知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2024021117
(43)【公開日】2024-02-16
(54)【発明の名称】処理対象物の表面改質方法、及びプラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
B01J 19/08 20060101AFI20240208BHJP
H05H 1/24 20060101ALI20240208BHJP
B01J 19/12 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
B01J19/08 E
H05H1/24
B01J19/12 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022123711
(22)【出願日】2022-08-03
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(74)【代理人】
【識別番号】110002631
【氏名又は名称】弁理士法人イイダアンドパートナーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100076439
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 敏三
(74)【代理人】
【識別番号】100161469
【弁理士】
【氏名又は名称】赤羽 修一
(72)【発明者】
【氏名】西岡 将輝
【テーマコード（参考）】
2G084
4G075
【Ｆターム（参考）】
2G084AA03
2G084AA07
2G084BB14
2G084CC14
2G084DD25
2G084DD51
2G084DD55
2G084FF02
2G084HH05
2G084HH08
2G084HH20
2G084HH23
2G084HH25
2G084HH28
2G084HH29
2G084HH34
2G084HH42
2G084HH45
2G084HH52
4G075AA30
4G075BA05
4G075BA06
4G075BA10
4G075BB10
4G075BD03
4G075CA26
4G075CA47
4G075DA02
4G075DA05
4G075EB44
4G075EC06
4G075FB02
4G075FB04
4G075FB06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】処理対象物を表面処理するに当たり、面内各部ごとに改質状態を制御することを可能とする、処理対象物の表面改質方法、及びこの表面改質方法を行うプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】マイクロ波リアクタアレイを構成する複数のマイクロ波リアクタ２の各々にガスを供給してプラズマを生成し、生成したプラズマを処理対象物Ｗ（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）に照射して前記処理対象物の表面を改質することを含む、処理対象物の表面改質方法。
【選択図】図１
【解決手段】マイクロ波リアクタアレイを構成する複数のマイクロ波リアクタ２の各々にガスを供給してプラズマを生成し、生成したプラズマを処理対象物Ｗ（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）に照射して前記処理対象物の表面を改質することを含む、処理対象物の表面改質方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロ波リアクタアレイを構成する複数のマイクロ波リアクタの各々にガスを供給してプラズマを生成し、生成したプラズマを処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）に照射して前記処理対象物の表面を改質することを含む、処理対象物の表面改質方法。
【請求項2】
前記の各マイクロ波リアクタにより生成した各プラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する、請求項１に記載の処理対象物の表面改質方法。
【請求項3】
前記表面改質のための処理が、殺菌処理、滅菌処理、酸化処理、窒化処理、炭化処理、クリーニング処理、親水化処理、疎水化処理、官能基導入処理、粒子分散性向上処理、架橋構造の導入処理、及びコーティングの前処理から選ばれる処理である、請求項１又は２に記載の処理対象物の表面改質方法。
【請求項4】
処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）を支持するステージと、
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置を用いて、前記処理対象物の表面改質方法を実施する、請求項１又は２に記載の処理対象物の表面改質方法。
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置を用いて、前記処理対象物の表面改質方法を実施する、請求項１又は２に記載の処理対象物の表面改質方法。
【請求項5】
処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）を支持するステージと、
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置。
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、処理対象物の表面改質方法、及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
各種デバイス、フィルムなどに用いる基板は、目的に応じて種々の表面改質が施される。基板を表面処理することにより、基板表面の殺菌ないし滅菌、クリーニング、親水化、疎水化、炭化、窒化などの表面改質が可能となる。また、基板表面に官能基を導入して密着性や化学反応性を付与したり、化学反応を生じさせたりして表面改質することもできる。また、各種粒子を表面処理することにより粒子の分散性を制御することも可能となる。
このような表面改質方法としては、薬品等を作用させて表面を改質したり、各種ガスのプラズマを照射することにより表面を改質したりする方法が知られている。なかでもプラズマ照射による表面処理は、高効率に表面処理を行うことができる手法として広く用いられている。
このような表面改質方法としては、薬品等を作用させて表面を改質したり、各種ガスのプラズマを照射することにより表面を改質したりする方法が知られている。なかでもプラズマ照射による表面処理は、高効率に表面処理を行うことができる手法として広く用いられている。
【0003】
マイクロ波は、非接触の内部加熱方式で、被加熱対象物を直に、短時間に加熱することができる。そのため、マイクロ波処理を化学反応などに応用することが検討され、実際に実用化されてきている。例えば、空胴共振器内にマイクロ波を照射した定在波を形成し、電界強度分布が極大の部分に沿って配した流通管内の流体を高効率に加熱して、流体の化学反応を進行させることが提案されている（例えば特許文献１）。
また、マイクロ波を用いてプラズマを生成することが知られている（例えば特許文献２）。気体中にマイクロ波を照射することにより電子が加速されて分子や原子と衝突し、これらの分子や原子は電離したり、励起されたりして種々の活性状態（電離によって生じた荷電粒子の気体）を作り出すことができる。
