特開 2020-80276 プラズマを用いた処理装置及び処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-80276(P2020-80276A)

(43)【公開日】2020年5月28日

(54)【発明の名称】プラズマを用いた処理装置及び処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20200501BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-213578(P2018-213578)

(22)【出願日】2018年11月14日

(71)【出願人】

【識別番号】390029012

【氏名又は名称】株式会社エスイー

(74)【代理人】

【識別番号】100144048

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 智弘

(72)【発明者】

【氏名】滝沢 力

(72)【発明者】

【氏名】大石 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】森元 峯夫

(72)【発明者】

【氏名】坂本 雄一

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084AA07

2G084AA26

2G084BB02

2G084CC06

2G084CC08

2G084CC09

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD35

2G084DD51

2G084DD66

2G084FF04

2G084FF39

(57)【要約】

【課題】プラズマを生成させるためのマイクロ波にパルス的なマイクロ波電力を有するマイクロ波を利用しつつ、プラズマの点燈状態の維持安定性を向上させたプラズマを用いる処理装置、及び、処理方法を提供する。
【解決手段】本発明のプラズマ（２５）を用いた処理装置（１０）は、処理対象物（１３）にプラズマ（２５）を照射する処理を行う処理室（１４）と、プラズマ（２５）を生成させためのマイクロ波を処理室（１４）内に供給するマイクロ波供給部（１７）と、を備え、マイクロ波供給部（１７）が、マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波と、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波と、を供給する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマを用いた処理装置であって、
前記処理装置は、
処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理室と、
前記プラズマを生成させためのマイクロ波を前記処理室内に供給するマイクロ波供給部と、を備え、
前記マイクロ波供給部が、
マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波と、
マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波と、を供給することを特徴とする処理装置。

【請求項2】

前記マイクロ波供給部は、
前記第１マイクロ波を発生させる第１マイクロ波発生装置と、
前記第２マイクロ波を発生させる第２マイクロ波発生装置と、
前記第１マイクロ波と前記第２マイクロ波で共用され、前記第１マイクロ波及び前記第２マイクロ波を前記処理室内に導入する１つの誘電体の窓と、
前記第１マイクロ波発生装置、及び、前記第２マイクロ波発生装置から前記誘電体の窓まで前記第１マイクロ波、及び、前記第２マイクロ波をガイドする導波部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。

【請求項3】

前記マイクロ波供給部は、
前記第１マイクロ波、及び、前記第２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で発生した前記第１マイクロ波、及び、前記第２マイクロ波を前記処理室内に導入する１つの誘電体の窓と、
前記マイクロ波発生装置から前記誘電体の窓まで前記第１マイクロ波、及び、前記第２マイクロ波をガイドする導波部と、を備え、
前記マイクロ波発生装置は、
供給電力に応じたマイクロ波電力のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部に電力を供給する電力供給部と、を備え、
前記電力供給部が、前記第１マイクロ波電力に応じた電力と前記第２マイクロ波電力に応じた電力を前記マイクロ波発生部に供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。

【請求項4】

前記マイクロ波供給部は、
前記第１マイクロ波を発生させる第１マイクロ波発生装置と、
前記第２マイクロ波を発生させる第２マイクロ波発生装置と、
前記第１マイクロ波を前記処理室内に導入する誘電体の第１の窓と、
前記第１の窓との離間距離が３０ｃｍ以内位置に設けられ、前記第２マイクロ波を前記処理室内に導入する誘電体の第２の窓と、
前記第１マイクロ波発生装置から前記第１の窓まで前記第１マイクロ波をガイドする第１の導波部と、
前記第２マイクロ波発生装置から前記第２の窓まで前記第２マイクロ波をガイドする第２の導波部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。

【請求項5】

前記処理装置が、複数の前記マイクロ波供給部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の処理装置。

【請求項6】

処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理方法であって、
前記プラズマを発生させるためのマイクロ波に、マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波と、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波と、が用いられていることを特徴とする処理方法。

【請求項7】

前記処理対象物が無水のハロゲン化物であり、
前記処理がプラズマ化する気体に還元雰囲気を形成する水素原子を含むガスを用いた還元処理であり、
前記還元処理によって、水素化物を生成することを特徴とする請求項６に記載の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はプラズマを用いた処理装置及び処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、マイクロ波表面波水素プラズマを処理対象物の表面に照射することで、処理対象物の表面の錆を還元する処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−３０７２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、還元し難い材料等の還元を行うためには、プラズマ密度を高めることが考えられる。
また、プラズマは、還元以外にも使用することが可能であるが、この場合でもプラズマ密度が高いことで効率的な処理が行えるものと考えられる。

