JP5694542B2 - プラズマ発生装置およびｃｖｄ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、原料ガスから高エネルギーを有するプラズマ励起ガス（活性ガス、ラジカルガス）を、高濃度で多量に、生成することができるプラズマ発生装置、および上記プラズマ発生装置から生成したプラズマ励起ガスを、有効的かつ多量に、ＣＶＤ装置に供給できるようにしたプラズマ発生装置構造に関するものである。詳しくは、当該プラズマ発生装置内で発生したプラズマ励起ガスと、当該プラズマ発生装置に供給した金属原子の前駆体との作用により、金属機能物質粒子に改質し、当該改質した金属機能粒子をＣＶＤ装置に効率良く導くようにしたプラズマ発生装置およびＣＶＤ装置に関するものである。
半導体装置の製造において、高機能膜（半導体チップ内で回路配線相当になる低インピーダンスの高導電膜、半導体チップ内で回路の配線コイル機能や磁石機能を有する高磁性膜、半導体チップ内で回路のコンデンサ機能を有する高誘電体膜、および半導体チップ内で電気的な漏洩電流の少ない高絶縁機能を有する酸化や窒化による高絶縁膜など）の成膜方法には、熱ＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、光ＣＶＤ装置またはプラズマＣＶＤ装置が用いられており、特に、プラズマＣＶＤ装置が多々使用されている。例えば、熱・光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、かつ、成膜速度が大きく短時間の成膜処理ができるなどの利点がある。
たとえば、窒化膜（ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなど）や酸化膜（ＳｉＯ２，ＨｆＯ２）などのゲート絶縁膜を半導体基板に成膜する場合には、プラズマＣＶＤ装置を用いた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、Ｏ２、Ｏ３（オゾン）などのガスとシリコンやハフニウム物質の前駆体ガスとが、ＣＶＤ処理装置などの成膜処理チャンバーに直接供給される。これにより、熱や触媒等による化学反応が促進し、前駆体ガスが解離し、解離させた前駆体からの金属粒子を、添加したＮＨ３（アンモニア）やＮ２、Ｏ２、Ｏ３（オゾン）などのガスによって、酸化や窒化物にして、被処理体である半導体ウェハー上に堆積させ、当該堆積後熱処理を行うことで結晶成長させる。以上の工程により、高機能膜が成膜される。そのため、ＣＶＤ処理装置では、処理チャンバー内で直接的に、高周波プラズマやマイクロ波プラズマが発生させられ、ウェハー基板はラジカルガスや高エネルギーを有したプラズマイオンや電子に晒された状態で、当該ウェハー基板上には、窒化膜や酸化膜等の高機能膜が成膜されている。
なお、プラズマＣＶＤ装置の構成が開示されている先行文献として、たとえば特許文献１が存在する。
しかしながら、プラズマＣＶＤ装置内の成膜処理では、上記のように、ウェハー基板がプラズマに直接晒される。したがって、当該ウェハー基板は、プラズマ（イオンや電子）による半導体機能の性能を低下させる等のダメージを大きく受けるという問題が常に生じていた。
他方、熱・光ＣＶＤ装置を用いた成膜処理では、ウェハー基板はプラズマ（イオンや電子）によるダメージを受けず、高品質の窒化膜や酸化膜等の高機能膜が成膜される。しかしながら、当該成膜処理では、高濃度で、かつ多量の窒素ラジカルガス源や酸素ラジカル源を得ることが困難であり、結果として、成膜時間が非常に長く要するという問題がある。
最近の熱・光ＣＶＤ装置では、原料ガスとして、熱や光の照射によって解離しやすい、ＮＨ３ガスやＯ３ガスの高濃度のものを用い、ＣＶＤチャンバー内に加熱触媒体を設けている。これにより、当該熱・光ＣＶＤ装置では、触媒作用でチャンバー内のガスの解離が促進し、窒化膜や酸化膜等の高機能膜の成膜時間の短縮化も図れている。しかしながら、当該方法では、大幅な成膜時間の改善が困難である。
そこで、プラズマによるウェハー基板に対するダメージを軽減でき、成膜時間の短縮化が可能な装置として、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２参照）。
当該特許文献２に係る技術では、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２に係る技術では、高周波印加電極とウェハー基板が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、中性活性種だけをウェハー基板上に供給させている。
特開２００７−２６６４８９号公報 特開２００１−１３５６２８号公報
しかしながら、半導体用のウェハーの成膜に関する特許文献２に係る技術では、被処理材（ウェハー基板）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。
また、従来のＣＶＤ装置では、高機能絶縁膜の成膜の際に、成膜処理を行うＣＶＤチャンバー内に直接、金属前駆体ガスが供給されている。しかしながら、ＣＶＤチャンバーに直接、金属前駆体ガスを供給させると、ＣＶＤチャンバー自身の構造や操作条件などの制御操作が複雑化し、望ましくない。
また、リモートプラズマ型成膜処理装置を採用する場合において、高機能絶縁膜の成膜する際に、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスを効率良く、多量に出力できるようにすることが望まれている。
そこで、本発明は、ＣＶＤチャンバー自身の構造の複雑化を防止しつつ、励起プラズマガスを、発生するプラズマ発生装置を提供することを目的とする。また、当該励起プラズマガスを利用して、被処理材に高機能膜を成膜するために使用される金属機能物質粒子ガスを、効率良く多量に出力することができるようにしたプラズマ発生装置を提供することを目的とする。さらには、本発明は、当該プラズマ発生装置を利用し、被処理材に対するプラズマダメージを防止しつつ、良質な高機能膜の成膜が実現できるＣＶＤ装置を提供することも目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ発生装置は、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、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する絶縁筒部と、前記絶縁筒部の空洞部に接続される、金属前駆体を供給する前駆体供給部とを、さらに備えている。
また、本発明に係るＣＶＤ装置は、プラズマ発生装置と、前記プラズマ装置に接続されるＣＶＤチャンバーとを備えており、前記プラズマ発生装置は、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、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、前記絶縁筒部の空洞部に接続される、金属前駆体を供給する前駆体供給部とを、さらに備えており、前記ＣＶＤチャンバーは、前記絶縁筒部の端部側に接続されている。
本発明に係るプラズマ発生装置は、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、誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、有しており、円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する絶縁筒部と、前記絶縁筒部の空洞部に接続される、金属前駆体を供給する前駆体供給部とを、さらに備えている。
したがって、プラズマ励起ガスが金属前駆体ガスに接触することにより、空洞部において、金属前駆体ガスから金属原子が解離される。さらに、当該空洞部において、当該解離した金属原子とプラズマ励起ガスとが化学反応を起こす。これにより、空洞部において、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスを、効率良くかつ多量に生成することができる。
さらに、ＣＶＤチャンバーでなく、プラズマ励起ガスの生成側であるプラズマ発生装置側において、真空状態の空間に噴出するように、プラズマ励起ガスを出力させている。かつ、プラズマ励起ガスを、供給した金属前駆体ガスと交差させるように接触させる構成である。
