマを生成させることが可能になる。その結果として、アンテナ部４０の長尺方向で被処理体のプロセス内容を均質にすることができる。そして、本実施の形態のプラズマ処理装置１０４では、移相器１５１Ａ，１５１Ｂを逆相で動作させる。ここで、「逆相で動作させる」とは、移相器１５１Ａによって生じた位相のずれを、移相器１５１Ｂによって打ち消すように、移相器１５１Ａ，１５１Ｂを動作させることを意味する。

本実施の形態では、移相器１５１Ａの可変短絡板１５５と移相器１５１Ｂの可変短絡板１５５とを同時に、かつ逆相で動作するように駆動制御し、移相器１５１Ａによって生じた位相のずれを、移相器１５１Ｂによって打ち消す。つまり、移相器１５１Ａによって、アンテナ部４０内の定在波の腹と節の位置を周期的に移動させながら、移相器１５１Ｂによって、マイクロ波発生装置２１側へ向かう反射波の位相のずれを補正する。移相器１５１Ａだけで矩形導波管２２内の定在波の位相を変化させた場合、位相が変化した反射波によって、マイクロ波発生装置２１側で複雑なインピーダンス整合動作が必要になる。しかし、移相器１５１Ａに加え、移相器１５１Ｂを設け、これら２つを逆相で動作させれば、マイクロ波発生装置２１側から見ると、見かけ上、移相器１５１Ａ，１５１Ｂが存在しないかのようになり、インピーダンス整合が簡単になる。このように、本実施の形態では、２つの移相器１５１Ａ，１５１Ｂを逆相で動作させ、定在波の腹と節の位置を周期的に移動させながら、マイクロ波発生装置２１の電源部３１（図２参照）や、整合器（図示せず）への負荷を軽減し、マイクロ波の電力伝送を最大化して大気圧プラズマによる処理効率を向上させることが可能になる。

本実施の形態における他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第６の実施の形態］
上記第１〜第５の実施の形態のプラズマ生成装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄにおいて、矩形導波管２２に温度調節装置を設けることができる。矩形導波管２２に温度調節装置を設けた具体例を図２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃに示した。図２７Ａは、スロット孔４１が形成された壁を除くアンテナ部４０の３つの壁の周囲を覆うように、温度調節装置１６１を設けた態様である。図２７Ｂは、スロット孔４１の開口部分を除くアンテナ部４０の全表面を覆うように、温度調節装置１６１を設けた態様である。図２７Ｃは、スロット孔４１が形成された壁を除くアンテナ部４０の３つの壁の周囲と、スロット孔４１が形成されたアンテナ部４０の壁においてスロット孔４１の周囲を除く部分と、を覆うように、温度調節装置１６１を設けた態様である。なお、温度調節装置１６１は、矩形導波管２２のアンテナ部４０以外の部分にも設けることができる。

本実施の形態において、温度調節装置１６１は、例えば内部に冷却又は加熱のための熱媒体を循環供給できるように構成してもよいし、あるいは、抵抗加熱等によるヒーターによって構成してもよい。温度調節装置１６１によって、プラズマ放電による矩形導波管２２（特にアンテナ部４０）の温度変化に対し、アンテナ部４０を含む矩形導波管２２の温度調節を行うことができるため、プラズマ放電の安全性及び再現性を高めることができる。

本実施の形態における他の構成及び効果は、第１〜第５の実施の形態と同様である。

［第７の実施の形態］
上記第１〜第６の実施の形態のプラズマ生成装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを用い、例えば図２８に示したように、矩形導波管２２のアンテナ部４０を複数個（図２８では３つ）並列的に配置したプラズマ処理装置１０５を構成できる。アンテナ部４０を含むプラズマ生成装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの構成は、第１〜第５の実施の形態と同様であるため、細部についての図示及び説明は省略する。なお、第６の実施の形態のように、アンテナ部４０を含む矩形導波管２２に温度調節装置１６１を設けてもよい。プラズマ処理装置１０５では、図示しない駆動機構によって、アンテナ部４０に対して被処理体Ｓが図２８中の矢印で示す方向に相対移動可能に設けられている。アンテナ部４０（矩形導波管２２）の長手方向と、被処理体Ｓの移動方向は、互いに直交するように配置されている。アンテナ部４０のスロット孔４１は、被処理体Ｓの幅以上の長さで配設されている。

図２８に示したように、複数のアンテナ部４０を並列的に配置し、かつ被処理体Ｓを相対移動させることによって、被処理体Ｓの進行方向に均一なプラズマ処理を行うことができる。また、位相シフト手段としての位相シフト装置２５Ａ〜２５Ｅによって、被処理体Ｓの幅方向（アンテナ部４０の長尺方向）においても、時間平均で均一なプラズマ処理を行うことができる。従って、被処理体Ｓに対して、処理斑がなく、均一なプラズマ処理を連続的に行うことが可能になる。なお、並列的に配置されるアンテナ部４０の数は、３つに限らず、２つでも、４つ以上でもよい。