また、マイクロ波を用いてプラズマを生成することが知られている（例えば特許文献２）。気体中にマイクロ波を照射することにより電子が加速されて分子や原子と衝突し、これらの分子や原子は電離したり、励起されたりして種々の活性状態（電離によって生じた荷電粒子の気体）を作り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００５－３２２５８２号公報
【特許文献2】特開２０１５－５００１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
プラズマ照射装置を用いて基板等の表面改質を行う場合、プラズマ処理容器内に基板等を入れて、目的の表面全体にプラズマが照射される。しかしこの方法では、基板の表面全体を同じような改質状態とすることができるにとどまり、基板の面内の各部ごとに、表面の改質状態を制御することが難しい。
本発明は、処理対象物（被処理物）を表面処理するに当たり、面内各部ごとに改質状態を制御することを可能とする、処理対象物の表面改質方法、及びこの表面改質方法を行うプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
本発明は、処理対象物（被処理物）を表面処理するに当たり、面内各部ごとに改質状態を制御することを可能とする、処理対象物の表面改質方法、及びこの表面改質方法を行うプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題は、以下の手段により解決された。
［１］
マイクロ波リアクタアレイを構成する複数のマイクロ波リアクタの各々にガスを供給してプラズマを生成し、生成したプラズマを処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）に照射して前記処理対象物の表面を改質することを含む、処理対象物の表面改質方法。
［２］
前記の各マイクロ波リアクタにより生成した各プラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する、［１］に記載の処理対象物の表面改質方法。
［３］
前記表面改質のための処理が、殺菌処理、滅菌処理、酸化処理、窒化処理、炭化処理、クリーニング処理、親水化処理、疎水化処理、官能基導入処理、粒子分散性向上処理、架橋構造の導入処理、及びコーティングの前処理から選ばれる処理である、［１］又は［２］に記載の処理対象物の表面改質方法。
［４］
処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）を支持するステージと、
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置を用いて、前記処理対象物の表面改質方法を実施する、［１］～［３］のいずれかに記載の処理対象物の表面改質方法。
［５］
処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）を支持するステージと、
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置。
［１］
マイクロ波リアクタアレイを構成する複数のマイクロ波リアクタの各々にガスを供給してプラズマを生成し、生成したプラズマを処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）に照射して前記処理対象物の表面を改質することを含む、処理対象物の表面改質方法。
［２］
前記の各マイクロ波リアクタにより生成した各プラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する、［１］に記載の処理対象物の表面改質方法。
［３］
前記表面改質のための処理が、殺菌処理、滅菌処理、酸化処理、窒化処理、炭化処理、クリーニング処理、親水化処理、疎水化処理、官能基導入処理、粒子分散性向上処理、架橋構造の導入処理、及びコーティングの前処理から選ばれる処理である、［１］又は［２］に記載の処理対象物の表面改質方法。
［４］
処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）を支持するステージと、
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置を用いて、前記処理対象物の表面改質方法を実施する、［１］～［３］のいずれかに記載の処理対象物の表面改質方法。
［５］
処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）を支持するステージと、
処理ガスを供給するガス供給源と、
共振器と、前記共振器の中心軸に沿って延伸し、前記共振器を貫通する反応管であって、前記ガス供給源から処理ガスが供給される反応管と、を有する複数のマイクロ波リアクタと、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々にマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源と、
前記複数のマイクロ波リアクタの各々に対応し、前記反応管のうち前記共振器に包囲されたプラズマ化領域において生成されたプラズマを、前記処理対象物の互いに異なる位置に吐出する複数のプラズマ吐出口と
を備えるプラズマ処理装置。
【発明の効果】
【0007】
本発明の処理対象物の表面改質方法、及びこの表面改質方法を行う本発明のプラズマ処理装置は、処理対象物（被処理物）を表面処理するに当たり、面内各部ごとに改質状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】プラズマ処理装置の構成例を示す断面図である
【図2】マイクロ波リアクタアレイを一方向に見た平面図である。
【図3】マイクロ波リアクタ本体の断面図である。
【図4】マイクロ波供給源の構成例を示すブロック図である。
【図5】マイクロ波リアクタ本体の断面斜視図である。
【図6】処理対象物の表面改質方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は、説明の便宜上、実際と相違する場合がある。また、図面は、理解を容易にするために模式的に示すことがある。さらに、本発明の範囲は、本発明で規定すること以外は、以下に例示する形態に限られない。
以降の説明では、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を想定する。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、以降の説明で例示される全図において共通であり、相互に直交する３軸方向である。図１に例示される通り、任意の地点からみてＸ軸に沿う一方向をＸ１方向と表記し、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向と表記する。Ｘ軸方向は、Ｘ１方向およびＸ２方向の両方向を含む方向である。同様に、任意の地点からＹ軸に沿って相互に反対の方向をＹ１方向およびＹ２方向と表記する。Ｙ軸方向は、Ｙ１方向およびＹ２方向の両方向を含む方向である。また、任意の地点からＺ軸に沿って相互に反対の方向をＺ１方向およびＺ２方向と表記する。Ｚ軸方向は、Ｚ１方向およびＺ２方向の両方向を含む方向である。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸ－Ｙ平面は水平面に相当する。Ｚ軸は鉛直方向に沿う軸線である。