したがって、より高濃度、多量の発生したプラズマ励起ガスが、金属前駆体ガスと接触反応できる。よって、反応で改質した金属機能物質粒子ガスを、より効率良くかつより多量に生成することができる。
なお、ＣＶＤチャンバーには直接、金属前駆体ガスを供給しないで、プラズマ発生装置内で、改質した金属機能物質粒子ガスを生成し、成膜ＣＶＤ装置に出力するようにした。
よって、ＣＶＤチャンバー側において金属機能物質粒子ガスのプラズマによる改質させる機能を必要とせず、構造や制御性の複雑化も防止することができ、より良質な成膜が得られるようになる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係るＣＶＤ装置３００の全体構成を示す断面図である。 電極セルの構成を示す拡大断面図である。 ガス出力フランジ１４ｃの構成を示す拡大斜視図である。 実施の形態２に係るＣＶＤ装置３００の全体構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る絶縁筒部２１内における内部構成を示す、拡大断面図である。 実施の形態３に係る絶縁筒部２１内における内部構成を示す、拡大断面図である。
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。
＜実施の形態１＞
本実施の形態では、本発明に係るプラズマ装置をＣＶＤ装置に適用した構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係るＣＶＤ装置３００の構成を示す断面図である。また、図１の一点破線で囲まれた領域の拡大断面図を、図２に示す（図２には、電極セルの詳細な断面構成が開示されている）。
図１に示すように、ＣＶＤ装置３００は、プラズマ発生装置１００、ＣＶＤチャンバー２００および排気ガス分解処理装置２８を備えている。
まず、本発明に係るプラズマ発生装置１００の構成について説明する。
図１に示すように、プラズマ発生装置１００において、複数の電極セルは、図面の上下方向に積層されている。図２の拡大断面図には、２つの電極セルが示されている。図２を用いて、積層構造の電極セルの構成を説明する。
図１，２の上下方向から眺めた各電極セルの平面形状は、ドーナツ形状である。つまり、当該電極セルの平面視外形は略円盤状であり、当該電極セルの中心部には、当該上下方向（電極セルの積層方向）に貫通した貫通口ＰＨが穿設されている。
各電極セルは、低圧電極１、誘電体２ａ，２ｂ、高圧電極３、絶縁板４、および高圧冷却板５から構成されている。そして、図１，２の上下方向（高圧電極３と低圧電極１とが対面する方向）に、複数の電極セルが積層している。
ここで、各電極セルの平面視形状は、上記の通り、貫通口ＰＨを有する円形である。したがって、各部材１，２ａ，２ｂ，３，４，５は、平面視外形が円形である板状であり、各部材１，２ａ，２ｂ，３，４，５の中央部には、上記貫通口ＰＨが各々設けられている。
図２に示すように、低圧電極１および高圧電極３には、交流電源１７による交流電圧が印加される。ここで、低圧電極１は、後述する、連結ブロック９、高圧冷却板５および筺体１６と共に、固定電位（接地電位）となる。
低圧電極１の主面上には、誘電体２ａが配置されている。つまり、低圧電極１の主面上には、誘電体２ａの一方の主面が接している。なお、誘電体２ａの当該一方の主面には、導電体が塗布・印刷・蒸着等されている。また、誘電体２ａと放電空間６だけ隔てて、当該誘電体２ａと対面して、誘電体２ｂが配置されている。つまり、誘電体２ａの他方の主面は、放電空間６だけ隔てて、誘電体２ｂの一方の主面と対面している。ここで、誘電体２ａと誘電体２ｂとの間には、図示していない複数のスペーサが存在しており、当該スペーサにより、放電空間６の空隙が保持・固定されている。なお、放電空間６の図２の上下方向の寸法は、たとえば０．０５ｍｍ〜数ｍｍ程度である。
また、誘電体２ｂの他方の主面上には、高圧電極３が配置されている。つまり、誘電体２ｂの他方の主面上には、高圧電極４の一方の主面が接している。なお、誘電体２ｂの当該他方の主面には、導電体が塗布・印刷・蒸着等されている。また、高圧電極３の他方の主面上には、絶縁板４の一方の主面が接している。さらに、当該絶縁板４の他方の主面には、高圧冷却板５が接している。但し、本明細書では、絶縁板４や高圧冷却板５を設けた積層構成の１実施例を示しているが、絶縁板４や高圧冷却板５を省いた構成で積層する構成も当然容易に想定できる。
ここで、導電体が塗布等された誘電体２ａ、図示していないスペーサおよび導電体が塗布等された誘電体２ｂは、一体構成のものを採用できる。
なお、図２に示すように、各電極セルにおいて、低圧電極１と高圧電極３とは、各誘電体２ａ，２ｂと放電空間６を介して、対面している。つまり、放電空間６に面する低圧電極１の主面および放電空間６に面する高圧電極３の主面の各々に、各誘電体２ａ，２ｂが配置されている。放電空間６の両面を放電によって、耐スパッタ性かつ非導電性の高い物質として、誘電体物質は有効であるため、本実施の形態では、当該両誘電体２ａ，２ｂを設ける構成を採用している。ここで、図２の構成と異なり、誘電体２ａおよび誘電体２ｂの何れか一方のみは、省略することが可能である。
各構成１，２ａ，２ｂ，３，４，５を有する電極セルは、上記の通り、当該各構成の積層方向に、貫通口ＰＨが穿設されている。ここで、各電極セルが有する貫通口ＰＨが、電極セルの積層方向に連結され、一続きの貫通孔が形成されている。本願明細書では、当該一続きの貫通孔を、「貫通連孔」と称することとする。上記から分かるように、貫通連孔は、前記積層方向に延設している。
また、図２に示すように、本実施の形態では、上下に隣接する電極セルにおいて、１つの低圧電極１は共通の構成要素となっている（当該、一つの低圧電極１を共通の構成要素とする二つの電極セルを、電極セル対と称する）。これは、電極セルにおいて低圧電極１を共通に使用する構成を採用することで、部品数を削減することができる。当該部品数の削減を目的としない場合には、低圧電極１を共通に使用しない構成を採用してもかまわない。
図２の構成では、１つの電極セル対の構造が開示されており、当該電極セル対が、図２の上下方向に、複数積層されている。なお、各低圧電極１と各高圧冷却板５との間には、各連結ブロック９が介在している。つまり、各電極セルの側方には、各連結ブロック９が存在している。当該連結ブロック９の存在により、各電極セルにおいて、低圧電極１から高圧冷却板５までの寸法を一定に保持することができる。ここで、連結ブロック９は、電極セルの全側方に配設されているのではなく、図２に示すように、電極セルの一部の側方（図２の断面図の左側）にのみ配設されている。
また、プラズマ発生装置１００では、図２に示すように、上記貫通連孔の内部において、絶縁筒部２１が配設されている。当該絶縁筒部２１は、上記図２の上下方向に貫通した空洞部２１Ａを有する円筒形状である。つまり、絶縁筒部２１の円筒軸方向は、電極セルの積層方向と平行となるように、絶縁筒部２１は、貫通連孔内に配置されている（より具体的には、貫通連孔の軸方向と絶縁筒部２１の円筒軸方向とは、一致している）。
また、絶縁筒部２１の側面部には、複数の微細な噴出孔（ノズル孔）２１ｘが設けられている。ここで、図２の構成例では、各噴出孔２１ｘは、放電空間６に面するように、絶縁筒部２１に設けられている。また、各噴出孔２１ｘの開口径は、たとえば放電空間６の積層方向の寸法より小さい。ここで、絶縁筒部２１は、石英またはアルミナ等製である。
上記では、１本の複数の微細な噴出孔２１ｘを設けた絶縁筒により、絶縁筒部２１を構成する形態に言及している。しかしながら、複数の微細な噴出孔２１ｘを設けたリング状の絶縁筒を貫通口ＰＨに積層することにより、絶縁筒部２１を構成する形態を採用しても良い。
なお、放電空間６と空洞部２１Ａとの間に所望の圧力差を設定するという観点において、噴出孔２１ｘは、孔径０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ、孔長（絶縁筒部２１の厚さと把握できる）０．３ｍｍ〜３ｍｍ、程度であることが望ましい。
