JP5437715B2 - Active gas generating apparatus and remote plasma type film forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、原料ガスから活性ガス(放電ガス)を生成することができる活性ガス生成装置、および、活性ガスの生成と当該活性ガスを用いた成膜処理とを別装置で実行することができるリモートプラズマ型成膜処理装置に関するものである。 According to the present invention, an active gas generating apparatus capable of generating an active gas (discharge gas) from a raw material gas, and the generation of the active gas and the film forming process using the active gas can be executed by separate apparatuses. The present invention relates to a remote plasma type film forming apparatus.
半導体装置の製造には、プラズマ装置が多々使用されている。例えばCVD(化学気相成長:Chemical Vapor Deposition)装置においては、熱CVD装置よりもプラズマCVD装置の方が、成膜温度を低くできるなどの利点がある。また、プラズマを利用した成膜処理としては、CVDに留まらず、プラズマ窒化、プラズマ酸化、ALD(Atomic Layer Deposition)などがある。 In the manufacture of semiconductor devices, plasma devices are often used. For example, in a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, a plasma CVD apparatus has an advantage that a film forming temperature can be lowered than a thermal CVD apparatus. Further, the film forming process using plasma is not limited to CVD, but includes plasma nitriding, plasma oxidation, ALD (Atomic Layer Deposition), and the like.
たとえば、ゲート絶縁膜などを構成する窒化膜(SiON、HfSiONなど)を半導体基板に成膜する場合には、以下の技術が一般的に採用されている。つまり、NH3(アンモニア)やN2などのガスをプラズマを利用して、ラジカル窒素(活性窒素ガス)を生成する。そして、当該ラジカル窒素が生成された装置内において、半導体基板を当該ラジカル窒素に晒す。 For example, when a nitride film (SiON, HfSiON, etc.) constituting a gate insulating film or the like is formed on a semiconductor substrate, the following techniques are generally employed. That is, radical nitrogen (active nitrogen gas) is generated by using plasma of a gas such as NH 3 (ammonia) or N 2 . Then, the semiconductor substrate is exposed to the radical nitrogen in the apparatus in which the radical nitrogen is generated.
しかしながら、上記技術を採用した場合には、半導体基板がプラズマに直接晒されるため、当該半導体基板にダメージを与えるという問題が生じる。 However, when the above technique is employed, the semiconductor substrate is directly exposed to plasma, which causes a problem of damaging the semiconductor substrate.
そこで、当該プラズマによる半導体基板(被処理材)へのダメージを軽減することができる先行技術として、リモートプラズマ型成膜処理装置が存在する(たとえば、特許文献1,2)。
Therefore, as a prior art that can reduce damage to a semiconductor substrate (material to be processed) due to the plasma, there are remote plasma type film forming processing apparatuses (for example,
特許文献1では、プラズマ生成領域と被処理材処理領域とが、隔壁(プラズマ閉込電極により分離されている。具体的に、特許文献1では、高周波印加電極と基板の設置された対向電極との間に当該プラズマ閉込電極を設けることで、中性活性種だけを基板上に取り出す構造となっている。
In
また、特許文献2では、リモートプラズマ源において原料ガスをプラズマにより活性化させている。ここで、ガスの流路は、当該リモートプラズマ源内において周回されている。リモートプラズマ源において生成された活性ガスは放出され、供給路を介して、被処理材の反応室へと供給される。
In
しかしながら、特許文献1の場合には、被処理材に対するプラズマダメージの抑制は完全ではなく、また装置構成が複雑になる。これに対して、特許文献2の場合には、リモートプラズマ源内において発生した活性ガスは、当該リモートプラズマ源内を周回し、供給路を介して、被処理材の反応室に到達する。つまり、当該活性ガスが被処理材に到達するまでには、長距離を要する。したがって、活性ガスの寿命が短いために、効率的に活性ガスを反応室に供給することができない。
However, in the case of
なお、特開2003−160309号公報に記載されているオゾン発生器を、リモートプラズマ型成膜処理装置におけるプラズマ生成領域として活用できる。しかし、当該特許文献に係る技術の場合にも、ガスの経路は、電極全体内部を横方向にマニホールドブロックまで延設され、装置下部のガス出口から送出されている。したがって、活性ガス(オゾン)の伝達経路は長距離を要するので、上記同様に、効率的に活性ガスを反応室に供給することができない。 In addition, the ozone generator described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-160309 can be utilized as a plasma production | generation area | region in a remote plasma type film-forming processing apparatus. However, in the case of the technique according to the patent document, the gas path is extended to the manifold block in the lateral direction inside the entire electrode, and is sent out from the gas outlet at the lower part of the apparatus. Accordingly, since the active gas (ozone) transmission path requires a long distance, the active gas cannot be efficiently supplied to the reaction chamber as described above.
そこで、本発明は、被処理材に対するダメージを完全になくすことができ、活性ガスを効率的に取り出すことができる、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供することを目的とする。さらに、当該活性ガス生成装置と成膜処理装置とから構成されるリモートプラズマ型成膜処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an active gas generating device having a simple configuration that can completely eliminate damage to a material to be processed and can efficiently extract active gas. Furthermore, it aims at providing the remote plasma type | mold film-forming processing apparatus comprised from the said active gas production | generation apparatus and the film-forming processing apparatus.
本発明の請求項1に記載の活性ガス生成装置は、少なくとも1以上の電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体と、前記筐体に形成され、外部から前記筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部とを、備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体を有する第二の電極とを、備えており、前記第一の電極は、前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記第二の電極と対面しており、前記電極セルの平面視における中心領域には、ガス取り出し部が形成されている。
さらに、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する範囲における、前記第一の電極および前記第二の電極の平面視形状は、円形である。
さらに、前記電極セルは、二つの前記第二の電極を、備えており、前記第一の電極の第一の主面は、一方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記一方の第二の電極と対面しており、前記第一の電極の第二の主面は、他方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記他方の第二の電極と対面している。
さらに、前記電極セルは、複数であり、各前記電極セルは、積層状態で配置されており、各前記電極セルが備える各前記ガス取り出し部に連通しており、前記電極セルの中心において前記積層方向に延設された、ガス通路管を、さらに備えている。
さらに、前記各電極セルが備える前記ガス取り出し部は、複数であり、各前記ガス取り出し部は、前記第一の電極の前記第一の主面および前記第二の主面に設けられたガス流入口と、前記第一の電極内に配設され、前記ガス流入口と前記ガス通路管との間を螺旋状に連接するガス流路部とを、備えている。
そして、前記電源部による前記電極セルに対する前記交流電圧の印加により、前記空間ギャップに誘電体バリア放電を発生させ、前記誘電体バリア放電によるプラズマにより、前記原料ガスが励起されることにより、活性ガスを生成される。
The active gas generator according to
Furthermore, the planar view shapes of the first electrode and the second electrode in a range where the first electrode and the second electrode face each other are circular.
Further, the electrode cell includes two second electrodes, and the first main surface of the first electrode is separated from the dielectric and space gap of one of the second electrodes. The second main surface of the first electrode is separated from the dielectric of the other second electrode by a space gap and the second second surface of the first electrode. It faces the other electrode.
Furthermore, the electrode cells are a plurality, each of said electrode cells are arranged in a stacked state, it communicates with the said gas extraction portion provided in each of the electrode cell, the stack in the center of the electrode cell A gas passage pipe extending in the direction is further provided.
Further, the gas extraction portions provided in each of the electrode cells are plural, and each of the gas extraction portions is a gas flow provided on the first main surface and the second main surface of the first electrode. An inlet, and a gas flow path portion disposed in the first electrode and spirally connected between the gas inlet and the gas passage pipe.
Then, by applying the AC voltage to the electrode cell by the power supply unit, a dielectric barrier discharge is generated in the space gap, and the source gas is excited by the plasma by the dielectric barrier discharge, so that the active gas Is generated.
