JP6844937B2 - 活性ガス生成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体成膜装置に用いる並行平板電極型の電極構造を有し、誘電体バリア放電を用いた活性ガス生成装置に関する。
並行平板電極型の電極構造を有し、誘電体バリア放電を用いた活性ガス生成装置の設置位置の１つとして、ウェハ等の処理対象物の上方に配置する態様がある。この態様の場合、活性ガスを処理対象物全体に均等に吹付ける必要があるため、活性ガス生成装置と処理対象物の間にガス均等吹付け用のシャワープレートを配置するのが一般的であった。
しかしながら、シャワープレート内の活性ガス通過領域は誘電体バリア放電に関与しない非放電空間となるため、シャワープレート内の活性ガス通過領域を活性ガスが通過する時間帯は、活性ガスが失活する時間帯となる。このため、活性ガス生成装置が窒素ラジカル等の極短寿命な活性ガスを生成する場合、シャワープレート通過中にラジカルの失活が著しく促進されてしまう。
このように、活性ガス生成装置にシャワープレートを用いると、活性ガスが失活する現象を増長させてしまうため、望ましくない。
シャワープレートを用いない従来の活性ガス生成装置として、例えば、特許文献１に開示された大気圧プラズマ反応装置がある。
特許文献１で開示された第１の従来技術では、対向配置した平板状の電極を縦型に配置し、電極間の放電で生成した活性ガスを基板に吹付ける電極構造を採用している。第１の従来技術は、大面積基板への処理対応として電極構造を複数セット配置している。
このように、第１の従来技術では、電極構造の数を増やし、複数の電極構造を採用することにより、基板面積に応じた対応が容易に可能となる。
シャワープレートを用いない他の活性ガス生成装置として、例えば、特許文献２に開示されたプラズマ処理装置がある。
特許文献２で開示された第２の従来技術では、水平方向に対向配置した平板状電極の一方に複数個のガス噴出孔を設けることにより、シャワープレートを不要にし、かつ、大型基板への処理を可能としている。
特許文献２の段落［００２２］、図１及び図２に第１の基本構成が開示されている。具体的な構成は以下の通りである。なお、()内の数字は、特許文献２で用いられた参照符号である。
第１の基本構成は、導電性を有さない高圧電極(8)の表面に導電層(12)を形成し、高圧電極(8)の下方に位置し導電性を有さない接地電極(7)に、接地された金属板(2)を接触させる構造を採用している。
さらに、特許文献２の段落［００６３］及び図９に第２の基本構成が開示されている。具体的な構成は以下の通りである。なお、()内の数字は、特許文献２で用いられた参照符号である。
第２の基本構成では、第１の基本構成に加え、接地導電層(41)を接地電極(7)内部に埋設した構造を採用している。
特許第２５３７３０４号公報 特許第５３２８６８５号公報
特許文献１で開示された第１の従来技術では、複数の電極構造を採用することにより、比較的大きな面積の処理対象物に対応可能な装置を実現することができる。
しかし、第１の従来技術で複数の電極構造を採用すると、複数の電極構造それぞれに高圧電極及び接地電極を設けなくてはならず、その分、装置構造が複雑化する。さらに、第１の従来技術では、原料ガスの通過方向が縦方向なため活性ガスの濃度増加のためには、電極構造を構成する高圧電極及び接地電極の縦方向の形成長を十分長くすることが必要となり、必然的に装置高さが高くなり、装置の大型化を招いてしまう。
このように、特許文献１で開示された第１の従来技術では、装置構造の複雑化、大型化を招いてしまうという問題点があった。
次に、特許文献２で開示された第２の従来技術について検討する。なお、()内の数字は、特許文献２で用いられた参照符号である。
上述した第１の基本構成では、導電層(12)の端部等の表面における電界強度が非常に高くなるため、放電部(3)のガス層に絶縁破壊が生じ、それによって金属の導電層(12)に異常放電が発生することにより、放電部(3)にパーティクルや金属蒸気が生成する。すなわち、導電層(12)の異常放電に伴い、導電層(12)、チャンバー(1)あるいは仕切り板(2)から蒸発した物質が汚染源となる。
導電層(12)の表層と電極間の放電場（空隙(9)）は繋がっているため、放電場へガスを輸送する過程で導電層(12)の蒸発分子が活性ガス中に混入、基板(15)を汚染する恐れがあった。
このように、第２の従来技術の第１の基本構成では、放電部(3)にパーティクルや金属蒸気が生成し、基板(15)を汚染する恐れがあるという問題点があった。
上述した基板(15)を汚染する恐れを確実に防止するためには放電部(3)における絶縁距離を十分大きくとる必要がある。しかしながら、絶縁距離を大きくとると必然的に装置構成の大型化を招くため、望ましくない。
一方、上述した特許文献２の第２の基本構成では、高圧電極(8)の導電層(12)は、第１の基本構成と同様、電極表面に露出した構造ではある。高圧電極も接地電極と同様の処置を講ずることで高圧側・接地側両方の導電層を露出させないものとすることが理論的に可能となる。