以降の説明では、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を想定する。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、以降の説明で例示される全図において共通であり、相互に直交する３軸方向である。図１に例示される通り、任意の地点からみてＸ軸に沿う一方向をＸ１方向と表記し、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向と表記する。Ｘ軸方向は、Ｘ１方向およびＸ２方向の両方向を含む方向である。同様に、任意の地点からＹ軸に沿って相互に反対の方向をＹ１方向およびＹ２方向と表記する。Ｙ軸方向は、Ｙ１方向およびＹ２方向の両方向を含む方向である。また、任意の地点からＺ軸に沿って相互に反対の方向をＺ１方向およびＺ２方向と表記する。Ｚ軸方向は、Ｚ１方向およびＺ２方向の両方向を含む方向である。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸ－Ｙ平面は水平面に相当する。Ｚ軸は鉛直方向に沿う軸線である。
【0010】
［プラズマ処理装置］
図１は、本発明の処理対象物の表面改質方法（以下、単に「本発明の表面改質方法」と称す。）を行うのに好適な一実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成例を示す断面図である。
図１は、本発明の処理対象物の表面改質方法（以下、単に「本発明の表面改質方法」と称す。）を行うのに好適な一実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成例を示す断面図である。
【0011】
本発明のプラズマ処理装置、及び表面改質方法の処理の対象となる処理対象物は、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板でなければ特に制限されない。本発明に用いられる処理対象物は、例えば、平板状の基板、表面が球面状若しくは凹凸状の基板、粒子、粉体、医療器具、又は食品加工器具等である。また、処理対象物の材質も特に制限はなく、樹脂等の有機材料であってもよく、セラミック、又は金属等の無機材料であってもよい。上記の「半導体製造用基板」とは、半導体の製造工程で用いられる基板を意味する。したがって、「半導体製造用基板」は、ウェハ、及び半導体製造工程で用いられるその他の基板を含む。「フラットパネルディスプレイ製造用基板」とは、フラットパネルディスプレイの製造工程で用いられる基板を意味する。したがって、「フラットパネルディスプレイ製造用基板」は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、電子ペーパ等の各種のフラットパネルディスプレイ、及び当該フラットパネルディスプレイの製造工程で用いられるその他の基板を含む。また、上記の「半導体製造工程で用いられる基板」及び「フラットパネルディスプレイの製造工程で用いられる基板」は、製造工程中の露光処理に用いられるフォトマスクである基板やダミー基板を含む。ダミー基板としては、基板処理装置の各種設定条件や性能をテストするためのダミー基板や、基板処理装置の処理パラメータの設定を目的として処理がなされるダミー基板を含む。
なお、上記「処理対象物」は、処理対象物の表面改質方法を実施する装置それ自体あるいは装置の構成部材それ自体を意味するものではない。すなわち、真空チャンバーなどの処理容器の壁、ガスシャワーヘッド（処理容器内に処理ガスを供給する部材）、処理対象物である基板を設置するステージなど、処理対象物の表面改質方法を実施する装置自体が備える構造体は、上記「処理対象物」には含まれない。
なお、上記「処理対象物」は、処理対象物の表面改質方法を実施する装置それ自体あるいは装置の構成部材それ自体を意味するものではない。すなわち、真空チャンバーなどの処理容器の壁、ガスシャワーヘッド（処理容器内に処理ガスを供給する部材）、処理対象物である基板を設置するステージなど、処理対象物の表面改質方法を実施する装置自体が備える構造体は、上記「処理対象物」には含まれない。
【0012】
プラズマ処理装置１は、複数のマイクロ波リアクタ２と、ステージ３０と、ガス供給源４０と、複数のマイクロ波供給源５０と、複数のプラズマ吐出口４２とを有する。プラズマ処理装置１は、処理容器（図示略）に収容されてもよい。当該処理容器は、例えば、真空チャンバーである。
【0013】
マイクロ波リアクタ２は、共振器１１と、反応管１２とを有する。共振器１１、反応管１２、及び後述するマイクロ波供給源５０は、マイクロ波リアクタ本体３（以下、リアクタ本体３と称す。）を構成する。リアクタ本体３は、マイクロ波リアクタ２内に配される。共振器１１内には、誘電体１７が配されてもよい。共振器１１内に誘電体１７が配されることにより、誘電体１７による波長短縮効果によって共振器１１の小型化が図れる。
【0014】
図２は、本実施形態に係るマイクロ波リアクタアレイをＺ２方向に見た平面図である。複数のリアクタ本体３の各々は、図２に示されるように、千鳥状に配されてもよい。即ち、複数のプラズマ吐出口４２の各々が千鳥状に配されてもよい。上記の「千鳥状の配置」とは、複数のリアクタ本体３（前者）の各々がＸ軸方向に沿って所定間隔で配され、且つ、当該複数のリアクタ本体３に隣り合い、Ｘ軸方向に沿って所定間隔で配された複数のリアクタ本体３（後者）の各々の中心軸Ａが、前者のリアクタ本体３間に位置することを意味する。中心軸Ａは、共振器１１のＹ軸方向に沿う中心軸である。
図２に示す実施形態では、上述したように、複数のリアクタ本体３の各々が、千鳥状に配されてマイクロ波リアクタアレイを構成する。この構成により、複数のプラズマ吐出口４２の各々が処理対象物Ｗに対して、シャワー状のプラズマガスであるプラズマシャワー４３を吐出する。なお、図２では、複数のリアクタ本体３の各々が千鳥状に配されるが、本発明の複数のリアクタ本体の配置はこれに限られない。例えば、複数のリアクタ本体の各々は、直線状、又はハチの巣状に配されてもよい。また、複数のリアクタ本体がＸ軸方向に沿って配される列数が図２に示されるような２列に限定されず、１列でもよく、２列以上であってもよい。
図２に示す実施形態では、上述したように、複数のリアクタ本体３の各々が、千鳥状に配されてマイクロ波リアクタアレイを構成する。この構成により、複数のプラズマ吐出口４２の各々が処理対象物Ｗに対して、シャワー状のプラズマガスであるプラズマシャワー４３を吐出する。なお、図２では、複数のリアクタ本体３の各々が千鳥状に配されるが、本発明の複数のリアクタ本体の配置はこれに限られない。例えば、複数のリアクタ本体の各々は、直線状、又はハチの巣状に配されてもよい。また、複数のリアクタ本体がＸ軸方向に沿って配される列数が図２に示されるような２列に限定されず、１列でもよく、２列以上であってもよい。
【0015】
本実施形態では、共振器１１内に伝搬したマイクロ波のエネルギーが、共振器１１内に閉じ込められれば、共振器１１の形状は特に制限されない。共振器１１内にマイクロ波のエネルギーを閉じ込めるために、共振器１１内にはマイクロ波の定在波が形成されていることが好ましい。当該定在波の種類は特に制限されず、例えば、ＴＭ０１０、ＴＭ０２０、ＴＭ１１０、ＴＥ１０１、ＴＥ１０２、及びＴＥ１０３等のシングルモードの定在波が挙げられる。
