JP6851706B2 - 活性ガス生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、平行平板方式の誘電体バリア放電で活性ガスを生成し、後段の処理空間に活性ガスを供給する活性ガス生成装置に関する。

平行平板方式の誘電体バリア放電で活性ガスを生成する活性ガス生成装置は、例えば特許文献１で開示されている。

図１４は特許文献１で開示された従来の窒素ラジカル生成システム１００の概略構成を示す図である。窒素ラジカル生成システム１００は、窒素ラジカル生成装置１０１、交流電圧源１０８及び処理チャンバー１１２から構成されている。

活性ガス生成装置である窒素ラジカル生成装置１０１は、誘電体バリア放電を利用して、窒素ガスから活性ガスである窒素ラジカルを生成する。

窒素ラジカル生成装置１０１内の空間１０２には、誘電体バリア放電を生成する、放電ユニットが配設されている。ここで、上記放電ユニットは、第一電極１０３及び第二電極１０４から構成される。

第二電極１０４は、窒素ラジカル生成装置１０１の底面の中央部に設置されている。そして、第二電極１０４に対面して、第一電極１０３が配設されている。ここで、第一電極１０３と第二電極１０４とは、所定の間隔だけ離れて対面している。つまり、第一電極１０３と第二電極１０４の間には、放電空間１０５が形成されている。

また、放電空間１０５に面する第一電極１０３の主面及び放電空間１０５に面する第二電極１０４の主面の少なくとも一方には、誘電体（図１４において図示を省略している）が配設されている。

上記放電ユニットは、第一電極１０３と第二電極１０４との間の放電空間１０５に誘電体バリア放電を発生させることができる。

窒素ラジカル生成装置１０１の上面中央部において、ガス供給口１０６が配設されている。ガス供給口１０６を介して、窒素ラジカル生成装置１０１の外部から、窒素ラジカル生成装置１０１内の空間１０２へと、原料ガスである窒素ガスが供給される。

第二電極１０４の中央部には、窒素ラジカルガスが、窒素ラジカル生成装置１０１外へと出力する、ガス放出部１０７が一つ穿設されている。

交流電圧源１０８は、上記放電ユニットに対して、高圧の交流電圧を印加する。交流電圧源１０８の一方端子は、第一電極１０３と電気的に接続される。また、交流電圧源１０８の他方端子は、窒素ラジカル生成装置１０１の筐体（接地）と電気的に接続されている。なお、上記から分かるように、窒素ラジカル生成装置１０１の底面には、第二電極１０４が配設されている。したがって、交流電圧源１０８の他方端子は、窒素ラジカル生成装置１０１を介して、第二電極１０４と電気的に接続される。

つまり、交流電圧源１０８は、第一電極１０３と第二電極１０４との間に、高圧の交流電圧を印加する。そして、交流電圧の印加により、第一電極１０３と第二電極１０４との間の放電空間１０５において、誘電体バリア放電が発生する。

ガス供給口１０６から供給された窒素ガスは、各電極１０３，１０４の外周部から放電空間１０５内に侵入する。そして、窒素ガスは、各電極１０３，１０４の外周部から内部へと伝搬する。放電空間１０５内に発生している誘電体バリア放電によって、伝搬中の窒素ガスから窒素ラジカルガスが生成される。生成された窒素ラジカルガスは、ガス放出部１０７から、窒素ラジカル生成装置１０１外へと出力される。

また、図１４に示すように、窒素ラジカル生成装置１０１の下側には、処理チャンバー１１２が配設されている。ここで、窒素ラジカル生成装置１０１の底面と処理チャンバー１１２の上面とが接している。

また、窒素ラジカル生成装置１０１と処理チャンバー１１２との間には、オリフィス部１０９が配設されている。オリフィス部１０９は、細孔１１０を介してガス放出部１０７と処理チャンバー１１２内の処理室１１１とを接続する。

オリフィス部１０９の細孔１１０の径は、ガス放出部１０７の孔の径よりも小さい。より具体的に、オリフィス部１０９の細孔１１０の入り口の径は、ガス放出部１０７の孔の出口の径よりも小さい。したがって、オリフィス部１０９の細孔１１０により、窒素ラジカル生成装置１０１内の空間１０２と処理室１１１との間における圧力区分が、形成される。

