JP6651652B2 - 活性ガス生成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、２つの電極を平行に設置して、両電極間に高電圧を印加し、放電を発生させたエネルギーで活性ガスを得る活性ガス生成装置に関する。
２つの電極を平行に設置して、両電極間に高電圧を印加し、両電極間の放電空間に放電現象を発生させたエネルギーで活性ガスを得る活性ガス生成装置は、一方の電極に交流の高電圧が印加され、他方の電極は接地レベル等の基準電圧に設定されるのが一般的である。
このような活性ガス生成装置は、高電圧の給電部となる一方の電極には数ｋＶｒｍｓ(Root Mean Square)の高電圧を印加している。また、一対の電極間に形成される放電空間以外の空間においては、そこに存在するガスが絶縁破壊しないよう給電部／接地部（他方の電極及びそれに電気的に接続される部品箇所）との距離は十分離している。しかしながら、ミクロ的な視点において給電部の金属部品の形状や表面状態によって周辺ガス層の絶縁破壊を引き起こすに足る電界強度の集中はどうしても避けられない。
そして、放電空間以外で絶縁破壊が発生した場合、近傍部品の構成元素の蒸発を招く現象が生じ、近傍部品が金属製の場合、上記現象が半導体成膜工程においてはメタルコンタミネーションの要因となってしまう。
このようなメタルコンタミネーションを考慮した活性ガス生成装置として例えば特許文献１で開示されたプラズマ発生装置や特許文献２で開示されたプラズマ処理装置がある。
特許文献１で開示されたプラズマ発生装置は、対向した高圧側電極構成部／接地側電極構成部間に設けた放電部で誘電体バリア放電を行い、そこに原料ガスを通すことで活性ガスを生成する装置である。この装置は、放電部と交流電圧印加部とが分離されておらず、同一空間に存在しており、原料ガスは交流電圧印加部を通過した後に放電空間へと供給され、最終的には処理チャンバーへと供給される。
特許文献２で開示されたプラズマ処理装置は、対向する電極構成部の外縁部に絶縁体を挿入・密閉する構造が用いられている。このような構造にすることにより、放電部から電極構成部が設置されている筺体（接地極を含む）への異常放電を抑制することを意図している。
特許第５６９４５４３号公報 特許第５３２８６８５号公報（図１０）
しかしながら、特許文献１で開示されたプラズマ発生装置では、原料ガスの絶縁破壊による放電は必ずしも放電部でのみ発生する訳では無い。巨視的観点からは、絶縁距離を十分取ることで放電部以外での不要な放電を抑制するよう設計している。不要な放電として、例えば、交流電圧を印加している高圧側電極構成部の金属電極と電極構成部を収納している金属筺体間での異常放電が考えられる。
しかしながら、微視的観点にたつと交流電圧を印加する電流導入端子やそれに接続される金属部品等の表面には必ず凹凸が形成されており、その凸部周辺では場所によっては強電界領域が形成され、その結果ガスの絶縁破壊、すなわち異常放電が発生するという可能性を“０”をすることは非常に困難である。
したがって、特許文献１で開示されたプラズマ発生装置は、上述した絶縁破壊によって近傍に設置されている部品構成元素の蒸発を誘発し、それが原料ガスに混入して放電部・処理チャンバーへと供給されることで半導体のメタルコンタミネーションとなってしまう問題点があった。
また、特許文献２で開示されたプラズマ処理装置においても、異常放電が発生してしまった際のメタルコンタミネーション混入防止処置としては不十分である。なぜなら、放電部と交流電圧印加部は依然として同一空間内に存在しており、交流電圧印加部を経由した原料ガスが放電部へと進むことで活性ガスを生成する構造には変わりはないからである。すなわち、特許文献２で開示されたプラズマ処理装置は、特許文献１で開示されたプラズマ発生装置と同様にメタルコンタミネーションの発生が回避できないため、その分、生成する活性ガスの品質を劣化してしまう問題点があった。
本発明では、上記のような問題点を解決し、良質な活性ガスを生成することができる活性ガス生成装置を提供することを目的とする。
この発明の係る活性ガス生成装置は、第１の電極構成部と前記第１の電極構成部の下方に設けられる第２の電極構成部とを有する活性ガス生成用電極群と、前記第１及び第２の電極構成部に前記第１の電極構成部が高電圧となるように交流電圧を印加する交流電源部とを備え、前記交流電源部による前記交流電圧の印加により、前記第１及び第２の電極構成部間に放電空間が形成され、前記放電空間に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスが前記第２の電極構成部に設けられたガス噴出口から噴出され、前記第１の電極構成部との間に前記放電空間と分離して交流電圧印加空間を形成するように設けられる第１の補助部材と、非金属材料で構成され、前記活性ガス生成用電極群を前記第２の電極構成部側から支持する第２の補助部材とを備え、前記第２の補助部材は前記ガス噴出口から噴出される活性ガスを通過させる補助部材用ガス排出口を有し、前記活性ガス生成用電極群及び前記第２の補助部材の全てと、前記第１の補助部材の少なくとも一部を収容する金属製の筐体をさらに備え、前記筐体は補助部材用ガス排出口を通過する活性ガスを外部に排出する筐体用ガス排出口を有し、前記筐体と前記第１及び第２の補助部材との間に前記放電空間と分離した筐体接触空間が設けられ、前記第１の補助部材は、前記交流電圧印加空間及び前記筐体接触空間それぞれと独立して、外部から供給される原料ガスを前記放電空間に導く、原料ガス供給経路用の原料ガス流路を有することにより、前記放電空間と前記交流電圧印加空間とのガスの流れを分離し、かつ、前記放電空間と前記筐体接触空間とのガスの流れを分離する。
