CN111052873A - 活性气体生成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种抑制异常放电的发生的活性气体生成装置的构造。并且，在本发明的活性气体生成装置中，供电体(23)设在高电压侧电极构成部(1)的金属电极(10A及10B)的上方，具有在俯视时将高电压侧电极构成部(1)的金属电极(10A及10B)的整体覆盖的形状。供电部(33A及33B)分别设在接地侧电极构成部(2)的金属电极(20A及20B)的下方，具有在俯视时将接地侧电极构成部(2)的金属电极(20A及20B)的整体覆盖的形状。
Description
技术领域
本发明涉及将高压侧电介质电极和低压侧电介质电极相互平行地设置，向两电极间施加高电压，通过产生放电的能量来得到活性气体的活性气体生成装置。
背景技术
作为活性气体生成装置的一种，有利用在形成在一对电介质电极间的放电空间中产生的电介质阻挡放电的活性气体生成装置。通过上述电介质阻挡放电，能够产生半导体的氮化处理/氧化处理等所需要的活性气体。
作为利用这样的电介质阻挡放电的以往的活性气体生成装置，有例如在专利文献1中公开的等离子发生装置。该等离子发生装置是在形成于相互对置的高压侧电极构成部、接地侧电极构成部间的放电空间中产生电介质阻挡放电，通过使原料气体穿过放电空间而生成活性气体的装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5694543号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，利用电介质阻挡放电的以往的活性气体生成装置有可能发生如下的异常放电，该异常放电是在作为在放电空间以外的不想要的部分处由周边气体的绝缘破坏而引起的放电。
在发生了放电空间以外的异常放电的情况下，会发生导致附近零件的构成元素的蒸发的现象，在附近零件含有金属元素的情况下，上述现象在半导体成膜工序中成为金属污染的原因，存在使制造出的半导体装置的性能变差的问题。
除此以外，在将活性气体生成装置在减压下使用的情况下，由于绝缘破坏所需要的电场强度与在大气压下相比变小，所以成为更容易发生异常放电的使用环境。在该环境下，由于通过电介质电极的表面的金属化处理制作的金属电极的端部的电场强度相对地变强，所以成为周边的气体容易引起绝缘破坏的部位，即容易发生异常放电的部位。
在本发明中，目的是解决上述那样的问题点，提供一种能够抑制异常放电的发生的活性气体生成装置的构造。
用来解决课题的手段
有关本发明的活性气体生成装置，是生成将供给到放电空间中的原料气体活化而得到的活性气体的活性气体生成装置，其特征在于，具备：第1电极构成部；第2电极构成部，设在上述第1电极构成部的下方；以及交流电源部，向上述第1及第2电极构成部施加交流电压，以使上述第1电极构成部成为高电压；通过由上述交流电源部进行的上述交流电压的施加，从设在上述第2电极构成部的气体喷出口喷出将供给到形成在上述第1及第2电极构成部间的放电空间中的原料气体活化而得到的活性气体；上述第1电极构成部具有第1电介质电极和选择性地形成在上述第1电介质电极的上表面上的第1金属电极，上述第2电极构成部具有第2电介质电极和选择性地形成在上述第2电介质电极的下表面上的第2金属电极；上述活性气体生成装置还具备：第1供电部，设在上述第1金属电极的上方，向上述第1金属电极传递上述交流电压；以及第2供电部，设在上述第2金属电极的下方，向上述第2金属电极传递上述交流电压；上述第1供电部具有在俯视时将上述第1金属电极的整体覆盖的形状。
发明效果
由于本发明的活性气体生成装置的第1供电部具有在俯视时将第1金属电极的整体覆盖的形状，所以通过由配置在高电压侧的第1金属电极的上方的第1供电部使第1金属电极的端部周边区域的电位变得均匀，能够将第1金属电极的端部的电场强度抑制得较低。
结果，本发明的活性气体生成装置能够有效地抑制第1金属电极的端部处的异常放电的发生。
本发明的目的、特征、形态及优点通过以下的详细的说明和附图会变得更清楚。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的活性气体生成装置的结构的说明图。