【0005】

そして、プラズマを発生させるために処理室に供給するマイクロ波のマイクロ波電力を高めることで、発生するプラズマ密度を高めることが可能であるが、この場合、例えば、マイクロ波を導入する部分に設けられる誘電体の窓周辺が高温になり、誘電体の窓にダメージを与えたり、パッキン等の劣化が激しいという問題がある。

【0006】

一方、マイクロ波電力をパルス的なものとすると、平均的なマイクロ波電力を低く抑えつつ、マイクロ波電力のピーク値（最大値）に対応したプラズマ密度のプラズマを発生させることが可能であり、マイクロ波を導入する部分に設けられる誘電体の窓周辺の温度を低くできる。

【0007】

しかしながら、マイクロ波電力をパルス的なものとすると、プラズマの点燈状態を安定して維持するのが難いという問題がある。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、プラズマを生成させるためのマイクロ波にパルス的なマイクロ波電力を有するマイクロ波を利用しつつ、プラズマの点燈状態の維持安定性を向上させたプラズマを用いる処理装置、及び、処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の処理装置は、プラズマを用いた処理装置であって、前記処理装置は、処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理室と、前記プラズマを生成させためのマイクロ波を前記処理室内に供給するマイクロ波供給部と、を備え、前記マイクロ波供給部が、マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波と、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波と、を供給する。

【0010】

（２）上記（１）の構成において、前記マイクロ波供給部は、前記第１マイクロ波を発生させる第１マイクロ波発生装置と、前記第２マイクロ波を発生させる第２マイクロ波発生装置と、前記第１マイクロ波と前記第２マイクロ波で共用され、前記第１マイクロ波及び前記第２マイクロ波を前記処理室内に導入する１つの誘電体の窓と、前記第１マイクロ波発生装置、及び、前記第２マイクロ波発生装置から前記誘電体の窓まで前記第１マイクロ波、及び、前記第２マイクロ波をガイドする導波部と、を備える。

【0011】

（３）上記（１）の構成において、前記マイクロ波供給部は、前記第１マイクロ波、及び、前記第２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で発生した前記第１マイクロ波、及び、前記第２マイクロ波を前記処理室内に導入する１つの誘電体の窓と、前記マイクロ波発生装置から前記誘電体の窓まで前記第１マイクロ波、及び、前記第２マイクロ波をガイドする導波部と、を備え、前記マイクロ波発生装置は、供給電力に応じたマイクロ波電力のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部に電力を供給する電力供給部と、を備え、前記電力供給部が、前記第１マイクロ波電力に応じた電力と前記第２マイクロ波電力に応じた電力を前記マイクロ波発生部に供給可能である。

【0012】

（４）上記（１）の構成において、前記マイクロ波供給部は、前記第１マイクロ波を発生させる第１マイクロ波発生装置と、前記第２マイクロ波を発生させる第２マイクロ波発生装置と、前記第１マイクロ波を前記処理室内に導入する誘電体の第１の窓と、前記第１の窓との離間距離が３０ｃｍ以内位置に設けられ、前記第２マイクロ波を前記処理室内に導入する誘電体の第２の窓と、前記第１マイクロ波発生装置から前記第１の窓まで前記第１マイクロ波をガイドする第１の導波部と、前記第２マイクロ波発生装置から前記第２の窓まで前記第２マイクロ波をガイドする第２の導波部と、を備える。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記処理装置が、複数の前記マイクロ波供給部を備える。

【0014】

（６）本発明の処理方法は、処理対象物にプラズマを照射する処理を行う処理方法であって、前記プラズマを発生させるためのマイクロ波に、マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波と、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波と、が用いられている。

【0015】

（７）上記（６）の構成において、前記処理対象物が無水のハロゲン化物であり、前記処理がプラズマ化する気体に還元雰囲気を形成する水素原子を含むガスを用いた還元処理であり、前記還元処理によって、水素化物を生成する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、プラズマを生成させるためのマイクロ波にパルス的なマイクロ波電力を有するマイクロ波を利用しつつ、プラズマの点燈状態の維持安定性を向上させたプラズマを用いる処理装置、及び、処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る第１実施形態のプラズマを用いた処理装置の斜視図である。