請求項１記載の本願発明である活性ガス生成装置において、交流電圧印加空間は放電空間から分離して設けられており、第１の補助部材は、交流電圧印加空間と独立して、外部から供給される原料ガスを前記放電空間に導く、原料ガス供給経路用の原料ガス流路を有することにより、放電空間と交流電圧印加空間とのガスの流れを分離している。
このため、交流電圧印加空間で異常放電が発生した場合に生成される、第１の電極構成部の構成材料等の蒸発物質が、直接あるいは原料ガス供給経路を経由して放電空間に混入される第１の混入現象を確実に回避することができる。
加えて、請求項１記載の本願発明において、筐体接触空間は放電空間から分離して設けられており、第１の補助部材は、筐体接触空間と独立して、原料ガス供給経路用の原料ガス流路を有することにより、放電空間と筐体接触空間とのガスの流れを分離している。
このため、筐体接触空間で生成された蒸発物質が放電空間に混入する第２の混入現象も確実に回避することができる。
その結果、請求項１記載の本願発明である活性ガス生成装置は、上述した第１及び第２の混入現象を確実に回避して、良質な活性ガスを外部に排出することができる効果を奏する。
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。
この発明の実施の形態１である活性ガス生成装置の断面構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態１の活性ガス生成装置の主要構成部を分解した状態で示す説明図である。 この発明の実施の形態２である活性ガス生成装置の断面構造を模式的に示す説明図である。 従来の活性ガス生成装置の一般的な構造を模式的に示す説明図である。
＜活性ガス生成装置の概略＞
以下での述べる実施の形態１〜実施の形態３で共通する活性ガス生成装置の特徴箇所について説明する。高圧側電極構成部及び接地側電極構成部をギャップ長だけ離して対向的に一対配置することにより、誘電体バリア放電の活性ガス生成用電極群としている。活性ガス生成用電極群において、高圧側電極構成部及び接地側電極構成部間に形成される空間が放電空間となる。
この活性ガス生成用電極群は金属製の筺体内に収納されており、活性ガス生成用電極群及び筐体を含む活性ガス生成装置はシリコンウェハーを成膜処理する処理チャンバーの直上に設置されている。活性ガス生成用電極群の誘電体電極表面の一部には金属電極がメタライズ処理されており、それによって誘電体電極と金属電極は一体形成されている。メタライズ処理は印刷焼成方法やスパッタリング処理、蒸着処理等を用いて形成されている。
金属電極部には高周波電源が接続されている。接地側電極構成部は筺体と共に接地されており、基準電位に固定されている。高周波電源から活性ガス生成用電極群に１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、２〜１０ｋＶの交流電圧Ｖ０ｐ（０ピーク値）を印加することにより、活性ガス生成用電極群の放電空間において誘電体バリア放電を発生させている。
活性ガス生成装置には外部からガス供給口（原料ガス流路）を経由して窒素や酸素、希ガス類や水素、弗素類の原料ガスを供給している。これら原料ガスが活性ガス生成用電極群の外周部に設けられた原料ガス供給経路を経由して電極内部の放電空間へと進み、内部の放電空間にて活性化され、この活性ガスを含んだガスは接地側電極構成部に設けられたガス噴出口から筐体外部の処理チャンバーへと噴出され、成膜処理を行うものである。
＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である活性ガス生成装置の断面構造を模式的に示す説明図である。図２は実施の形態１の活性ガス生成装置の主要構成部を分解した状態で示す説明図である。なお、図１及び図２並びに以降で述べる図３及び図４それぞれにＸＹＺ直交座標系を示している。
図２の(b)及び(c)に示すように、活性ガス生成用電極群３０１は、高圧側電極構成部１Ａ（第１の電極構成部）と高圧側電極構成部１Ａの下方に設けられる接地側電極構成部２Ａ（第２の電極構成部）とを有している。
接地側電極構成部２Ａは誘電体電極２１１と金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌとを有しており、誘電体電極２１１はＸ方向を長手方向、Ｙ方向を短手方向とした長方形状の平板構造を呈している。
誘電体電極２１１に関し、中央においてＸ方向に沿って、複数のガス噴出口５５が設けられる。複数のガス噴出口５５はそれぞれ誘電体電極２１１の上面から下面に貫通して設けられる。
さらに、クサビ形段差形状部５１は、平面視して複数のガス噴出口５５に重複することなく、平面視して複数のガス噴出口５５それぞれに近づくに従いＹ方向の形成幅が短くなるように形成される。具体的には、５つのガス噴出口５５間に平面視菱形状に形成され、互いに離散した４つの菱形単体部５１ｓと、５つのガス噴出口５５のうち両端のガス噴出口５５の外側に設けられた平面視略二等辺三角形状の２つの三角単体部５１ｔとの集合体によりクサビ形段差形状部５１が形成される。
加えて、誘電体電極２１１はＸ方向の両端側に上方に突出して形成される直線形段差形状部５２Ａ及び５２Ｂをさらに有している。直線形段差形状部５２Ａ及び５２Ｂは平面視して、誘電体電極２１１の短手方向の全長に亘ってＹ方向に延びて形成され、クサビ形段差形状部５１の形成高さと共に直線形段差形状部５２Ａ及び５２Ｂの形成高さにより、放電空間６６におけるギャップ長を規定している。