処理チャンバー１１２内の処理室１１１では、窒素ラジカル生成装置１０１で生成され、当該窒素ラジカル生成装置１０１（具体的には、ガス放出部１０７）から出力される窒素ラジカルを利用した処理が実施される。

図１４に示すように、処理チャンバー１１２内の処理室１１１には、サセプタ１１４が配設されており、当該サセプタ１１４上には、処理対象物であるウェハ（基板）１１３が載置されている。また、処理チャンバー１１２の側面には、ガス排気部１１５が配設されている。ガス排気部１１５により、処理室１１１内の圧力は、たとえば１Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ程度の範囲で、一定に維持されている。また、ガス排気部１１５によるガス排気処理により、空間１０２及び処理室１１１の圧力設定のみならず、窒素ラジカル生成装置１０１から処理チャンバー１１２への、窒素ガス及び窒素ラジカルガスの流れも発生させている。

このように、図１４で示した従来の窒素ラジカル生成システム１００における窒素ラジカル生成装置１０１は、誘電体バリア放電を第一電極１０３と第二電極１０４との間の放電空間１０５で発生させ、誘電体バリア放電によって得られた活性ガスを、ガス放出部１０７及びオリフィス部１０９の細孔１１０を経由して、後段の装置である処理室１１１に供給するものである。

特許第６２３９４８３号公報

図１４で示した従来の窒素ラジカル生成装置１０１では、オリフィス部１０９の構成材料が絶縁体であった場合、第一電極１０３と第二電極１０４とに印加された電圧が、処理室１１１側のオリフィス部１０９表面に絶縁破壊を引き起こす電界強度を発生させ、異常放電を起こすことが想定される。

すなわち、誘電体バリア放電を発生させるために印加する電圧は、後段の装置である処理チャンバー１１２の処理室１１１内においても絶縁破壊を生じさせる電界強度をもつ領域を生み、処理室１１１内でメタルコンタミネーションの発生原因となる放電である異常放電を発生させてしまう。

処理室１１１は窒素ラジカル生成装置１０１内の空間１０２に比べて減圧環境下であるため、異常放電で発生したイオンが電界によって加速されウェハ１１３に衝突し、ウェハ１１３にダメージを与えてしまう問題点があった。

したがって、従来の活性ガス生成装置においては、異常放電が発生を抑止することが重要となる。異常放電を抑制するにはガス放出部１０７の近傍領域Ｒ１０７の電界強度を緩和する必要がある。

異常放電を抑止する方法として、オリフィス部１０９の細孔１１０の形成長を長くする第１の方法が考えられる。

第１の方法を採用すれば、第一電極１０３等の高い電圧を印加されている箇所(以降、「電圧印加部」と称する場合あり)と後段の装置（処理チャンバー１１２）との距離を十分取ることができる分、後段の装置内の電界強度を弱めることができる。

しかしながら、上記距離を長くすれば、活性ガスが処理対象物（ウェハ１１３）に到達するのに要する時間も長くなるため、活性ガスが失活される可能性が高くなる。したがって、上記距離を長くすることは望ましいことではない。

異常放電を抑止する方法として、交流電圧源１０８から供給する交流電圧の電圧値を低くする第２の方法等が考えられる。しかしながら、第２の方法を採用すると発生する活性ガス量の低下を招くため、望ましくない。

このように、上述した第１及び第２の方法は、異常放電を抑止する方法として望ましい方法とは言えない問題点を有している。

本発明では、上記のような問題点を解決し、オリフィス部の構造を変更することなく、オリフィス部の下方に設けられる処理空間の電界強度を意図的に弱めることができる、活性ガス生成装置を提供することを目的とする。