また、図２に示すように、前記貫通連孔の孔内部周側面部と絶縁筒部２１の外側の周側面部とは、所定の間隔だけ離れている。つまり、電極セルの貫通口ＰＨ（または貫通連孔）の側面部と絶縁筒部２１の側面部との間には、図２に示すように、管路２２が設けられている。当該管路２２を図２の上下方向から眺めると、環状の形状を有している。つまり、平面視における電極セルの貫通口ＰＨ（または貫通連孔）の側面部が外周となり、平面視における絶縁筒部２１の側面部が内周となり、当該外周と当該内周との間が、平面視における環状の管路２２となる。
ここで、当該管路２２は、前記外周側において各放電空間６と接続されている。そして、当該管路２２の端部側は、筺体１６の上面の内部を通って、当該筺体１６の外部に存在する後述の自動圧力制御装置（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ：ＡＰＣ）２６に接続される（図１参照）。
また、高圧冷却板５、高圧電極３および低圧電極１は、導電体である。そして、高圧冷却板５の絶縁筒部２１に対面する部分には、絶縁体５ａが形成されている。また、高圧電極３の絶縁筒部２１に対面する部分には、絶縁体３ａが形成されている。また、低圧電極１の絶縁筒部２１に対面する部分には、絶縁体１ａが形成されている。
つまり、各電極セルにおいて、絶縁筒部２１に対面する部分は、部材４，２ａ，２ｂを含め、全て絶縁性材料となっている。このように、各電極セルの貫通連孔内に形成された管路２２の内面は、全て絶縁性を有する。これにより、当該管路２２内における放電空間６以外での放電（異常放電）等が防止される。
また、図１，２の上下方向に積層している各連結ブロック９内には、冷媒が通る流路（図示せず）が形成されており、また、各高圧冷却板５内部および低圧電極１内部においても、流路（図示せず）が形成されている。外部から供給される冷媒は、連結ブロック９内の流路を流れ、各高圧冷却板５内部の流路および各低圧電極１内部の流路を循環し、当該連結ブロック９内の他の流路を介して、外部へと出力される。
高圧冷却板５内の流路に一定温度に調整された冷媒が流れることにより、絶縁板４を介して、高圧電極３は一定温度に冷却される。また、低圧電極１内の流路に一定温度に調整された冷媒が流れることにより、低圧電極１自身が一定温度に冷却・保持され、間接的に放電空間６内のガス温度も一定温度に保持することができる。なお、冷媒は、たとえば、数℃〜２５℃程度の範囲で一定温度に温度調整される。
なお、放電空間６に供給されるガスの種類等に応じて、上記冷媒の代わりに、当該比較的高い温度（たとえば１００℃〜２００℃程度）の温度範囲で、一定温度調整された液体を採用しても良い。外部から供給される当該液体は、連結ブロック９内の流路を流れ、各高圧冷却板５内部の流路および各低圧電極１内部の流路を循環し、当該連結ブロック９内の他の流路を介して、外部へと出力される。
各連結ブロック９内および低圧電極１内等の流路に一定温度に調整された液体が流れることにより、各連結ブロック９および低圧電極１等が一定温度に保持され、さらに低圧電極１を介して間接的に放電空間６内のガス温度も一定温度に保持される。
また、本発明に係るプラズマ発生装置１００では、放電空間６へ原料ガスを供給する管路７５が配設されている。ここで、当該管路７５は、電極セルが配設されていない筺体１６内部の空間と接続すること無く、筺体１６外から放電空間６へと直接接続される。つまり、管路７５内を流れるガスは、筺体１６内部の電極セルの外周領域へ供給されず、各電極セルの各放電空間６に直接供給される。
図１，２に示すように、管路７５は、筺体１６の上部から、各連結ブロック９内に延設している。そして、各低圧電極１において管路７５は分岐し、各低圧電極１内部に管路７５は配設されている。
ここで、管路７５は、バッファ部７５ａを有している。当該バッファ部７５ａは、各低圧電極１内を周回するように配設されている。また、当該バッファ部７５ａの上記積層方向の寸法は、低圧電極１内に配設される管路７５の他の部分の上記積層方向の寸法よりも、大きい。
また、管路７５は、噴出口７５ｂを有している。当該噴出口７５ｂは、低圧電極１および当該低圧電極１に接する各誘電体２ａを貫通する。そして、各噴出口７５ｂは、各電極セルの各放電空間６に接続されている。なお、図２に示すように、バッファ部７５ａと噴出口７５ｂとは、管路７５により接続されている。
ここで、各低圧電極１および各誘電体２ａの平面視形状は、円形である。当該噴出口７５ｂは、当該円形の円周方向に沿って、各低電圧電極１および各誘電体２ａにおいて複数配設されている。なお、円周方向に沿って配設されている各噴出口７５ｂの間隔は、一定であることが望ましい。また、各噴出口７５ｂは、放電空間６に面しているが、当該放電空間６の極力外側（つまり、絶縁筒部２１の非存在側である電極セルの外周側）に配設されることが望ましい。これにより、噴出口７５ｂから各放電空間６内に均等に活性ガスや金属前駆体ガスなどが放出され、当該放出された各ガスは、放電面の外周から内側（絶縁筒部２１側）へ向かって逆放射状に伝搬される。
なお、当然ではあるが、円周方向に沿って配設された各噴出口７５ｂは各々、各低圧電極１内において、周回状に配設されたバッファ部７５ａと、管路７５を介して、接続されている。
上記構成の管路７５は、筺体１６外部に配設されたガス用ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７６と接続されている。
管路７５の上記構成から分かるように、ガス用ＭＦＣ７６から出力された各種ガスは、筺体１６の上部から入力し、各連結ブロック９内を伝搬し、各低圧電極１で分岐し、各低圧電極１内を伝搬する。そして、当該ガスは、バッファ部７５ａ内で充満した後、筺体１６内の電極セルの外周領域と接すること無く、噴出口７５ｂから各放電空間６へと供給される。
ここで、上記冷媒（温度調整された液体）の通る流路と当該管路７６とは、別個独立の経路である。
電極セルが配設されていない筺体１６内部の空間と接触すること無く、筺体１６外から放電空間６へと直接、原料ガスを供給する管路７５（７５a，７５ｂも含む）の内面（内壁）には、活性ガスに対して化学反応で腐食等が生じない不動態膜や化学反応性に強い、白金膜や金膜が形成されている。
なお、各流路および管路７５の気密性を担保するために、連結ブロック９と高圧冷却板５との接続部および連結ブロック９と低圧電極１との接続部には、Ｏリング等の気密手段が配設されている。
図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、筺体１６を備えている。当該筺体１６は、たとえばアルミニウム製またはＳＵＳ製である。そして、内部の気密性が担保された筺体１６の内部に、複数の電極セルが積層された状態で配置される。つまり、積層状態の各電極セルは、筺体１６の上下面および側面により覆われている。なお、筺体１６の側面部と各電極セルの側面部との間には、空間が存在する。また、筺体１６の底面部と各電極セルの最下部との間にも、空間が存在する。そして、図１に示すように、積層された電極セルは、締め付け部材８を用いて、筺体１６の上面に固着されている。
また、プラズマ発生装置１００は、図２で示した交流電源１７を備えており、図１に示すように、当該交流電源１７は、インバータ１７ａと高圧トランス１７ｂとから構成されている。
インバータ１７ａでは、入力される６０Ｈｚの交流電圧に対して、周波数変換処理実施し、１５ｋＨｚの交流電圧として、高圧トランス１７ｂに対して出力する。そして、当該高圧トランス１７ｂでは、入力される２００〜３００Ｖの交流電圧に対して、昇圧処理を実施し、数ｋＶ〜数十ｋＶの交流電圧を出力する。
高圧トランス１７ｂの一方端は、電気供給端子１５を介して、各高圧電極３に接続される。他方、高圧トランス１７ｂの他方端は、筺体１６に接続される。なお、筺体１６と高圧冷却板５と連結ブロック９と低圧電極１とは、電気的に接続されており、固定電位（接地電位）に設定されている。なお、図２の構成からも分かるように、高圧冷却板５と高圧電極３とは、絶縁板４により電気的に絶縁されている。
また、図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、ガス供給部２０、ガス用ＭＦＣ２４およびサブガス用ＭＦＣ２５を、備えている。さらに、上述したように、プラズマ発生装置１００は、ガス用ＭＦＣ７６も備えている。