図２(b) に示すように、金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌは誘電体電極２１１の下面上に形成され、平面視して誘電体電極２１１の中央領域を挟んで互いに対向して配置される。金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌは平面視して略長方形状を呈し、Ｘ方向を長手方向とし、Ｘ方向に直角に交差するＹ方向を互いに対向する方向としている。
なお、金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌは誘電体電極２１１の下面にてメタライズ処理されることにより形成され、その結果、誘電体電極２１１と金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌとは一体形成されて接地側電極構成部２Ａを構成する。メタライズ処理として印刷焼成方法やスパッタリング処理、蒸着処理等を用いた処理が考えられる。
一方、高圧側電極構成部１Ａの誘電体電極１１１は誘電体電極２１１と同様、Ｘ方向を長手方向、Ｙ方向を短手方向とした長方形状の平板構造を呈している。なお、誘電体電極１１１及び誘電体電極２１１は例えばセラミックを構成材料としている。
また、金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌは誘電体電極１１１の上面上に形成され、平面視して誘電体電極２１１の中央領域に対応する同形状の中央領域を挟んで互いに対向して配置される。この際、金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌは、金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌと同様、平面視して略長方形状を呈し、Ｘ方向を長手方向とし、Ｘ方向に直角に交差するＹ方向を互いに対向する方向としている。金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌも、金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌと同様にメタライズ処理により誘電体電極１１１の上面上に形成することができる。
そして、図２(c) に示すように、接地側電極構成部２Ａ上に高圧側電極構成部１Ａを配置することにより活性ガス生成用電極群３０１を組み立てることができる。この際、高電圧電極構成部１Ａにおける誘電体電極１１１の中央領域と、接地側電極構成部２Ａにおける誘電体電極２１１の中央領域とが平面視重複するように位置決めしつつ、高圧側電極構成部１Ａを接地側電極構成部２Ａ上に積み上げて組み合わせることにより、最終的に活性ガス生成用電極群３０１を完成することができる。
なお、活性ガス生成用電極群３０１のＸ方向に延びる両側面の直線形段差形状部５２Ａ及び５２Ｂ間において一対のスペーサ３７が設けられる。一対のスペーサ３７は高圧側電極構成部１Ａ，接地側電極構成部２Ａ間に設けられ、上述したクサビ形段差形状部５１、直線形段差形状部５２Ａ及び５２Ｂと共に、その形成高さにより、放電空間６６におけるギャップ長を規定している。スペーサ３７は非金属材料で構成されており、誘電体電極１１１及び２１１と同じ材質で形成することが望ましい。
さらに、一対のスペーサ３７にはＹ方向に延びる複数の貫通口３７ｈが設けられ、活性ガス生成用電極群３０１の外部から、複数の貫通口３７ｈを介して高圧側電極構成部１Ａ及び接地側電極構成部２Ａ間の放電空間６６内に原料ガスを供給することができる。
活性ガス生成用電極群３０１を構成する誘電体電極１１１と誘電体電極２１１とが対向する誘電体空間内において、金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌと金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌとが平面視重複する領域が放電空間として規定される。
金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌ並びに金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌには、（高圧）高周波電源５（交流電源部）に接続されている。具体的には、接地側電極構成部２Ａの金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌは、金属筐体３４及び電極構成部設置台３３の内部に選択的に設けられたけられた金属部品（図示せず）を介して接地されており、本実施の形態では、高周波電源５より０ピーク値を２〜１０ｋＶで固定して、周波数を１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚで設定した交流電圧を金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌ，金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌ間に印加している。なお、電極構成部設置台３３は上記金属部品を除き絶縁性を有する構成材料で形成されており、例えばセラミックを構成材料としている。また、上記金属部品の設置態様としては、後述する活性ガス排出口３３ｋのように電極構成部設置台３３を上下に貫通するくり抜き穴を複数個設け、複数のくり抜き穴内それぞれに接地側電極構成部２Ａの金属電極２０１Ｈ及び２０１Ｌと金属筐体４４とを電気的に接続するように、上記金属部品を設ける等の態様が考えられる。