この発明における活性ガス生成装置は、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を生成する活性ガス生成装置であって、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の電極構成部とを備え、前記第１の電極構成部は、第１の誘電体電極と前記第１の誘電体電極の上面上に形成される第１の金属電極とを有し、前記第２の電極構成部は、第２の誘電体電極と前記第２の誘電体電極の下面上に形成される第２の金属電極とを有し、前記第１及び第２の金属電極間に交流電圧が印加され、前記第１及び第２の誘電体電極が対向する誘電体空間内において、前記第１及び第２の金属電極が平面視重複する領域を前記放電空間として含み、前記第２の誘電体電極は、前記活性ガスを外部に噴出するための少なくとも一つのガス噴出孔を有し、前記放電空間から前記少なくとも一つのガス噴出孔に至る経路が活性ガス流通経路として規定され、前記活性ガス生成装置は、前記第２の誘電体電極自体あるいは前記第２の誘電体電極の下方に設けられ、前記少なくとも一つのガス噴出孔に対応する少なくとも一つの貫通孔を有するオリフィス部をさらに備え、前記第１の電極構成部は、前記第１の誘電体電極の上面上に前記第１の金属電極と独立して形成される補助導電膜をさらに有し、前記補助導電膜は平面視して前記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられ、かつ、前記補助導電膜は接地電位に設定されることを特徴とする。

請求項１記載の本願発明である活性ガス生成装置は上記特徴を有することにより、接地電位に設定された補助導電膜によって、上記活性ガス流通経路における電界強度を緩和することができる。

その結果、請求項１記載の本願発明は、オリフィス部の構造を変更することなく、オリフィス部の下方に設けられる処理空間の電界強度を意図的に弱めることができるという主要効果を奏する。

この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、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構成を示す説明図である。 第１の態様の高電圧側電極構成部を上方から視た平面図である。 第１の態様の接地側電極構成部を下方から視た平面図である。 第１の態様の活性ガス生成用電極群の断面構造を示す断面図である。 第１の態様の活性ガス生成用電極群の全体構成を模式的に示す説明図である。 第２の態様の高電圧側電極構成部を上方から視た平面図である。 第２の態様の接地側電極構成部を下方から視た平面図である。 第２の態様の活性ガス生成用電極群の断面構造を示す断面図である。 第２の態様の活性ガス生成用電極群の全体構成を模式的に示す説明図である。 シミュレーション対象の構造を模式的に示す説明図である。 従来構造のシミュレーション結果を示す説明図である。 本実施の形態のシミュレーション結果を示す説明図である。 本実施の形態の変形例のシミュレーション結果を示す説明図である。 従来の窒素ラジカル生成システムの概略構成を示す説明図である。

＜実施の形態＞
（基本構成）
図１はこの発明の実施の形態である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を記している。本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、放電空間１５に供給された原料ガス６を活性化して得られる活性ガス７を生成する活性ガス生成装置である。

活性ガス生成装置５１は、金属筐体３１、ガス供給口３２、活性ガス生成用電極群３０１とオリフィス部４０とを主要構成部として含んでいる。

金属筐体３１は、接地電位に設定された金属製の活性ガス生成装置５１用の筐体であり、上部にガス供給口３２が取り付けられ、ガス供給口３２から原料ガス６が金属筐体３１の内部空間３３に供給される。

活性ガス生成装置５１における金属筐体３１の内部空間３３に活性ガス生成用電極群３０１が配置される。具体的には、金属筐体３１の底面上に活性ガス生成用電極群３０１が配置される。そして、金属筐体３１の底面の一部にオリフィス部４０が組み込まれている。

活性ガス生成用電極群３０１は、第１の電極構成部である高電圧側電極構成部１と、第２の電極構成部である接地側電極構成部２との組合せにより構成され、接地側電極構成部２は高電圧側電極構成部１の下方に設けられる。

高電圧側電極構成部１は、第１の誘電体電極である誘電体電極１１と、誘電体電極１１の上面上に形成される第１の金属電極である金属電極１０とを主要構成部として有している。高電圧側電極構成部１は、誘電体電極１１の上面上に金属電極１０と独立して形成される補助導電膜である導電膜１２をさらに有している。

金属製の導電膜１２は、平面視して少なくとも一つのガス噴出孔９と金属製の金属電極１０との間に設けられる。なお、金属製の導電膜１２は、平面視して少なくとも一つのガス噴出孔９と重複しても良い。