【図2】本発明に係る第１実施形態のプラズマを用いた処理装置の断面図である。

【図3】本発明に係る第３実施形態のプラズマを用いた処理装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

【0019】

（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態のプラズマを用いた処理装置１０の斜視図であり、図２は本発明に係る第１実施形態のプラズマを用いた処理装置１０の断面図である。

【0020】

処理装置１０は、処理対象物１３（図２参照）を収容し、処理対象物１３にプラズマ２５（図２参照）を照射する処理を行う処理室１４（図１、及び、図２参照）と、処理室１４の上側に設けられ、プラズマ２５を生成させためのマイクロ波を処理室１４内に供給するマイクロ波供給部１７（図２参照）と、を備えている。

【0021】

具体的には、処理装置１０は、処理室本体１１と、処理室本体１１の前側に設けられ、開閉操作時に掴む把手１２ａを有する扉１２と、処理室本体１１の開放口縁に設けられたパッキン材１５と、を備えており、処理室本体１１、扉１２、及び、パッキン材１５で、扉１２を閉じると密閉空間となる処理室１４が形成されるものになっている。

【0022】

また、図２に示すように、マイクロ波供給部１７は、第１マイクロ波を発生させる第１マイクロ波発生装置１７ａと、第２マイクロ波を発生させる第２マイクロ波発生装置１７ｂと、第１マイクロ波と第２マイクロ波で共用され、第１マイクロ波及び第２マイクロ波を処理室１４内に導入する１つの誘電体（例えば、石英やセラミック等）の窓１７ｃと、第１マイクロ波発生装置１７ａ、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂから誘電体の窓１７ｃまで第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波をガイドする導波部１７ｄと、を備えている。

【0023】

第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する第１マイクロ波は、マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有するマイクロ波であり、第２マイクロ波発生装置１７ｂの発生する第２マイクロ波は、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有するマイクロ波である。

【0024】

本実施形態では、マイクロ波電力の最大値が約６キロワットで、マイクロ波電力の最小値が０キロワットであり、マイクロ波電力の最大値間の時間周期が３０マイクロ秒であるパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波を発生する第１マイクロ波発生装置１７ａを用いている。
なお、必ずしも、マイクロ波電力の最小値が０キロワットである必要はない。

【0025】

したがって、本実施形態では、第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する第１マイクロ波は、マイクロ波電力の最大値と最小値の差である第１幅が６キロワットのパルス的な第１マイクロ波電力を有するマイクロ波になっている。

【0026】

ただし、第１幅は、大きい方が高い密度のプラズマ２５を生成することができるものの、必ずしも、６キロワットである必要はなく、パルス的なマイクロ波電力とすることで平均電力を抑えつつ、高い密度のプラズマ２５を生成することができるものになっていればよい。

【0027】

このことから、第１幅は、１キロワット以上であることが好ましく、１．５キロワット以上であることがより好ましく、さらに、２キロワット以上であることが好ましい。

【0028】

一方、導波部１７ｄの設計によるが、マイクロ波電力の最大値が２４キロワットを超えると、導波部１７ｄ内での放電を抑制するのが難しくなると考えられるため、第１幅は２４キロワット以下であることが好ましく、放電をより抑制するために、１５キロワット以下であることがより好ましく、さらに、１０キロワット以下であることが好ましい。

【0029】

このため、上述のように、好ましいマイクロ波電力の最大値を考えると、第１幅は、２４キロワット以下が好ましく、１５キロワット以下がより好ましく、１０キロワット以下が更に好ましい。

【0030】

なお、第１マイクロ波発生装置１７ａは、マイクロ波発生部（例えば、マグネトロン）と、マイクロ波発生部に電力を供給する電力供給部（電源装置ともいう。）と、を備え、電源装置として、平均使用電力の最大値が１．５キロワットのパルス型の電源装置を備えているため、上述のように、最大値が６キロワットのマイクロ波電力の第１マイクロ波を発生させることができるものとなっている。

【0031】

一方、第２マイクロ波発生装置１７ｂも、マイクロ波発生部（例えば、マグネトロン）と、マイクロ波発生部に電力を供給する電力供給部（電源装置ともいう。）と、を備えているが、電源装置として、最大供給電力が１．５キロワットの直流型の電源装置を備えるものになっている。