そして、実施の形態１の活性ガス生成装置は、図１に示すように、上述した構成の活性ガス生成用電極群３０１（高圧側電極構成部１Ａ，接地側電極構成部２Ａを含む）が金属筐体３４内にカバー３１、カバー３２及び電極構成部設置台３３を用いて収容されている。
前述したように、活性ガス生成用電極群３０１に対し高圧側電極構成部１Ａが高電圧となるように交流電圧を印加する高周波電源５（交流電源部）が設けられる。高周波電源５による交流電圧の印加により、高圧側電極構成部１Ａ及び接地側電極構成部２Ａ間に放電空間６６が形成され、この放電空間６６に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスが接地側電極構成部２Ａに設けられた複数のガス噴出口５５から下方に向けて噴出される。
カバー３１及び３２の組み合わせ構造で構成される第１の補助部材は、高圧側電極構成部１Ａとにより、放電空間６６と分離した交流電圧印加空間Ｒ３１を形成するように、高圧側電極構成部１Ａの上方に設けられる。
一方、第２の補助部材である電極構成部設置台３３は、その主要面３３ｂ（図２(d) 参照）上に接地側電極構成部２Ａの下面全面を配置し、活性ガス生成用電極群３０１を接地側電極構成部２Ａ側から支持している。また、電極構成部設置台３３の外周部は主要面３３ｂより上方（＋Ｚ方向）に突出している外周突出部３３ｘを有しており、外周突出部３３ｘにより活性ガス生成用電極群３０１全体を囲んでおり、外周突出部３３ｘとスペーサ３７との間が側面空間Ｒ３３（図１，図２(c) 参照）となる。
また、図１及び図２(d) に示すように、電極構成部設置台３３は複数のガス噴出口５５から噴出される活性ガスを通過させ、下方に導く複数の活性ガス通過口３３ｉ及び複数の活性ガス排出口３３ｋを有している。複数の活性ガス通過口３３ｉは複数のガス噴出口５５と平面視一致するように配置され、複数の活性ガス通過口３３ｉの下方に複数の活性ガス排出口３３ｋがそれぞれ設けられる。活性ガス通過口３３ｉ及び活性ガス排出口３３ｋの組み合わせにより、対応するガス噴出口５５から噴出される活性ガスを通過させる補助部材用ガス排出口が構成される。
第１の補助部材の一部を構成するカバー３２は、図２(a) に示すように、平面視して矩形環状に形成され、高圧側電極構成部１Ａの端部及び電極構成部設置台３３の外周突出部３３ｘ上に配置される。カバー３２の内周領域である中空領域３２ｃは平面視して高圧側電極構成部１Ａの形状より小さく、高圧側電極構成部１Ａ内に収まるように高圧側電極構成部１Ａ上に配置される。一方、電極構成部設置台３３の外周領域は、平面視して高圧側電極構成部１Ａより大きく、高圧側電極構成部１Ａ全体を含むように配置される。
さらに、カバー３２は、図１及び図２(a)に示すように、カバー３２を上下方向（Ｚ方向）に貫通する原料ガス流路３２ｈを有している。原料ガス流路３２ｈはカバー３２のＸ方向に延びる長辺領域において、中央部にＸ方向に延びて直線状に形成される。そして、原料ガス流路３２ｈの下方に側面空間Ｒ３３が位置する。
さらに、カバー３２上にカバー３１が配置される。カバー３１は下部が平面視して、カバー３２と同一の矩形環状に形成され、上部が平面視して矩形状に形成され、上部の端部が金属筐体３４の上面上に配置される。カバー３１の内周領域である中空領域３１ｃは平面視してカバー３２の中空領域３２ｃと同一形状を呈している。そして、カバー３１の上部の端部がボルト等の固定手段を用いて、金属筐体３４の上面に固定される。
図１に示すように、カバー３１は上下方向に貫通する原料ガス流路３１ｈを有しており、原料ガス流路３１ｈは円柱状に形成されており、原料ガス流路３１ｈの下方に原料ガス流路３２ｈの一部が位置する。なお、原料ガス流路３１ｈを原料ガス流路３２ｈと同様に、カバー３１のＸ方向に延びる長辺領域において、中央部にＸ方向に延びて直線状に形成し、原料ガス流路３１ｈの下方に原料ガス流路３２ｈの全体が位置するようにしても良い。
さらに、カバー３１は上部において、上下方向に貫通する，原料ガス以外の第２ガスであるパージガス用の第２ガス供給口であるパージガス供給口３１ｐと第２ガス排出口であるパージガス排出口３１ｅとを有している。パージガス供給口３１ｐ及びパージガス排出口３１ｅはそれぞれ円柱状に設けられる。パージガス供給口３１ｐ及びパージガス排出口３１ｅは共に下方が中空領域３１ｃに達するように設けられる。また、パージガス供給口３１ｐ及びパージガス排出口３１ｅは原料ガス流路３１ｈとは独立して設けられており、パージガスと原料ガスとが混在することがないようにしている。なお、パージガス供給口３１ｐから供給するパージガスとして、窒素あるいは不活性ガスが用いられる。また、パージガス供給口３１ｐ及びパージガス排出口３１ｅは放電空間６６及び後述する筐体接触空間Ｒ３４とも独立して形成されている。
カバー３１及び３２の組み合わせ構造により構成される第１の補助部材によって、高圧側電極構成部１Ａの上方に、カバー３１の中空領域３１ｃとカバー３２の中空領域３２ｃとからなる交流電圧印加空間Ｒ３１が設けられる。
前述したように、カバー３１及び３２は共に平面視して矩形環状に形成されているため、交流電圧印加空間Ｒ３１は高圧側電極構成部１Ａ、カバー３１及び３２により、他の空間とは完全に分離された独立した空間となる。側面空間Ｒ３３もカバー３２の底面と電極構成部設置台３３の主要面３３ｂの端部領域と外周突出部３３ｘとにより、放電空間６６及び原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈを除く他の空間から完全に分離されている。