図１５は第２の従来技術における第２の基本構成の断面構造を示す断面図である。同図に示す、空隙１０９が空隙(9)に対応し、第一電極１０７が一方接地電極(7)に対応し、細孔１１０が細孔(10)に対応し、接地導電層１４１が接地導電層(41)に対応し、接地隙間１４２が接地隙間(42)に対応する。
同図に示すように、接地導電層１４１の開口領域Ｈ１４１は細孔１１０を含み、細孔１１０より広い形状で形成されているため、電極ユニット１００と接地導電層１４１との間に接地隙間１４２が生じている。この接地隙間１４２は、接地導電層１４１が形成されていない。
したがって、電極間の放電場となる空隙１０９において、接地隙間１４２の上方の領域は非放電空間となり、この非放電空間をガスが通過する際には活性ガスが失活するだけとなり、活性ガスの濃度低下を招いてしまう。
次に、接地導電層１４１を改良し、接地隙間１４２の無い状態（細孔１１０と本体ポール部の開口領域Ｈ１４１の開口領域とを同じ大きさにする）に変更する変形例を考える。
図１６は、第２の従来技術における第２の基本構成の変形例の断面構造を示す断面図である。図１６で示す領域は、図１５の着目領域Ｒ７及びその近傍領域を拡大して示した領域に相当する。
第２の基本構成の変形例では、細孔１１０を断面方向に観察すると接地導電層１４１が細孔１１０に露出した状態となっている。このため、接地導電層１４１の露出部近傍の細孔１１０で絶縁破壊が発生した際には、接地導電層１４１の導電層成分がコンタミとなって外部に放出されることになる。
このように、第２の従来技術の第２の基本構成（図１５）では、活性ガスの濃度低下を招く問題があり、第２の基本構成の変形例（図１６）では、コンタミが発生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、装置構成の簡略化及び小型化を図り、かつ、活性ガスが失活する現象を抑制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。
この発明に係る活性ガス生成装置は、誘電体バリア放電が発生する放電空間に供給された原料ガスを活性化して活性ガスを生成する活性ガス生成装置であって、第１の電極及び第２の電極を有し、外部より交流電圧を受ける電極ユニットベースと、前記電極ユニットベースの表面上に設けられる電極ユニット蓋と、前記電極ユニット蓋の表面上に設けられ、上方から付与される押圧力で電極ユニット蓋を押圧する電極押え板と、前記電極ユニットベース、前記電極ユニット蓋及び前記電極押え板を収容する装置筐体とを備え、前記電極ユニットベースは、表面から所定の形成深さで設けられる第１及び第２の電極用溝と、前記第１及び第２の電極用溝に埋め込まれて設けられ、各々が導電性を有する前記第１及び第２の電極と、前記電極ユニットベース内に形成され、原料ガスが通過するガス内部流路とを含み、前記ガス内部流路は平面視して螺旋状に設けられ、前記第１及び第２の電極は前記ガス内部流路と共に平面視して螺旋状に設けられ、第１及び第２の電極は端部に第１及び第２の導通点を有し、前記第１及び第２の電極は、前記電極ユニットベースの一部及び前記ガス内部流路を挟んで互いに対向するように、前記ガス内部流路の両側に配置され、前記第１及び第２の電極間における前記ガス内部流路内の領域が前記放電空間となり、前記交流電圧を受けることにより前記放電空間に誘電体バリア放電が発生され、前記電極ユニットベースは、裏面に設けられる少なくとも一つのガス噴出口をさらに含み、前記少なくとも一つのガス噴出口は前記放電空間の下方に前記ガス内部流路に連通して設けられ、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、前記少なくとも一つのガス噴出口から噴出され、前記電極ユニット蓋は、前記電極ユニットベースの前記ガス内部流路に繋がるように設けられるガス中継穴と、平面視して前記第１及び第２の導通点に合致する領域に設けられる第１及び第２の貫通穴とを有し、前記ガス中継穴、前記第１及び第２の貫通穴は前記電極ユニット蓋を貫通し、前記電極押え板は、平面視して前記第１の貫通穴を含み前記第１の貫通穴より広い形状の開口部と、平面視して前記ガス中継穴と合致する領域に設けられるガス供給穴とを有し、前記第２の貫通穴を介して前記第２の導通点と電気的に接続される。
請求項１記載の本願発明である活性ガス生成装置の電極ユニットベースは、平面視して螺旋状に設けられるガス内部流路と、放電空間の下方にガス内部流路に連通して設けられる少なくとも一つのガス噴出口とを含んでいる。
したがって、請求項１記載の本願発明である活性ガス生成装置は、少なくとも一つのガス噴出口と放電空間との間に、誘電体バリア放電に関与しない非放電空間が形成されないため、活性ガスが失活する現象を効果的に抑制する効果を奏する。
さらに、電極ユニットベースに関し、少なくとも一つのガス噴出口、第１及び第２の電極並びにガス内部流路を設けるという比較的簡単な構成で上記効果を発揮することがきるため、活性ガス生成装置の装置構成の簡略化を図ることができる。
加えて、請求項１記載の本願発明の活性ガス生成装置において、ガス内部流路は平面視して螺旋状に設けられる。このため、電極ユニットベース自体の面積を大きくすることなく、少なくとも一つのガス噴出口からガス濃度が飽和した状態で活性ガスを噴出することができる分、装置の小型化を図ることができる。