【0032】

したがって、第２マイクロ波発生装置１７ｂは、１．５キロワットまでの範囲で選択されるマイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波を発生させるものになっている。

【0033】

つまり、第２マイクロ波発生装置１７ｂは、例えば、電源装置の電力の設定を１．０キロワットにすれば、１．０キロワットでほぼ一定のマイクロ波電力の第２マイクロ波を発生させ、電源装置の設定を０．６キロワットにすれば、０．６キロワットでほぼ一定のマイクロ波電力の第２マイクロ波を発生させる。

【0034】

そして、第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂの発生する第２マイクロ波は、上述のように、マイクロ波電力の状態は異なるものの、マイクロ波としての周波数は同じであってよく、例えば、一般的なマグネトロンで発生させることができる２．４５ＧＨｚの周波数でよい。

【0035】

なお、第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂの発生する第２マイクロ波は、マイクロ波としての周波数が異なっていてもよく、また、周波数についても２．４５ＧＨｚに限定される必要はなく、例えば、通信目的以外で使用できるＩＳＭバンドの５ＧＨｚ、２４．１ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ、４０．６ＭＨｚ、２７．１ＭＨｚ及び１３．５６ＭＨｚ等であってもよい。

【0036】

また、第１マイクロ波発生装置１７ａには、自身で発生させた第１マイクロ波の一部が反射等の影響で戻ってきて第１マイクロ波発生装置１７ａに入射すること、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂで発生した第２マイクロ波の一部が第１マイクロ波発生装置１７ａに入射することを抑制するアイソレータを備えていてもよい。

【0037】

つまり、第１マイクロ波発生装置１７ａは、第１マイクロ波発生装置１７ａにマイクロ波（第１マイクロ波の一部、及び、第２マイクロ波の一部）が入射するのを抑制するアイソレータを備えていてもよい。

【0038】

同様に、第２マイクロ波発生装置１７ｂも、第２マイクロ波発生装置１７ｂにマイクロ波（第１マイクロ波の一部、及び、第２マイクロ波の一部）が入射するのを抑制するアイソレータを備えるものとしてもよい。

【0039】

このように、第１マイクロ波発生装置１７ａ、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂがマイクロ波の入射を抑制するアイソレータを備えることで、マイクロ波の入射による第１マイクロ波発生装置１７ａ、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂの劣化を抑制することができる。

【0040】

また、処理装置１０は、図１に示すように、前側の処理室本体１１の左右一方側（図では右側）に設けられた処理開始ボタン２１と、前側の処理室本体１１の左右一方側（図では右側）に設けられた処理時間を設定するタイマー設定ダイヤル２２と、前側の処理室本体１１の左右一方側（図では右側）に設けられた処理時間を表示する処理時間表示部２３と、を備えている。

【0041】

さらに、処理装置１０は、図２に示すように、処理室１４の壁面（本例では右壁面）に開口するように設けられ、プラズマ化する気体を受け入れる受入口１８ａと、受入口１８ａから処理室１４内に供給される気体を供給するための気体供給手段１８（本例では、水素ガス供給手段）と、処理室１４の壁面（本例では右壁面）に開口するように設けられ、処理室１４内の気体を排出する排気口１９ａと、排気口１９ａから気体を排出するための気体排出手段１９（本例では、真空ポンプ）と、を備えている。

【0042】

なお、真空ポンプには、吸引力が高く、処理室１４内を速やかに真空（例えば、１０Ｐａ程度）にできるようにメカニカルブースターポンプを用いることが好ましい。
また、気体の貯蔵部であるボンベ又はタンクが処理装置１０とは別体に設けられ、気体の貯蔵部から処理装置１０まで気体供給配管で繋げる場合もあることから、気体供給手段１８は、供給する気体の流量等を制御する流量制御装置までを意味し、気体の貯蔵部を含まない場合がある。

【0043】

そして、処理装置１０は、処理室１４の壁面（本例では下壁面）に開口する通気孔１６ａと、通気孔１６ａを通じて外気を処理室１４内に取り込むか否かを制御するバルブ１６と、を備えている。

【0044】

なお、処理装置１０は、処理対象物１３を配置するために処理室１４内に設置され、複数の貫通孔の形成された載置台２４も備えている。
ただし、載置台２４は、処理対象物１３を配置する部分に貫通孔を設けず、その載置する部分以外に貫通孔が設けられているものであってもよく、このようにすれば、処理対象物１３が粉体である場合でも配置することができる。