加えて、原料ガス流路３１ｈ、原料ガス流路３２ｈ、側面空間Ｒ３３及びスペーサ３７に設けられる複数の貫通口３７ｈによって、原料ガス流路３１ｈの上方である外部から放電空間６６に繋がる原料ガス供給経路を形成している。この際、原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈは中空領域３１ｃ及び３２ｃと独立して設けられる。
したがって、原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈ、側面空間Ｒ３３並びにスペーサ３７の複数の貫通口３７ｈによって、原料ガス流路３１ｈの上方から放電空間６６に導く原料ガス供給経路は、交流電圧印加空間Ｒ３１から独立して形成される。
その結果、原料ガス供給経路を介して交流電圧印加空間Ｒ３１と放電空間６６とが空間的に繋がることはいため、交流電圧印加空間Ｒ３１は放電空間６６とのガスの流れを完全に分離することができる。
なお、カバー３２は非金属材料を構成材料としている。カバー３２は、原料ガス流路３２ｈ内で異常放電が発生しても対応可能なように、誘電体電極１１１及び２１１の構成材料と同一材料を構成材料とすることが望ましい。また、カバー３１は金属材料を構成材料とした金属製である。カバー３１を電界強度が低い領域に設置すべく、カバー３２の形成高さは、高電圧印加領域である金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌから十分な距離を確保するよう設定される。
また、活性ガスによって生成される生成デバイスによっては混入しても問題の無い絶縁物質、例えば石英や窒化シリコン等をカバー３２の構成材料としても良い。この場合、仮に原料ガス供給経路（例えばカバー３２やスペーサ３７）で異常放電が発生してその構成元素が蒸発し、原料ガス中に混入しても成膜処理上は全く問題が無い。
このように、強電界領域である高圧側電極構成部１Ａに比較的近い位置に設けられる原料ガス供給経路から金属材料を完全に排除することにより、金属部品由来のメタルコンタミネーションを防止することが可能となる。
金属製の筐体である金属筐体３４は、活性ガス生成用電極群３０１（高圧側電極構成部１Ａ，接地側電極構成部２Ａ）、カバー３２及び電極構成部設置台３３の全てと、カバー３１の下部を内部の空洞部内に収容する。
金属筐体３４の空洞部の底面３４ｂ上に電極構成部設置台３３が配置され、この際、活性ガス排出口３３ｋの下方に活性ガス排出口３４ｋ（筐体用ガス排出口）が位置する。したがって、ガス噴出口５５から噴出される活性ガスは、ガスの流れ８に沿って、活性ガス通過口３３ｉ、活性ガス排出口３３ｋ及び活性ガス排出口３４ｋを介して、下方に設けられる外部の処理チャンバー等に噴出される。
また、金属筐体３４の空洞部の側面３４ｄと電極構成部設置台３３、カバー３２、及びカバー３１の下部の側面領域、並びにカバー３１の上部の底面領域の一部との間に筐体接触空間Ｒ３４が設けられる。このように、カバー３１及び３２並びに電極構成部設置台３３の外部において金属筐体３４との間に筐体接触空間Ｒ３４が設けられる。筐体接触空間Ｒ３４は主として活性ガス生成用電極群３０１の金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌとの絶縁距離を確保するため設けられる。
前述したように、交流電圧印加空間Ｒ３１は高圧側電極構成部１Ａ、カバー３１及び３２により、他の空間から完全に独立した内部空間となるように構成されており、放電空間６６も原料ガス供給経路以外を除き他の空間から独立した内部空間となるように構成されている。したがって、筐体接触空間Ｒ３４は交流電圧印加空間Ｒ３１及び放電空間６６と分離して設けられる。
さらに、原料ガス供給経路用の原料ガス流路３１ｈ，３２ｈを筐体接触空間Ｒ３４と独立して設けることにより、放電空間６６に至る上述した原料ガス供給経路も他の空間から独立した内部空間となるように構成されているため、放電空間６６と筐体接触空間Ｒ３４とのガスの流れを完全に分離している。
このように、交流電圧印加空間Ｒ３１、放電空間６６、並びに原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈを含む原料ガス供給経路はそれぞれ、筐体接触空間Ｒ３４との間にガスの流れが分離されるように、筐体接触空間Ｒ３４から独立して設けられる。
また、カバー３１とカバー３２との接触面において原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈを取り囲むようにＯリング７０が設けられる。同様にして、カバー３２と電極構成部設置台３３との接触面においての原料ガス流路３２ｈ及び側面空間Ｒ３３を取り囲むようにＯリング７０が設けられる。これらのＯリング７０によって原料ガス供給経路の他の空間との間の密封度合を高めている。
また、接地側電極構成部２Ａと電極構成部設置台３３との接触面において活性ガス通過口３３ｉを取り囲むようにＯリング７０が設けられ、電極構成部設置台３３と金属筐体３４との接触面において活性ガス排出口３３ｋ及び３４ｋを取り囲むようにＯリング７０が設けられる。これらのＯリング７０によって活性ガス通過口３３ｉ、活性ガス排出口３３ｋ及び活性ガス排出口３４ｋの他の空間との間の密封度合を高めている。また、図１において、小さい丸印はいずれもＯリング７０を示している。