図２９は、プラズマ処理装置１０５において、長尺なシート状（フィルム状）の被処理体Ｓをロール・トウ・ロール方式で搬送させながら処理する態様を示している。被処理体Ｓは、第１のロール７０Ａから送り出され、第２のロール７０Ｂに巻き取られる。このように、プラズマ処理装置１０５を用いることによって、被処理体Ｓが巻き取り可能なシート状（フィルム状）である場合に、連続的な処理を容易に行うことができる。

図３０は、図２９に対する変形例を示している。このプラズマ処理装置１０５Ａでは、並列的に配置された３つアンテナ部４０が、被処理体Ｓを挟むように上下に配置されている。被処理体Ｓの上方に配置されたアンテナ部４０Ａ，４０Ａ，４０Ａは、それらの下面（被処理体Ｓとの対向面）にスロット孔４１（図示省略）が設けられている。被処理体Ｓの下方に配置されたアンテナ部４０Ｂ，４０Ｂ，４０Ｂは、それらの上面（被処理体Ｓとの対向面）にスロット孔４１（図示省略）が設けられている。このように、被処理体Ｓの上下両方にアンテナ部４０を配置することによって、ロール・トウ・ロール方式で被処理体Ｓを搬送させながら、その両面に対して同時にプラズマ処理を行うことができる。尚、被処理体Ｓの上方にアンテナ部４０Ａを１つ配置し、被処理体Ｓの下方にアンテナ部４０Ａを１つ配置するようにすることでも、被処理体Ｓの両面に対して同時にプラズマ処理を行うことができる。

本実施の形態における他の構成及び効果は、第１〜第６の実施の形態と同様である。

＜シミュレーション試験＞
次に、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。図１に示すものと同様の構成のプラズマ処理装置を用い、矩形導波管２２の導波路に誘電体からなるブロック１１１を挿入することが、矩形導波管２２の管内で生成する定在波の位相に与える影響をシミュレーションした。

（シミュレーションの条件）
図３１（ａ），（ｂ）に示したように、矩形導波管２２の導波路の全長をＬｙ、幅をＬｘ、高さをＬｚ、導波路の始点からその長尺方向にブロック１１１の挿入位置（ブロック１１１の中央）までの距離をｒ、ブロック１１１の挿入深さをｄとした。ブロック１１１は、図３１（ｃ）に示したように、矩形導波管２２の長尺方向に平行な辺の長さをｌｙ、幅（矩形導波管２２の幅方向に平行な辺の長さ）をｌｘとした。なお、図３１（ａ），（ｂ）では、マイクロ波発生装置から矩形導波管２２内を伝播してくるマイクロ波の進行方向を白矢印で示した。

以下に示すパラメータの設定でブロック１１１の挿入深さｄのみを変化させ、位相のずれ量［ｍｍ］を計算した。

（設定パラメータ）
矩形導波管２２については、Ｌｙ：８００ｍｍ、Ｌｘ：１０８ｍｍ、Ｌｚ：５６ｍｍ、ｒ：６９０ｍｍ、管内波長λｇ：１４８ｍｍとした。
ブロック１１１については、比誘電率εｒ：１０、ｌｙ：３６ｍｍ、ｌｘ：３６ｍｍとし、ブロック１１１の挿入深さｄ：０ｍｍ（挿入せず）、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、２８ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、４５ｍｍ、４８ｍｍ、又は５０ｍｍに設定した。

図３２にシミュレーションの結果を示した。図３２の縦軸は位相のずれ（ｍｍ）を示し、横軸は、ブロック１１１の挿入深さｄを示している。上記シミュレーション条件では、ブロック１１１の挿入深さｄが２８ｍｍまでの範囲と４５ｍｍ以上の範囲では、ｄを大きくするに伴い、定在波の位相のずれも大きくなっていることがわかる。従って、矩形導波管２２内にブロック１１１を挿入することによって、矩形導波管２２内の定在波の位相を変化させ、腹と節の位置を移動させ得ることが確認された。

次に、ブロック１１１の幅（矩形導波管２２の幅方向に平行な辺の長さ）ｌｘが定在波の位相のずれに与える影響をシミュレートした。ここでは、ブロック１１１の挿入深さｄを２８ｍｍ、導波路の始点からブロック１１１の挿入位置までの距離ｒを２０ｍｍに設定するとともに、上記ｌｘを以下のように変化させた以外は上記と同様の条件でシミュレーションを実施した。

ｌｘ：０ｍｍ（挿入せず）、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、３６ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、７２ｍｍ、又は１０８ｍｍ