本実施の形態では、ガス用ＭＦＣ７６からは、原料ガスとして活性ガスが出力される。ＣＶＤチャンバー２００内に載置された被処理材１８の成膜材料に応じて、オゾンガス、アンモニアガスまたは窒素酸化物ガスなどの活性ガスが、ガス用ＭＦＣ７６から、管路７５に向けて出力される。なお、当該活性ガスを不活性ガスと共に供給しても良い。
また、本実施の形態では、ガス用ＭＦＣ７６からは、原料ガスとして、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガス（高機能絶縁膜）を得るための金属前駆体（プリカーサ）ガスを出力されても良い。ハフニウムなどの金属を蒸気化してなる金属前駆体ガスが、ガス用ＭＦＣ７６から、管路７５に向けて出力されても良い。また、金属前駆体ガスを不活性ガスと共に供給しても良い。
ガス供給部２０は、筺体１６の側面に設けられている。当該ガス供給部２０は、筺体１６外部から当該筐体１６内に、所定のガスを供給する。具体的に、所定のガスは、ガス供給部２０を通って、電極セルの外周部（つまり、筺体１６内における積層状態の電極セルが配置されていない領域）へと供給される。
ガス用ＭＦＣ２４からは、原料ガスとして、窒素ガス、酸素ガスおよび不活性ガスが供給され、サブガス用ＭＦＣ２５からは、希ガス（ヘリウムガスやアルゴンガスなど）が供給される。図１に示すように、途中の管路において原料ガスと希ガスとが混合する。そして、原料ガスおよび希ガスは、ガス供給部２０に入力される。
ここで、ガス用ＭＦＣ２４は、放電空間６における反応のために、原料ガスを筺体１６内に供給しても良く、または、キャリアガスとして、当該所定のガスを筺体１６内に供給しても良い。
なお、本実施の形態では、ガス供給部２０は、原料ガスを希ガスと共に、筺体１６内に供給するが、原料ガスのみを筺体１６に供給する場合であっても良い。
また、図１に示すように、プラズマ発生装置１００は、自動圧力制御装置２６を備えている。上述したように、自動圧力制御装置２６は、図２で示した管路２２と接続されている。さらに、上述したように、環状の管路２２の外周側の側面部は、放電空間６と接続されている。当該構成により、管路２２を介して、自動圧力制御装置２６により、各放電空間６は、一定の圧力に保持されている。たとえば、当該自動圧力制御装置２６により、各放電空間６は、０．０３ＭＰａ（メガパスカル）〜０．３ＭＰａの圧力範囲内において、圧力が一定に保持されている。
さらに、本実施の形態では、プラズマ発生装置１００は、減圧装置２７を備えている。図１の構成では、減圧装置２７は、ＣＶＤチャンバー２００を介して、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａと接続されている。当該減圧装置２７は、たとえば真空ポンプを採用できる。当該構成により、減圧装置２７は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力を大気圧より低い圧力に減圧（たとえば、１〜５０００Ｐａ（パスカル））することができる。なお、図１の構成例では、上記の通り、減圧装置２７はＣＶＤチャンバー２００にも接続されているので、当該減圧装置２７により、当該ＣＶＤチャンバー２００内部の圧力も、たとえば１〜５０００Ｐａ程度に減圧される。
上記構成のプラズマ発生装置１００において、二つのガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃを介して、絶縁筒部２１の端部は、ＣＶＤチャンバー２００の上面（被処理材１８の処理面と対面する面）と接続される（図１参照）。つまり、ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃは、絶縁筒部２１の空洞部２１ＡとＣＶＤチャンバー２００内との繋手となる。当該構成から分かるように、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内のガス等は、ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃを介して、ＣＶＤチャンバー２００内に供給可能である（当該ガスの流れは、減圧装置２７の吸引力により、発生可能である）。
ＣＶＤチャンバー２００内部の反応室には、半導体ウェハーなどの被処理材１８が載置される。ＣＶＤチャンバー２００内で被処理材１８は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内から伝搬されたガスにより、晒される。これにより、被処理材１８の表面に、所望の高機能膜を成膜することができる。
また、ＣＶＤチャンバー２００の側面部には、排気ガス出力口３０が設けられており、当該排気ガス出力口３０は、さらに、減圧装置２７に接続されている。減圧装置２７は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内およびＣＶＤチャンバー２００内を減圧する。また、当該減圧の動作により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ→ガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃ内→ＣＶＤチャンバー２００内→排気ガス出力口３０→減圧装置２７という、ガスや粒子等の流れを発生させることもできる。
また、本発明に係るプラズマ発生装置１００は、図１に示すように、前駆体供給部２０１をさらに備えている。当該前駆体供給部２０１は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに接続され、筺体１６外から当該空洞部２１Ａ内に金属前駆体を供給する。前駆体供給部２０１は、供給管路２０１Ａとフランジ部２０１Ｂとから構成されている。
図１に示すように、絶縁筒部２１は、締め付け部材８を貫通し、さらに筺体１６の下面も貫通するように、配設されている。ここで、締め付け部材８と筺体１６の下面との間において、絶縁筒部２１は、筺体１６内の空間に露出するが、当該露出している絶縁筒部２１には、噴出孔２１ｘは穿設されていない。
上記のように、筺体１６の下面からは、絶縁筒部２１の端部側が露出している（つまり、筺体１６の外側の下面において、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａが臨んでいる）。フランジ部２０１Ｂは、当該空洞部２１Ａと接続するように、筺体１６の外側において当該筺体１６の下面に固着されている。
また当該フランジ部２０１Ｂの側面部には、供給管路２０１Ａが接続され、当該供給管路２０１Ａからは、金属前駆体ガスが供給される。供給管路２０１Ａから供給された金属前駆体ガスは、フランジ部２０１Ｂ内を介して、絶縁筒部２１の真空圧になった空洞部２１Ａに供給される。
また、図１に示すように、減圧装置２７および自動圧力制御装置２６は、排気ガス分解処理装置２８に接続されている。したがって、減圧装置２７および自動圧力制御装置２６から出力されたガス等は、排気ガス分解処理装置２８によって分解処理される。なお、当該分解処理されたガスは、処理ガス３０１として、排気ガス分解処理装置２８から排気される。
次に、プラズマ発生装置１００の動作を含む本実施の形態に係るＣＶＤ装置３００の動作について説明する。
図１において、ガス用ＭＦＣ７６から、活性ガスや金属前駆体ガスなどの原料ガスが供給される。当該供給された原料ガスは、管路７５に入力され、管路７５内を通って、各放電空間６へと直接供給される（つまり、筺体１６内の放電空間６以外の空間と接すること無く、放電空間６へと原料ガスは供給される）。
また、ガス用ＭＦＣ２４からは、放電空間６における反応に寄与する原料ガスまたはキャリアガスとして機能するガスなどが供給され、サブガス用ＭＦＣ２５からは、希ガスが供給される。当該供給された原料ガス等および希ガスは、ガス供給部２０に入力する前に、合流し混合される。そして、当該混合されたガスは、ガス供給部２０から、プラズマ発生装置１００の筺体１６内部（つまり、筺体１６内における積層状態の電極セルが配置されていない領域）へと供給される。
そして、当該供給された混合されたガスは、当該筺体１６内に充満する。当該筺体１６内に充満した混合されたガスは、平面視外形が円形である電極セルの外周方向から、各電極セルに形成された各放電空間６内に侵入する。
一方、図２に示すように、各電極セルにおいて、高圧電極３と低圧電極１との間には、交流電源１７による高周波の交流電圧が印加されている。電極１，３に対する当該交流電圧の印加により、各電極セルにおける各放電空間６内に、大気圧付近の一定圧力下で、高周波プラズマから成る誘電体バリア放電（無声放電）が均一に発生する。