また、請求項20に記載のリモートプラズマ型成膜処理装置は、原料ガスをプラズマにより励起して活性ガスを生成する、請求項1乃至19の何れかに記載の活性ガス生成装置と、前記活性ガス生成装置の下方において当該活性ガス生成装置と装着可能であり、前記ガス取り出し部から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体に所定の膜を成膜する処理装置とを、備えている。
The remote plasma film forming apparatus according to
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の活性ガス生成装置は、第一の電極は、誘電体および空間ギャップを隔てて、第二の電極と対面している。そして、電極セルの平面視における中心領域には、ガス取り出し部が形成されている。
In order to achieve the above object, in the active gas generator according to
したがって、原料ガスから生成される活性ガスは電極セルの端まで横断して伝播されず、電極セルの中心領域まで伝播されるのみである。つまり、電極セルで生成した活性ガスは、非常に短い距離で活性ガス取り出し部から取り出すことできる。よって、電極セルの放電領域を十分に活用しつつ、生成された活性ガスの余計な減衰を極力抑えることできる。 Therefore, the active gas generated from the source gas is not propagated across to the end of the electrode cell, but is only propagated to the central region of the electrode cell. That is, the active gas generated in the electrode cell can be taken out from the active gas take-out portion at a very short distance. Therefore, excessive attenuation of the generated active gas can be suppressed as much as possible while fully utilizing the discharge region of the electrode cell.
また、当該活性ガス生成装置では、電極セルにおいて誘電体バリア放電による高周波プラズマを利用して、原料ガスから活性ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、活性ガス生成装置における筐体内を真空状態にする必要もない。これにより、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供することができる。 In the active gas generation apparatus, active gas is generated from a raw material gas using high-frequency plasma generated by dielectric barrier discharge in an electrode cell. Therefore, atmospheric pressure discharge is possible, and there is no need to evacuate the casing of the active gas generator. Thereby, the active gas production | generation apparatus which is a simple structure can be provided.
また、請求項20に記載のリモートプラズマ型成膜処理装置は、活性ガス生成装置と処理装置とは、別装置である。つまり、プラズマ生成領域と反応処理領域とは分離されている。
Further, in the remote plasma type film forming apparatus of the twentieth aspect , the active gas generating apparatus and the processing apparatus are separate apparatuses. That is, the plasma generation region and the reaction processing region are separated.
したがって、プラズマ生成領域において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材に衝突することを防止できる。これにより、被処理材に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。また、処理装置のコンパクト化が実現でき、かつ安価なリモートプラズマ型成膜処理装置を実現することができる。 Therefore, it is possible to prevent ions generated by ionization in the plasma generation region from colliding with the material to be processed disposed in the processing region. Thereby, the damage by the plasma with respect to a to-be-processed material can be eliminated completely. In addition, it is possible to realize a compact processing apparatus and an inexpensive remote plasma type film forming processing apparatus.
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置700の断面構成を模式的に表した図である。また、図2は、図1の点線で囲われた領域Pの構成を示す分解斜視図である。さらに、図3は、図1,2で示した第一の電極1の構成を示す斜視図である。これら図1〜3を用いて、本実施の形態に係る活性ガス生成装置700の構成を説明する。
<
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of an active
ここで、本明細書内においては、第一の電極1と誘電体を有する第二の電極2とが空間ギャップ(放電空間)を介して対面している構成を、電極セル1,2と称する。また、図1の上下方向における高圧冷却板5から第一の電極1までの構成(5,4,3,2,1)を、放電ユニット5〜1と称する。さらに、図1の上下方向における高圧冷却板5から他の高圧冷却板5までの構成(5,4,3,2,1,2,3,4,5)を、放電ユニット対5〜5と称する。
Here, in the present specification, a configuration in which the
まず、図1を用いて、活性ガス生成装置700全体の構成について説明する。
First, the overall configuration of the
図1に示すように、活性ガス生成装置700を構成する筐体16,161は、装置基台16とチャンバー161とにより構成されている。装置基台16は、チャンバー161によって覆われて外部と遮断されている。換言すれば、筐体16,161内は気密状態となっている。
As shown in FIG. 1, the
図1に例示する構成では、筐体16,161内において、放電ユニット対5〜5が3対分積層して設置されている。そして、当該積層構造の放電ユニット対5〜5は、装置基台16上に設置されている。つまり、本発明に係る活性ガス生成装置700では、当該筐体16,161に囲繞されるように、少なくとも1以上の電極セル1,2が当該筐体16,161内に配設されている。ここで、図1に例示した構成では、6つの電極セル1,2が、図1の上下方向に積層した状態で、筐体16,161内に配設されている。
In the configuration illustrated in FIG. 1, three pairs of discharge unit pairs 5 to 5 are installed in the
また、冷却材(たとえば冷却水)は、装置基台16に設けられた冷却材出入部19から取り入れられ、連結ブロック9を介して、各第一の電極1の内部および各高圧冷却板5の内部へと導かれ、その後再び冷却材出入部19から放出される。
In addition, a coolant (for example, coolant) is taken in from a coolant inlet /
第一の電極1と連結ブロック9との間には、オーリング11が設けられている(図1,2参照)。また、高圧冷却板5と連結ブロック9と間にも、オーリング11が設けられている(図1参照)。高圧冷却板5−連結ブロック9−第一の電極1−連結ブロック9−高圧冷却板5の順番に、オーリング11を介して図1の上下方向に積み重ねている。そして、当該積み重ねたものを一体的に、冷却材分配セル締め付けボルト13を用いて、装置基台16に対して押さえ込むように固定する。
An O-
これにより、冷却材出入部19から流れ込んだ冷却材は、連結ブロック9、高圧冷却板5および第一の電極1内における気密状態の冷却材流路のみを循環し、筐体16,161内の当該冷却材流路以外の領域には漏れ出さない。
As a result, the coolant flowing from the coolant inlet /
また、原料ガスは、装置基台16に設けられた原料ガス供給部20より、外部から筐体16,161内に供給される。当該原料ガス供給部20から原料ガスとして、たとえば、窒素ガスまたは窒素化合物ガス(NH3やNO2など)が供給される。または、当該原料ガス供給部20から原料ガスとして、たとえば、酸素ガスまたは酸素化合物ガス(オゾン、水蒸気やNO2など)が供給される。
The source gas is supplied from the outside into the
筐体16,161内に供給され、当該筐体16,161内に充満した原料ガスは、円形形状を有する各電極セル1,2の外周方向から、各電極セル1,2において形成された各空間ギャップ(放電空間)100内に侵入する。ここで当該空間ギャップ(放電空間)100(つまり、第一の電極1−第二の電極2間の距離)は、0.05mm以上、2.0mm以下である。
The raw material gas supplied into the