図４は従来の活性ガス生成装置の一般的な構造を模式的に示す説明図である。同図に示すように、金属筐体８４内に高圧側電極構成部８１及び接地側電極構成部８２からなる活性ガス生成用電極群が収納される。高圧側電極構成部８１は誘電体電極８１１上に金属電極８０１に設けられて形成され、接地側電極構成部８２は誘電体電極下に金属電極に設けられて形成される。
そして、高圧側電極構成部８１の金属電極８０１と金属筐体８４との間に高周波電源５が設けられ、接地レベルは金属筐体８４を介して接地側電極構成部８２の金属電極に電気的に接続される。
高周波電源５による高電圧に印加により、高圧側電極構成部８１と接地側電極構成部８２との間に放電空間８６が形成される。接地側電極構成部８２に設けられたガス噴出口８５から活性ガスを下方に噴出している。
また、金属筐体８４の空洞部の底面に主要面８４ｂと、主要面８４ｂの外周に沿って主要面８４ｂより上方（＋Ｚ方向）に突出している外周突出部８４ｘを有している。主要面８４ｂ上に接地側電極構成部８２が配置され、外周突出部８４ｘ上に高圧側電極構成部８１の誘電体電極８１２の端部が配置される。
また、金属筐体８４の上部には原料供給口８４ｈが設けられ、下部にはガス噴出口８５の下方に位置する活性ガス排出口８４ｋが設けられる。したがって、ガス噴出口５５から噴出される活性ガスは、ガスの流れ８８に沿って、活性ガス排出口８４ｋを介して外部に排出される。
一方、高圧側電極構成部８１と金属筐体８４によって交流電圧印加空間Ｒ８１が形成され、交流電圧印加空間Ｒ８１は外周突出部８４ｘに設けられた流路８４ｙを経由して、放電空間８６に繋がっている。
以下、実施の形態１の活性ガス生成装置の効果について、図４で示した従来の活性ガス生成装置と対比して説明する。
実施の形態１の活性ガス生成装置において、交流電圧印加空間Ｒ３１は放電空間６６から分離して設けられており、カバー３１及び３２より構成される第１の補助部材は、交流電圧印加空間Ｒ３１と独立して、外部から供給される原料ガスを放電空間６６に導く、原料ガス供給経路用の原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈを有することにより、放電空間６６と交流電圧印加空間Ｒ３１とのガスの流れを完全分離している。
このため、交流電圧印加空間Ｒ３１で異常放電Ｄ２が発生した場合に生成される、高圧側電極構成部１Ａ（特に金属電極１０１Ｈ及び１０１Ｌ）の構成材料等の蒸発物質が、直接あるいは原料ガス供給経路を経由して放電空間６６に混入される第１の混入現象を確実に回避することができる。
一方、図４で示した従来の活性ガス生成装置では、交流電圧印加空間Ｒ８１と放電空間８６とが流路８４ｙを介して空間的に繋がっているため、交流電圧印加空間Ｒ３１で生成される上記蒸発物質が、原料ガス供給経路である流路８４ｙに混入される第１の混入現象を回避することができない。
加えて、実施の形態１の活性ガス生成装置において、筐体接触空間Ｒ３４は放電空間６６から分離して設けられており、カバー３１及び３２より構成される第１の補助部材は、筐体接触空間Ｒ３４と独立して、原料ガス供給経路用の原料ガス流路３１ｈ及び３２ｈを有することにより、放電空間６６と筐体接触空間Ｒ３４とのガスの流れを完全分離している。
このため、筐体接触空間Ｒ３４における異常放電Ｄ３等により生成された蒸発物質が放電空間６６に混入する第２の混入現象も確実に回避することができる。
一方、従来の活性ガス生成装置では、高圧側電極構成部８１及び接地側電極構成部８２を通過して交流電圧印加空間Ｒ８１から、金属筐体８４に向かって異常放電Ｄ４が発生した場合を考える。この場合、接地側電極構成部８２が上部に配置されておらず、上部が露出した主要面８４ｂ上の空間（実施の形態１の筐体接触空間Ｒ３４に相当する空間）で生成された蒸発物質が放電空間８６に混入する第２の混入現象を回避することができない。
その結果、実施の形態１の活性ガス生成装置は、従来の活性ガス生成装置では回避できない上述した第１及び第２の混入現象を確実に回避することができるため、良質な活性ガスを外部に排出することができる効果を奏する。
さらに、実施の形態１の活性ガス生成装置は、原料ガス以外の第２のガスとしてパージガスをパージガス供給口３１ｐから交流電圧印加空間Ｒ３１内に供給することができる。このため、交流電圧印加空間Ｒ３１内に異常放電が発生した場合に生成される蒸発物質をパージガス排出口３１ｅから外部に除去することができる。
なお、上記した原料ガス供給経路は交流電圧印加空間Ｒ３１と独立して設けられているため、パージガスの供給によって原料ガスが影響を受けることはない。
＜実施の形態２＞
図３はこの発明の実施の形態２である活性ガス生成装置の断面構造を模式的に示す説明図である。
高圧側電極構成部１Ａ、接地側電極構成部２Ａ及びスペーサ３７を含む活性ガス生成用電極群の構成は実施の形態１の活性ガス生成用電極群３０１と同じである。
また、第１の補助部材を構成するカバー４１及びガスシールユニットカバー４２は、実施の形態１のカバー３１及びカバー３２に対応する。カバー４１に形成される原料ガス流路４１ｈ、パージガス供給口４１ｐ（第２ガス供給口）、及びパージガス排出口４１ｅ（第２ガス排出口）は、カバー３１に形成される原料ガス流路３１ｈ、パージガス供給口３１ｐ、及びパージガス排出口３１ｅに対応する。
また、ガスシールユニットカバー４２に形成される原料ガス流路４２ｈは、カバー３２に形成される原料ガス流路３２ｈに対応する。
第２の補助部材である電極構成部設置台４３は、実施の形態１の電極構成部設置台３３に対応し、活性ガス通過口４３ｉ及び活性ガス排出口４３ｋは、活性ガス通過口３３ｉ及び活性ガス排出口３３ｋに対応する。活性ガス通過口４３ｉ及び活性ガス排出口４４ｋにより補助部材用ガス排出口を構成する。