图2是表示图1的高电压侧电极构成部的平面构造的说明图。
图3是表示图1的接地侧电极构成部的平面构造的说明图。
图4是表示基于以往的活性气体生成装置的模拟结果的说明图(其1)。
图5是表示基于以往的活性气体生成装置的模拟结果的说明图(其2)。
图6是表示基于实施方式的活性气体生成装置的模拟结果的说明图(其1)。
图7是表示基于实施方式的活性气体生成装置的模拟结果的说明图(其2)。
具体实施方式
<实施方式>
(结构)
图1是表示作为本发明的实施方式的活性气体生成装置的结构的说明图。在该图中表示了XYZ正交坐标系。
如该图所示，实施方式的活性气体生成装置包括高电压侧电极构成部1、接地侧电极构成部2、高频电源5、金属箱体30(包括供电部33A及33B)、供电体23及支承台41～43作为主要构成要素。另外，供电部33A及33B也可以以分别与金属箱体30电连接的形态，构成为与金属箱体30不同的零件。
作为第1电极构成部的高电压侧电极构成部1与作为第2电极构成部的接地侧电极构成部2相互对置而平行地设置，接地侧电极构成部2被设置在高电压侧电极构成部1的下方。
作为交流电源部的高频电源5为了向高电压侧电极构成部1及接地侧电极构成部2施加交流电压以使高电压侧电极构成部1成为高电压，经由供电体23向高电压侧电极构成部1施加高电压，经由金属箱体30的供电部33将接地侧电极构成部2设定为接地电平。
通过由高频电源5进行的交流电压的施加，使高电压侧电极构成部1及接地侧电极构成部2间的放电空间7产生电介质阻挡放电，由此，从设在接地侧电极构成部2处的气体喷出口55喷出将供给到该放电空间7中的原料气体(未图示)活化而得到的活性气体。
图2是表示高电压侧电极构成部1的平面构造的说明图，表示从上方(+Z方向)观察高电压侧电极构成部1的平面构造。图3是表示接地侧电极构成部2的平面构造的说明图，表示从下方(－Z方向)观察接地侧电极构成部2的平面构造。在图1中，高电压侧电极构成部1被表示为图2的A－A截面，接地侧电极构成部2被表示为图3的B－B截面。另外，在图2及图3中分别表示了XYZ正交坐标系。
高电压侧电极构成部1具有作为第1电介质电极的电介质电极11和在电介质电极11的上表面上选择性地形成的金属电极10A及10B(第1金属电极)而构成。
接地侧电极构成部2具有作为第2电介质电极的电介质电极21和在电介质电极21的下表面上选择性地形成的金属电极20A及20B(第2金属电极)而构成。
电介质电极11及21分别呈X方向为长边方向、Y方向为短边方向的大致长方形状的平板构造。
如图1及图3所示，金属电极20A及20B(一对第2部分金属电极)被形成在电介质电极21的下表面上，俯视时夹着电介质电极21的中央区域R22相互对置而配置。金属电极20A及20B分别俯视呈大致长方形状，将X方向设为长边方向，将Y方向设为相互对置的方向。金属电极20A及20B相互的俯视的大小相同，其配置以中央区域R22为中心呈对称。
同样，如图1及图2所示，金属电极10A及10B(一对第1部分金属电极)被形成在电介质电极11的上表面上，俯视夹着电介质电极11的中央区域R12相互对置而配置。金属电极10A及10B俯视呈大致长方形状，将X方向设为长边方向，将Y方向设为相互对置的方向。金属电极10A及10B其相互俯视的大小相同，其配置以中央区域R12为中心呈对称。中央区域R12及中央区域R22是相互完全相同的形状，在俯视时以完全重叠的形态设置。因而，金属电极10A及10B为具有在俯视时与金属电极20A及20B重叠的区域的位置关系。
另外，金属电极10A及10B以及金属电极20A及20B通过对电介质电极11的上表面以及电介质电极21的下表面进行金属化处理而形成，结果，电介质电极11和金属电极10A及10B被一体形成而构成高电压侧电极构成部1(第1电极构成部)，电介质电极21和金属电极20A及20B被一体形成而构成接地侧电极构成部2(第2电极构成部)。作为金属化处理，可以考虑使用印刷烧制方法或溅镀处理、蒸镀处理等的处理。
并且，如图1及图3所示，在电介质电极21的中央区域R22(在俯视时金属电极10A及10B和金属电极20A及20B不重叠的区域)中，沿着X方向以线状设置例如5个气体喷出口55。
并且，本实施方式的活性气体生成装置如图1所示，在金属箱体30内收容着上述结构的高电压侧电极构成部1及接地侧电极构成部2。