なお、金属電極１０及び導電膜１２は、例えばスパッタリング法や印刷焼成法を利用して誘電体電極１１の上面上に設けられる。

接地側電極構成部２は、第２の誘電体電極である誘電体電極２１と誘電体電極２１の下面上に形成される第２の金属電極である金属電極２０とを主要構成部として有している。

なお、金属電極２０は、スパッタリング法や印刷焼成法等を利用して、誘電体電極２１の下面上に設けられる。

高電圧側電極構成部１の誘電体電極１１と接地側電極構成部２の誘電体電極２１とは図示しないスペーサー等により、予め定められた一定の間隔が設けられるように設置されている。

そして、金属電極１０と金属電極２０との間に高周波電源５から交流電圧が印加される。具体的には、金属電極１０には高周波電源５から交流電圧が印加され、金属電極２０及び導電膜１２は金属筐体３１を介して接地電位に設定される。

誘電体電極１１と誘電体電極２１とが対向する誘電体空間内において、金属電極１０及び２０が平面視重複する領域を含んで放電空間１５が設けられる。

なお、誘電体電極１１の上面、誘電体電極２１の下面の形状は面一でもよく、所定の形状を設けても良い。例えば、誘電体電極１１の上面において、金属電極１０と導電膜１２との間で沿面放電が発生しないように、障害となる凹凸形状を設けるようにしても良い。

誘電体電極２１は、活性ガス７を外部の処理空間６３に噴出するための少なくとも一つのガス噴出孔９を有している。

オリフィス部４０は、誘電体電極２１の下方に設けられ、少なくとも一つのガス噴出孔９に対応する少なくとも一つの貫通孔４９を有している。なお、オリフィス部４０は構成材料をセラミック、ガラス及びサファイアのうちの一つとしている。

このような構成の活性ガス生成装置５１において、金属電極１０及び２０間に交流電圧を印加して活性ガス生成用電極群３０１の放電空間１５に誘電体バリア放電を発生させ、同時にガス供給口３２から金属筐体３１の内部空間３３内に原料ガス６を供給し、活性ガス生成用電極群３０１の外周部から内部に原料ガス６を流通させる。

すると、活性ガス生成装置５１において、放電空間１５内の原料ガス６が活性化されることにより活性ガス７が生成され、生成された活性ガス７は、上記誘電体空間内における放電空間１５から少なくとも一つのガス噴出孔９に至る経路である活性ガス流通経路を流れる。

上記活性ガス流通経路を流れる活性ガス７は、少なくとも一つのガス噴出孔９及びオリフィス部４０の貫通孔４９を経由して、ガスの流れ１８に沿って最終的に後段の処理空間６３に供給される。

本実施の形態の活性ガス生成装置５１において、上述したように、導電膜１２は平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられている。

このように、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、以下の特徴(1)及び特徴(2)を有している。

(1) 導電膜１２は平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられる。
(2) 導電膜１２は接地電位に設定されている。

図１で示した実施の形態の活性ガス生成装置５１の基本構成を実現する具体的構成として以下で説明する第１の態様及び第２の態様が考えられる。

（第１の態様）
図２〜図５はそれぞれ実施の形態１の活性ガス生成装置５１における第１の態様の活性ガス生成用電極群３０１Ａの構造を示す図である。図２〜図５それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。

活性ガス生成装置５１の第１の態様は、図１で示した基本構成の活性ガス生成用電極群３０１として、図２〜図５で示す活性ガス生成用電極群３０１Ａを採用している。

図２は第１の態様の高電圧側電極構成部１Ａを上方（＋Ｚ方向側）から視た平面図である。図３は第１の態様の接地側電極構成部２Ａを下方（−Ｚ方向側）から視た平面図である。図４は活性ガス生成用電極群３０１ＡのＸＺ平面における断面構造を示す断面図である。図５は活性ガス生成用電極群３０１Ａの全体構成を模式的に示す説明図である。