ところで、電極セル1,2に電圧を印加すると、図4に示すように、放電空間100内に放電柱Haが発生する。したがって、交流電源部17によって、各電極セル1,2に交流高電圧(例えばVop=3kV、10kHz)を印加する。すると結果として、図5に示すように、各電極セル1,2における各放電空間100内に、誘電体バリア放電(無声放電)が均一に形成される。図5に示すように、当該誘電体バリア放電(プラズマ密度109〜1011個/cm3)により、各放電空間100内に侵入した原料ガスは励起され、活性ガス(ラジカルガス)が生成される。生成される活性ガス密度は、1014〜1018個/cm3程度である。ここで、図4,5は、電極セル1,2の一部分を図示したものである。
By the way, when a voltage is applied to the
各電極セル1,2において生成された活性ガスは、平面視形状が円形である各電極セル1,2の中心領域から放出され、各電極セル1,2の中心に存するガス通路管21において合流する(図1参照)。ガス通路管21の構成は、下記の通りである。
The active gas generated in each of the
絶縁板4とリング7との間には、オーリング10が設けられている(図1参照)。また、第二の電極2とリング7と間にも、オーリング10が設けられている(図1,2参照)。各電極セル1,2同士(または放電ユニット対同視)を、図1の上下方向に積層されることにより、ガス通路管21が形成される(図1参照)。
An O-
つまり、各放電ユニット対5〜5の中心部では、図1の上下方向において、高圧冷却板5−絶縁板4−リング7−第二の電極2−スペーサ6−第一の電極1−スペーサ6−第二の電極2−リング7−絶縁板4−高圧冷却板5の順番に積み重ねられている。
That is, in the central part of each
そして、当該積み重ねたものを一体的に、オーリング10を介して、電極セル締め付けボルト12を用いて、装置基台16に対して押さえ込むように固定する。なお、当該積層体の上部と電極セル締め付けボルト12との間には、締め付け板8が介在している。当該締め付けにより、ガス通路管21の内部が気密状態となり、筐体16,161内におけるガス通路管21以外の空間と離隔される。
Then, the stacks are integrally fixed to the
上記記載から分かるように、ガス通路管21は、各放電ユニット対5〜5(換言すれば、電極セル1,2)の中心において、上記の積層方向に延設している。また、ガス通路管21の側面部は、高圧冷却板5−絶縁板4−リング7−第二の電極2−スペーサ6−第一の電極1−スペーサ6−第二の電極2−リング7−絶縁板4−高圧冷却板5で構成される。
As can be seen from the above description, the
ガス通路管21において合流した活性ガスは、当該ガス通路管21の端部である装置基台16に設けられたガス吹き出し板14から、筐体16,161の外部へと放出される。ガス吹き出し板14の直下には、図示しない処理装置内に配置された被処理材18が存在する。当該被処理材18に対して活性ガスを当てることにより、当該被処理材18に対して所定の表面処理(成膜処理)が行える。
The active gas merged in the
なお、当該図示しない処理装置は、活性ガス生成装置700の下方において当該活性ガス生成装置700と装着可能である。また、上記の通り、当該処理装置は、ガス取り出し部1b,1d(または、ガス通路管21)から送出される活性ガスを用いて、内部に配置された被処理材18に所定の膜を成膜することができる装置である。つまり、活性ガス生成装置700と当該処理装置とにより、リモートプラズマ型成膜処理装置が構成されている。
The processing apparatus (not shown) can be attached to the active
各高圧電極3は、絶縁板4を介して高圧冷却板5に接続される。当該絶縁板4により、筐体16,161と高圧電極3とは電気的に絶縁される。また、上述のように、第一の電極1と同様に高圧冷却板5内において冷却材を循環させさせることで、絶縁板4を介して間接的に高圧電極3が冷却される。
Each high-
次に、図2を用いて、電極セル1,2等の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
各電極セル1,2は、第一の電極1と、誘電体2aを有する第二の電極2とから構成されている。具体的には、図2の構成では、一つの第一の電極1と二つの第二の電極2とから、二つの各電極セル1,2が構成されている。
Each
第一の電極1は、誘電体2aおよび放電空間100を隔てて、第二の電極2と対面している。さらに、電極セル1,2の平面視における中心領域には、ガス取り出し部1b,1dが形成されている。具体的な電極セル1,2の構成、下記の通りである。
The
図2に示すように、第一の電極1と第二の電極2とが対面する範囲(つまり、放電が発生する放電領域)における、第一の電極1および第二の電極2の平面視形状は、円形である。
As shown in FIG. 2, the
第一の電極1の両面上には、所定のパターンのスペーサ6が形成される。ここで、図2には、図面の都合により、第一の電極1の一方の主面に形成されたスペーサ6のみが図示されており、第一の電極1の他方の主面に形成されているスペーサ6は図示が省略されている。
On both surfaces of the
具体的に、第一の電極1の両面上には各々、放射線状の複数のスペーサ6と、ガス通路管21を囲繞するスペーサ6とが形成されている。当該スペーサ6は、所定のパターンのマスクを用いた、第一の電極1の両主面に対する溶射によって作成しても良い。または、単に所定のパターンの金属を、第一の電極1の両主面に固着させることにより形成しても良い。
Specifically, a plurality of
また、平面視形状が円形である第一の電極板1の当該円形の中心領域には、ガス取り出し部1b,1dが形成されている。各電極セル1,2が備える各ガス取り出し部1b,1dは、前記円形の中心において上下方向に延設されたガス通路管21に、各々連通している。
Further,
また、第一の電極1には、当該第一の電極1内を循環する冷却材の出入り口となる部分1mが、当該第一の電極1と一体的に設けられている。図2に示すように、部分1mは、円形形状の第一の電極1から延設しており、連接ブロック9と接合される。
Further, the
なお、当該第一の電極1は、たとえば、ステンレス材、アルミニウム、またはアルミニウム合金から構成されている。
In addition, the said
第二の電極2は、誘電体2aと金属薄膜2dとから構成されている。誘電体2は、たとえば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから構成されており(リング7も同様)、当該誘電体2の厚さは0.3〜1.0mm程度である。誘電体2aの高圧電極3と接続する側の主面に、金などの金属薄膜2dが形成されている。当該金属薄膜2dにより、第二の電極2と高圧電極3との接触部分におけるギャップの発生を防止し、第二の電極2と高圧電極3との接触面積が増大させることができる。
The
各電極セル1,2において、第一の電極1が上下方向から、スペーサ6を介して、各第二の電極2により挟持される。つまり、第一の電極1の第一の主面は、一方の第二電極2が有する誘電体2aおよび放電空間100を隔てて、当該一方の第二の電極2と対面している。また、当該第一の電極1の第二の主面は、他方の第二電極2が有する誘電体2aおよび放電空間100を隔てて、当該他方の第二の電極2と対面している。
In each
つまり、放電空間100は、第一の電極1と第二の電極2(より具体的には誘電体2a)とが、スペーサ6によって離隔されることにより形成される。したがって、当該スペーサ6の厚みが、放電空間100の上下方向の寸法となる。上記のように、放電空間100のギャップ幅は、0.05〜2.0mmであることが望ましいので、スペーサ6の厚みは、0.05〜2.0mmであることが好ましいことが分かる。
That is, the
各電極セル1,2において、誘電体2aを有する第二の電極2は、各高圧電極3に接している。そして、各高圧電極3は、電気供給端子15を介して、交流電源部17の一方の端子に接続される(図1,2参照)。また、図1に示すように、交流電源部17の他方の端子は、当該装置基台16および冷却材連結ブロック9を介して、第一の電極1に電気的に接続される。
In each
当該交流電源部17との接続状態において、交流電源部17によって、交流高電圧(例えばVop=3kV、10kHz)を電極セル1,2に印加する。すると、図5を用いて説明したように、各放電空間100(放電ギャップ)に誘電体バリア放電(無声放電)が均一に形成される。上述したように、原料ガスは、平面視形状が円形である各電極セル1,2の外周方向から、当該誘電体バリア放電場となる各放電空間100内に侵入する。すると、高周波プラズマにより原料ガスが励起され、活性ガス(ラジカルガス)が生成される。
In a connection state with the AC
当該生成された活性ガスは、円形状の電極セル1,2の外側から内側(当該円形の中心)に向かって伝播される。つまり、円形状の電極セル1,2において、逆放射状にガス(原料ガスおよび生成された活性ガス)は伝播する。そして、伝播された活性ガスは、ガス取り出し部1b,1dを介して、ガス通路管21に送り出される。なお、ガス通路管21はスペーサ6により囲繞されているので、活性ガスは、常にガス取り出し部1b,1dを介して、ガス通路管21に送出されることになる。ここで、当該ガス通路管21内には、生成された活性ガスのみならず、高周波プラズマにより励起しなかった原料ガスも送出される。
The generated active gas is propagated from the outside of the
次に、図3を用いて、第一の電極1の構成を具体的に説明する。
Next, the configuration of the
第一の電極1および当該第一の電極1と一体的に設けられた部分1mは、二つの電極板1aを重ね合わせることにより構成される。各電極板1aの厚さは、約1mm程度の薄板である。各電極板1aにおいて、第二の電極2と対面する側の主面には、上記スペーサ6が形成されている。
The
スペーサ6が形成されない側の各電極板1aの面は、ハーフエッチング等で所定のパターンの掘り込みが形成されている。当該掘り込みの深さは、0.5mm程度である。さらに、フルエッチング等により、各電極板1aの上記中央領域付近に、複数の貫通孔を設ける。上記所定のパターン同士が対面するように、二つの電極板1aを重ね合わせ、重ね合わせ面をロー付けもしくは拡散接合する。これにより、一つの第一の電極1が形成される。
The surface of each