誘電体バリア放電が発生している各放電空間６において、上記のように、原料ガスなどが供給される。すると、当該誘電体バリア放電により、各放電空間６内において供給原料ガスの放電解離反応が起こる。
たとえば、原料ガスとして、オゾンガス、アンモニアガスや窒素酸化物ガスなどの活性ガスが、管路７５を介して供給され、原料ガスとして、酸素や窒素などの不活性ガスが、ガス供給部２０を介して供給されたとする。
この場合には、放電空間６内における誘電体バリア放電により、供給された酸素や窒素などの不活性ガスやオゾンやアンモニアガス等の活性ガスから放電によって解離された、多量で高濃度のプラズマ励起ガスが生成される。なお、管路７５を介して原料ガスとして活性ガスが供給されている場合には、酸素や窒素などの不活性ガスを供給する場合よりも、放電によってプラズマ励起ガスに解離されやすく、結果として、多量で高濃度のプラズマ励起ガスが発生される。よって、当該高濃度で多量のプラズマ励起ガスを、被処理材１８に出力できる。
この場合には、放電空間６内における誘電体バリア放電により、供給された不活性ガスからプラズマ励起ガスが生成される。なお、管路７５を介して原料ガスとして活性ガスが供給されているので、被処理材１８に高濃度の活性ガスを晒すことができる。
さて、自動圧力制御装置２６により、各放電空間６は一定の圧力Ｐａに保持されており、他方で、真空ポンプ等の減圧装置２７により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力Ｐｂは、放電空間６内の圧力Ｐａよりも小さく設定されている（Ｐａ＞Ｐｂ）。
例えば、放電空間６内の圧力Ｐａを大気圧（１００ｋＰａ）付近とし、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力Ｐｂを４０ｋＰａ（約３００Ｔｏｒｒ）以下の真空圧力に設定している。
このように、減圧装置２７により空洞部２１Ａ内の圧力Ｐｂが大気圧より低く減圧されているので、各放電空間６と、絶縁筒部２１の微細な噴出孔２１ｘを介して空洞部２１Ａとの間に、圧力差（Ｐａ−Ｐｂ）が発生する。よって、噴出孔２１ｘからは、当該圧力差に起因して、放電空間６から空洞部２１Ａへガスの噴出する流れを発生させることができる。
したがって、厚みの薄い絶縁筒部２１の壁に微細な噴出孔２１ｘを設け、上記圧力差（Ｐａ−Ｐｂ）を設ける構成を採用することより、各放電空間６で生成されたプラズマ励起ガスなどは、プラズマ励起ガスが通過する噴出孔２１ｘの壁面と、プラズマ励起ガスとの接触時間は非常に短くでき、噴出孔２１ｘにおけるガスとの接触面積を極小に出来る。
また、ノズル状の噴出孔２１ｘにおいて、断熱膨張効果を利用して、プラズマ励起ガスを空洞部２１Ａに噴出させている。したがって、噴出孔２１ｘの内壁とプラズマ励起ガスとの衝突による減衰量や、発熱による減衰量を極力抑制でき、当該減衰量が抑制されたプラズマ励起ガスは、高速に空洞部２１Ａへと導ける。
つまり、平面視外形が円形である電極セルの放電空間６内に供給された各ガスは、当該電極セルの中心部へ向かって逆放射状に進み、当該進む間に誘電体バリア放電に晒され、プラズマ励起ガスが生成され、当該生成されたプラズマ励起ガスは、減衰量を極力抑制した状態で、電極セルの中心部である絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に噴出される（合流する）。そして、空洞部２１Ａ内において、当該プラズマ励起ガスは合流する。
一方、本発明に係るプラズマ装置１００では、前駆体供給部２０１を介して、筺体１６外から絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに、金属前駆体ガスが供給される。
このように、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａでは、絶縁筒部２１の噴出孔２１ｘから噴出されたプラズマ励起ガスと、前駆体供給部２０１から供給された金属前駆体ガスとが接触する。プラズマ励起ガスが金属前駆体ガスに接触することにより、空洞部２１Ａにおいて、金属前駆体ガスから金属原子が解離される。さらに、当該空洞部２１Ａにおいて、当該解離した金属原子とプラズマ励起ガスとが化学反応を起こし、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスが効率良く、多量に生成される。
なお、前駆体供給部２０１から供給される金属前駆体ガスの種類を変更することにより、種々の金属前駆体ガスが金属粒子ガスに解離され、当該金属粒子ガスとプラズマ励起ガスとの化学反応で、金属粒子ガス自身が酸化や窒化等の金属機能物質粒子に改質される。当該金属機能物質粒子ガスは、空洞部２１Ａ内を移動する。
当該空洞部２１Ａで生成された各金属機能物質粒子ガスは、減圧装置２７による吸引力により、空洞部２１Ａおよびガス出力フランジ１４ｂ，１４ｃ内を通って、ＣＶＤチャンバー２００内へと放出される。
上記のように、ＣＶＤチャンバー２００内には、被処理材１８が載置されている。したがって、当該被処理材１８に対して生成された金属機能物質粒子ガスが晒され、当該被処理材１８に対して、種々の金属機能物質粒子の酸化または窒化などの膜が成膜される。そして、当該成膜した膜に対して熱処理を行うことで、微細な結晶成長が起こり、高機能絶縁膜が得られる。
上記までの記載から分かるように、プラズマ発生装置１００とＣＶＤチャンバー２００との組み合わせにより、多量の金属機能物質粒子ガスの生成が非常に有効に実施される、リモートプラズマ型成膜処理装置（リモートプラズマ型ＣＶＤ装置）が構成されている。
次に、本実施の形態に係る発明の効果を説明する。
本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、上述した構成により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａで、絶縁筒部２１の噴出孔２１ｘから噴出されたプラズマ励起ガスと、前駆体供給部２０１から供給された金属前駆体ガスとを接触させている。そして、金属前駆体ガスから金属粒子への解離促進と金属粒子自身の酸化や窒化等の改質促進とを、図っている。
プラズマ励起ガスが金属前駆体ガスに接触することにより、空洞部２１Ａにおいて、金属前駆体ガスから金属粒子への解離が促進される。さらに、当該空洞部２１Ａにおいて、当該解離した金属粒子とプラズマ励起ガスとが化学反応を起こす。これにより、空洞部２１Ａにおいて、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスを効率良く、かつ多量に生成することができる。
さらに、ＣＶＤチャンバー２００でなく、プラズマ励起ガスの生成側であるプラズマ発生装置１００側において、金属前駆体ガスとプラズマ励起ガスとを反応させている。したがって、より高濃度のプラズマ励起ガスが金属前駆体ガスと反応できるため、金属機能物質粒子ガスをより効率良く、かつより多量に生成することができる。この金属機能物質粒子ガスは、効率よく、ＣＶＤチャンバー２００に導かれる。
また、ＣＶＤチャンバー２００には、プラズマ発生装置１００側で既に生成された金属機能物質ガスが供給される。したがって、ＣＶＤチャンバー２００内に直接金属前駆体ガスを供給し、当該ＣＶＤチャンバー２００内で、金属前駆体ガスとプラズマ励起ガスとを反応させて、金属機能物質ガスを生成させる場合よりも、既に生成された金属機能物質ガスをＣＶＤチャンバー２００に供給する本実施の形態に係る発明の方が、被処理材１８における成膜速度を向上や良質な成膜を得ることができる。
なお、ＣＶＤチャンバー２００には直接、金属前駆体ガスを供給しないので、ＣＶＤチャンバー２００側における構造や操作条件をコントロールするシーケンスの複雑化も防止することができる。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、絶縁筒部２１内に直接、金属前駆体ガスを供給することで、金属前駆体ガスが放電空間６を通過することがなくなる。これにより、上記構成のプラズマ発生装置１００では、放電空間６おいて、金属前駆体ガスがプラズマに晒されることも防止できる。つまり、当該プラズマ発生装置１００では、プラズマにより金属前駆体ガスの性質が損なわれることを防止することができる。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、放電空間６と空洞部２１Ａとの間で圧力差ΔＰ（＝Ｐａ−Ｐｂ）を発生させている。したがって、当該圧力差ΔＰにより、電極セルの中心領域に存在する絶縁筒部２１の真空状態となっている空洞部２１Ａ内に、生成したプラズマ励起ガスを、噴出口２１ｘから高速度で噴出させることが可能となる。