【0045】

そして、扉１２（図１参照）を閉めると、扉１２が処理室本体１１にロックされ、そのロックに連動してバルブ１６が閉じて、処理室１４が密閉空間になるとともに、マイクロ波供給部１７、気体供給手段１８、及び、気体排出手段１９の稼働が許可された動作可能モードになる。

【0046】

なお、扉１２を開く場合には、把手１２ａを引くことになり、その引き操作に連動して扉１２のロックが解除されるとともに、マイクロ波供給部１７、気体供給手段１８、及び、気体排出手段１９の稼働が許可されない動作不能モードになるとともに、バルブ１６が開き処理室１４が常圧になって扉１２を開けることができる。

【0047】

ただし、通気孔１６ａから外気を取り込む形態に限らず、例えば、通気孔１６ａに窒素や不活性ガスを供給する配管が接続されており、バルブ１６が開くことで、処理室１４に窒素や不活性ガス等の活性の低い（反応性の低い）ガスが供給されるようになっていてもよい。

【0048】

そして、扉１２を開けて、載置台２４に処理対象物１３を配置して扉１２を閉じて、処理時間表示部２３を見ながらタイマー設定ダイヤル２２を操作して処理時間を設定した後、処理開始ボタン２１を押すと、処理対象物１３にプラズマ２５を照射する処理が開始される。

【0049】

具体的には、気体排出手段１９が駆動して処理室１４内の圧力が所定の圧力まで減圧されると、気体供給手段１８が駆動して処理室１４内にプラズマ化する気体（例えば、水素ガス）の供給が開始されるとともに、マイクロ波供給部１７の第１マイクロ波発生装置１７ａ、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂが駆動してプラズマ２５を生成させるためのマイクロ波（第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波）の処理室１４への供給が開始される。

【0050】

なお、高密度なプラズマ２５（本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ）を安定して生成させるためには、処理室１４内の圧力が低い方が有利であり、少なくとも処理室１４内は１０分の１気圧以下が好ましく、１００分の１気圧以下がより好ましく、１０００分の１気圧以下が更に好ましく、本実施形態では、所定の圧力を１００００分の１気圧程度である約１０Ｐａにしている。

【0051】

そして、マイクロ波（第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波）が窓１７ｃを通じて処理室１４内に供給されると、窓１７ｃの処理室１４内に露出した表面に表面波が形成され、この表面波のカットオフ角周波数で決まる密度以上の高密度なプラズマ２５（本例では、高密度なマイクロ波表面波水素プラズマ）が生成される。

【0052】

なお、高密度なプラズマ２５として点線で示す範囲は、プラズマ２５の発光状態が目視できるほどプラズマ密度が高い範囲を模式的に示したものであり、密度は低いもののそれよりも外側にもプラズマが存在する。

【0053】

また、マイクロ波表面波プラズマ（本例では、マイクロ波表面波水素プラズマ）は、電子密度が高いので照射されたマイクロ波はマイクロ波表面波プラズマの表面で反射されて内部には入らないがマイクロ波表面波プラズマの表面に沿う形で伝搬される。

【0054】

そして、設定された処理時間の間、高密度なプラズマ２５（本例では、高密度なマイクロ波表面波水素プラズマ）による処理対象物１３の処理が行われ、設定された処理時間が経過すると、マイクロ波供給部１７の第１マイクロ波発生装置１７ａ、及び、第２マイクロ波発生装置１７ｂの駆動が停止するとともに、気体供給手段１８の駆動が停止し、処理対象物１３にプラズマ２５を照射する処理が完了する。

【0055】

以上のような構成であれば、窓１７ｃからマイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波の供給だけでなく、プラズマ２５の点燈状態の維持（以下、点燈維持ともいう）を安定化させるマイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有した第２マイクロ波の供給も行われる。
このため、第１マイクロ波のマイクロ波電力が小さくなるときでも、プラズマ２５の点燈維持を安定して行うことができる。

【0056】

より詳細に説明すると、プラズマ２５は、点燈開始時に必要なマイクロ波電力で発生するプラズマ密度Ｐ１未満の密度になると消えるのではなく、一度、点燈すれば、プラズマ密度Ｐ１よりも小さい点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２を下回るまで点燈が維持できる。