以下、図２〜図５を適宜参照して、第１の態様の活性ガス生成用電極群３０１Ａについて説明する。

図４及び図５に示すように、活性ガス生成用電極群３０１Ａは、第１の電極構成部である高電圧側電極構成部１Ａと、第２の電極構成部である接地側電極構成部２Ａとの組合せにより構成される。接地側電極構成部２Ａは高電圧側電極構成部１Ａの下方に設けられる。図２〜図５に示すように、活性ガス生成用電極群３０１Ａは平行平板方式を採用している。

高電圧側電極構成部１Ａは、第１の誘電体電極である誘電体電極１１Ａと、誘電体電極１１Ａの上面上に形成される第１の金属電極である金属電極１０Ａとを主要構成部として有している。高電圧側電極構成部１Ａは、誘電体電極１１Ａの上面上に金属電極１０Ａと独立して形成される補助導電膜である導電膜１２Ａをさらに有している。

図２に示すように、誘電体電極１１Ａは平面視して円状に形成され、金属電極１０Ａは平面視して円環状に形成され、導電膜１２Ａは平面視して円状に形成される。導電膜１２Ａは誘電体電極１１Ａの中心部上に、平面視してガス噴出孔９Ａと重複するように配置される。金属電極１０Ａは、導電膜１２の周囲を囲むように、導電膜１２の外周部から所定距離隔てて配置される。図２のＡ−Ａ断面が図４の断面構造となる。

一方、接地側電極構成部２Ａは、第２の誘電体電極である誘電体電極２１Ａと誘電体電極２１Ａの下面上に形成される第２の金属電極である金属電極２０Ａとを主要構成部として有している。

そして、誘電体電極１１Ａは、活性ガス７を外部の処理空間６３に噴出するための単一のガス噴出孔９Ａを有している。この単一のガス噴出孔９Ａが図１で示した基本構成における少なくとも一つのガス噴出孔９に対応する。

図３に示すように、誘電体電極２１Ａは平面視して円状に形成され、金属電極１２Ａは平面視して円環状に形成され、単一のガス噴出孔９Ａは平面視して円状に形成される。ガス噴出孔９Ａは平面視して誘電体電極２１Ａの中心部に設けられる。金属電極２０Ａはガス噴出孔９Ａの周囲を囲むように、ガス噴出孔９Ａの外周部から所定距離隔てて配置される。図３のＢ−Ｂ断面が図４の断面構造となる。

上述した構成の第１の態様は、誘電体電極１１Ａ及び２１Ａ間に形成される誘電体空間内において、放電空間１５から単一のガス噴出孔９Ａに至る経路を活性ガス流通経路としている。

図２〜図５に示すように、導電膜１２Ａは平面視してガス噴出孔９Ａと重複する位置に配置される。すなわち、導電膜１２Ａは、平面して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように配置される。

そして、金属電極１０Ａと金属電極２０Ａとの間に高周波電源５から交流電圧が印加される。具体的には、金属電極１０Ａには高周波電源５から交流電圧が印加され、金属電極２０Ａ及び導電膜１２Ａは金属筐体３１を介して接地電位に設定される。

第１の態様のオリフィス部４０は、誘電体電極２１Ａの下方に設けられ、単一のガス噴出孔９Ａに対応する単一の貫通孔４９を有している。

このように、活性ガス生成装置５１の第１の態様において、導電膜１２Ａは平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられ、かつ、導電膜１２Ａは接地電位に設定されていることを特徴としている。すなわち、第１の態様は基本構成の上記特徴(1)及び特徴(2)を有している。

このような構成の活性ガス生成装置５１の第１の態様は、金属電極１０Ａ及び２０Ａ間に交流電圧を印加して活性ガス生成用電極群３０１Ａの放電空間１５に誘電体バリア放電を発生させる。さらに、活性ガス生成装置５１の第１の態様は、ガス供給口３２から金属筐体３１の内部空間３３内に原料ガス６を供給し、活性ガス生成用電極群３０１Ａの外周部から単一のガス噴出孔９Ａに向かう方向をガスの流れ８（図５参照）として原料ガス６を流通させる。