【0016】
図３は、リアクタ本体３の断面図である。共振器１１は、共振器１１内に供給されるマイクロ波の波長λに基づき特定の定在波が形成されるように内寸が設計され、通常は金属製である。例えば、ＴＭ０１０モードの定在波が形成される場合には、共振器１１は、内径がＬ１であり、高さがＨ１である円筒状に構成される。内径Ｌ１と照射するマイクロ波の周波数ｆ０１０との関係が例えば下記式（１）で導出される寸法であることで、リアクタ本体３は、ＴＭ０１０モードの定在波を形成することができる。なお、ｃ、ε、μは、それぞれ、光の速度、共振器１１内の空間と被照射物とを含む合成の比誘電率、共振器１１内の空間と被照射物とを含む合成の比透磁率である。他方、ＴＭ０１０モード以外のＴＭｍｎ０モード（ｍは０以上の自然数、ｎは１以上の自然数）の定在波が形成される場合には高さＨ１に制約はないが、高さＨ１を、共振器１１内に供給されるマイクロ波の波長λ以下とすることで、ＴＭｍｎｐ（ｍは０以上の自然数、ｎ,ｐは１以上の自然数）などの高次の定在波の形成が抑制される。
【0017】
ｆ０１０＝｛ｃ／（２π・（εμ）１／２）｝×｛２．４０５／（Ｌ１／２）｝ （１）
【0018】
共振器１１は必ずしも円筒である必要はなく、金属等の導電性がある外壁により構成される中空部を有する構成であればよい。例えば、共振器１１をＺ軸方向に見た形状は、多角形状であってもよい。共振器１１の寸法は、その用途等に応じて適宜設定されてよいが、複数のリアクタ本体３の各々がアレイ状に配されることが可能な寸法であることが好ましい。また、共振器１１をＺ軸方向に見た形状は、複数のリアクタ本体３の各々が千鳥状に配されやすいように、図２に示されるような正八角形であることも好ましい。
【0019】
反応管１２は、図３に示されるように、共振器１１の中心軸Ｃ１に沿って延伸し、共振器１１の上面Ｓ１及び底面Ｓ２を貫通する管である。反応管１２は、プラズマ処理装置１のうち、後述するガス供給源４０から供給されたガスの流路の一部を構成してもよい。反応管１２は、例えば誘電体からなる。当該誘電体は特に限定されないが、例えば、石英、アルミナ、及びサファイア等である。
【0020】
ステージ３０は、図１に示されるように、複数のプラズマ吐出口４２と対向するように設けられる。ステージ３０には、処理対象物Ｗが載置される。ステージ３０は、後述する制御装置１６の制御に基づき、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に移動可能に構成されてもよい。本実施形態では、ステージ３０が処理対象物ＷをＸ軸方向に沿って連続的に搬送する搬送機構であってもよい。このような搬送機構は、例えば、ベルトコンベアである。
【0021】
ガス供給源４０は、ガス供給管４１を介して、複数の反応管１２の各々にガスを供給する。反応管１２に供給されたガスは、リアクタ本体３によりマイクロ波の作用によってプラズマ化される。プラズマ化されたガス（プラズマシャワー４３）は、上述したように、ステージ３０上の処理対象物Ｗに向けて、プラズマ吐出口４２から吐出される。
ガス供給源４０は、各種ガスを貯留する貯留部（図示略）、バルブ（図示略）、及びマスフローコントローラ（図示略）等を有する。ガス供給源４０は、ガス供給管４１に供給するガスを切り替え可能に構成される。なお、ガス供給源４０に貯留されるガスは特に制限されず、プラズマ化（電離及び励起等）して表面改質作用を示すものを広く適用することができる。例えば、酸素ガス、窒素ガス、水蒸気ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、亜酸化窒素ガス、二酸化炭素ガス、アンモニアガス、メタンガス、エチレンガス、フッ化炭素ガス、フッ化窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、及び空気等を用いることができる。また、ガスは２種以上の混合ガスであってもよい。さらに、ガスには、水、過酸化水素、アルコール等の液体が気化したガス等が混合されてもよく、ミスト状の液体が同伴されてもよい。
ガス供給源４０は、各種ガスを貯留する貯留部（図示略）、バルブ（図示略）、及びマスフローコントローラ（図示略）等を有する。ガス供給源４０は、ガス供給管４１に供給するガスを切り替え可能に構成される。なお、ガス供給源４０に貯留されるガスは特に制限されず、プラズマ化（電離及び励起等）して表面改質作用を示すものを広く適用することができる。例えば、酸素ガス、窒素ガス、水蒸気ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガス、亜酸化窒素ガス、二酸化炭素ガス、アンモニアガス、メタンガス、エチレンガス、フッ化炭素ガス、フッ化窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、及び空気等を用いることができる。また、ガスは２種以上の混合ガスであってもよい。さらに、ガスには、水、過酸化水素、アルコール等の液体が気化したガス等が混合されてもよく、ミスト状の液体が同伴されてもよい。
【0022】
マイクロ波供給源５０は、共振器１１の近傍に配され、アンテナ１３（例えばループアンテナ）を介して共振器１１内にマイクロ波を供給する。複数のマイクロ波供給源５０の各々は、制御装置１６に接続され、制御装置１６により制御される。
【0023】
制御装置１６は、プラズマ処理装置１の各要素（例えば、複数のマイクロ波供給源５０、ガス供給源４０、及びステージ３０等）を制御する単数又は複数のプロセッサを有する。制御装置１６及び後述する制御回路５７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＳＰＵ（Sound Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の１種類以上のプロセッサを有する。
【0024】
制御装置１６は、記憶装置、通信装置等と共にコンピュータシステムを構成する。本実施形態では、制御装置１６が、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することによって、後述する本発明の表面改質方法（ステップＳｔ１～Ｓｔ３）等の各種処理をプラズマ処理装置１に実行させる。制御装置１６は、例えば、サーバ装置、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、又はタブレット端末等の情報処理装置であってもよい。
記憶装置は、制御装置１６が実行するプログラムと制御装置１６が使用するデータとを記憶する単数または複数のメモリである。記憶装置は、例えば磁気記録媒体、又は半導体記録媒体等の通常の記録媒体で構成される。記憶装置は、複数種の記録媒体の組合せにより構成されてもよい。また、記憶装置は、可搬型の記憶媒体、又は制御装置１６と通信可能な外部記憶媒体等であってもよい。
通信装置は、プラズマ処理装置１の各要素（例えば、複数のマイクロ波供給源５０、ガス供給源４０、及びステージ３０等）と通信可能に接続される通信回路である。通信装置は、これらの各要素との接続における入出力インターフェースとして機能する。
なお、制御装置１６は、インターネットなどのネットワークに接続される通信インターフェースをさらに有し、このネットワークを介してサーバ装置等の外部接続機器に接続されてもよい。この場合、制御装置１６と外部接続機器との間で各種のデータが交換されてもよい。