接地侧电极构成部2被设在金属箱体30的底部的供电部33(供电部33A及33B)及离散设置在金属箱体30的收容空间R30的底面上的支承台41～43从下表面支承。此时，以供电部33A的上表面与金属电极20A的下表面接触、供电部33B的上表面与金属电极20B的下表面接触的方式配置。另外，支承台42在与气体喷出口55匹配的平面区域中具有开口部，能够经由气体喷出口55及上述开口部将在放电空间7中得到的活性气体向下方喷出。
并且，在接地侧电极构成部2的上方配置高电压侧电极构成部1。高电压侧电极构成部1、接地侧电极构成部2间的放电空间7的间隙长由设在高电压侧电极构成部1、接地侧电极构成部2间的一对衬垫9规定。一对衬垫9在俯视时以夹着气体喷出口55的方式相互对置而设置，分别具有沿Y方向延伸的多个贯通口(未图示)，能够经由多个贯通口将在放电空间7中得到的活性气体从设在电介质电极21上的气体喷出口55喷出。
设在高电压侧电极构成部1的上方的金属制的供电体23具有向下方(－Z方向)选择性地突出设置的突出部23A及23B，以突出部23A的下表面与金属电极10A的上表面接触、突出部23B的下表面与金属电极10B接触的方式配置在高电压侧电极构成部1上。
因而，作为第1供电部的供电体23设在金属电极10A及10B的上方，能够向金属电极10A及10B传递交流电压。另外，用来向供电体23电源供给的导入端子类在图1中没有图示。
如图2所示，供电体23具有在俯视时将金属电极10A及10B的整体覆盖的形状。
另一方面，作为第2供电部的供电部33(供电部33A及33B)被设置在金属电极20A及20B的下方，供电部33A的上表面与金属电极20A的下表面接触，供电部33B的上表面与金属电极20B的下表面接触，所以能够对金属电极20A及20B传递作为交流电压的基准电平的接地电平。
如图3所示，供电部33A具有在俯视时将金属电极20A的整体覆盖的形状，供电部33B具有在俯视时将金属电极20B的整体覆盖的形状。即，由供电部33A及33B构成的供电部33具有将金属电极20A及20B的整体覆盖的形状。
如图1及图2所示，以将金属电极10A的端部全部覆盖的方式，从电介质电极11的上表面上到金属电极10A的一部分上，形成覆盖电介质15A，以将金属电极10B的端部全部覆盖的方式，从电介质电极11的上表面上到金属电极10B的一部分下，形成覆盖电介质15B。
这样，以将作为第1金属电极的金属电极10A及10B各自的端部全部覆盖的方式，在电介质电极21的上表面上形成作为第1电介质膜的覆盖电介质15A及15B。由覆盖电介质15A及15B构成一对第1部分电介质膜。
除此以外，如图1及图3所示，以将金属电极20A的端部全部覆盖的方式，从电介质电极21的下表面上到金属电极20A的一部分上，形成覆盖电介质25A，以将金属电极20B的端部全部覆盖的方式，从电介质电极21的下表面上到金属电极20B的一部分下，形成覆盖电介质25B。
这样，以将作为第2金属电极的金属电极20A及20B的端部的全部覆盖的方式，在电介质电极21的下表面上，形成作为第2电介质膜的覆盖电介质25A及25B。由覆盖电介质25A及25B构成一对第2部分电介质膜。
另外，作为覆盖电介质15A及15B以及覆盖电介质25A及25B的构成材料可以考虑玻璃浆料(glass paste)或氧化铝等，但优选的是介电常数较高。
这样的结构的实施方式1的活性气体生成装置设置在对硅晶片等的成膜对象物进行成膜处理的未图示的处理腔室(未图示)的正上方。
并且，本实施方式的活性气体生成装置通过从高频电源5向高电压侧电极构成部1、接地侧电极构成部2间施加10kHz～100kHz，V0p(0峰值)：2～10kV的交流电压，使放电空间7产生电介质阻挡放电。
实施方式1的活性气体生成装置经由未图示的气体供给口将氮、氧、惰性气体类或氢、氟类的气体向放电空间7内供给。这些气体经由内部的放电空间7被活化，包含该活性气体的气体从设在接地侧电极构成部2的电介质电极21上的气体喷出口55向下方的处理腔室喷出。并且，在处理腔室内执行对于成膜对象物的成膜处理。
(效果)