ここで、当該第一の電極1の内部には、上記所定のパターンに起因して、冷却材が流動する冷却材流路1rが形成される。さらに、上記所定のパターンおよび上記貫通孔に起因して、複数(図3では、5つ)の上記ガス取り出し部1b,1dが形成される。なお、図3では、第一の電極1内部に形成される冷却材流路1rおよび後述するガス流路部1dは、点線にて輪郭を図示している。
Here, a coolant channel 1r through which the coolant flows is formed inside the
冷却材流路1rは、冷却材が第一の電極1内を循環するように、第一の電極1内に形成される。なお、当該冷却材は、部分1mの穴19aを介して連結ブロック9から第一の電極1内に流入し、部分1mの穴19bを介して第一の電極1内から連結ブロック9に流出する。当該冷却材流路1rに流れる冷却材は、放電によって生じたガスの発熱を第一の電極1を介して取り去り、放電ガス自身を冷却させることができる。なお、図3では図示を省略しているが、冷却材流路1r内に均等に冷却材が流れるように、所定の仕切り等が形成されている。
The coolant channel 1 r is formed in the
ここで、第一の電極1と同様に高圧冷却板5内部においても冷却材が循環する構造を有しており、各高圧冷却板5内部に冷却材を循環させることにより、放電によって生じた高圧電極3の熱を絶縁板4を介して間接的に吸収することができる。
Here, like the
各ガス取り出し部1b,1dは、第一の電極1の両面に設けられたガス流入口1bと、第一の電極1内部に配設されたガス流路部1dとから構成される。上記ガス流入口1bは、上記貫通孔に起因して形成され、ガス通路管21を囲繞するスペーサ6の外周外側に複数形成される。また、ガス流路部1dは、上記所定のパターンに起因して形成され、前記ガス流入口1bとガス通路管21との間を連接する。ここで、当該流路部1dは、直線的でなく、螺旋状に配設されている。したがって、放電空間100内で発生した活性ガスは、各ガス流入口1bへと流れ込み、各ガス流路部1dにより螺旋流となって、ガス通路管21にて合流する。
Each
ここで、第一の電極1内部において、冷却材流路1rと各ガス流路部1dとは、合流せず、別個独立に各々形成される。
Here, in the
なお、図3に示す符号13aは、冷却材分配セル締め付けボルト12が貫通する穴である。
In addition, the code |
次に、上記で記載した構成を有する活性ガス生成装置700の効果を説明する。
Next, the effect of the active
活性ガスの寿命は、非常に短い場合が多い。たとえば、窒素の活性種としてN2(A)、N2(B)またはNが考えられるが、その半減期は大気圧下において〜数msec程度である。したがって、生成した活性ガスを長距離隔てた被処理材まで伝播させた構成の場合には、当該活性ガスが途中で消滅し、被処理材において活性ガスを効率的に取り出すことができない。 The lifetime of the active gas is often very short. For example, N 2 (A), N 2 (B) or N can be considered as the active species of nitrogen, and its half-life is about several milliseconds under atmospheric pressure. Therefore, in the case of a configuration in which the generated active gas is propagated to the material to be processed that is separated by a long distance, the active gas disappears in the middle, and the active gas cannot be efficiently taken out from the material to be processed.
本実施の形態では、電極セル1,2の外周部から原料ガスを取り込み、当該電極セル1,2に交流電圧を印加し、誘電体バリア放電により放電空間100において活性ガスを生成している。そして、電極セル1,2の平面視における中心領域には、ガス取り出し部1b,1dが形成されており、当該ガス取り出し部1b,1dから活性ガスを抽出する構成となっている。
In the present embodiment, a raw material gas is taken from the outer periphery of the
このように、活性ガスは電極セル1,2の端まで横断して伝播されず、電極セル1,2の中心領域まで伝播されるのみである。したがって、放電空間100で生成した活性ガスは、非常に短い距離で活性ガス取り出し部1b,1dから取り出すことできる。よって、電極セル1,2の放電領域を十分に活用しつつ、生成された活性ガスの余計な減衰を極力抑えることでき、被処理材18において効率的に活性ガスを取り出すことができる。つまり、活性ガスの高濃度を維持したまま、被処理材18に活性ガスを到達させることができる。
In this way, the active gas is not propagated across to the ends of the
また、本願発明では、リモートプラズマ型成膜処理装置を提供している。つまり、原料ガスから活性ガスを生成する活性ガス生成装置700と、当該生成した活性ガスを用いて被処理材18に対して成膜処理を行う処理装置とは、別個独立の装置である。
The present invention also provides a remote plasma type film forming apparatus. That is, the active
このように、プラズマ発生源と処理領域とは完全に分離しているので、プラズマ源において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材18に衝突することを防止できる。これにより、被処理材18に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。
As described above, since the plasma generation source and the processing region are completely separated, ions generated by ionization in the plasma source can be prevented from colliding with the
また、本実施の形態では、電極セル1,2において、マイクロ波でなく、誘電体バリア放電による高周波プラズマを利用して、活性ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、活性ガス生成装置700における筐体16,161内を真空状態にする必要もない。これにより、簡易な構成である活性ガス生成装置700を提供することができる。
In the present embodiment, the active gas is generated in the
また、本実施の形態では、電極セル1,2の平面視形状は円形である。つまり、第一の電極1と第二の電極2とが対面する範囲である放電領域における、第一の電極1および第二の電極2の平面視形状は、円形である。
Moreover, in this Embodiment, the planar view shape of the
したがって、電極セル1,2の外周部から中心部までの距離を、全範囲において等距離で最短距離とすることができる。
Therefore, the distance from the outer peripheral part to the center part of the
また、本実施の形態では、1つの第一の電極1を二つの電極2で挟み込む構成により、二つの電極セル1,2を構成している。
Further, in the present embodiment, two
したがって、より少ない構成により、より多くの電極セル1,2を構成できる。よって、活性ガス生成装置100の小型化および製造コストの削減を図ることができる。
Therefore,
また、本実施の形態では、複数の電極セル1,2は、積層状態で配置されおり、各電極セル1,2が備える各ガス取り出し部1b,1dに連通しており、電極セル1,2の中心において前記積層方向に延設されたガス通路管21を備えている。
In the present embodiment, the plurality of
したがって、複数の電極セル1,2から活性ガスを生成させることができ、当該活性ガス通路管21において当該活性ガスを合流させることができる。よって、当該活性ガス通路管21において、大流量の活性ガスを取り出すことができるので、当該大流量の活性ガスを被処理材18に晒すことが可能となる。なお、電極セル1,2は上下方向に積層されているので、活性ガス生成装置700の占有面積を増大させることなく、活性ガスの生成量を大幅に増大させることができる。
Therefore, the active gas can be generated from the plurality of
また、本実施の形態では、第一の電極1内部には、冷却材が流動できる冷却材流路1rが形成されている。したがって、誘電体バリア放電により電極セル1,2で発生した熱を、放熱することができる。
In the present embodiment, a coolant channel 1r through which coolant can flow is formed inside the
また、本実施の形態では、各電極セル1,2が備えるガス取り出し部1b,1dは、複数であり、各ガス取り出し部1b,1dは、第一の電極1に設けられたガス流入口1bと、第一の電極1内に配設されたガス流路部1dとから構成されている。ここで、当該ガス流路部1dは、ガス流入口1bとガス通路管21との間を螺旋状に連接している。
In the present embodiment, the
したがって、電極セル1,2において生成された活性ガスを、螺旋的流れでガス通路管21において合流させることができる。これにより、ガス合流の際に、ガス粒子同士の衝突断面積を小さくすることができるため、活性ガスの衝突による減衰量を抑制することができる。よって、被処理材18に晒さす活性ガスの高濃度および大流量を維持することができる。
Therefore, the active gas generated in the
また、第一の電極1の構成材としては、成型容易の観点から、基本的にはSUS316などのステンレス材が使用される。これに対して、第一の電極1の構成材として、アルミニウムまたはA6061、A5052等のアルミニウム合金を採用することもできる。なお、当該アルミニウム部材の表面は陽極酸化を実施する。