【0057】

そして、パルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波では、マイクロ波電力の大きい時と小さい時があるが、マイクロ波電力が、例えば、０になったと同時に、プラズマ２５の密度が点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２未満になるわけではない。

【0058】

このため、第１マイクロ波電力のパルス周期（第１マイクロ波電力の最大値の現れる周期）が短ければ、直ぐに、大きなマイクロ波電力を有する第１マイクロ波が供給され、高いプラズマ密度となることで平均的に見て高いプラズマ密度のプラズマ２５が維持される。

【0059】

しかし、処理室１４内の状態（例えば、圧力等）によっては、マイクロ波電力が小さくなった時にプラズマ密度が点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２を下回ることが起きる場合があり、パルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波だけを供給している態様であると、このようにプラズマ密度が低下した時にプラズマ２５が消えることになる。

【0060】

しかしながら、プラズマ密度が点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２未満にならないように、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有した第２マイクロ波の供給を行っていることで、パルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波だけではプラズマ２５のプラズマ密度が点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２を下回るようなときでも、第２マイクロ波によってプラズマ２５のプラズマ密度は点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２以上を保つことができるので、安定してプラズマ２５の点燈を維持することができる。

【0061】

具体的には、第１マイクロ波発生装置１７ａだけを駆動させた場合、第１マイクロ波発生装置１７ａの備えるパルス型の電源装置の供給電力の設定を最大の平均使用電力である１．５キロワットに設定して、第１マイクロ波発生装置１７ａのマイクロ波発生部（例えば、マグネトロン）に電力を供給すると、プラズマ２５が点燈するが、その後、第１マイクロ波発生装置１７ａの備えるパルス型の電源装置の供給電力の設定を少し下げるように調整すると、ほどなくプラズマ２５が点燈しなくなる。

【0062】

これは、パルス型の電源装置の供給電力の設定を下げることで最大のマイクロ波電力の時の値が下がるため、プラズマ２５の平均的なプラズマ密度が低くなり、点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２未満になる瞬間が発生しやすいためと考えられる。

【0063】

しかし、第２マイクロ波発生装置１７ｂを駆動させている場合には、先に説明したように、プラズマ２５のプラズマ密度が点燈維持に必要なプラズマ密度Ｐ２以上に保たれるため、第１マイクロ波発生装置１７ａの備えるパルス型の電源装置の供給電力の設定を半分以下に下げても安定してプラズマ２５を点燈させ続けることができる。

【0064】

また、プラズマ２５の点燈開始時には、先に説明したことからわかるように、点燈維持に必要なマイクロ波電力より大きなマイクロ波電力が必要なため、第２マイクロ波発生装置１７ｂの直流型の電源装置の供給電力の設定を最大にする方が、プラズマ２５の点燈が行いやすいが、一旦、プラズマ２５が点燈すれば、直流型の電源装置の供給電力の設定を半分以下にしても問題なく、プラズマ２５の点燈を維持することが可能であった。

【0065】

具体的には、マイクロ波電力が０．３キロワット程度の第２マイクロ波が窓１７ｃから処理室１４内に供給されていれば、安定したプラズマ２５の点燈を維持することが可能であった。

【0066】

なお、上記では、処理装置１０が１つのマイクロ波供給部１７を備える場合について示したが、例えば、処理室１４が大きい場合、処理装置１０が、上述で説明したようなマイクロ波供給部１７を複数備えるものとしてもよい。

【0067】

また、マイクロ波供給部１７が備える第１マイクロ波発生装置１７ａが１つである必要はなく、より高密度なプラズマ２５を得るために、マイクロ波供給部１７が複数の第１マイクロ波発生装置１７ａを備えるものとしてもよく、その場合、導波部１７ｄが、第２マイクロ波発生装置１７ｂの発生する第２マイクロ波とそれら複数の第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する複数の第１マイクロ波を窓１７ｃにガイドするものにすればよい。

【0068】

（第２実施形態）
第１実施形態では、マイクロ波供給部１７が第１マイクロ波発生装置１７ａと第２マイクロ波発生装置１７ｂを備える場合について説明したが、必ずしも、２つのマイクロ波発生装置を備えるものとする必要はなく、第１実施形態で説明したのと同様のことは１つのマイクロ波発生装置でも実現することができ、以下、第２実施形態として、マイクロ波供給部１７が１つのマイクロ波発生装置を備える場合について説明する。
なお、全体的な構成は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と同様の点については説明を省略する場合がある。