さらに、請求項１記載の本願発明の活性ガス生成装置における電極ユニット蓋は、平面視して前記第１及び第２の導通点に合致する領域に設けられ、各々が貫通する第１及び第２の導通穴を有する。
このため、電極ユニット蓋は、第１及び第２の導通穴を介した第１及び第２の導通点と外部との電気的接続機能を確保しつつ、電極ユニットベースの上方を塞ぐことができる。
さらに、電極押え板は、平面視して第１の貫通穴を含み第１の貫通穴より広い形状の開口部を有しているため、第１の導通穴を介した第１の導通点と外部との電気的接続機能を確保することができる。さらに、電極押え板は、第２の導通穴を介して第２の導通点と自身とを電気的に接続することができる。
加えて、電極押え板は、電極ユニット蓋を安定性良く押さえることができる。
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である活性ガス生成装置の断面構造を示す説明図である。 図１で示した電極ユニットベースの構造を示す斜視図である。 図２で示した高圧電極用溝のみを特化して示す斜視図である。 図２で示した接地電極用溝のみを特化して示す斜視図である。 実施の形態の活性ガス生成装置に用いられる電極ユニットの構成概略を示す説明図である。 電極ユニットベースを上方から視た平面構造を示す平面図である。 電極ユニットベースの断面構造を示す断面図である。 電極ユニットベースを下方から視た平面構造を示す平面図である。 電極ユニット蓋の構造を示す斜視図である。 電極冷却板の構造を示す斜視図である。 発生器ベースフランジの構造を示す斜視図である。 冷却水マニホールドの構造を示す斜視図である。 電極冷却板における冷却水の流れを拡大して示す説明図である。 電極冷却板、電極ユニット蓋、電極ユニットベース、冷却水マニホールド及び発生器ベースフランジの組合せ構造を模式的に示す説明図である。 第２の従来技術における第２の基本構成の断面構造を示す断面図である。 第２の従来技術における第２の基本構成の変形例の断面構造を示す断面図である。
＜実施の形態＞
（全体構成）
図１はこの発明の実施の形態である活性ガス生成装置１０の断面構造を示す説明図である。本実施の形態の活性ガス生成装置１０は、誘電体バリア放電が発生する放電空間に供給された原料ガスを活性化して活性ガスを生成する。
活性ガス生成装置１０は装置筐体３０、電極ユニット蓋１、電極ユニットベース２、電極冷却板３、発生器ベースフランジ８、冷却水マニホールド３７及び高圧端子７１を主要構成部として含んでいる。
電極ユニットベース２は、第１の電極である高圧電極１１と第２の電極である接地電極１２とを有し、高圧端子７１を介して外部より交流電圧を受ける。
電極ユニット蓋１は電極ユニットベース２の表面上に設けられる。電極ユニット蓋１及び電極ユニットベース２はそれぞれ誘電体で構成される。
電極押え板である電極冷却板３は電極ユニット蓋１の表面上に設けられ、導電性を有する。また、電極冷却板３は、電極冷却板３の上方に設けられた図示しないバネ等の弾性部材によって付与される押圧力によって電極ユニット蓋１を押圧することができる。
装置筐体３０は、これら電極ユニットベース２、電極ユニット蓋１及び電極冷却板３を収容空間ＳＰ３０内に収容している。
発生器ベースフランジ８は、電極ユニットベース２の裏面に設けられる複数のガス噴出口６が全て露出するように、中央領域に開口部Ｈ８を設けている。
さらに、電極ユニットベース２の裏面において、開口部Ｈ８の外側に位置する領域が発生器ベースフランジ８の表面上に配置されている。したがって、発生器ベースフランジ８は、電極ユニットベース２を裏面側から支持している。
冷却水マニホールド３７は発生器ベースフランジ８の表面の一部上おいて、電極ユニット蓋１及び電極ユニットベース２に隣接して配置される。冷却水マニホールド３７の表面高さは電極ユニット蓋１の表面高さと一致しており、電極冷却板３は、電極ユニット蓋１に加え冷却水マニホールド３７の表面上にも配置される。
これら発生器ベースフランジ８及び冷却水マニホールド３７の組合せ構造により、後に詳述するように、冷却媒体である冷却水を電極冷却板３内で循環させる冷却媒体循環機構が構成される。したがって、電極冷却板３は電極ユニット蓋１側から電極ユニットベース２を冷却する冷却機能を有している。
そして、開口部Ｈ８を挟んで一方側（図１の右側）において、電極冷却板３、冷却水マニホールド３７及び発生器ベースフランジ８が取付用ネジ４８によって連結される。開口部Ｈ８を挟んで他方側（図１の左側）において、電極冷却板３と発生器ベースフランジ８とが取付用ネジ４８によって直接連結される。
このように、取付用ネジ４８によって、電極冷却板３、電極ユニット蓋１、電極ユニットベース、及び冷却媒体循環機構（冷却水マニホールド３７＋発生器ベースフランジ８）は一体的に連結される。また、装置筐体３０は取付用ネジ４８によって発生器ベースフランジ８に直接連結される。したがって、装置筐体３０は発生器ベースフランジ８上に固定される。
さらに、交流電圧を供給する交流電圧供給端子である高圧端子７１が装置筐体３０の上部に取付用ネジ４７によって取り付けされ、後述するように、電極ユニットベース２内の高圧電極１１に電気的に接続される。