金属筐体４４は実施の形態１の金属筐体３４に対応し、活性ガス排出口４４ｋは活性ガス排出口３４ｋに対応する。
また、交流電圧印加空間Ｒ４１は交流電圧印加空間Ｒ３１に対応し、筐体接触空間Ｒ４４は筐体接触空間Ｒ３４に対応する。
以下、実施の形態２の特徴部分を中心に説明する。なお、同一符号、または上記対応関係を有する箇所は、以下で説明した内容を除き、実施の形態１と同様な特徴を有しているため、説明を省略する。
ガスシールユニットカバー４２は高圧側電極構成部１Ａ及び接地側電極構成部２Ａそれぞれの外周部を上下から挟み込むようにして保持する。すなわち、ガスシールユニットカバー４２は、活性ガス生成用電極群３０１を単独で保持する電極群保持部材として機能する。
また、ガスシールユニットカバー４２において、原料ガス流路４２ｈは途中でスペーサ３７の方向に屈曲して設けられ、スペーサ３７の複数の貫通口３７ｈと直結するように設けられる。
電極構成部設置台４３は上部の主要面４３ｓ上に接地側電極構成部２Ａを配置するともに、主要面４３ｓの外周領域に設けられ、主要面４３ｓより形成高さが低い段差部４３ｄ上にガスシールユニットカバー４２の一部を配置することにより、ガスシールユニットカバー４２を含む活性ガス生成用電極群３０１を、接地側電極構成部２Ａ側から支持している。
このように、第２の補助部材である電極構成部設置台４３は、ガスシールユニットカバー４２と共に活性ガス生成用電極群３０１を接地側電極構成部２Ａ側から支持している。
実施の形態１のカバー３１及び３２と同様、カバー４１とガスシールユニットカバー４２との組み合わせ構造である第１の補助部材により、高圧側電極構成部１Ａの上方に、交流電圧印加空間Ｒ４１が設けられる。
また、実施の形態２において、原料ガス流路４１ｈ、原料ガス流路４２ｈ及びスペーサ３７に設けられる複数の貫通口３７ｈによって、原料ガス流路４１ｈの上方である外部から放電空間６６に繋がる原料ガス供給経路を形成している。
したがって、実施の形態２の活性ガス生成装置は、原料ガス流路４１ｈの上方から放電空間６６に導く上記原料ガス供給経路は、交流電圧印加空間Ｒ４１から独立して形成される。すなわち、放電空間６６と交流電圧印加空間Ｒ４１とのガスの流れを完全分離している。
また、金属筐体４４の空洞部の側面４４ｄと電極構成部設置台４３、ガスシールユニットカバー４２、及びカバー４１の下部の側面領域、並びにカバー４１の上部の底面領域の一部との間に筐体接触空間Ｒ４４が設けられる。
交流電圧印加空間Ｒ４１は、実施の形態１の交流電圧印加空間Ｒ３１と同様、高圧側電極構成部１Ａ、カバー４１及びガスシールユニットカバー４２により、他の空間から完全に独立した空間となるように構成されており、放電空間６６に至る原料ガス供給経路も他の空間から完全に分離されている。したがって、筐体接触空間Ｒ４４は、交流電圧印加空間Ｒ４１及び放電空間６６と完全分離されている。すなわち、放電空間６６と筐体接触空間Ｒ４４とのガスの流れを完全分離している。
したがって、実施の形態２の活性ガス生成装置は、実施の形態１と同様、第１及び第２の混入現象を確実に回避することができるため、良質な活性ガスを外部に排出することができる効果を奏する。
さらに、実施の形態２の活性ガス生成装置は、実施の形態１と同様、パージガスをパージガス供給口４１ｐから交流電圧印加空間Ｒ４１に供給することができるため、交流電圧印加空間Ｒ４１内に異常放電が発生した場合に生成される蒸発物質をパージガス排出口４１ｅから外部に除去することができる。
また、実施の形態２は、原料ガス供給経路として、実施の形態１のように側面空間Ｒ３３を設けない分、原料ガス供給経路と交流電圧印加空間Ｒ４１及び筐体接触空間Ｒ４４との間で原料ガスのシールド機能を高めることができる。
さらに、実施の形態２の活性ガス生成装置は、活性ガス生成用電極群３０１を単独で保持する電極群保持部材として機能するガスシールユニットカバー４２を有していることを特徴としている。
実施の形態２は上記特徴を有することにより、メンテナンス等で活性ガス生成用電極群３０１の交換が必要な際、活性ガス生成用電極群３０１とガスシールユニットカバー４２との組み合わせ構造体を必要最小構成として運搬することができるため、利便性の向上を図ることができる。
一方、実施の形態１の活性ガス生成装置で活性ガス生成用電極群３０１の交換が必要な場合、活性ガス生成用電極群３０１を単独で運搬するか、「電極構成部設置台３３＋活性ガス生成用電極群３０１＋カバー３１及び３２」をまとめて１つの組み合わせ構造体として運搬する必要がある。
前者の運搬の場合、高圧側電極構成部１Ａ及び接地側電極構成部２Ａをそれぞれ個別に運搬する必要が生じて煩わしく、かつ固定が容易ではないのでセラミックが主材料の高圧側電極構成部１Ａあるいは接地側電極構成部２Ａの破損リスクが高まるという問題点を有している。一方、後者の運搬の場合、組み合わせ構造体は最小構成単位としては大き過ぎる問題を有している。
一方、実施の形態２の活性ガス生成装置では、活性ガス生成用電極群３０１とガスシールユニットカバー４２の組み合わせ構造体を必要最小構成として運搬することができるため、上述した実施の形態１の問題が生じることはない。
＜実施の形態３＞
実施の形態３において、基本的な構成は図１及び図２で示した実施の形態１あるいは図３で示した実施の形態２と同じである。すなわち、放電空間６６、交流電圧印加空間Ｒ３１（Ｒ４１）及び筐体接触空間Ｒ３４（Ｒ３４）は互いに完全分離されており、一方の空間で発生したガスが、他方の空間に混入することはない。