記憶装置は、制御装置１６が実行するプログラムと制御装置１６が使用するデータとを記憶する単数または複数のメモリである。記憶装置は、例えば磁気記録媒体、又は半導体記録媒体等の通常の記録媒体で構成される。記憶装置は、複数種の記録媒体の組合せにより構成されてもよい。また、記憶装置は、可搬型の記憶媒体、又は制御装置１６と通信可能な外部記憶媒体等であってもよい。
通信装置は、プラズマ処理装置１の各要素（例えば、複数のマイクロ波供給源５０、ガス供給源４０、及びステージ３０等）と通信可能に接続される通信回路である。通信装置は、これらの各要素との接続における入出力インターフェースとして機能する。
なお、制御装置１６は、インターネットなどのネットワークに接続される通信インターフェースをさらに有し、このネットワークを介してサーバ装置等の外部接続機器に接続されてもよい。この場合、制御装置１６と外部接続機器との間で各種のデータが交換されてもよい。
【0025】
図４は、マイクロ波供給源５０の構成例を示すブロック図である。マイクロ波供給源５０は、発振器５１、出力調整器５２、増幅器５３、アイソレータ５４、パワーモニター５５、整合器５６、制御回路５７、及び電力供給部５８を有する。
発振器５１は、後述する制御回路５７から指定された所定周波数のマイクロ波を出力調整器５２に発振する。発振器５１は、例えば、マグネトロン等のマイクロ波発生器、又は半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることができる。具体的には、発振器５１は、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled oscillator：電圧制御発振器）、ＶＣＸＯ（Voltage controlled Crystal oscillator)、ＰＬＬ（Phase locked loop）発振器、又はＬＣ発振器であってもよく、マイクロ波の周波数を微調整できるという観点から、ＶＣＯ、ＶＣＸＯ、又はＰＬＬ発振器であることが好ましい。
出力調整器５２は、制御回路５７の制御に基づき、発振器５１から発振されたマイクロ波を共振器１１に供給可能な出力に調整する。増幅器５３は、出力調整器５２により出力が調整されたマイクロ波を必要出力まで増幅する。増幅器５３の構成に特に制限はなく、例えば、高周波トランジスタ回路で構成される半導体固体素子を用いることが好ましい。
アイソレータ５４は、共振器１１からの反射波によって増幅器５３が破損することを防止する安全装置である。すなわち、アイソレータ５４は、一方向（アンテナ１３方向）にマイクロ波が供給されるようにする装置である。
パワーモニター５５は、共振器１１に供給する入射波電力と、共振器１１からの反射波電力とを測定する。整合器５６は、アンテナ１３を介して共振器１１に接続され、共振器１１からの反射波を抑制するためにインピーダンスを整合するための装置である。具体的には、整合器５６は、発振器５１～パワーモニター５５のインピーダンスと、アンテナ１３のインピーダンスとを整合させる（合わせる）ための装置である。整合器５６は、パワーモニター５５から得られる反射波電力を最小となるように調整する。
なお、アイソレータ５４、パワーモニター５５、及び整合器５６の一部又は全ては、必要に応じて省略されてもよい。また、出力調整器５２は、増幅器５３とアイソレータ５４との間に設けられてもよい。この場合、出力調整器５２は、増幅器５３の増幅率を調整することで、出力調整を行うことができる。
発振器５１は、後述する制御回路５７から指定された所定周波数のマイクロ波を出力調整器５２に発振する。発振器５１は、例えば、マグネトロン等のマイクロ波発生器、又は半導体固体素子を用いたマイクロ波発生器を用いることができる。具体的には、発振器５１は、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled oscillator：電圧制御発振器）、ＶＣＸＯ（Voltage controlled Crystal oscillator)、ＰＬＬ（Phase locked loop）発振器、又はＬＣ発振器であってもよく、マイクロ波の周波数を微調整できるという観点から、ＶＣＯ、ＶＣＸＯ、又はＰＬＬ発振器であることが好ましい。
出力調整器５２は、制御回路５７の制御に基づき、発振器５１から発振されたマイクロ波を共振器１１に供給可能な出力に調整する。増幅器５３は、出力調整器５２により出力が調整されたマイクロ波を必要出力まで増幅する。増幅器５３の構成に特に制限はなく、例えば、高周波トランジスタ回路で構成される半導体固体素子を用いることが好ましい。
アイソレータ５４は、共振器１１からの反射波によって増幅器５３が破損することを防止する安全装置である。すなわち、アイソレータ５４は、一方向（アンテナ１３方向）にマイクロ波が供給されるようにする装置である。
パワーモニター５５は、共振器１１に供給する入射波電力と、共振器１１からの反射波電力とを測定する。整合器５６は、アンテナ１３を介して共振器１１に接続され、共振器１１からの反射波を抑制するためにインピーダンスを整合するための装置である。具体的には、整合器５６は、発振器５１～パワーモニター５５のインピーダンスと、アンテナ１３のインピーダンスとを整合させる（合わせる）ための装置である。整合器５６は、パワーモニター５５から得られる反射波電力を最小となるように調整する。
なお、アイソレータ５４、パワーモニター５５、及び整合器５６の一部又は全ては、必要に応じて省略されてもよい。また、出力調整器５２は、増幅器５３とアイソレータ５４との間に設けられてもよい。この場合、出力調整器５２は、増幅器５３の増幅率を調整することで、出力調整を行うことができる。
【0026】
制御回路５７は、発振器５１、出力調整器５２、増幅器５３、アイソレータ５４、パワーモニター５５、整合器５６、及び制御装置１６に接続され、発振器５１～整合器５６の状態を制御及び監視可能に構成される。制御回路５７は、マイクロ波供給源５０の各要素（例えば、発振器５１、出力調整器５２、増幅器５３、アイソレータ５４、パワーモニター５５、及び整合器５６等）を制御する単数又は複数のプロセッサを有する。また、制御回路５７は、電磁界センサ１８、温度センサ１９、及び表示装置２０にも接続される構成であってもよい。電力供給部５８は、制御装置１６に接続され、制御装置１６の制御に基づきマイクロ波供給源５０に電力を供給する。
【0027】
電磁界センサ１８は、例えば、共振器１１の壁部に配される。電磁界センサ１８は、共振器１１内の電磁界エネルギーを検出し、このエネルギーに応じた信号を制御回路５７に送信する。
温度センサ１９は、例えば、共振器１１内に配される。温度センサ１９は、共振器１１内の温度分布を測定し、測定した温度分布に応じた信号を制御回路５７に送信する。温度センサ１９は、例えば、熱画像計測装置、及び放射温度計等である。
表示装置２０は、取得した情報を操作者に対して通知することが可能な装置で構成される。表示装置２０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の表示装置である。表示装置２０は、制御回路５７の処理により得られた結果に基づく情報を表示する。具体的には、表示装置２０は、例えば、制御回路５７からのアラート情報等を表示する。なお、制御回路５７の処理により得られた結果に基づく情報は、制御装置１６に出力され、制御装置１６が当該情報を表示してもよく、他の表示装置等に表示させてもよい。
温度センサ１９は、例えば、共振器１１内に配される。温度センサ１９は、共振器１１内の温度分布を測定し、測定した温度分布に応じた信号を制御回路５７に送信する。温度センサ１９は、例えば、熱画像計測装置、及び放射温度計等である。
