[发明专利]等离子体生成装置、等离子体处理装置以及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用微波产生等离子体的等离子体生成装置和使用该等离子体生成装置的等离子体处理装置以及处理方法。

背景技术

作为通过将微波导入处理容器内而产生处理气体的等离子体的微波等离子体处理装置，公知有通过对处理容器内进行减压而生成等离子体的低压等离子体方式和利用大气压生成等离子体的大气压等离子体方式。

作为低压等离子体方式的现有技术，例如在专利文献1中提出有下述等离子体处理装置：利用与自由空间波长λ及管内波长λg的关系来规定在波导管的长度方向所形成的多条隙缝的配置和配设数量，并且使从微波电源侧所观察的波导管内的阻抗与在相反方向观察电源侧的波导管内的阻抗大致相等。专利文献1是在对于塑料薄膜等大面积的被处理体能够进行均匀的等离子体处理这点上表现优异的技术方案。然而，在采用低压等离子体方式的专利文献1中，为了使处理容器内保持为低压，使电介质板介于波导管与处理容器之间。该电介质板虽然从提高等离子体的均匀性的观点来看是有效的，但是存在由配设于波导管与处理容器之间的电介质板将微波吸收从而能量利用效率降低的问题。因此，从尽量减少能量损失并利用高密度等离子体处理被处理体的目的出发，还留有改善的余地。

并且，在工艺气体对导入处理容器内的微波均匀地供给这方面有效。然而，一般情况下，在使电介质板介于波导管与处理容器之间的结构中，必须将工艺气体直接导入处理容器内。并且，由于因电介质板的存在使得无法在处理容器的顶部设置喷头，因此气体导入部的配置被限制于从波导管离开的位置(例如，处理容器的侧壁等)。由于像这样地气体导入部位被限制，因此还存在难以实现处理容器内等离子体的均匀性及被处理体的表面内的处理的均匀性的情况。

作为低压等离子体方式的其它现有例，在专利文献2中，提出了将使微波传播的波导管插入真空容器内的等离子体处理装置。在该专利文献2中，通过将波导管设置于真空容器内，能够缩小且减薄用于保持真空的电介质部件，并且能够对大面积的被处理体进行均匀的处理。然而，专利文献2的装置形成为在要求气密性的真空管内配置有波导管的双重结构，从而装置结构复杂并在实现可能性这点上存有疑问。并且，在专利文献2中，虽然未设置电介质板，但是由于在与波导管分离的处理容器的侧壁设置有气体导入部位，因此存在难以在处理容器内获得等离子体的均匀性以及被处理体表面内的处理的均匀性这样的课题。

另一方面，作为大气压等离子体方式的现有例，在专利文献3中，提出了下述等离子体处理装置：在等离子体产生部的内部，具备隙缝天线、与该隙缝天线的隙缝形成面成直角地连接并使微波均匀的均匀化线路、以及设置于该均匀化线路的前端侧并放射微波的狭缝。在专利文献3的等离子体处理装置中，朝与形成于所述狭缝的外侧的被处理体之间的间隙连续地供给工艺气体而生成等离子体，由此在大气压下对被处理体进行等离子体处理。该大气压等离子体处理装置虽然具有不需要电介质板的优点，但是需要波导管的隙缝和均匀化线路的狭缝，也就是说形成为分别设置2条波导路和隙缝的结构。因此，装置结构复杂，并且微波的传送控制困难，还具有由反射波的产生使微波在中途衰减的可能性，从而从高效地生成等离子体这样的观点考虑，并不是令人满意的装置。

[专利文献1]日本特开2009-224269号公报

[专利文献2]日本特开2004-200390号公报

[专利文献3]日本特开2001-93871号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能尽量降低微波的损失又能高效地生成高密度等离子体的等离子体生成装置。

为了解决上述课题进行了潜心研究，结果发现：使用微波的传送效率优异的矩形波导管，通过在其壁上设置隙缝孔，并使处理气体直接在矩形波导管的内部流动，能够在该隙缝孔生成大气压高密度等离子体。并且，还发现：通过从隙缝孔朝对置的被处理体喷出以该方式生成的高密度等离子体中的离子基(radical)并利用所输送的离子基来处理被处理体，能够提供一种适用于表面处理等用途的等离子体处理装置。

本发明的等离子体生成装置具备：微波发生装置，其产生微波；中空状的波导管，其与所述微波发生装置连接，在微波的传送方向形成为细长状，并且与该传送方向正交的方向的截面形成为矩形；气体供给装置，其与所述波导管连接并朝其内部供给处理气体；以及天线部，其是所述波导管的一部分，并将由微波生成的等离子体朝外部放出，其中，所述天线部在其截面上构成为短边的壁上具有1条或多条隙缝孔，由微波使供给至大气压状态的所述波导管内的处理气体在所述隙缝孔等离子体化，进而从所述隙缝孔朝外部放出。