装置筐体３０の一方側面にガス供給フランジ３９が設けられ、ガス供給フランジ３９から、原料ガス供給経路３３を経由して、収容空間ＳＰ３０内に原料ガスが供給される。
（電極ユニットベース２）
図２は図１で示した電極ユニットベース２の構造を示す斜視図である。図３は図２で示した高圧電極用溝２１（第１の電極用溝）のみを特化して示す斜視図である。図４は図２で示した接地電極用溝２２（第２の電極用溝）のみを特化して示す斜視図である。図２〜図４にはそれぞれＸＹＺ直交座標系を示している。
図５は実施の形態の活性ガス生成装置１０に用いられる電極ユニット１００の構成概略を示す説明図である。図５にＸＹＺ直交座標系を示している。以下に示す図６〜図８においても、図５と同様に、ＸＹＺ直交座標系を示している。
図５に示すように、電極ユニット１００は、各々が誘電体で構成される電極ユニット蓋１及び電極ユニットベース２を主要構成部として有している。電極ユニット蓋１は電極ユニットベース２の表面上に設けられる。
図６は電極ユニットベース２を上方から視た平面構造を示す平面図である。図２及び図６に示すように、電極ユニットベース２は平面視して円状を呈している。
図２〜図４及び図６に示すように、電極ユニットベース２にはガス通過溝２４、高圧電極用溝２１、及び接地電極用溝２２がそれぞれ電極ユニットベース２の表面から掘られている。ガス通過溝２４、高圧電極用溝２１及び接地電極用溝２２は平面視して螺旋状に形成される。
図７は電極ユニットベース２の断面構造を示す断面図である。図６のＡ−Ａ断面が図７となる。
図７に示すように、ガス通過溝２４、高圧電極用溝２１及び接地電極用溝２２は、それぞれの底面が電極ユニットベース２の底面より少し高い位置になるように掘られている。ガス通過溝２４、高圧電極用溝２１及び接地電極用溝２２の表面からの形成深さは同一の深さＤ２に設定されている。
このように、電極ユニットベース２は、表面から同一の形成深さで設けられる第１及び第２の電極用溝である高圧電極用溝２１及び接地電極用溝２２を有している。
さらに、電極ユニットベース２は、表面から深さＤ２（所定の形成深さ）で溝状に形成され、ガス内部流路となるガス通過溝２４を有している。
高圧電極用溝２１及び接地電極用溝２２は、電極ユニットベース２の一部及びガス通過溝２４を挟んで互いに対向するように、電極ユニットベース２内のガス通過溝２４の両側面側に配置され、ガス通過溝２４と共に平面視して螺旋状に設けられる。
そして、第１の電極である高圧電極１１が第１の電極用溝である高圧電極用溝２１に埋め込まれ、第２の電極である接地電極１２が第２の電極用溝である接地電極用溝２２に埋め込まれている。この際、高圧電極１１は、高圧電極用溝２１に隙間が生じることなく高圧電極用溝２１の全体に亘って埋め込まれ、接地電極１２は接地電極用溝２２に隙間が生じることなく接地電極用溝２２の全体に亘って埋め込まれる。
そして、図２及び図６に示すように、本実施の形態の活性ガス生成装置１０では、電極ユニット１００内において、高圧電極１１及び接地電極１２に関し、平面視して電極ユニットベース２の最外周に接地電極１２が位置するように配置されている。
したがって、高圧電極１１及び接地電極１２は、電極ユニットベース２の一部及びガス通過溝２４を挟んで互いに対向するように、電極ユニットベース２内のガス通過溝２４の両側面側に配置され、ガス通過溝２４と共に平面視して螺旋状に設けられる。そして、高圧電極１１及び接地電極１２間におけるガス通過溝２４内の領域が放電空間となる。
図８は電極ユニットベース２を下方から視た平面構造を示す平面図である。
図２及び図６〜図８に示すように、ガス内部流路であるガス通過溝２４の底面下の電極ユニットベース２の領域を貫通する複数のガス噴出口６が互いに離散して選択的に設けられている。複数のガス噴出口６は、放電空間の下方にガス通過溝２４の底面に繋がって設けられる。すなわち、複数のガス噴出口６はガス通過溝２４に連通している。したがって、ガス通過溝２４内で生成された活性ガスを複数のガス噴出口６から外部に噴出することができる。
電極ユニット蓋１及び電極ユニットベース２はそれぞれアルミナ等の誘電体で構成される。
図２、図３，図６及び図７に示すように、電極ユニットベース２の表面の中心部に高圧電極１１の高圧導通点Ｐ１が設けられる。なお、第１の導通点である高圧導通点Ｐ１の高圧導通点近傍領域Ｒ２１における高圧電極用溝２１の形成深さは、深さＤ２より浅くなるように設定されている。
図２、図４及び図６に示すように、電極ユニットベース２の表面の周辺部付近において、接地電極１２が屈折した先端部分に接地導通点Ｐ２が設けられる。なお、第２の導通点である接地導通点Ｐ２の接地導通点近傍領域Ｒ２２の接地電極用溝２２の形成深さは深さＤ２より浅くなるように設定されている。
なお、高圧導通点近傍領域Ｒ２１及び接地導通点近傍領域Ｒ２２における高圧電極用溝２１及び接地電極用溝２２の形成深さを深さＤ２より浅く設定しているのは、高圧導通点近傍領域Ｒ２１及び接地導通点近傍領域Ｒ２２は放電空間を形成しないからである。