したがって、放電空間６から空洞部２１Ａに至るまでの間に、当該プラズマ励起ガス同士の衝突を抑制し、かつ、壁等に当該プラズマ励起ガスが衝突することも抑制できる。よって、プラズマ励起ガスの各種衝突による減衰量を抑制することができ、より効率良く当該空洞部２１Ａ内にプラズマ励起ガスを取り出すことができる。これにより、当該プラズマ励起ガスと、絶縁筒部２１内に供給している金属前駆体ガスとを、効率良く接触させることができる。
また、本実施の形態に係る発明では、減圧装置２７により、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内の圧力を、４０ｋＰａ（３００Ｔｏｒｒ）以下の真空状態に設定できる。したがって、当該真空状態となった当該空洞部２１Ａ内に噴出されたプラズマ励起ガスは、当該プラズマ励起ガス同士の衝突を抑制しつつ、当該空洞部２１Ａ内に供給されている金属前駆体ガスと衝突する。当該衝突により、化学反応等が生じ、金属前駆体ガスが金属機能物質ガスとなる。そして、当該金属機能物質ガスは、ＣＶＤチャンバー２００内に供給される。よって、プラズマ励起ガス同士の衝突による減衰量を少なくでき、プラズマ励起ガスを高濃度および大流量に維持することができる。したがって、プラズマ励起ガスを金属機能物質ガスに、有効的に接触させることができる。
また、本実施の形態に係る発明では、電極セルにおいて、大気圧放電である誘電体バリア放電を利用して、プラズマ励起ガスを生成している。なお、生成したプラズマ励起ガスを、上記圧力差ΔＰにより、放電空間６から噴出孔２１ｘを介して、真空状態である空洞部２１Ａ内に放出させることができる。
また、上記から分かるように、本実施の形態に係る発明では、プラズマ発生装置１００の筺体１６内の放電空間において、大気圧状態での放電が実現されている。これにより、本実施の形態に係る発明は、簡易な構成であるプラズマ発生装置１００で、多量で高濃度のプラズマ励起ガスを生成することができる。また、生成されたプラズマ励起ガスは、真空状態である空洞部２１Ａ中に、各種衝突等による減数量を抑制した状態で、噴出される。
また、本実施の形態では、絶縁筒部２１には、小さな噴出孔２１ｘが穿設されている。したがって、放電空間６で発生した荷電粒子を、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に侵入することを抑制できる。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、電極セルが配設されていない筺体１６内部の空間と接続すること無く、当該筺体１６外から各放電空間６へと直接、原料ガスを供給する管路７５を、備えている。
したがって、当該管路７５を介して、放電空間６以外の筺体１６内の空間と接すること無く、各放電空間６内に、直接、原料ガスを供給することができる。そのため、当該管路７５に、ガス供給部２０から不活性ガス等とは別に、活性ガスや金属前駆体ガスなども原料ガスとして放電空間６に供給することができる。
通常、原料ガスとして、活性ガスや金属前駆体ガスを用いると、誘電体バリア放電によって、有効なプラズマ励起ガスを多量に生成することができる。しかし一方で、装置内の放電部以外の周辺部品を腐食劣化等させたり、金属前駆体粒子が堆積したりして、装置の寿命が短くなる。
そこで、本実施の形態のように、当該管路７５を介して、放電空間６以外の筺体１６内の空間と接すること無く、各放電空間６内に、直接、原料ガスを供給する。これにより、活性ガスが電極セル等の部品と接することを防止でき、当該活性ガスによる装置内の周辺部品部の腐食劣化等を防止できる。また、金属前駆体ガスは、放電空間６に直接供給されるので、当該放電空間６以外の筺体１６内の空間に、当該金属前駆体ガスに起因した堆積物が発生することも防止できる。つまり、装置の長寿化が可能となる。
以上により、本発明に係るプラズマ装置１００では、上記腐食や堆積物等の不具合が生じない。よって、誘電体バリア放電に対して、活性ガスや金属前駆体ガスを原料ガスとして供給することが可能となり、プラズマ励起ガスを多量に生成することができる。
なお、活性化ガスが供給される管路７５（７５ａ，７５ｂも含む）が腐食しないように、管路７５（７５ａ，７５ｂも含む）の内壁を、耐腐食性の不動態膜処理をすることが望ましい。また、管路７５（７５ａ，７５ｂも含む）内において金属前駆体ガスが結露しないように、当該管路７５（７５ａ，７５ｂも含む）内の温度を調整保持する温度調整部を備えることが、望ましい。たとえば、連結ブロック９内および低圧電極１内に、温度調整された液体が流れる流路を設ける。
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、原料ガスからプラズマ励起ガスを生成するプラズマ発生装置１００と、当該生成したプラズマ励起ガスを用いて被処理材１８に対して成膜処理を行うＣＶＤチャンバー２００とは、別個独立の装置である。
このように、プラズマ発生源と成膜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や電子等の荷電粒子が、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。よって、多量でかつ高濃度のプラズマ励起ガスのみ、もしくは窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスを、被処理材１８に接触させることができる。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効率よく、成膜ができる。さらに、ＣＶＤチャンバー２００では、多量でかつ高濃度のプラズマ励起ガスのみもしくは窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスを供給することで、プラズマＣＶＤ処理が実施される。よって、被処理材１８に対する成膜時間の短縮化を、図ることもできる。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００は、各放電空間６は、絶縁筒部２１と各放電空間６の出口側端部との間に存在する管路２２を介して、自動圧力制御装置２６に接続されている。さらに、各放電空間６の圧力は、大気圧付近で一定に制御されている。
したがって、プラズマ発生装置１００は、各放電空間６の圧力を、容易に一定値に管理。保持することができる。このように、プラズマ発生装置１００は、放電空間６の圧力を所望圧力に管理出来る構成であるため、生成されるプラズマ励起ガスの発生性能が最適になるように、容易に管理・設定・維持することができる。また、プラズマ発生装置１００では、各放電空間６内の圧力を一定にした状態で、誘電体バリア放電を発生させることができる。よって、各放電空間６において、励起準位が揃ったプラズマ励起ガスが生成される。これにより、ＣＶＤチャンバー２００内の被処理材１８において、より良質な高機能膜が成膜される。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、低圧電極１内には、温度調整された一定温度の冷媒が流れる流路が形成されている。
したがって、誘電体バリア放電により電極セルで発生した熱を、当該冷媒を介して放熱することができ、低圧電極１自身を一定温度に容易に管理・保持できる。さらに、当該低圧電極１が一定温度に保持されることに起因して、各放電空間６内における温度も、一定温度に容易に管理・保持することが可能となる。たとえば、各放電空間６内の温度は、プラズマ励起ガスの発生性能が最適になるように、管理・設定される。また、プラズマ発生装置１００では、各放電空間６内の温度を一定にした状態で、誘電体バリア放電を発生させることができる。よって、各放電空間６において、励起準位が揃ったプラズマ励起ガスが生成される。これにより、ＣＶＤチャンバー２００内の被処理材１８において、より良質な高機能膜が成膜される。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、ガス用ＭＦＣ２４のみならず、希ガスを出力するサブガス用ＭＦＣ２５をも備えている。そして、ガス供給部２０から筺体１６内に、原料ガスと希ガスとを混合して供給している。