実施の形態３では、放電空間６６の圧力は概ね１０ｋＰａ〜３０ｋＰａ程度の比較的弱い弱大気圧に設定されている。なお、上記圧力設定における原料ガスとして例えば窒素ガス１００％が考えられる。
放電空間６６では、放電Ｄ１を発生させて原料ガスを活性化させる空間であることから、より低い電圧で放電を開始させることが望ましい。放電Ｄ１自体は電界強度がある値を超えるとガスが絶縁破壊を起こすことで引き起こされる。
絶縁破壊を引き起こす電界強度は原料ガスの種類と圧力によって決定され、大気圧近傍においては圧力が低い程、絶縁破壊に至る電界強度も低くなる。以上の観点から放電空間６６では上述した圧力設定としている。
一方、交流電圧印加空間Ｒ３１（Ｒ４１）や筐体接触空間Ｒ３４（Ｒ４４）では放電は可能な限り発生させないことが望ましい。予期せぬ放電である異常放電を発生させない最も確実な方法は絶縁距離を十分取ることであるが、活性ガス生成用電極群３０１の設置スペースの問題からその距離には限りがあるため、実施の形態３では、圧力を上げることで絶縁破壊電界強度をより高くする方法を採用している。ただし、圧力の上限値は構成部品の強度によって概ね決定されるため、交流電圧印加空間Ｒ３１及び筐体接触空間Ｒ３４の圧力は１００ｋＰａ〜３００ｋＰａ（絶対圧）程度とすることが望ましい。
実施の形態１あるいは実施の形態２で示した構造は、放電空間６６と交流電圧印加空間Ｒ３１及び筐体接触空間Ｒ３４内のガス層を互いに分離した構造となっているため、放電空間６６の圧力を、交流電圧印加空間Ｒ３１及び筐体接触空間Ｒ３４の圧力より低く設定することにより、放電空間６６における放電Ｄ１がより低い印加電圧でも発生するようにし、かつ、交流電圧印加空間Ｒ３１及び筐体接触空間Ｒ３４の圧力を比較的高くすることにより、放電を抑制するという、放電空間６６、交流電圧印加空間Ｒ３１及び筐体接触空間Ｒ３４それぞれに適した圧力設定が可能となる。
このように、実施の形態３の活性ガス生成装置は、放電空間６６の圧力を比較的低く設定して放電現象がより低い印加電圧でも発生するようにし、かつ、交流電圧印加空間Ｒ３１及び筐体接触空間Ｒ３４の圧力を比較的高く設定して放電現象が発生しないようにすることができる効果を奏する。
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。
１Ａ 高圧側電極構成部
２Ａ 接地側電極構成部
３１，３２，４１ カバー
３１ｈ，３２ｈ，４１ｈ，４２ｈ 原料ガス流路
３１ｅ，４１ｅ パージガス排出口
３１ｐ，４１ｐ パージガス供給口
３３，４３ 電極構成部設置台
３７ スペーサ
４２ ガスシールユニットカバー
３０１ 活性ガス生成用電極群

Claims (4)

  1. 第１の電極構成部（１Ａ）と前記第１の電極構成部の下方に設けられる第２の電極構成部（２Ａ）とを有する活性ガス生成用電極群（３０１）と、
    前記第１及び第２の電極構成部に前記第１の電極構成部が高電圧となるように交流電圧を印加する交流電源部（５）とを備え、前記交流電源部による前記交流電圧の印加により、前記第１及び第２の電極構成部間に放電空間が形成され、前記放電空間に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスが前記第２の電極構成部に設けられたガス噴出口（５５）から噴出され、
    前記第１の電極構成部との間に前記放電空間と分離して交流電圧印加空間（Ｒ３１，Ｒ４１）を形成するように設けられる第１の補助部材（３１，３２，４１，４２）と、
    非金属材料で構成され、前記活性ガス生成用電極群を前記第２の電極構成部側から支持する第２の補助部材（３３，４３）とを備え、前記第２の補助部材は前記ガス噴出口から噴出される活性ガスを通過させる補助部材用ガス排出口（３３ｉ，３３ｋ，４３ｉ，４３ｋ）を有し、
    前記活性ガス生成用電極群及び前記第２の補助部材の全てと、前記第１の補助部材の少なくとも一部を収容する金属製の筐体（３４，４４）をさらに備え、前記筐体は補助部材用ガス排出口を通過する活性ガスを外部に排出する筐体用ガス排出口（３４ｋ，４４ｋ）を有し、前記筐体と前記第１及び第２の補助部材との間に前記放電空間と分離した筐体接触空間（Ｒ３４，Ｒ４４）が設けられ、
    前記第１の補助部材は、前記交流電圧印加空間及び前記筐体接触空間それぞれと独立して、外部から供給される原料ガスを前記放電空間に導く、原料ガス供給経路用の原料ガス流路（３１ｈ，３２ｈ，４１ｈ，４２ｈ）を有することにより、前記放電空間と前記交流電圧印加空間とのガスの流れを分離し、かつ、前記放電空間と前記筐体接触空間とのガスの流れを分離する、
    活性ガス生成装置。
  2. 請求項１記載の活性ガス生成装置であって、
    前記第１の補助部材は外部から原料ガス以外の第２のガスを前記交流電圧印加空間に供給する第２ガス供給口（３１ｐ，４１ｐ）をさらに有し、前記第２ガス供給口は前記原料ガス流路と独立して設けられる、
    活性ガス生成装置。
  3. 請求項１または請求項２記載の活性ガス生成装置であって、
    前記放電空間の圧力に比べ、前記交流電圧印加空間の圧力を高く設定したことを特徴とする、
    活性ガス生成装置。
  4. 請求項１または請求項２記載の活性ガス生成装置であって、
    前記第１の補助部材は前記活性ガス生成用電極群を単独で保持する電極群保持部材（４２）を含み、
    前記第２の補助部材（４３）は、前記電極群保持部材と共に前記活性ガス生成用電極群を前記第２の電極構成部側から支持する、
    活性ガス生成装置。
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