また、図２及び図６に示すように、接地導通点Ｐ２は高圧電極用溝２１の端部から絶縁距離Ｌ２分離れた位置に設けられる。したがって、第２の導通点である接地導通点Ｐ２と高圧電極１１との間で確実に絶縁関係を保つことができる。
（電極ユニット蓋１）
図９は電極ユニット蓋１の構造を示す斜視図である。同図に示すように、電極ユニット蓋１は電極ユニットベース２の表面形状に合致するように平面視して円状を呈しており、高圧導通穴４１、接地導通穴４２、及びガス中継穴４６を有している。
第１の貫通穴である高圧導通穴４１は電極ユニット蓋１の中心領域を貫通して設けられ、第２の貫通穴である接地導通穴４２とガス中継穴４６とは電極ユニット蓋１の周辺付近にそれぞれ貫通して設けられる。
高圧導通穴４１は高圧導通点Ｐ１との電気的接続用の穴であり、接地導通穴４２は接地導通点Ｐ２との電気的接続用の穴であり、ガス中継穴４６は電極ユニットベース２のガス通過溝２４への原料ガス供給用の穴である。
電極ユニットベース２の表面上に電極ユニット蓋１を配置すると、ガス中継穴４６の下方にガス通過溝２４が位置するように設定されている。
なお、高圧導通穴４１、接地導通穴４２、及びガス中継穴４６に関し、電極ユニットベース２と電極ユニット蓋１との間にＯリング等のガスシール材を設ける必要がないため、電極ユニット１００（電極ユニット蓋１＋電極ユニットベース２）の小型化を図ることができる。
（電極冷却板３）
図１０は電極冷却板３の構造を示す斜視図である。同図に示すように、電極冷却板３は電極ユニットベース２及び冷却水マニホールド３７の表面形状に合致するように、平面視して一部に凸部領域を有する略円状を呈している。電極冷却板３の凸部領域を除く円領域部分が電極ユニットベース２上に配置される。
さらに、電極冷却板３は高圧開口部６１、接地導通溝６２、冷却水供給溝６３、冷却水入力穴６４、冷却水出力穴６５及びガス供給穴６６を有している。
高圧開口部６１（開口部）は電極ユニットベース２の中心領域を貫通して設けられる。高圧開口部６１は、電極ユニット蓋１上に電極冷却板３を配置した際、平面視して電極ユニット蓋１の高圧導通穴４１全てを含み、高圧導通穴４１より広い形状を有している。
接地導通溝６２は電極冷却板３の裏面側から貫通することなく設けられた溝であり、接地導通穴４２を介した接地導通点Ｐ２との電気的接続用に設けられる。
冷却水供給溝６３は、表面及び裏面に露出することなく電極冷却板３の内部に設けられた中空領域である。冷却水入力穴６４から得られる冷却水は、冷却水の流れ６８に沿って冷却水供給溝６３内を流れる。冷却水供給溝６３内を流れた冷却水は、最終的に冷却水出力穴６５から出力される。
冷却水入力穴６４及び冷却水出力穴６５は電極冷却板３の凸部領域に設けられる。電極冷却板３は、凸部領域が冷却水マニホールド３７の表面上に位置するように配置される。
なお、電極冷却板３は、片側に冷却水供給溝部分を形成した２つの板を、冷却水供給溝部分の形成面が対向するように、貼り合わせて形成することができる。貼り合わせ処理として、例えば熱拡散接合もしくは溶接が考えられる。上述した２つの板の貼り合わせ処理によって電極冷却板３に図１０に示すような冷却水供給溝６３を形成することができる。
（発生器ベースフランジ８及び冷却水マニホールド３７）
図１１は発生器ベースフランジ８の構造を示す斜視図である。同図に示すように、発生器ベースフランジ８は、平面視して、中心部に円状の開口部Ｈ８を有し、両端に第１及び第２の凸部領域を有する略円環状に形成される。
開口部Ｈ８の外周に沿って、発生器ベースフランジ８の内部に冷却水供給溝８３が設けられる。冷却水供給溝８３は摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）もしくは溶接による加工技術を用いて形成することができる。
冷却水供給溝８３は発生器ベースフランジ８内を冷却水が流れるための溝である。第２の凸部領域に設けられた冷却水入力穴８４を介して供給される冷却水は、冷却水の流れ８８Ｒに沿って冷却水供給溝８３の一方円周側を流れる。
その後、冷却水は、冷却水上昇の流れ８９Ｕに沿って、第１の凸部領域に設けられた冷却水入力穴８６から上部の冷却水マニホールド３７に向けて出力される。
さらに、冷却水マニホールド３７から得られる冷却水は、冷却水下降の流れ８９Ｄに沿って第１の凸部領域に設けられた冷却水出力穴８７に向けて流れる。
その後、冷却水は、冷却水の流れ８８Ｌに沿って冷却水供給溝８３の他方円周側を流れる。そして、冷却水は第２の凸部領域に設けられた冷却水出力穴８５から排出される。
図１２は冷却水マニホールド３７の構造を示す斜視図である。図１３は電極冷却板３における冷却水の流れ６８を拡大して示す説明図である。
図１２に示すように、冷却水マニホールド３７は平面視して発生器ベースフランジ８の第１の凸部領域（冷却水入力穴８６及び冷却水出力穴８７が形成される領域）に合致する形状を呈している。冷却水マニホールド３７は各々が貫通する冷却水入力穴９６及び冷却水出力穴９７を有している。
図１１〜図１３それぞれの冷却水上昇の流れ８９Ｕに沿って、下方の発生器ベースフランジ８の冷却水入力穴８６を介して供給される冷却水は、冷却水マニホールド３７の冷却水入力穴９６介して上方の電極冷却板３に出力される。そして、電極冷却板３の冷却水入力穴６４を介して供給される冷却水は、冷却水の流れ６８に沿って冷却水供給溝６３内を流れる。