【0069】

つまり、第２実施形態では、マイクロ波供給部１７が第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置を備えるとともに、そのマイクロ波発生装置で発生した第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波を処理室１４内に導入する１つの誘電体の窓１７ｃと、そのマイクロ波発生装置から誘電体の窓１７ｃまで第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波をガイドする導波部１７ｄと、を備えるものとなる。

【0070】

この場合、例えば、図２において、第１マイクロ波発生装置１７ａのところに、第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置を設けるとすれば、導波部１７ｄは窓１７ｃよりも図右側（第２マイクロ波発生装置１７ｂ側）に延在している必要はない。

【0071】

そして、第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置とするために、マイクロ波発生装置は、供給電力に応じたマイクロ波電力のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部（例えば、マグネトロン）と、マイクロ波発生部に電力を供給する電力供給部（電源装置）と、を備え、その電力供給部が、第１マイクロ波電力に応じた電力と第２マイクロ波電力に応じた電力をマイクロ波発生部に供給可能であるものとすればよい。

【0072】

つまり、電源装置が、第１電源部と、第２電源部と、を備え、第２電源部が、第２マイクロ波電力に応じた電力を出力し、第１電源部が、所定のタイミングで、その第２電源部の出力する電力に加える電力を出力し、電力の総和が、第１マイクロ波の最大となる第１マイクロ波電力に応じた電力になるようにして、所定のタイミングでは第１電源部と第２電源部の出力する電力を合わせた電力が１つのマイクロ波発生部（例えば、マグネトロン）に供給されるものとすれば、１つのマイクロ波発生部から第１マイクロ波、及び、第２マイクロ波を発生させることができるようになる。

【0073】

そして、このように構成されたマイクロ波供給部１７の場合でも、窓１７ｃに供給される第１マイクロ波のマイクロ波電力が小さくなるときに、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波が供給されている状態となるので、その第２マイクロ波によって、安定してプラズマ２５の点燈を維持させることができる。

【0074】

なお、本実施形態でも、第１実施形態で述べたように、処理装置１０が１つのマイクロ波供給部１７を備えることに限定される必要はなく、処理室１４が大きい場合に、処理装置１０が、上述で説明したようなマイクロ波供給部１７を複数備えるものとしてもよい。

【0075】

（第３実施形態）
図３は本発明に係る第３実施形態のプラズマを用いた処理装置１０の断面図であり、図２に対応する図になっている。

【0076】

なお、本実施形態においても、基本的な構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と異なるのは、マイクロ波供給部１７の構成だけである。
したがって、以下では主にマイクロ波供給部１７について説明し、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する場合がある。

【0077】

図３に示すように、本実施形態では、マイクロ波供給部１７が、第１マイクロ波を発生させる第１マイクロ波発生装置１７ａと、第２マイクロ波を発生させる第２マイクロ波発生装置１７ｂと、第１マイクロ波を処理室１４内に導入する誘電体の第１の窓１７ｃａと、第１の窓１７ｃａとの離間距離が３０ｃｍ以内位置に設けられ、第２マイクロ波を処理室１４内に導入する誘電体の第２の窓１７ｃｂと、第１マイクロ波発生装置１７ａから第１の窓１７ｃａまで第１マイクロ波をガイドする第１の導波部１７ｄａと、第２マイクロ波発生装置１７ｂから第２の窓１７ｃｂまで第２マイクロ波をガイドする第２の導波部１７ｄｂと、を備える。

【0078】

このような構成でも、第１の窓１７ｃａと第２の窓１７ｃｂが３０ｃｍ以内と近くに存在するので、第１の窓１７ｃａに供給される第１マイクロ波のマイクロ波電力が小さくなるときに、第２の窓１７ｃｂから供給されるマイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波によって安定してプラズマ２５の点燈が維持される。
なお、第１の窓１７ｃａと第２の窓１７ｃｂの離間距離は、２０ｃｍ以内がより好ましく、１５ｃｍ以内が、さらに、好ましく、１０ｃｍ以内が最も好ましい。