Moreover, as a constituent material of the
第一の電極1の構成材をアルミニウム部材とすることにより、活性ガスの生成効率を高めると共に、活性ガスの減衰率が抑制することができる。したがって、被処理材18に対して高濃度・大流量の活性ガスを晒すことができる。
By making the constituent material of the
また、本実施の形態では、第二の電極2が有する誘電体2aは、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである。特に、当該誘電体2aは、窒化アルミニウムであることが望ましい。
In the present embodiment, the dielectric 2a included in the
第一の電極1にステンレス材を使用する場合、その表面を酸化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムによって溶射処理する。当該第一の電極1と酸化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムである誘電体2aとの組み合わせにより、更なる活性ガスの減衰抑制を図ることが可能となる。また、誘電体2aを窒化アルミニウムとすることによって、窒素活性種による窒化処理の場合、当該窒素活性種(活性ガス)の減衰を抑制すると共に被処理材18の酸化を防止することが可能となる。
When a stainless material is used for the
また、活性ガス生成装置700内に供給される原料ガスとして、窒素ガスまたは窒素化合物ガス(NH3、NO2等)を採用しても良い。この場合には、生成される活性ガスは、被処理材18の窒化表面処理に有効な、窒素を含んだNラジカルガスやN分子ガスとなる。したがって、被処理材18に対する窒化表面処理を効率良く施すことができる。
Nitrogen gas or nitrogen compound gas (NH 3 , NO 2, etc.) may be employed as the source gas supplied into the
また、活性ガス生成装置700内に供給される原料ガスとして、酸素ガスまたは酸素化合物ガス(オゾン、水蒸気またはNO2等)を採用しても良い。この場合には、活性ガスとして、被処理材18の酸化表面処理に有効な、酸素を含んだ酸素ラジカルもしくはオゾン分子ガスを高濃度にて取得できる。したがって、被処理材18に対する非常に品質の良い酸化膜を成膜することができる。また、低温状態・短時間での酸化膜成膜が可能となる。
In addition, oxygen gas or oxygen compound gas (such as ozone, water vapor, or NO 2 ) may be employed as the raw material gas supplied into the
また、本実施の形態では、電極セル1,2における空間ギャップ(放電空間)100は、0.05mm以上、2.0mm以下である。当該放電空間100のギャップ幅を前記に限定することにより、生成した活性ガスを効率良く取出せ、取出せる活性ガス量も増大させることができる。
Moreover, in this Embodiment, the space gap (discharge space) 100 in the
また、放電ユニット1〜5の積層構造において、冷却材出入口19から第一の電極1や高圧冷却板5までの冷却材の通路は、オーリング11を介した連結ブロック9を用いた連結および冷却材分配セル締め付けボルト13による装置基台16への固着により、形成されている。さらに、ガス通路管21は、オーリング10を介したリング7を用いた連結および電極セル締め付けボルト12による装置基台16への固着により、形成されている。
Further, in the laminated structure of the
したがって、冷却材出入口19から第一の電極1や高圧冷却板5までの冷却材の通路およびガス通路管21の気密性を確保でき、装置の組立作業が容易となり、コンパクトな活性ガス生成装置700が実現される。
Therefore, the airtightness of the coolant passage and the
<実施の形態2>
実施の形態1で説明した電極セル1,2は、次のような構成であることが望まれる。
<
The
つまり、第一の電極1に対面する側の第二の電極2の面は、凹凸形状を有することが望ましい。具体的には、第一の電極1に対面する側の誘電体2aの表面が、凹凸形状を有することが望ましい。および/または、第二の電極2に対面する側の第一の電極1の面は、粒子状の電極材でコーティングされていることが望ましい。
That is, it is desirable that the surface of the
第二の電極2の面(誘電体2aにおける金属薄膜2d非形成面)における凹凸形状は、たとえば当該凹凸形状を形成する面に対してイオンを衝突させることにより、形成される。また、たとえば、回転している第一の電極1の面に電極材溶液を滴下してコーティングを行うスピンコーティングにより、第一の電極1の面には粒子状の電極材でコーティングされる。
The concave / convex shape on the surface of the second electrode 2 (the surface on which the metal
実施の形態1で説明した電極セル1,2に本実施の形態で説明した構成を採用することにより、電極表面積を大幅に高めることができる。したがって、電極付近における活性ガスの生成効率を高めることができ、結果として、高濃度および大流量の活性ガスの生成が可能となる。
By adopting the configuration described in the present embodiment for the
なお、第一の電極1のコーティングの際に使用される粒子状の電極材としては、活性化ガスの発生効率が最も高いものを選択することが好ましい。
As the particulate electrode material used for coating the
<実施の形態3>
実施の形態1に係る活性ガス生成装置700の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置701を用いることが望ましい。図6は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置701の構成を示す断面図である。
<
Instead of the active
図1と図6との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置701は、実施の形態1に係る活性ガス生成装置700に希ガス供給部30が追加されている構成である。当該希ガス供給部30が設けられている以外は、装置700の構成と装置701の構成とは同じである。
As can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 6, the active
活性ガス生成装置701が備える希ガス供給部30は、チャンバー161を貫通するように形成されている。当該希ガス供給部30は、装置701外部から希ガスを取り入れ、希ガス通過路31を介して、ガス通路管21に希ガスを供給できる構成となっている。つまり、希ガス供給部30の一方端の開口部はチャンバー161外に存し、希ガス供給部30の他方端の開口部はガス通路管21と接続している。
The rare
装置701外部から、マスフローコントローラ等(図示せず)で流量調整されたアルゴンやヘリウムなどの希ガスは、希ガス供給部30の一方端の開口部から投入され、当該希ガス供給部30の他方端の開口部からガス通路管21内へと供給される。そして、当該供給された希ガスと電極セル1,2で生成された活性ガスとは、当該ガス通路管21内において混合され、活性ガスを希釈する。当該混合されたガスは、そのまま希ガスを含んだ状態で、装置基台16に配設されたガス吹き出し板14から外部へと放出される。
A rare gas such as argon or helium whose flow rate is adjusted by a mass flow controller or the like (not shown) is introduced from the outside of the
以上のように、本実施の形態では、ガス通路管21に希ガスを供給する希ガス供給部30を備えている。
As described above, in the present embodiment, the rare
したがって、ガス通路管21における当該希ガスの供給により、ガス通路管21における活性ガス同士の衝突に起因した活性種の減衰を抑制することができる。これにより、活性ガス生成装置701から取り出され、被処理材18に晒される活性ガスの高濃度および大流量を維持することができる。
Therefore, the supply of the rare gas in the
<実施の形態4>
実施の形態3に係る活性ガス生成装置701の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置702を用いることがより望ましい。図7は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置702の構成を示す断面図である。
<
It is more desirable to use the active
図6と図7との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置702は、実施の形態3に係る活性ガス生成装置701に予備放電器800が追加されている構成である。当該予備放電器800が設けられている以外は、装置701の構成と装置702の構成とは同じである。
As can be seen from a comparison between FIG. 6 and FIG. 7, the active
予備放電器800は、上記希ガス供給部30の一方端の開口部に接続される。したがって、希ガスは、予備放電器を経由した後に、ガス通路管21内に供給される。予備放電器800は、予備放電生成用電源32、予備放電用高圧電極33、予備放電用誘電体34および予備放電用接地電極35により構成されている。
The
予備放電用接地電極35と予備放電用誘電体34とは、所定の空間(予備放電空間36)を介して設置されている。また、予備放電用誘電体34内には、当該予備放電用誘電体34と接しながら、予備放電用高圧電極33が設置されている。さらに、予備放電生成用電源32の一方端子には予備放電用接地電極35が接続され、予備放電生成用電源32の他方端子には予備放電用高圧電極33が接続されている。
The preliminary