その後、冷却水供給溝６３を通過した冷却水は、冷却水下降の流れ８９Ｄに沿って、冷却水マニホールド３７の冷却水出力穴９７及び発生器ベースフランジ８の冷却水出力穴８７を介して発生器ベースフランジ８の冷却水供給溝８３に出力される。
（組合せ構造）
図１４は電極冷却板３、電極ユニット蓋１、電極ユニットベース２、冷却水マニホールド３７及び発生器ベースフランジ８の組合せ構造を模式的に示す説明図である。図１４にＸＹＺ座標系を示している。
同図に示すように、電極冷却板３の冷却水入力穴６４、冷却水マニホールド３７の冷却水入力穴９６、及び発生器ベースフランジ８の冷却水入力穴８６が平面視して一致するように、発生器ベースフランジ８の第１の凸部領域上に、冷却水マニホールド３７及び電極冷却板３の凸部領域が配置される。
さらに、電極冷却板３の冷却水出力穴６５、冷却水マニホールド３７の冷却水出力穴９７、及び発生器ベースフランジ８の冷却水出力穴８７が平面視して一致するように、発生器ベースフランジ８の第１の凸部領域上に、冷却水マニホールド３７及び電極冷却板３の凸部領域が配置される。
加えて、電極ユニット蓋１の高圧導通穴４１と、電極ユニットベース２の高圧導通点Ｐ１とが平面視して一致するように、電極ユニットベース２の表面上に電極ユニット蓋１が配置される。さらに、平面視して高圧開口部６１（開口部）が高圧導通穴４１の全てを含むように、電極ユニット蓋１の表面上に電極冷却板３が配置される。
さらに、電極冷却板３の接地導通溝６２、電極ユニット蓋１の接地導通穴４２、及び、電極ユニットベース２の接地導通点Ｐ２が平面視して一致するように、電極ユニットベース２の表面上に電極ユニット蓋１が配置され、電極ユニット蓋１の表面上に電極冷却板３が配置される。
（原料ガスの供給）
上述した構造を有する本実施の形態の活性ガス生成装置１０における原料ガスの供給系統について説明する。
外部から、ガス供給フランジ３９及び装置筐体３０の一方側面に設けられた原料ガス供給経路３３を介して、原料ガスが装置筐体３０の収容空間ＳＰ３０内に供給される。
収容空間ＳＰ３０内の原料ガスは、電極冷却板３のガス供給穴６６及び電極ユニット蓋１のガス中継穴４６を介して、電極ユニットベース２のガス通過溝２４に供給される。
したがって、ガス供給穴６６及びガス中継穴４６から流入した原料ガスがガス通過溝２４内を通過する。
（高圧電極１１及び接地電極１２の電気的接続）
電極ユニットベース２の高圧電極用溝２１に埋め込まれる高圧電極１１において、電極ユニットベース２の中心部の高圧導通点Ｐ１が電気的接続部位となる。
活性ガス生成装置１０において、電極ユニットベース２の第１の導通点である高圧導通点Ｐ１は、電極ユニット蓋１の高圧導通穴４１、及び電極冷却板３の高圧開口部６１を介して、高圧端子７１と接続することが可能である。
したがって、図１に示すように、装置筐体３０の上部に設けられた高圧端子７１と高圧電極１１との電気的接続は、電極冷却板３の高圧開口部６１及び電極ユニット蓋１の高圧導通穴４１を介した、高圧端子７１の電気的接続部位Ｐ７１と高圧電極１１の高圧導通点Ｐ１との電気的接続により、比較的簡単に行うことができる。
この際、高圧開口部６１（開口部）の開口領域は高圧導通穴４１と比較して十分大きいため、電気的接続部位Ｐ７１と高圧導通点Ｐ１との電気的接続を図る際、電気的接続部位Ｐ７１が電極冷却板３と接触することはない。
一方、電極ユニットベース２の接地電極用溝２２に埋め込まれる接地電極１２において、電極ユニットベース２の周辺部付近の接地導通点Ｐ２が電気的接続部位となる。
したがって、電極冷却板３と接地電極１２との電気的接続は、電極ユニット蓋１の接地導通穴４２を介して、電極ユニットベース２の接地導通点Ｐ２と電極冷却板３の接地導通溝６２との電気的接続により、比較的簡単に行うことができる。
すなわち、図示しない接地導電部材を用いて、接地導通穴４２を介して接地導通溝６２と接地導通点Ｐ２とを接続することにより、比較的簡単に接地導通点Ｐ２を電極冷却板３に電気的に接続することができる。
そして、導電性を有する電極冷却板３を接地レベルに設定することにより、同時に接地電極１２を接地レベルに設定することができる。
電極押え板である電極冷却板３には、上方から図示しないバネ等の弾性部材により押圧力が付与される。したがって、電極冷却板３は上方から付与される押圧力によって、接地導電部材による接地導通点Ｐ２と接地導通溝６２との電気的接続関係を良好に保つことができる。
さらに、電極冷却板３は、上方から付与される押圧力で電極ユニット蓋１を安定性良く押さえることができる。
（電極冷却板３による冷却機能）
以下、図１、図１０〜図１４を参照して、電極冷却板３による冷却機能を説明する。
図１に示すように、発生器ベースフランジ８の上部に冷却水供給フランジ３５が設けられる。冷却水供給フランジ３５は取付用ネジ４７を用いて発生器ベースフランジ８の表面上に取り付けられる。
したがって、外部から冷却水供給フランジ３５を介して発生器ベースフランジ８内に冷却媒体である冷却水を供給することができる。