表示装置２０は、取得した情報を操作者に対して通知することが可能な装置で構成される。表示装置２０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の表示装置である。表示装置２０は、制御回路５７の処理により得られた結果に基づく情報を表示する。具体的には、表示装置２０は、例えば、制御回路５７からのアラート情報等を表示する。なお、制御回路５７の処理により得られた結果に基づく情報は、制御装置１６に出力され、制御装置１６が当該情報を表示してもよく、他の表示装置等に表示させてもよい。
【0028】
制御回路５７は、発振器５１に周波数（発振周波数）を指定する信号を出力する。これにより、発振器５１は、この指定された所定周波数のマイクロ波を出力調整器５２に発振する。制御回路５７から発振器５１に対して指定される周波数は、典型的には、共振器１１内に形成される定在波の固有周波数である。ここで、共振器１１内に形成される定在波の固有周波数を求めるために、パワーモニター５５への反射波が極小値となるように、発振器５１に指定される周波数が制御回路５７により微調整されてもよい。
また、制御回路５７は、共振器１１に配された電磁界センサ１８から取得した信号に基づき発振器５１に指定する周波数を微調整して決定してもよい。具体的には、制御回路５７は、電磁界センサ１８からの信号に基づき、共振器１１内に発生した定在波の形成状況（共振状況）を検出してもよい。制御回路５７は、検出した形成状況に基づいて、共振器１１内に一定の周波数の定在波が立つマイクロ波の周波数を、発振器５１にフィードバックする。このフィードバックにより、共振器１１内に定在波を安定して発生させることが可能となる。
また、制御回路５７は、共振器１１に配された電磁界センサ１８から取得した信号に基づき発振器５１に指定する周波数を微調整して決定してもよい。具体的には、制御回路５７は、電磁界センサ１８からの信号に基づき、共振器１１内に発生した定在波の形成状況（共振状況）を検出してもよい。制御回路５７は、検出した形成状況に基づいて、共振器１１内に一定の周波数の定在波が立つマイクロ波の周波数を、発振器５１にフィードバックする。このフィードバックにより、共振器１１内に定在波を安定して発生させることが可能となる。
【0029】
さらに、制御回路５７は、所望のプラズマ強度が得られるように、出力調整器５２のマイクロ波の出力を制御してもよい。この場合、制御回路５７は、パワーモニター５５から取得した電力信号に基づくフィードバック制御により出力調整器５２の出力を制御してもよい。あるいは、制御回路５７は、電磁界センサ１８から取得した信号に基づき、出力調整器５２の出力を制御してもよい。
【0030】
加えて、制御回路５７は、増幅器５３にマイクロ波の出力を指示することによって、一定の出力のマイクロ波をアンテナ１３に供給できるように調整してもよい。あるいは、制御回路５７は、増幅器５３の増幅率は変化させず、発振器５１と増幅器５３との間に配された出力調整器５２の減衰率を調整してもよい。
【0031】
また、制御回路５７は、温度センサ１９から取得した信号に基づき、被加熱対象物を目的温度となるようにフィードバック制御してもよい。ここで、発振器５１としてマグネトロンのような大出力を出せる装置が採用された場合、制御回路５７は、発振器５１に対してマイクロ波出力を調整するような指示を与えてもよい。
【0032】
さらに、制御回路５７は、共振器１１の反射波の大きさを測定し、その値を利用してもよい。反射波の測定は、例えばアイソレータ５４から得られるアイソレーション量が用いられる。制御回路５７は、反射波信号が極小となるように、発振器５１に指定する周波数を調整することで、マイクロ波のエネルギーが共振器１１に効率的に供給される。
【0033】
図５は、リアクタ本体３の断面斜視図である。電力供給部５８によりマイクロ波供給源５０に電力が供給されると、マイクロ波供給源５０から共振器１１にアンテナ（図示略）を介してマイクロ波（周波数が３００ＭＨｚ～３０ＧＨｚである電磁波）が供給され、図５の形態では例えばＴＭ０１０モードと呼ばれる電場分布（図５中の一点鎖線）が形成される。この電場が形成されることによって、反応管１２内のエネルギーが高くなり、反応管１２のうち共振器１１に包囲された領域（以下、プラズマ化領域と記述する）にエネルギーが集中し、反応管１２内を流れるガスが高効率に活性化される。ここで、増幅器５３の作用によりマイクロ波電力が大きくなると、プラズマ化領域２１におけるガスのプラズマ化量が大きくなり、プラズマ吐出口４２から放出されるプラズマガスのプラズマ温度が高くなる。
【0034】
図２に示す形態では、複数の複数のプラズマ吐出口４２の各々は、上述したように、千鳥状に配される。この構成により、処理対象物Ｗの面上の互いに異なる位置に向かって、複数のプラズマ吐出口４２の各々からリアクタ本体３によりプラズマ化されたガスが吐出される。ここで、制御装置１６により複数の電力供給部５８の各々の電力が個別に制御されると、複数のマイクロ波供給源５０の各々に供給される電力が個別に制御され、複数のプラズマ吐出口４２の各々に供給されるガスのプラズマ生成の状態も個別に制御される。これにより、複数のプラズマ吐出口４２の各々から吐出されるプラズマガスの状態をプラズマ吐出口４２毎に異ならせることができる。従って、処理対象物Ｗの表面の処理状態を所望のパターンへと制御することができる。
また、プラズマ処理装置１において、Ｘ軸方向中央部のプラズマ密度が高く、当該中央部からＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分のプラズマ密度が低い分布の場合、当該中央部に対応するマイクロ波供給源５０からのマイクロ波出力を小さくし、当該中央部からＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分に対応するマイクロ波供給源５０からのマイクロ波出力を大きくすることによって、プラズマ処理装置１全体でのマイクロ波密度の均一化を図ることができ、処理対象物Ｗに対する表面処理をムラなく均一に行うことができる。他方、処理対象物Ｗの表面において、表面処理の程度を位置毎に異ならせたい場合は、その処理の程度に合わせて、位置毎にマイクロ波供給源５０からのマイクロ波出力が調整されてもよい。
また、プラズマ処理装置１において、Ｘ軸方向中央部のプラズマ密度が高く、当該中央部からＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分のプラズマ密度が低い分布の場合、当該中央部に対応するマイクロ波供給源５０からのマイクロ波出力を小さくし、当該中央部からＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分に対応するマイクロ波供給源５０からのマイクロ波出力を大きくすることによって、プラズマ処理装置１全体でのマイクロ波密度の均一化を図ることができ、処理対象物Ｗに対する表面処理をムラなく均一に行うことができる。他方、処理対象物Ｗの表面において、表面処理の程度を位置毎に異ならせたい場合は、その処理の程度に合わせて、位置毎にマイクロ波供給源５０からのマイクロ波出力が調整されてもよい。
【0035】