予備放電生成用電源32により、予備放電用高圧電極33および予備放電用接地電極35に交流電圧を印加する。これにより、予備放電用接地電極35と予備放電用誘電体34との間の予備放電空間36において、誘電体バリア放電が生成される。当該誘電体バリア放電生成場において、予備放電用接地電極35の側面に形成された希ガス供給口37から希ガスを導入する。すると、当該導入された希ガスの少なくとも一部は、予備放電空間36において、活性状態へと励起される。そして、当該活性状態のガスを含む希ガスは、上記希ガス供給部30を介して、ガス通路管21内へと供給される。なお、ガス通路管21内では、先の実施の形態3と同様に、当該活性状態のガスを含む希ガスは、活性ガスと混合される。
An AC voltage is applied to the preliminary discharge
以上のように、本実施の形態では、予備放電器800をさらに備えており、希ガスは、予備放電器800から希ガス供給部30へと供給され、当該希ガス供給部30からガス通路管21内へと供給される。
As described above, in the present embodiment, the
したがって、ガス通路管21に供給される前に、予備放電器800により希ガスを活性状態に励起することができる。よって、ガス通路管21内には、当該活性状態に励起した希ガスが供給されることになるので、活性ガスの消滅抑止効果を実施の形態3の場合より高めることができる。
Therefore, the rare gas can be excited to the active state by the
なお、本実施の形態では、予備放電器800では誘電体バリア放電場形成される場合について説明した。しかし、当該誘電体バリア放電に限ったものではなく、その他の希ガスを励起させることが可能な放電を採用しても良い。たとえば、予備放電器800は、マイクロ波放電やRF(Radio Frequency)波放電を発生することができる構成であっても良い。
In the present embodiment, the case where the dielectric barrier discharge field is formed in the
<実施の形態5>
実施の形態1に係る活性ガス生成装置700の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置703を用いることが望ましい。図8は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置703の構成を示す断面図である。
<
Instead of the active
図1と図8との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置703は、実施の形態1に係る活性ガス生成装置700にオリフィス22が追加されている構成である。当該オリフィス22が設けられている以外は、装置700の構成と装置703の構成とは同じである。
As can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 8, the active
装置基台16の被処理材18と対面する面において、オリフィス22は、ガス通路管21の端部に配設されている。なお、活性ガス生成装置703では、ガス吹き出し板14は省略されているが、オリフィス22は、ガス吹き出し板14を介して、ガス通路管21の端部に配設されていても良い。
The orifice 22 is disposed at the end of the
活性ガス生成装置700に供給される原料ガスは、原料供給口20の手前でマスフローコントローラ(図示せず)によって、その供給ガス流量が制御される。一方、被処理材18は、図1,6,7では図示を省略していた処理装置(たとえば、CVD装置)23によって覆われており、当該被処理材18が載置されている空間は、排気ポンプ24によって真空状態へと減圧される。
The supply gas flow rate of the source gas supplied to the
ここで、実施の形態1でも説明したように、活性ガス生成装置703と処理装置23とによりリモートプラズマ型成膜処理装置が構成される。また、処理装置23は、活性ガス生成装置703の下方において、当該活性ガス生成装置703と装着可能である。処理装置23は、当該活性ガス生成装置703から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体18に所定の膜を成膜する。
Here, as described in the first embodiment, the active
処理装置23内の圧力は、排気ポンプ24によって所定の圧力に減圧されるが、当該処理装置23における当該所定の圧力と排気ポンプ24の能力とに応じて、オリフィス22の径と原料ガス供給口20から供給される原料ガス流量が設定される。原料ガス流量は、活性ガス生成装置703の内部圧力が50kPa〜大気圧を維持するだけの量でもあり、大気圧近傍を維持することで、電極セル1,2において誘電体バリア放電を発生させることが可能となる。
The pressure in the
処理装置23を減圧下とすることは、減圧下での被処理材18に対する処理が必要な場合に実施されるが、処理装置23内を減圧することにより、当該処理装置23内における活性ガスの衝突頻度が減少させることができる。これにより、処理装置23内に供給された活性ガスの寿命を延ばすことが可能となる。
Setting the
以上のように、本実施の形態では、図8に示す構成のように、ガス通路管21のガス出力部にオリフィス22が接続される。
As described above, in the present embodiment, the orifice 22 is connected to the gas output portion of the
したがって、活性ガス生成装置703内の大気圧付近の圧力と、被処理材18が設置され減圧された処理装置23内の所定の圧力とを、圧力的に分離することが可能となる。これにより、活性ガス生成装置703内において、誘電体バリア放電を実施することができ、処理装置23内において、被処理材18に対する真空状態での成膜処理や活性ガスの長寿命化が可能となる。
Therefore, the pressure near the atmospheric pressure in the active
なお、本実施の形態では、実施の形態1で説明した活性ガス生成装置にオリフィス22を設ける構成について説明した。しかしながら、実施の形態3,4で説明した活性ガス生成装置に、同様の構成にてオリフィス22を配設することも可能である。 In the present embodiment, the configuration in which the orifice 22 is provided in the active gas generation apparatus described in the first embodiment has been described. However, it is also possible to arrange the orifice 22 with the same configuration in the active gas generator described in the third and fourth embodiments.
<実施の形態6>
実施の形態1に係る活性ガス生成装置700の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置704を用いることが望ましい。図9は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置704の構成を示す断面図である。
<
Instead of the active
図1と図9との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置704は、実施の形態1に係る活性ガス生成装置700のガス吹き出し板14の代わりに、放射プレート40が配設されている。当該ガス吹き出し板14が放射プレート40に置換されている以外は、装置700の構成と装置704の構成とは同じである。なお、図9には、図1で図示を省略していた、CVD装置などの処理装置23が図示されている。つまり、図9には、活性ガス生成装置704と処理装置23とから成る、リモートプラズマ型成膜処理装置が図示されている。
As can be seen from a comparison between FIG. 1 and FIG. 9, the active
実施の形態1で説明した積層構造の放電ユニット対5〜5と装置基台16との間において、当該装置基台16上に放射プレート40が設置される。当該放射プレート40の平面視形状は、円形である。つまり、放射プレート40は円盤型である。また、放射プレート40内部には空洞が形成されている。
The
また、放射プレート40の第一の主面(積層構造の放電ユニット対5〜5に対面する側の面)には、一つの開口部が設けられており、当該開口部はガス流入部40bとなる。図9に示すように、最下段の高圧冷却板5と放射プレート40との間には、リング7が存在する。ここで、放射プレート40の主面とリング7との間にもオーリング10が設けられており、リング7と放射プレート40との接続部の気密性も確保されている。なお、ガス流入部40bは、円形の第一の主面の中心に形成されている。
Moreover, one opening is provided in the 1st main surface (surface on the side which faces the discharge unit pairs 5-5 of a laminated structure) of the
上記リング7と放射プレート40との接続からも分かるように、実施の形態1で説明したガス通路管21の端部は、放射プレート40の第一の主面と接続される。より具体的には、ガス通路管21の端部は、放射プレート40の第一の主面に形成されたガス流入部40bと接続される。したがって、ガス通路管21内を経由してきた活性ガスは、ガス流入部40bを介して放射プレート40内へと流入する。
As can be seen from the connection between the
放射プレート40内部には、空洞、より具体的にはガス通路部42が形成されている。したがって、ガス流入部40bから流入した活性ガスは、当該ガス通路部42において同心円状にプレート外周部に向かって拡散していく。また、放射プレート40の第二の主面(被処理材18に対面する側の面)には、複数の開口部が設けられており、当該複数の開口部はガス放散部40aとなる。ここで、当該ガス放散部40aは、第二の主面において均等に設けられている。つまり、第二の主面における所定の面積当たりのガス放散部40aの数は、当該第二の主面全体に渡って均一(同数)である。また、ガス放散部40aの開口面積は非常に微細なものであり、少なくともガス流入部40bの開口部よりも小さい。