図３３にシミュレーションの結果を示した。図３３の縦軸は位相のずれ量（ｍｍ）を示し、横軸は、ブロック１１１の幅ｌｘを示している。上記シミュレーション条件では、ｌｘ＝２０ｍｍから４０ｍｍの範囲と、１０８ｍｍ（矩形導波管２２の全幅と同じ）を除き、ブロック１１１の幅ｌｘを大きくすることによって、それに比例して位相のずれも大きくなる傾向が読み取れた。

上記シミュレーションの結果から、矩形導波管２２内にブロック１１１を挿入することによって、矩形導波管２２内の定在波の位相を変化させ得ることが確認された。また、矩形導波管２２内に挿入するブロック１１１の幅ｌｘと、挿入深さｄによって、位相の変化量を調節できることも確認された。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態では、被処理体ＳとしてＦＰＤ基板や該基板に張り合わせるフィルム等を挙げたが、処理対象は特に限定されるものではなく、例えば半導体ウエハ等の基板に対しても適用することができる。

１０…処理容器、２０…プラズマ生成装置、２１…マイクロ波発生装置、２２…矩形導波管、２３…ガス供給装置、２４…排気装置、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ…位相シフト装置（位相シフト手段）、２６…隔壁、４０…アンテナ部、４１…スロット孔、５０…ステージ、６０…制御部、１００…プラズマ処理装置、Ｓ…被処理体

Claims (19)

1. マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
   前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした長尺な中空状の導波管と、
   前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
   前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
   前記アンテナ部の短辺もしくは長辺をなす壁に形成された１又は複数のスロット孔と、
   前記導波管内で生成する前記マイクロ波による定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段と、
   を備え、
   前記位相シフト手段が、前記導波管の長尺方向に一致する方向を回転軸として回転運動するとともに、前記導波管内を進行してくるマイクロ波を透過及び／又は反射する壁部材を有しており、該壁部材によって前記定在波の腹と節の位置を周期的に変化させるものであり、
   大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出するプラズマ生成装置。
2. 前記壁部材の回転運動が偏心回転である請求項１に記載のプラズマ生成装置。
3. 前記壁部材が、回転方向に不均一な形状を有している請求項１に記載のプラズマ生成装置。
4. 前記壁部材が、前記導波管の長尺方向に異なる厚みを有している請求項１に記載のプラズマ生成装置。
5. マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
   前記マイクロ波発生装置に接続され、マイクロ波の伝送方向に長尺をなすとともに、該伝送方向に直交する方向の断面が矩形をした長尺な中空状の導波管と、
   前記導波管に接続されてその内部へ処理ガスを供給するガス供給装置と、
   前記導波管の一部分であって、マイクロ波により生成したプラズマを外部に放出するアンテナ部と、
   前記アンテナ部の短辺もしくは長辺をなす壁に形成された１又は複数のスロット孔と、
   前記導波管内で生成する前記マイクロ波による定在波の位相を周期的にシフトさせる位相シフト手段と、
   を備え、
   前記位相シフト手段が、前記導波管の長尺方向に対して交差する方向を回転軸として回転運動するとともに、前記導波管内を進行してくるマイクロ波を透過及び／又は反射する壁部材を有しており、該壁部材によって前記定在波の腹と節の位置を周期的に変化させるものであり、
   大気圧状態の前記導波管内に供給された処理ガスをマイクロ波によって前記スロット孔でプラズマ化し、前記スロット孔から外部へ放出するプラズマ生成装置。
6. 前記壁部材の材質が、誘電体又は金属からなる請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
7. 前記位相シフト手段を覆うカバー部材をさらに備えた請求項１から６のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
8. 前記スロット孔は、矩形状に設けられており、その長手方向と前記アンテナ部の長手方向が一致するように配設されている請求項１から７のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
9. 前記アンテナ部に長尺な一つのスロット孔のみが設けられている請求項８に記載のプラズマ生成装置。
10. 前記アンテナ部に複数のスロット孔が一列に配設されている請求項８に記載のプラズマ生成装置。
11. 前記アンテナ部に複数のスロット孔が並列的に複数列配置されている請求項８に記載のプラズマ生成装置。
12. 前記マイクロ波発生装置と前記アンテナ部との間の前記導波管内に、前記処理ガスの通過を遮る隔壁を備えた請求項１から１１のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
13. 前記スロット孔の縁面は、前記壁の厚み方向に開口幅が変化するように傾斜して設けられている請求項１から１２のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
14. さらに、パルス発生器を備え、マイクロ波をパルス状に発生させてプラズマを生成させる請求項１から１３のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置を備え、発生させたプラズマを利用して被処理体に対して所定の処理を行うプラズマ処理装置。
16. 前記スロット孔が被処理体に対向するように前記アンテナ部が配置される請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
17. 被処理体の表裏両面にそれぞれアンテナ部が配置される請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
18. 請求項１５から１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いて、被処理体を処理するプラズマ処理方法。
19. 被処理体がロール・トゥ・ロール方式で搬送可能なフィルム状をなしている請求項１８に記載のプラズマ処理方法。
    

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