在本实施方式的活性气体生成装置中，以作为第1供电部的供电体23具有在俯视时将作为第1金属电极的金属电极10A及10B的整体覆盖的形状为第1特征。由于本实施方式的活性气体生成装置具有上述第1特征，所以通过由配置在金属电极10A及10B的上方的供电体23使金属电极10A及10B的端部周边区域的电位变得均匀，能够将金属电极10A及10B的端部的电场强度抑制得较低。
结果，本实施方式的活性气体生成装置起到能够有效地抑制金属电极10A及10B各自的端部处的异常放电的发生的效果。
进而，在本实施方式的活性气体生成装置中，以作为第2供电部的供电部33(供电部33A及33B)具有在俯视时将金属电极20A及20B的整体覆盖的形状为第2特征。由于本实施方式的活性气体生成装置具有上述第2特征，所以通过由配置在金属电极20A及20B的下方的供电部33使金属电极20A及20B各自的端部周边区域的电位变得均匀，能够将金属电极20A及20B的端部的电场强度抑制得较低。
结果，本实施方式的活性气体生成装置能够有效地抑制金属电极20A及20B的端部处的异常放电的发生。
进而，本实施方式的活性气体生成装置通过以将金属电极10A及10B的端部全部覆盖的方式形成在电介质电极11的上表面上的作为第1电介质膜的覆盖电介质15A及15B的存在，能够减弱金属电极10A及10B的端部的电场强度。
除此以外，本实施方式的活性气体生成装置通过以将金属电极20A及20B的端部全部覆盖的方式形成在电介质电极21的下表面上的作为第2电介质膜的覆盖电介质25A及25B的存在，能够减弱金属电极20A及20B的端部的电场强度。
结果，本实施方式的活性气体生成装置能够进一步抑制金属电极10A及10B以及金属电极20A及20B各自的端部处的异常放电的发生。
进而，本实施方式的活性气体生成装置在高电压侧电极构成部1侧具有2个金属电极10A及10B(一对第1部分金属电极)、接地侧电极构成部2侧具有2个金属电极20A及20B(一对第2部分金属电极)的构造中，能够有效地抑制金属电极10A及10B各自的异常放电的发生、并且有效地抑制金属电极20A及20B各自的异常放电的发生。
本实施方式的活性气体生成装置由于起到上述的效果，所以能够防止异常放电为原因而发生的金属污染。
此外，本实施方式的活性气体生成装置还起到能够不使用过滤器等的滤器而以比较简单的结构防止金属污染的效果。
(模拟结果)
以下，参照本实施方式的效果的模拟结果进行说明。图4及图5是表示基于以往的活性气体生成装置的模拟结果的说明图。图4的关注区域R51的放大图为图5。
图6及图7是表示基于本实施方式的活性气体生成装置的模拟结果的说明图。图6的关注区域R1的放大图是图7。另外，以下表示模拟解析条件。
由高频电源5供给的交流电压的高电压侧的电压是4400V。作为电介质电极11及电介质电极21各自的构成材料而模拟了陶瓷(介电常数9.9)。将覆盖电介质15A及15B以及覆盖电介质25A及25B各自的介电常数设定为4.4，将厚度设定为70μm。
进而，覆盖电介质15A及15B的形成宽度W15A及W15B以金属电极10A及10B的端部为中心、金属电极10A及10B上为1mm的长度、电介质电极11上为1mm的长度的方式，设定为共计2mm的长度。
同样，覆盖电介质25A及25B的形成宽度W25A及W25B以金属电极20A及20B的端部为中心、金属电极20A及20B上为1mm的长度、电介质电极21上为1mm的长度的方式，设定为共计2mm的长度。
进而，高电压侧电极构成部1、接地侧电极构成部2间的放电空间7的间隙长被设定为1mm，电介质电极11及21各自的厚度被设定为1mm，金属电极10A及10B以及金属电极20A及20B各自的厚度被设定为10μm。
以往的活性气体生成装置如图4及图5所示，供电体53(与本实施方式的供电体23对应)及供电体63(与本实施方式的供电部33对应)分别设在金属电极形成区域M100的一部分之上及一部分之下。即，供电体53在俯视时是仅与金属电极10A及10B的一部分重叠的形状，没有形成在金属电极10A及10B的端部上，而供电体63在俯视时是仅与金属电极20A及20B的一部分重叠的形状，没有形成在金属电极20A及20B的端部上。