以上の説明から理解されるとおり、本発明の表面改質方法は、マイクロ波リアクタアレイを構成する複数のマイクロ波リアクタの各々にガスを供給してプラズマを生成し、生成したプラズマを処理対象物（ただし、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板を除く。）に照射して、この処理対象物の表面を改質させる。この方法により、処理対象物を表面処理するに当たり、処理対象物の面内各部ごとに改質状態を制御することができる。
【0036】
［表面改質方法］
次に、本発明の表面改質方法の一実施形態について、図６を適宜参照しながら説明する。なお、以降の説明では、プラズマ処理装置１により、処理対象物Ｗの表面に親水性の水酸基が導入される場合を例として説明する。
次に、本発明の表面改質方法の一実施形態について、図６を適宜参照しながら説明する。なお、以降の説明では、プラズマ処理装置１により、処理対象物Ｗの表面に親水性の水酸基が導入される場合を例として説明する。
【0037】
本発明の表面改質方法は、図６に示す形態において、ガス供給工程（ステップＳｔ１）と、マイクロ波供給工程（ステップＳｔ２）と、表面改質工程（ステップＳｔ３）とを有する。以下、これら各工程について説明する。
【0038】
＜ステップＳｔ１：ガス供給工程＞
ガス供給源４０は、制御装置１６の制御に基づいて、ガス供給管４１を介して複数の反応管１２の各々にアルゴンガス（処理ガス）を供給する。
ガス供給源４０は、制御装置１６の制御に基づいて、ガス供給管４１を介して複数の反応管１２の各々にアルゴンガス（処理ガス）を供給する。
【0039】
＜ステップＳｔ２：マイクロ波供給工程＞
次に、複数のマイクロ波供給源５０の各々が、制御装置１６の制御に基づいて、それぞれ対応する共振器１１に対してマイクロ波を供給する。これにより、各共振器１１内に、例えばＴＭ０１０モードと呼ばれる定在波の電場分布が形成される。
次に、複数のマイクロ波供給源５０の各々が、制御装置１６の制御に基づいて、それぞれ対応する共振器１１に対してマイクロ波を供給する。これにより、各共振器１１内に、例えばＴＭ０１０モードと呼ばれる定在波の電場分布が形成される。
【0040】
＜ステップＳｔ３：表面改質工程＞
次に、複数の反応管１２の各々に供給されたアルゴンガスが、プラズマ化領域２１においてプラズマ化される。そして、プラズマ化された励起状態のアルゴンガスが、複数のプラズマ吐出口４２の各々から処理対象物Ｗの表面に向けてプラズマシャワー４３としてシャワー状に吐出される。ここで、本実施形態では、複数のプラズマ吐出口４２の各々から吐出されるプラズマガスの状態（プラズマ生成量、及び温度等）に差が生じるように、制御装置１６がマイクロ波供給源５０を制御することで、共振器１１の各々に供給されるマイクロ波電力を調整することができる。例えば、処理対象物Ｗの表面のうち、Ｘ軸方向中央部におけるプラズマ処理の効果が、当該中央部に対してＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分よりも高い場合に、当該中央部に対してＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分に吐出される励起状態のアルゴンガスの温度を、当該中央部に吐出される励起状態のアルゴンガスの温度よりも高くすることによって、処理対象物Ｗの表面処理における位置毎の不均衡が解消され、処理対象物Ｗの表面に対するプラズマ処理の効果が均一化される。
次に、複数の反応管１２の各々に供給されたアルゴンガスが、プラズマ化領域２１においてプラズマ化される。そして、プラズマ化された励起状態のアルゴンガスが、複数のプラズマ吐出口４２の各々から処理対象物Ｗの表面に向けてプラズマシャワー４３としてシャワー状に吐出される。ここで、本実施形態では、複数のプラズマ吐出口４２の各々から吐出されるプラズマガスの状態（プラズマ生成量、及び温度等）に差が生じるように、制御装置１６がマイクロ波供給源５０を制御することで、共振器１１の各々に供給されるマイクロ波電力を調整することができる。例えば、処理対象物Ｗの表面のうち、Ｘ軸方向中央部におけるプラズマ処理の効果が、当該中央部に対してＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分よりも高い場合に、当該中央部に対してＸ１方向及びＸ２方向に位置する部分に吐出される励起状態のアルゴンガスの温度を、当該中央部に吐出される励起状態のアルゴンガスの温度よりも高くすることによって、処理対象物Ｗの表面処理における位置毎の不均衡が解消され、処理対象物Ｗの表面に対するプラズマ処理の効果が均一化される。
【0041】
上述の実施形態では、処理対象物の表面を、プラズマ化された励起状態のアルゴンガスを用いて改質する例を説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。プラズマ化されたガスを用いた表面改質それ自体は広く知られているものであり、本発明において、処理対象物、及びプラズマ化するガス種は何ら制限されるものではない。例えば、樹脂の表面改質の１つとして、親水化処理が挙げられる。樹脂表面の疎水性及び親水性の違いは樹脂表面の水酸基（－ＯＨ）等の量に起因する。樹脂の分子構造であるＣ－Ｃ結合に、励起状態のアルゴンが接触するとこの結合が切断され、さらに、当該励起状態のアルゴンが分子内及び雰囲気中の酸素（Ｏ２）及び水分（Ｈ２Ｏ）と反応することで、樹脂表面にＣ－ＯＨの構造が導入され、親水性が付与される。即ち、樹脂表面が表面親水化処理される。
なお、表面親水化処理については、励起されたアルゴンガスだけでなく、例えば、
・励起された窒素ガス、
・酸素がプラズマされた際に発生する、オゾン若しくは一重項酸素、又は、
・微量の水分や過酸化水素が導入された、窒素若しくはアルゴンガスがプラズマ化される際に発生するＯＨラジカル
を用いても樹脂表面に親水性を付与することができる。
プラズマガスを用いた、通常の表面改質の形態はいずれも、本発明のマイクロ波リアクタアレイを用いた表面改質方法に適用することができ、上述した本発明の効果を享受することができる。表面改質の形態は、例えば、「大気圧プラズマの生成制御と応用技術（小駒益弘著、サイエンス&テクノロジー社出版）」に記載され、本発明に適用することができる。
なお、表面親水化処理については、励起されたアルゴンガスだけでなく、例えば、
・励起された窒素ガス、
・酸素がプラズマされた際に発生する、オゾン若しくは一重項酸素、又は、
・微量の水分や過酸化水素が導入された、窒素若しくはアルゴンガスがプラズマ化される際に発生するＯＨラジカル
を用いても樹脂表面に親水性を付与することができる。
プラズマガスを用いた、通常の表面改質の形態はいずれも、本発明のマイクロ波リアクタアレイを用いた表面改質方法に適用することができ、上述した本発明の効果を享受することができる。表面改質の形態は、例えば、「大気圧プラズマの生成制御と応用技術（小駒益弘著、サイエンス&テクノロジー社出版）」に記載され、本発明に適用することができる。
【0042】
本発明の表面改質方法による表面改質の態様は、通常のプラズマ処理による表面改質の態様に対応させることができることは上述の通りである。なお、本発明の表面改質方法には、半導体製造用基板、及びフラットパネルディスプレイ製造用基板に対する表面改質方法は含まれない。したがって、例えば、半導体基板上への成膜、及び半導体加工におけるエッチング処理は含まれない。
本発明の表面改質方法による表面改質の具体的な形態として、例えば、以下の処理（殺菌処理及び滅菌処理、金属表面の酸化処理、窒化処理、炭化処理、クリーニング処理、親水化処理、疎水化処理、官能基導入処理、粒子分散性向上処理、架橋構造の導入処理、並びにコーティングの前処理）を行う形態を挙げることができる。