図１及び図１１に示すように、平面視して冷却水供給フランジ３５の給水経路に対応する位置に設けられた冷却水入力穴８４から冷却水供給溝８３内に冷却水が供給される。冷却水は冷却水の流れ８８Ｒに沿って、冷却水供給溝８３の一方円周側を流れ、冷却水の流れ８９Ｕに沿って冷却水入力穴８６から上方の冷却水マニホールド３７に向けて出力される。
図１及び図１２に示すように、冷却水は、冷却水上昇の流れ８９Ｕに沿って、冷却水マニホールド３７の冷却水入力穴９６を介して上方の電極冷却板３に向けて流れる。
図１、図１０及び図１３に示すように、冷却水入力穴６４から得られた冷却水は冷却水の流れ６８に沿って、円環状の冷却水供給溝６３を流れ、最終的に冷却水出力穴６５から排出される。冷却水が冷却水供給溝６３を流れることにより、電極冷却板３は冷却機能を発揮することができる。
冷却水供給溝６３を流れた冷却水は冷却水出力穴６５を介して下方の冷却水マニホールド３７に向けて排出される。
その後、図１及び図１２に示すように、冷却水は、冷却水下降の流れ８９Ｄに沿って、冷却水マニホールド３７の冷却水出力穴９７を介して下方の発生器ベースフランジ８に向けて流れる。
そして、図１及び図１１に示すように、発生器ベースフランジ８において、冷却水は、冷却水下降の流れ８９Ｄに沿って冷却水出力穴８７を介して冷却水供給溝８３に供給される。その後、冷却水は、冷却水の流れ８８Ｌに沿って冷却水供給溝８３の他方円周側を流れる。そして、平面視して冷却水出力穴８５に対応する領域に排水経路を有する図示しない冷却水排水フランジを介して外部に排出される。なお、冷却水排水フランジは冷却水供給フランジ３５と同様に、発生器ベースフランジ８の表面上に設けられる。
その後、再び、外部から冷却水供給フランジ３５を介して発生器ベースフランジ８内に冷却水を供給する。以下、上述したように、発生器ベースフランジ８、冷却水マニホールド３７及び電極冷却板３内に冷却水を流すことにより、電極冷却板３の冷却水供給溝６３に冷却水を循環させ、発生器ベースフランジ８の冷却水供給溝８３に冷却水を循環させることができる。
このように、電極冷却板３の冷却水供給溝６３に冷却水を循環させることにより、電極冷却板３は電極ユニット蓋１を介して電極ユニットベース２を冷却する冷却機能を発揮することができる。
さらに、発生器ベースフランジ８の冷却水供給溝８３を冷却水が循環させることにより、発生器ベースフランジ８は電極ユニットベース２を冷却する冷却機能を発揮することができる。
（効果）
本実施の形態の活性ガス生成装置１０の電極ユニットベース２は、平面視して螺旋状に設けられガス内部流路となるガス通過溝２４と、放電空間の下方にガス通過溝２４に連通して設けられる複数のガス噴出口６（少なくとも一つのガス噴出口）とを含んでいる。
したがって、本実施の形態の活性ガス生成装置１０は、複数のガス噴出口６と放電空間との間に、誘電体バリア放電に関与しない非放電空間が形成されないため、活性ガスが失活する現象を効果的に抑制する効果を奏する。
さらに、電極ユニットベース２に、複数のガス噴出口６、高圧電極１１、接地電極１２及びガス通過溝２４を設け、電極ユニット蓋１に高圧導通穴４１、接地導通穴４２及びガス中継穴４６を設け、電極冷却板３に高圧開口部６１、接地導通溝６２及びガス供給穴６６等を設けるという比較的簡単な構成で上記効果を発揮することがきる。このため、活性ガス生成装置１０の装置構成の簡略化を図ることができる。
加えて、活性ガス生成装置１０において、ガス通過溝２４は平面視して螺旋状に設けられている。このため、電極ユニットベース２自体の面積を大きくすることなく、複数のガス噴出口６からガス濃度が飽和した状態で活性ガスを噴出することができる分、装置の小型化を図ることができる。
さらに、活性ガス生成装置１０における電極ユニット蓋１は、平面視して高圧導通点Ｐ１及び接地導通点Ｐ２に合致する領域に設けられ、各々が貫通する高圧導通穴４１及び接地導通穴４２を有している。
このため、電極ユニット蓋１は、高圧導通穴４１及び接地導通穴４２を介した高圧導通点Ｐ１及び接地導通点Ｐ２と外部との電気的接続機能を確保しつつ、電極ユニットベース２の上方を塞ぐことができる。
さらに、電極押え板である電極冷却板３は、電極ユニット蓋１上に電極冷却板３を配置した際、平面視して電極ユニット蓋１の高圧導通穴４１を含み、高圧導通穴４１より広い形状の開口部である高圧開口部６１を有している。
このため、電極冷却板３は、高圧導通穴４１を介した高圧導通点Ｐ１と外部の高圧端子７１との電気的接続機能を確保し、接地導通穴４２を介して接地導通点Ｐ２と自身との電気的接続を図ることができる。
さらに、上方から付与される押圧力で電極ユニット蓋１を押圧する電極冷却板３は、電極ユニット蓋１を安定性良く押さえることができる。
加えて、本実施の形態の活性ガス生成装置１０では、電極ユニット１００内において、高圧電極１１及び接地電極１２に関し、平面視して電極ユニットベース２の最外周に接地電極１２が位置するように配置されている。
このため、高電圧が印加される高圧電極１１から電極ユニットベース２の外周部に向かう電界ベクトルを、高圧電極１１より外周に存在する接地電極１２によって必ず吸収することができる。