A cavity, more specifically, a
また、装置基台16の底面の所定の領域に開口部16tが形成されており、当該開口部16tからは、放射プレート40に設けられた全てのガス放散部40aが露出している。したがって、ガス通路部42を伝播した活性ガスは、各ガス放散部40aおよび開口部16tを介して、処理装置23内に供給される。
Further, an
処理装置23内には、被処理材18を載置するための設置テーブル25が設けられている。ここで、当該設置テーブル25には、被処理材18を加熱するための加熱ヒータ27が設けられている。また、設置テーブル25は、処理装置23内に配設された設置テーブル引き出しレール26上を移動することができる。なお、実施の形態1等でも述べたように、処理装置23は、活性ガス生成装置704の下方において当該活性ガス生成装置704と装着可能であり、当該装置704から送出される活性ガスを用いて、処理装置23内部に配置された被処理体18に所定の膜を成膜する。
In the
さて上記のように、当該ガス放散部40aは第二の主面において均等に設けられているので、当該設置テーブル25上に載置された被処理材18の表面全体に渡って均等に、放射プレート40から供給された活性ガスが照射される。
As described above, since the
次に、図10に示す分解斜視図を用いて、放射プレート40の構成を具体的に説明する。
Next, the configuration of the
図10に示すように、放射プレート40は、2枚の円盤状のプレート板401,402を組み合わせることにより構成される。一方のプレート板402の中央部には、エッチング処理または機械加工により、一つのガス流入部40bが穿設されている。また、他方のプレート板401には、エッチング処理または機械加工により、複数のガス放散部40aが均等に穿設されている。
As shown in FIG. 10, the
さらに、少なくとも一方のプレート板401,402には、ハーフエッチング処理または機械加工により、ガス通路部42を構成する所定のパターンの空間リブ40cが形成されている。図10に示す構成図では、各空間リブ40cは円柱形状である。また、図10には、他方のプレート板401に空間リブ40cが形成されている様子が図示されている。上記空間リブ40cが形成されている状態において両プレート板401,402を組み合わせる(貼り合わせる)。これにより、放射プレート40内には空間リブ40cの隙間空間が形成され、当該隙間空間がガス通路部42となる。
In addition, at least one of the
図10に示す構成の放射プレート40において、活性ガス流入部40bより内部へ侵入する活性ガスは、空間リブ40cに衝突しながら当該放射プレート40内のガス通路部42内を拡散する。そして、ガス放散部40aの開口部は微小であるので、放射プレート40内部(ガス通路部42全体)にバッファリングされる。放射プレート40内部における拡散によりガス通路部42内全体に満たされた活性ガスは、各ガス放散部40aから処理装置23内に配置された被処理材料18に向けて放出される。なお、活性ガスは、均等な速度となって各ガス放散部40aより放出される。また、各ガス放散部40aから放出される活性ガスの流速は、少なくとも、ガス通路部42内部を拡散する活性ガスの流速よりも大きい。
In the
ここで、放射プレート40内全体に活性ガスが均等に拡散し、高い流速にて各ガス放散部40aより活性ガスを放出させるためには、放射プレート40の厚みは薄いほうが良く、また各ガス放散部40aの開口面積も微細なほうが良い。具体的には、放射プレート40の厚みは、3mm以下(当然、ゼロは含まない)であることが望ましく、各ガス放散部40aの開口径は、1μm以上、1000μm以下であることが望ましい。なお、各ガス放散部40aから均等な流速で活性ガスを放出させるためには、各ガス放散部40aの開口径は、1μm以上、300μm以下であることが望ましい。
Here, in order for the active gas to diffuse evenly throughout the
また、プレート板401とプレート板402とは、ロー付けまたは拡散接合により接続(接合)されることができる。しかしながら、ロー付けによる接合を採用した場合には、ロー材と活性ガスとの反応で、活性ガスの損失やロー付けの劣化が起こりやすくなる。したがって、両プレート板401,402を接合するときには、拡散接合を採用する方が望ましい。
The
以上のように、本実施の形態では、活性ガス生成装置704は、ガス通路管21の端部と接続される放射プレート40を備えている。そして、当該放射プレート40は、ガス通路管21の端部と接続される一つのガス流入部40bと、活性ガスを放射プレート40内部に拡散させるためのガス放散部42と、被処理材18に対して活性ガスを放出する複数のガス放散部40aとを、備えている。
As described above, in the present embodiment, the active
したがって、ガス通路管21の直下からだけではなく、放射プレート40内に放射状に分散させて広い範囲から、活性ガスを取り出すことができる。これにより、簡易な構成により、大表面積を有する被処理材18に対しても、短い処理時間にて表面処理を行うことができる。
Therefore, the active gas can be taken out not only from directly below the
また、本実施の形態では、複数のガス放散部40aは、放射プレート40の第二の主面内において均等に配設されている。したがって、当該第二の主面からの偏在した活性ガスの放出を防止することができる。
In the present embodiment, the plurality of
また、本実施の形態では、放射プレート40は、2枚のプレート板401,402を組み合わせることにより、構成されている。そして、少なくとも一方のプレート板401,402には、ガス通路部42を構成するための所定のパターンの空間リブ40cが形成されている。
Further, in the present embodiment, the
したがって、簡単な構成により、活性ガスバッファータンクとなる放射プレート40、および当該放射プレート40内を活性ガスが拡散(分散)することができるガス通路部42を形成することができる。また、放射プレート401,402の接合は、ロー付けや拡散接合で可能で有り、空間リブ40cもハーフエッチング処理または機械加工により形成可能である。したがって、簡単な作成方法および低コストにより、図10に示す放射プレート40を製造することができる。
Therefore, with a simple configuration, it is possible to form the
なお、上述のように、2枚のプレート板401,402を組み合わせることにより放射プレート40を作成する際には、拡散接合を採用することが望ましい。
As described above, when the
これにより、ロー付けにより2枚のプレート板401,402を結合する際に発生していた、放射プレート40内における活性ガスの損失やプレート板401,402同士の接合力低下を防止することができる。また、拡散接合の場合には、接合の際にプレート板401,402に歪が生じることもない。したがって、放射プレート40内部を活性ガスは低抵抗で流動することができる。
As a result, it is possible to prevent the loss of active gas in the
また、放射プレート40の厚みは、3mm以下であることが望ましい。また、各ガス放散部40aの開口径は、1〜1000μmであることが望ましい。
The thickness of the
当該放射プレート40の構成およびガス放散部40aの構成を採用することにより、放射プレート40内全体に活性ガスが均等に拡散し、高い流速にて各ガス放散部40aより活性ガスを放出させることができる。また、放射プレート40は薄板形状となるので、容易にかつ装置全体の大型化を防止して、活性ガス生成装置704に当該放射プレート40を配設することができる。
By adopting the configuration of the
なお、ガス放散部40aの開口径は、1〜300μmであることがより望ましい。これは、各ガス放散部40aから均等な流速で活性ガスを放出させることができるためである。このように、各ガス放散部40aから均等な流速な活性ガスが放出されることにより、大面積の被処理材18の表面に対しても、均一な成膜が実現できる。
The opening diameter of the
なお、各活性ガス生成装置700〜704の下方において、図8,9等で示すように、被処理材18の活性ガスを用いた成膜処理を行うCVD装置などの処理装置23が装着できる。つまり、活性ガス生成装置700〜704と処理装置23とで、リモートプラズマ型成膜処理装置が構成されている。
In addition, below each active gas production | generation apparatus 700-704, as shown in FIG.8, 9, etc.,
このように、活性ガス生成装置700〜704に処理装置23を装着させることにより、処理装置23のコンパクト化が実現でき、かつ安価なリモートプラズマ型成膜処理装置を実現することができる。
In this way, by attaching the
なお、複数台の活性ガス生成装置700〜704を併設し、各活性ガス生成装置700〜704に装着された処理装置23内に、被処理材18を順に配置する表面処理方法も採用できる。これにより、被処理材18の表面に対して、複数の膜を重ね合わせて成膜することができる。
In addition, the surface treatment method which arrange | positions the to-
なお、上記各実施の形態で説明した発明は、半導体装置に対するプラズマ成膜処理(たとえば、窒化処理)の際に利用される。たとえば、CMOSトランジスタなどに用いられるゲート絶縁膜などの成膜時に、当該発明は利用される。 Note that the invention described in each of the above embodiments is used in plasma film formation processing (for example, nitridation processing) for a semiconductor device. For example, the present invention is used when forming a gate insulating film used for a CMOS transistor or the like.