因而，以往的活性气体生成装置如图5所示，即使在金属电极10B及金属电极20B的端部设置覆盖电介质35(与本实施方式的覆盖电介质15B对应)及覆盖电介质45(与本实施方式的覆盖电介质25B对应)，使在金属电极10B及20B的端部产生的周边气体区域绝缘破坏的强度的电场发生区域E51及E52也会成为超过了覆盖电介质35及45的膜厚的大小。
即，发生了到金属电极10B的端部的高电压侧电极构成部1的上方、或金属电极20B的端部的接地侧电极构成部2的下方的周边气体区域为止引发绝缘破坏的电平的电场强度。
这样，根据在图4及图5中表示的模拟结果可知，以往的活性气体生成装置不能抑制金属电极10A及10B以及金属电极20A及20B各自的端部处的异常放电的发生。
另一方面，本实施方式的活性气体生成装置具备供电体23具有在俯视时将金属电极10A及10B的整体覆盖的形状的上述第1特征、和供电部33具有在俯视时将金属电极20A及20B的整体覆盖的形状的第2特征。
因而，本实施方式的活性气体生成装置如图6及图7所示，使在金属电极10B及金属电极20B的端部产生的周边气体区域绝缘破坏的强度的电场发生区域E1及E2，可靠地包含在覆盖电介质15B及25B的膜厚内，在周边气体区域中，能够抑制为较小的电场强度。
这样，根据在图6及图7中表示的模拟结果可知，能够有效地抑制金属电极10A及10B以及金属电极20A及20B各自的端部处的异常放电的发生。
详细地说明了本发明，但上述说明在全部的方面都是例示，本发明并不限定于此。可知能够不脱离本发明的范围而想到没有例示的无数的变形例。
标号说明
1 高电压侧电极构成部
2 接地侧电极构成部
5 高频电源
10A、10B、20A、20B 金属电极
11、21 电介质电极
15A、15B、25A、25B 覆盖电介质
23 供电体
30 金属箱体
33A、33B 供电部
Claims (4)
1.一种活性气体生成装置，生成将供给到放电空间(7)中的原料气体活化而得到的活性气体，其特征在于，
具备：
第1电极构成部(1)；
第2电极构成部(2)，设在上述第1电极构成部的下方；以及
交流电源部(5)，向上述第1及第2电极构成部施加交流电压，以使上述第1电极构成部成为高电压；
通过由上述交流电源部进行的上述交流电压的施加，从设在上述第2电极构成部的气体喷出口(55)喷出将供给到形成在上述第1及第2电极构成部间的放电空间中的原料气体活化而得到的活性气体；
上述第1电极构成部具有第1电介质电极(11)和选择性地形成在上述第1电介质电极的上表面上的第1金属电极(10A、10B)，上述第2电极构成部具有第2电介质电极(21)和选择性地形成在上述第2电介质电极的下表面上的第2金属电极(20A、20B)；
上述活性气体生成装置还具备：
第1供电部(23)，设在上述第1金属电极的上方，向上述第1金属电极传递上述交流电压；以及
第2供电部(33A、33B)，设在上述第2金属电极的下方，向上述第2金属电极传递上述交流电压；
上述第1供电部具有在俯视时将上述第1金属电极的整体覆盖的形状。
2.如权利要求1所述的活性气体生成装置，其特征在于，
上述第2供电部具有在俯视时将上述第2金属电极的整体覆盖的形状。
3.如权利要求1或2所述的活性气体生成装置，其特征在于，
还具备：
第1电介质膜(15A、15B)，以将上述第1金属电极的端部全部覆盖的方式形成在上述第1电介质电极的上表面上；以及
第2电介质膜(25A、25B)，以将上述第2金属电极的端部全部覆盖的方式形成在上述第2电介质电极的下表面上。
4.如权利要求3所述的活性气体生成装置，其特征在于，
上述第2金属电极包括在俯视时夹着上述第2电介质电极的中央区域(R22)相互对置而形成的一对第2部分金属电极(20A、20B)；
上述第1金属电极包括具有在俯视时与上述一对第2部分金属电极重叠的区域的一对第1部分金属电极(10A、10B)；
上述第1电介质膜包括以将上述一对第1部分金属电极各自的端部全部覆盖的方式形成在上述第1电介质电极的上表面上的一对第1部分电介质膜(15A、15B)；
上述第2电介质膜包括以将上述一对第2部分金属电极各自的端部全部覆盖的方式形成在上述第2电介质电极的下表面上的一对第2部分电介质膜(25A、25B)；
上述气体喷出口被形成在上述中央区域。
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