さらに、活性ガス生成装置１０は、電極冷却板３の上述した冷却機能により、電極ユニット蓋１を介して電極ユニットベース２を冷却して、電極ユニットベース２の熱除去を行うことができる。
加えて、本実施の形態の活性ガス生成装置１０は、取付用ネジ４８によって、電極冷却板３、電極ユニット蓋１、電極ユニットベース２、及び冷却媒体循環機構（冷却水マニホールド３７＋発生器ベースフランジ８）は一体的に連結されるため、活性ガス生成装置１０の小型化を図ることができる。
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 電極ユニット蓋
２ 電極ユニットベース
３ 電極冷却板
６ ガス噴出口
８ 発生器ベースフランジ
１０ 活性ガス生成装置
１１ 高圧電極
１２ 接地電極
２１ 高圧電極用溝
２２ 接地電極用溝
２４ ガス通過溝
３０ 装置筐体
３７ 冷却水マニホールド
４１ 高圧導通穴
４２ 接地導通穴
４６ ガス中継穴
６１ 高圧開口部
６２ 接地導通溝
６３，８３ 冷却水供給溝
６６ ガス供給穴
７１ 高圧端子
Ｐ１ 高圧導通点
Ｐ２ 接地導通点

Claims (5)

  1. 誘電体バリア放電が発生する放電空間に供給された原料ガスを活性化して活性ガスを生成する活性ガス生成装置（１０）であって、
    第１の電極（１１）及び第２の電極（１２）を有し、外部より交流電圧を受ける電極ユニットベース（２）と、
    前記電極ユニットベースの表面上に設けられる電極ユニット蓋（１）と、
    前記電極ユニット蓋の表面上に設けられ、上方から付与される押圧力で電極ユニット蓋を押圧する電極押え板（３）と、
    前記電極ユニットベース、前記電極ユニット蓋及び前記電極押え板を収容する装置筐体（３０）とを備え、
    前記電極ユニットベースは、
    表面から所定の形成深さで設けられる第１及び第２の電極用溝（２１，２２）と、
    前記第１及び第２の電極用溝に埋め込まれて設けられ、各々が導電性を有する前記第１及び第２の電極と、
    前記電極ユニットベース内に形成され、原料ガスが通過するガス内部流路（２４）とを含み、前記ガス内部流路は平面視して螺旋状に設けられ、前記第１及び第２の電極は前記ガス内部流路と共に平面視して螺旋状に設けられ、
    前記第１及び第２の電極は端部に第１及び第２の導通点（Ｐ１１，Ｐ１２）を有し、
    前記第１及び第２の電極は、前記電極ユニットベースの一部及び前記ガス内部流路を挟んで互いに対向するように、前記ガス内部流路の両側に配置され、前記第１及び第２の電極間における前記ガス内部流路内の領域が前記放電空間となり、前記交流電圧を受けることにより前記放電空間に誘電体バリア放電が発生され、
    前記電極ユニットベースは、裏面に設けられる少なくとも一つのガス噴出口（６）をさらに含み、前記少なくとも一つのガス噴出口は前記放電空間の下方に前記ガス内部流路に連通して設けられ、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、前記少なくとも一つのガス噴出口から噴出され、
    前記電極ユニット蓋は、前記電極ユニットベースの前記ガス内部流路に繋がるように設けられるガス中継穴（４６）と、平面視して前記第１及び第２の導通点に合致する領域に設けられる第１及び第２の貫通穴（４１，４２）とを有し、前記ガス中継穴、前記第１及び第２の貫通穴は前記電極ユニット蓋を貫通し、
    前記電極押え板は、平面視して前記第１の貫通穴を含み前記第１の貫通穴より広い形状の開口部（６１）と、平面視して前記ガス中継穴と合致する領域に設けられるガス供給穴（６６）とを有し、前記第２の貫通穴を介して前記第２の導通点と電気的に接続される、
    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２の電極が接地レベルに設定され、前記第１の電極に前記交流電圧が印加され、
    前記第１及び第２の電極は、平面視して前記電極ユニットベースの最外周に前記第２の電極が位置するように、配置されることを特徴とする、
    活性ガス生成装置。
  3. 請求項２記載の活性ガス生成装置であって、
    前記電極ユニットベースを裏面側から支持し、かつ、前記電極押え板に冷却媒体を循環させる冷却媒体循環機構（８，３７）をさらに備え、
    前記電極押え板は前記電極ユニット蓋側から前記電極ユニットベースを冷却する冷却機能を有する、
    活性ガス生成装置。
  4. 請求項３記載の活性ガス生成装置であって、
    前記電極ユニットベース、前記電極ユニット蓋、前記電極押え板、及び前記冷却媒体循環機構は一体的に連結される、
    活性ガス生成装置。
  5. 請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の活性ガス生成装置であって、
    前記装置筐体の上部に取り付けられ、前記交流電圧を供給する交流電圧供給端子（７１）をさらに備え、
    前記交流電圧供給端子は前記開口部及び前記第１の貫通穴を介して前記第１の導通点に電気的に接続される、
    活性ガス生成装置。
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