したがって、原料ガスとして種々の混合ガスを採用したとしても、誘電体バリア放電によるプラズマ励起ガスを効率良く生成できる効果があり、より多岐の金属機能物質粒子ガスを得ることが容易となる。また、希ガスも放電空間６を介して、真空圧の空洞部２１Ａに誘導される。したがって、空洞部２１Ａへと噴出したプラズマ励起ガスの移動経路において、プラズマ励起ガス同士の衝突による活性種の減衰が、希ガスによって抑制される。よって、プラズマ励起ガスの濃度・ガス流量が高められる。つまり、絶縁筒部２１内に、プラズマ励起ガスを効率的に取り出すことができる。
また、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、電極セルは複数であり、各電極セルは、対面方向に積層している。そして、当該電極セルの積層により、当該電極セルの中心領域に、積層方向に延設した上記貫通連孔が構成されている。また、当該貫通連孔内には、当該積層方向に延請した上記絶縁筒部２１が配置されている。
したがって、複数の電極セルからプラズマ励起ガスを生成させることができ、当該生成したプラズマ励起ガスを、絶縁筒部２１内の空洞部２１Ａで合流させることができる。よって、当該空洞部２１Ａにおいて、大流量のプラズマ励起ガスを取り出すことができる。なお、電極セルは図１，２の上下方向に積層されているので、プラズマ発生装置１００の占有面積を増大させることなく、プラズマ励起ガスの生成量を大幅に増大させることができる。
なお、絶縁筒部２１の端部側において、シャワープレートを配設しても良い。より具体的には、ＣＶＤチャンバー２００側に接続される、図１に示すガス出力フランジ１４ｃとして、図３の拡大斜視図に示す構成のものを採用しても良い。
図３に示すように、ガス出力フランジ１４ｃは、シャワープレート１４Ｓが設けられている。ここで、当該シャワープレート１４Ｓには、複数の噴出孔１４ｔが穿設されている。
プラズマ発生装置１００で発生した金属機能物質粒子ガスは、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに噴出され、当該空洞部２１Ａおよびプラズマ発生装置１００側のガス出力フランジ１４ｂを通って、ＣＶＤチャンバー２００側のガス出力フランジ１４ｃに到達する。
一方、当該ガス出力フランジ１４ｃ内には、シャワープレート１４Ｓに隣接して、大容量のバッファ室が設けられている。つまり、図３において、バッファ室の上面がシャワープレート１４Ｓとなる。
当該ガス出力フランジ１４ｃに到達した金属機能物質粒子ガスは、当該ガス出力フランジ１４ｃ内において一旦、大容量の当該バッファ室に充満する。そして、当該バッファ室から、シャワープレート１４Ｓに設けられた複数の噴出孔１４ｔを介して、金属機能物質粒子ガスは、ＣＶＤチャンバー２００内に供給される。
図３に示す構成のガス出力フランジ１４ｃを採用することにより、シャワープレート１４Ｓの各噴出孔１４ｔからＣＶＤチャンバー２００内へ、均一に、金属機能物質粒子ガスを供給できる。したがって、ＣＶＤチャンバー２００内に大面積の被処理材１８を載置したとしても、当該大面積の被処理材１８の表面に対して、均一に、金属機能物質粒子ガスを晒す（噴出する）ことができる。当該均一な金属機能物質粒子ガスの噴出により、大面積の被処理材１８の表面には、均一で良質な高機能絶縁膜が成膜される。
なお、上記説明では、前駆体供給部２０１は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに、金属前駆体ガスを供給していた。しかしながら、前駆体供給部２０１は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに、金属前駆体ガスに加えて、窒素または酸素系の活性化ガス（酸素および窒素の少なくとも何れかの元素を含む活性ガスと把握できる）を供給しても良い。供給管路２０１Ａから供給された、金属前駆体ガスおよび活性化ガスは、フランジ部２０１Ｂ内を介して、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに供給される。
このように、前駆体供給部２０１が絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに活性化ガスをも供給する。これにより、上述した、空洞部２１Ａ内における金属前駆体ガスからの金属粒子の解離および空洞内２１内における解離された金属粒子とプラズマ励起ガスとの化学反応が、促進される。これにより、空洞部２１Ａにおいて、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスをより効率良く、かつより多量に生成することができる。
＜実施の形態２＞
本実施の形態に係るＣＶＤ装置３００の構成を、図４の断面図に示す。また、図４に示す絶縁筒部２１内部の構成を、図５の拡大断面図に示す。ここで、図５に示す構成では、図面簡略化のために、絶縁筒部２１の周囲の構成（各電極１，３、誘電体２ａ，２ｂ、放電空間６、絶縁体１ａ，３ａ，５ａ、高圧冷却板５、絶縁板４等の構成）は、図示を省略している。
図４，５に示すように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置は、金属触媒フィラメント２３を備えている。当該金属触媒フィラメント２３は、真空圧にした絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに配設されている。つまり、金属触媒フィラメント２３の側面は、所定の空間だけ離れて絶縁筒部２１により囲繞されている。
さらに、図４に示すように、当該金属触媒フィラメント２３には、加熱ヒータ２１０が接続されている。ここで、金属触媒フィラメント２３は、高融点金属フィラメントであり、たとえばタングステンフィラメント、モリブデンおよびジルコニウムなどが採用できる。
なお、金属触媒フィラメント２３は、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａの延設方向に沿って配設されている。また、金属触媒フィラメント２３は、図１に示すように、電極セルの積層方向において、空洞部２１Ａのほぼ全域に渡って配設されており、全ての噴出孔２１ｘの開口面には、当該金属触媒フィラメント２３が対面している。
加熱ヒータ２１０により、金属触媒フィラメント２３に所定の電流を流すと、当該金属触媒フィラメント２３の表面は、たとえば１２００℃程度まで加熱される。当該加熱状態の金属触媒フィラメント２３が配設されている空洞部２１Ａ内に、実施の形態１で説明したように、放電空間６からプラズマ励起ガスを供給し、かつ、前駆体供給部２０１から金属前駆体ガスを供給する。
以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、プラズマ励起ガスおよび金属前駆体ガスが供給される絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に、金属触媒フィラメント２３が配設されている。
したがって、金属触媒フィラメント２３の表面を高温加熱することで、当該金属触媒フィラメント２３表面と接する金属前駆体ガスが、触媒化学反応を起こす。これにより、上述した、空洞部２１Ａ内における金属前駆体ガスからの金属粒子の解離が促進される。この解離した金属粒子とプラズマ発生装置１００で生成したプラズマ励起ガスとの接触により、空洞部２１Ａにおいて金属粒子の化学反応が促進され、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスをより効率良く、かつより多量に生成することができる。
＜実施の形態３＞
本実施の形態に係るプラズマ発生装置の拡大断面図を、図６示す。図６には、絶縁筒部２１内部の構成が示されている。ここで、図５と同様に、図６に示す構成では、図面簡略化のために、絶縁筒部２１の周囲の構成（各電極１，３、誘電体２ａ，２ｂ、放電空間６、絶縁体１ａ，３ａ，５ａ、高圧冷却板５、絶縁板４等の構成）は、図示を省略している。