1 第一の電極
1a 電極板
1b ガス流入口
1d ガス流路部
1r 冷却材流路
1m (冷却材の出入り口となる)部分
2 第二の電極
2a 誘電体
2d 金属薄膜
3 高圧電極
4 絶縁板
5 高圧冷却板
6 スペーサ
7 リング
8 締め付け板
9 連結ブロック
10,11 オーリング
12 電極セル締め付けボルト
13 冷却材分配セル締め付けボルト
14 ガス吹き出し板
15 電気供給端子
16 装置基台
17 交流電源部
18 被処理材
19 冷却材出入部
20 原料ガス供給部
21 ガス通路管
22 オリフィス
23 処理装置
24 排気ポンプ
25 設置テーブル
26 設置テーブル引き出しレール
27 加熱ヒータ
30 希ガス供給部
31 希ガス通過路
32 予備放電生成用電源
33 予備放電用高圧電極
34 予備放電用誘電体
35 予備放電用設置電極
36 予備放電空間
37 希ガス供給口
40 放射プレート
40a ガス放散部
40b ガス流入部
40c 空間リブ
42 ガス通路部
100 空間ギャップ(放電空間)
161 チャンバー
401,402 プレート板
700,701,702,703,704 活性ガス生成装置
800 予備放電器
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、
前記電極セルを囲繞する筐体と、
前記筐体に形成され、外部から前記筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部とを、備えており、
前記電極セルは、
第一の電極と、
誘電体を有する第二の電極とを、備えており、
前記第一の電極は、
前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記第二の電極と対面しており、
前記電極セルの平面視における中心領域には、
ガス取り出し部が形成されており、
前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する範囲における、前記第一の電極および前記第二の電極の平面視形状は、
円形であり、
前記電極セルは、
二つの前記第二の電極を、備えており、
前記第一の電極の第一の主面は、
一方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記一方の第二の電極と対面しており、
前記第一の電極の第二の主面は、
他方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記他方の第二の電極と対面しており、
前記電極セルは、
複数であり、
各前記電極セルは、
積層状態で配置されており、
各前記電極セルが備える各前記ガス取り出し部に連通しており、前記電極セルの中心において前記積層方向に延設された、ガス通路管を、さらに備えており、
前記各電極セルが備える前記ガス取り出し部は、
複数であり、
各前記ガス取り出し部は、
前記第一の電極の前記第一の主面および前記第二の主面に設けられたガス流入口と、
前記第一の電極内に配設され、前記ガス流入口と前記ガス通路管との間を螺旋状に連接するガス流路部とを、備えており、
前記電源部による前記電極セルに対する前記交流電圧の印加により、前記空間ギャップに誘電体バリア放電を発生させ、前記誘電体バリア放電によるプラズマにより、前記原料ガスが励起されることにより、活性ガスを生成される、
ことを特徴とする活性ガス生成装置。 At least one electrode cell;
A power supply for applying an alternating voltage to the electrode cell;
A housing surrounding the electrode cell;
A source gas supply unit that is formed in the casing and supplies source gas into the casing from the outside, and
The electrode cell is
A first electrode;
A second electrode having a dielectric,
The first electrode is
Facing the second electrode across the dielectric and a spatial gap;
In the central region of the electrode cell in plan view,
A gas outlet is formed,
In the range where the first electrode and the second electrode face each other, the planar view shapes of the first electrode and the second electrode are as follows:
Circular,
The electrode cell is
Two second electrodes,
The first main surface of the first electrode is
The one second electrode is opposed to the one second electrode across the dielectric and the space gap,
The second main surface of the first electrode is
The other second electrode faces the other second electrode across the dielectric and the space gap,
The electrode cell is
Multiple
Each said electrode cell
They are arranged in a laminated state,
A gas passage pipe that communicates with each of the gas extraction portions provided in each of the electrode cells, and extends in the stacking direction at the center of the electrode cells;
The gas extraction part provided in each of the electrode cells,
Multiple
Each of the gas outlets is
A gas inlet provided in the first main surface and the second main surface of the first electrode;
A gas flow path section disposed in the first electrode and spirally connected between the gas inlet and the gas passage pipe ,
By applying the AC voltage to the electrode cell by the power supply unit, a dielectric barrier discharge is generated in the space gap, and the source gas is excited by the plasma by the dielectric barrier discharge to generate an active gas. To be
An active gas generator characterized by that.
冷却材が流動できる冷却材流路が形成されている、 A coolant channel through which coolant can flow is formed,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
前記希ガスは、 The noble gas is
前記予備放電器から前記希ガス供給部へと供給される、 Supplied from the preliminary discharger to the rare gas supply unit,
ことを特徴とする請求項3に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 3.
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
アルミニウムまたはアルミニウムを含む合金より成る、 Made of aluminum or an alloy containing aluminum,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである、 Aluminum oxide or aluminum nitride,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
凹凸形状を有する、 Having an uneven shape,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
粒子状の電極材でコーティングされている、 Coated with particulate electrode material,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
窒素ガスまたは窒素化合物ガスが供給される、 Nitrogen gas or nitrogen compound gas is supplied,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
酸素ガスまたは酸素化合物ガスが供給される、 Oxygen gas or oxygen compound gas is supplied,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
前記放射プレートは、 The radiation plate is
第一の主面に形成された前記ガス通路管の端部と接続されるガス流入部と、 A gas inflow portion connected to an end portion of the gas passage pipe formed on the first main surface;
内部配設されたガス通路部と、 An internally disposed gas passage,
第二の主面において設けられた複数のガス放散部とを、備えている、 A plurality of gas diffusion portions provided on the second main surface,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
前記第二の主面内において均等に配設されている、 Evenly disposed in the second main surface,
ことを特徴とする請求項12に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 12, wherein
2枚のプレート板を組み合わせることにより、構成されており、 It is composed by combining two plate plates,
少なくとも一方のプレート板に、前記ガス通路部を構成する所定のパターンが施されている、 The predetermined pattern which comprises the said gas channel part is given to at least one plate board,
ことを特徴とする請求項12に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 12, wherein
2枚のプレート板を組み合わせることにより、構成されており、 It is composed by combining two plate plates,
前記プレート板同士は、 The plate plates are
拡散接合により、接続されている、 Connected by diffusion bonding,
ことを特徴とする請求項12に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 12, wherein
1μm以上、1000μm以下である、 1 μm or more and 1000 μm or less,
ことを特徴とする請求項12に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 12, wherein
1μm以上、300μm以下である、 1 μm or more and 300 μm or less,
ことを特徴とする請求項16に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 16, wherein
3mm以下である、 3 mm or less,
ことを特徴とする請求項12に記載の活性ガス生成装置。The active gas generator according to claim 12, wherein
0.05mm以上、2.0mm以下である、 0.05 mm or more and 2.0 mm or less,
ことを特徴とする請求項1に記載の活性ガス生成装置。The active gas generation device according to claim 1, wherein:
前記活性ガス生成装置の下方において当該活性ガス生成装置と装着可能であり、前記ガス取り出し部から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体に所定の膜を成膜する処理装置とを、備えている、 A processing apparatus which can be attached to the active gas generation apparatus below the active gas generation apparatus and forms a predetermined film on an object to be processed disposed inside using the gas delivered from the gas extraction unit With
ことを特徴とするリモートプラズマ型成膜処理装置。A remote plasma type film forming apparatus characterized by that.
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