本発明の表面改質方法による表面改質の具体的な形態として、例えば、以下の処理（殺菌処理及び滅菌処理、金属表面の酸化処理、窒化処理、炭化処理、クリーニング処理、親水化処理、疎水化処理、官能基導入処理、粒子分散性向上処理、架橋構造の導入処理、並びにコーティングの前処理）を行う形態を挙げることができる。
【0043】
（殺菌処理及び滅菌処理）
殺菌処理及び滅菌処理としては、例えば、医療器具、又は食品加工器具等に付着した、細菌類の殺菌・滅菌・増殖抑制処理、及びウィルスの不活化処理が挙げられる。殺菌処理及び滅菌処理に用いられるガスは、例えば、空気、及び窒素等である。
殺菌処理及び滅菌処理としては、例えば、医療器具、又は食品加工器具等に付着した、細菌類の殺菌・滅菌・増殖抑制処理、及びウィルスの不活化処理が挙げられる。殺菌処理及び滅菌処理に用いられるガスは、例えば、空気、及び窒素等である。
【0044】
（金属表面の酸化処理、窒化処理、及び炭化処理）
金属表面の窒化処理、及び炭化処理としては、例えば、工具の耐摩耗性向上のための金属表面の窒化処理、及び炭化処理が挙げられる。また、金属表面の酸化処理としては、例えば、耐久性向上のための金属表面の酸化処理（不動態膜の形成）が挙げられる。
金属表面の窒化処理、及び炭化処理としては、例えば、工具の耐摩耗性向上のための金属表面の窒化処理、及び炭化処理が挙げられる。また、金属表面の酸化処理としては、例えば、耐久性向上のための金属表面の酸化処理（不動態膜の形成）が挙げられる。
【0045】
（クリーニング処理）
クリーニング処理としては、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の表面についた汚れ成分（有機物等）を分解する分解処理が挙げられる。クリーニング処理では、ガスとして酸素を用いた場合、プラズマにより酸化作用の強いオゾンから一重項酸素が生成され、この一重項酸素が表面の汚れ成分を酸化分解することにより、汚れ成分が除去される。
クリーニング処理としては、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の表面についた汚れ成分（有機物等）を分解する分解処理が挙げられる。クリーニング処理では、ガスとして酸素を用いた場合、プラズマにより酸化作用の強いオゾンから一重項酸素が生成され、この一重項酸素が表面の汚れ成分を酸化分解することにより、汚れ成分が除去される。
【0046】
（親水化処理）
親水化処理は、例えば、上述した表面親水化処理が挙げられる。例えば、表面親水化処理は、上述したように、励起されたアルゴンガスだけでなく、励起された窒素ガス、又は酸素をプラズマした際に発生する、オゾン若しくは一重項酸素が用いられてもよい。あるいは、微量の水分や過酸化水素が導入された、窒素若しくはアルゴンガスがプラズマ化される際に発生するＯＨラジカルが用いられてもよい。
親水化処理は、例えば、上述した表面親水化処理が挙げられる。例えば、表面親水化処理は、上述したように、励起されたアルゴンガスだけでなく、励起された窒素ガス、又は酸素をプラズマした際に発生する、オゾン若しくは一重項酸素が用いられてもよい。あるいは、微量の水分や過酸化水素が導入された、窒素若しくはアルゴンガスがプラズマ化される際に発生するＯＨラジカルが用いられてもよい。
【0047】
（疎水化処理）
疎水化処理としては、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の表面に、フッ化炭素など疎水性の分子を導入することで、当該表面に撥水性を付与する処理が挙げられる。
疎水化処理としては、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の表面に、フッ化炭素など疎水性の分子を導入することで、当該表面に撥水性を付与する処理が挙げられる。
【0048】
（官能基導入処理）
官能基導入処理としては、例えば、新たな化学物質を導入する際の結合部位を用意することを目的として、金属、セラミック、又は樹脂等の表面にヒドロキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、アミノ基、及びニトロ基等の官能基を導入する処理が挙げられる。
官能基導入処理としては、例えば、新たな化学物質を導入する際の結合部位を用意することを目的として、金属、セラミック、又は樹脂等の表面にヒドロキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、アミノ基、及びニトロ基等の官能基を導入する処理が挙げられる。
【0049】
（粒子分散性向上処理）
粒子分散性向上処理としては、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の粒子の流動性及び分散性を向上させることを目的として、粒子表面の親水性又は疎水性を向上させる処理が挙げられる。
粒子分散性向上処理としては、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の粒子の流動性及び分散性を向上させることを目的として、粒子表面の親水性又は疎水性を向上させる処理が挙げられる。
【0050】
（架橋構造の導入処理）
架橋構造の導入処理としては、例えば、樹脂表面に導入された化学物質に残存する官能基同士を架橋反応させ、エーテル結合、及び／又はエステル結合等を形成する処理が挙げられる。樹脂表面に対して架橋構造の導入処理が施されることにより、樹脂表面の耐久性及び耐摩耗性が向上したり、柔軟性が制御されたりすることが期待される。
架橋構造の導入処理としては、例えば、樹脂表面に導入された化学物質に残存する官能基同士を架橋反応させ、エーテル結合、及び／又はエステル結合等を形成する処理が挙げられる。樹脂表面に対して架橋構造の導入処理が施されることにより、樹脂表面の耐久性及び耐摩耗性が向上したり、柔軟性が制御されたりすることが期待される。
【0051】
（コーティングの前処理）
コーティングの前処理は、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の表面に塗料又は保護膜を塗布する上での前処理であり、当該表面に対して、プラズマを用いた洗浄を行ったり、官能基を導入したり、活性部位を形成したりする処理である。
コーティングの前処理は、例えば、金属、セラミック、又は樹脂等の表面に塗料又は保護膜を塗布する上での前処理であり、当該表面に対して、プラズマを用いた洗浄を行ったり、官能基を導入したり、活性部位を形成したりする処理である。
【0052】
本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本発明は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【0053】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0054】
１…プラズマ処理装置、２…マイクロ波リアクタ、３…マイクロ波リアクタ本体、１１…共振器、１２…反応管、１３…アンテナ、１６…制御装置、１７…誘電体、２１…プラズマ化領域、３０…ステージ、４０…ガス供給源、４１…ガス供給管、４２…プラズマ吐出口、４３…プラズマシャワー、５０…マイクロ波供給源、Ｗ…処理対象物。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】