図５，６の比較から分かるように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置は、金属触媒フィラメント２３に加えて、紫外線ランプ４１も備えている。当該紫外線ランプ４１も、絶縁筒部２１の空洞部２１Ａに配設されている。つまり、紫外線ランプ４１の側面は、所定の空間だけ離れて絶縁筒部２１により囲繞されている。ここで、当該紫外線ランプ４１は、波長が４００ｎｍ以下である紫外線を発する。
加熱ヒータ２１０により、金属触媒フィラメント２３に所定の電流を流すと、当該金属触媒フィラメント２３の表面は加熱される。他方、紫外線ランプ４１から特定波長光を発光させる。当該加熱状態の金属触媒フィラメント２３および当該発光状態の紫外線ランプ４１が配設されている、空洞部２１Ａ内に、実施の形態１で説明したように、放電空間６からプラズマ励起ガスを供給し、かつ、前駆体供給部２０１から金属前駆体ガスを供給する。
以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１００では、プラズマ励起ガスおよび金属前駆体ガスが供給される絶縁筒部２１の空洞部２１Ａ内に、金属触媒フィラメント２３に加えて、紫外線ランプ４１も配設されている。
したがって、加熱状態の金属触媒フィラメント２３表面と接する金属前駆体ガスは、温度触媒化学反応に加えて、光触媒化学反応も起こす。このように、光触媒化学反応も利用できるため、金属触媒フィラメント２３の加熱温度（たとえば８００℃程度）を低く抑えつつ、空洞部２１Ａ内における金属前駆体ガスからの金属原子の解離が促進される。したがって、空洞部２１Ａにおいて、窒化や酸化等の金属機能物質粒子ガスをより効率良く、かつより多量に生成することができる。
なお、絶縁筒部２１の側面部全面には、反射面が形成されていることが望ましい。ここで、当該反射面は、紫外線ランプ４１から出射された紫外線を、当該絶縁筒部２１内で乱反射させることができる鏡面である。ここで、当該反射面は、金、白金およびアルミニウムなどの薄膜を、絶縁筒部２１の内側全面に塗布・蒸着・印刷等させることにより、形成できる。
このように、絶縁筒部２１に反射面を形成することにより、空洞部２１Ａ内全体に、紫外線ランプ４１から出射された紫外線が均一に伝搬する。よって、空洞部２１Ａ内において、均一に上記光触媒化学反応を利用することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１ 低圧電極
１ａ，３ａ，５ａ 絶縁体
２ａ，２ｂ 誘電体
３ 高圧電極
４ 絶縁板
５ 高圧冷却板
６ 放電空間
８ 締め付け板
９ 連結ブロック
ＰＨ 貫通口
１４ｂ，１４ｃ ガス出力フランジ
１４Ｓ シャワープレート
１４ｔ 噴出孔
１５ 電気供給端子
１６ 筺体
１７ 交流電源
１７ａ インバータ
１７ｂ 高圧トランス
１８ 被処理材
２０ ガス供給部
２１ 絶縁筒部
２１Ａ 空洞部
２１ｘ 噴出孔
２２ 管路
２３ 金属触媒フィラメント
２４，７６ ガス用ＭＦＣ
２５ サブガス用ＭＦＣ
２６ 自動圧力制御装置
２７ 減圧装置
２８ 排気ガス分解処理装置
３０ 排気ガス出力口
４１ 紫外線ランプ
７５ 管路
７５ａ バッファ部
７５ｂ 噴出口
１００ プラズマ発生装置
２００ ＣＶＤチャンバー
２０１ 前駆体供給部
２０１Ａ 供給管路
２０１Ｂ フランジ部
２１０ 加熱ヒータ
３００ ＣＶＤ装置

Claims (12)

  1. 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、
    誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、
    前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、
    平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、
    有しており、
    円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、
    前記絶縁筒部の空洞部に接続される、金属前駆体を供給する前駆体供給部とを、
    さらに備えている、
    ことを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 前記絶縁筒部の前記空洞部に配設される金属触媒フィラメントと、
    前記金属触媒フィラメントを加熱する加熱ヒータとを、さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
  3. 前記絶縁筒部の前記空洞部に配設される紫外線ランプを、
    さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  4. 前記絶縁筒部には、
    前記紫外線ランプから出射された紫外線を、当該絶縁筒部内で乱反射させる反射面が、形成されている、
    ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ発生装置。
  5. 前記放電空間の圧力を一定に保つ圧力制御装置を、
    さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  6. 前記第二の電極内には、
    冷媒が流れる流路が形成されている、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  7. 前記原料ガス供給部は、
    前記原料ガスを希ガスと共に、供給する、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  8. 前記前駆体供給部は、
    前記絶縁筒部の前記空洞部に、酸素および窒素の少なくとも何れかの元素を含む活性ガスも供給する、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  9. 前記電極セルは、
    複数であり、
    各電極セルは、
    前記対面方向に積層している、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  10. 前記絶縁筒部の端部側に配設されるシャワープレートを、
    さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ発生装置。
  11. プラズマ発生装置と、
    前記プラズマ装置に接続されるＣＶＤチャンバーとを、
    備えており、
    前記プラズマ発生装置は、
    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、
    誘電体バリア放電が発生する放電空間を形成するように、前記第一の電極と対面している第二の電極と、
    前記放電空間に面する前記第一の電極の主面および前記放電空間に面する前記第二の電極の主面の少なくとも何れか一方に配置される誘電体と、
    平面視において中央部に形成され、前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する対面方向に貫通している貫通口とを、
    有しており、
    円筒形状であり、前記貫通口の内部に配設されており、当該円筒形状の側面部に、前記放電空間に面する噴出孔を有する、絶縁筒部と、
    前記絶縁筒部の空洞部に接続される、金属前駆体を供給する前駆体供給部とを、
    さらに備えており、
    前記ＣＶＤチャンバーは、
    前記絶縁筒部の端部側に接続されている、
    ことを特徴とするＣＶＤ装置。
  12. 前記プラズマ発生装置は、
    前記絶縁筒部の前記空洞部に配設される金属フィラメントと、
    前記金属触媒フィラメントを加熱する加熱ヒータとを、
    さらに備えている、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のＣＶＤ装置。
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