【0079】

そして、本実施形態でも、マイクロ波供給部１７が、複数の第１マイクロ波発生装置１７ａを備えるものとしてもよい。
この場合、共通の第１の窓１７ｃａに複数の第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する第１マイクロ波を供給するように第１の導波部１７ｄａを構成するようにしてもよく、また、マイクロ波供給部１７が、複数の第１の窓１７ｃａと、複数の第１マイクロ波発生装置１７ａの発生する第１マイクロ波を、それぞれの第１の窓１７ｃａにガイドする複数の第１の導波部１７ｄａと、を備えるものとしてもよい。
ただし、複数の第１の窓１７ｃａを備えるようにする場合でも、第２の窓１７ｃｂは、それぞれの第１の窓１７ｃａからの離間距離が３０ｃｍ以内となる位置に設けられる。

【0080】

また、処理室１４が大きい場合には、処理装置１０が上述したマイクロ波供給部１７を複数備えるものとしてもよい。

【0081】

以上、具体的な実施形態に基づいて、本発明について説明してきたが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されるものではない。

【0082】

上記実施形態の態様に触れればわかるように、本明細書には、処理対象物１３にプラズマ２５を照射する処理を行う処理方法も開示されているものであって、その処理方法は、プラズマ２５を発生させるためのマイクロ波に、マイクロ波電力の最大値と最小値の差が第１幅以上のパルス的な第１マイクロ波電力を有する第１マイクロ波と、マイクロ波電力の変動の小さい定常的な第２マイクロ波電力を有する第２マイクロ波と、が用いられているものであり、この第２マイクロ波によってプラズマ２５の点燈維持安定性が高められる。

【0083】

また、上記では、プラズマ化する気体が水素ガスである場合について示したが、例えば、メタン、プロパンといった炭化水素ガスであっても、水素ガスと同様に、処理対象物１３を還元処理することができるプラズマ２５を生成することができ、還元処理を行いたい場合のプラズマ化する気体は、水素ガスに限定されず、炭化水素ガスであってもよい。

【0084】

例えば、無水のハロゲン化物［例えば、ハロゲン化アルカリ土類金属（フッ化マグネシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム等のハロゲン化マグネシウム、及び、フッ化カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム等のハロゲン化カルシウム）や、ハロゲン化アルカリ金属（フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のハロゲン化リチウム）］を水素化する還元処理［例えば、水素化アルカリ土類金属（水素化マグネシウム、水素化カルシウム）や、水素化アルカリ金属（水素化リチウム）を生成する処理］は、プラズマ化する気体に還元雰囲気を形成するガスを用いるだけでなく、一般的なプラズマよりも高密度なプラズマ２５（マイクロ波表面波プラズマ）が必要であるため、上記処理方法は、このような処理を行うのに好適な処理方法である。

【0085】

したがって、上記処理方法の好適な一例としては、処理対象物１３が無水のハロゲン化物（ハロゲン化土類金属、ハロゲン化アルカリ金属等）であり、プラズマ化する気体に還元雰囲気を形成する水素原子を含むガス（水素ガス、炭化水素ガス等）を用い、その処理対象物１３を還元処理して、水素化物（水素化アルカリ土類金属、水素化アルカリ金属等）を生成するものが挙げられる。

【0086】

逆に、酸化処理を行いたい場合には、プラズマ化する気体に酸素ガスを用いればよく、また、アルゴン等の希ガスを加えることでプラズマ２５の点燈維持安定性がより高くなることから、プラズマ化する気体に、還元雰囲気を形成する水素原子を含むガス（水素ガス、炭化水素ガス）を用いる場合でも酸素ガスを用いる場合でも希ガスを混合するようにしてもよい。

【0087】

このように、本発明は具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0088】

１０ 処理装置
１１ 処理室本体
１２ 扉
１２ａ 把手
１３ 処理対象物
１４ 処理室
１５ パッキン材
１６ バルブ
１６ａ 通気孔
１７ マイクロ波供給部
１７ａ 第１マイクロ波発生装置
１７ｂ 第２マイクロ波発生装置
１７ｃ、１７ｃａ、１７ｃｂ 窓
１７ｄ、１７ｄａ、１７ｄｂ 導波部
１８ 気体供給手段
１８ａ 受入口
１９ 気体排出手段
１９ａ 排気口
２１ 処理開始ボタン
２２ タイマー設定ダイヤル
２３ 処理時間表示部
２４ 載置台
２５ プラズマ（マイクロ波表面波プラズマ）

【図1】

【図2】

【図3】