すると、活性ガス生成装置５１の第１の態様において、放電空間１５内の原料ガス６が活性化されることにより活性ガス７が生成され、生成された活性ガス７は、上記誘電体空間内における放電空間１５から単一のガス噴出孔９Ａに至る経路である活性ガス流通経路を流れる。

上記活性ガス流通経路を流れる活性ガス７は、単一のガス噴出孔９及びオリフィス部４０の貫通孔４９を経由して、ガスの流れ１８に沿って最終的に後段の処理空間６３に供給される。

（第２の態様）
図６〜図９は実施の形態の活性ガス生成装置５１における第２の態様の活性ガス生成用電極群３０１Ｂの構造を示す図である。図６〜図９それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。

活性ガス生成装置５１の第２の態様は、図１で示した基本構成の活性ガス生成用電極群３０１として、図６〜図９で示す活性ガス生成用電極群３０１Ｂを採用している。

図６は第２の態様の高電圧側電極構成部１Ｂを上方（＋Ｚ方向側）から視た平面図である。図７は第２の態様の接地側電極構成部２Ｂを下方（−Ｚ方向側）から視た平面図である。図８は活性ガス生成用電極群３０１ＢのＸＺ平面における断面構造を示す断面図である。図９は活性ガス生成用電極群３０１Ｂの全体構成を模式的に示す説明図である。

以下、図６〜図９を適宜参照して、第２の態様の活性ガス生成用電極群３０１Ｂについて説明する。

図８及び図９に示すように、活性ガス生成用電極群３０１Ｂは、第１の電極構成部である高電圧側電極構成部１Ｂと、第２の電極構成部である接地側電極構成部２Ｂとの組合せにより構成される。接地側電極構成部２Ｂは高電圧側電極構成部１Ｂの下方に設けられる。図６〜図９に示すように、活性ガス生成用電極群３０１Ｂは平行平板方式を採用している。

高電圧側電極構成部１Ｂは、第１の誘電体電極である誘電体電極１１Ｂと、誘電体電極１１Ｂの上面上に形成される第１の金属電極である金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌとを主要構成部として有している。高電圧側電極構成部１Ｂは、誘電体電極１１Ｂの上面上に金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌと独立して形成される補助導電膜である導電膜１２Ｂをさらに有している。

図６に示すように、誘電体電極１１Ｂは平面視してＹ方向を長辺方向とした矩形状に形成され、金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌはそれぞれ平面視してＹ方向を長辺方向とした矩形状に形成され、導電膜１２Ｂは平面視してＹ方向を長辺方向とした矩形状に形成される。導電膜１２Ｂは平面視して誘電体電極１１ＢのＸ方向の中心部上に配置される。

金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌは導電膜１２Ｂを挟むように、導電膜１２Ｂから所定距離隔てて配置される。すなわち、金属電極１０Ｈは導電膜１２Ｂに対し左側（−Ｘ方向側）に配置され、金属電極１０Ｌは導電膜１２Ｂに対し右側（＋Ｘ方向側）に配置される。図６のＣ−Ｃ断面が図８の断面構造となる。

一方、接地側電極構成部２Ｂは、第２の誘電体電極である誘電体電極２１Ｂと誘電体電極２１Ｂの下面上に形成される第２の金属電極である金属電極対２０Ｈ及び２０Ｌとを主要構成部として有している。

そして、誘電体電極１１Ｂは、活性ガス７を外部の処理空間６３に噴出するための複数のガス噴出孔９Ｂを有している。これら複数のガス噴出孔９Ｂが図１で示した基本構成における少なくとも一つのガス噴出孔９に対応する。

図７に示すように、誘電体電極２１Ｂは平面視してＹ方向を長辺方向とした矩形状に形成され、金属電極対２０Ｈ及び２０Ｌはそれぞれ平面視してＹ方向を長辺方向とした矩形状に形成され、複数のガス噴出孔９Ｂはそれぞれ平面視して円状に形成される。

複数のガス噴出孔９ＢはＹ方向に沿って互いに離散して誘電体電極２１Ｂに設けられる。複数のガス噴出孔９Ｂはそれぞれ誘電体電極２１ＢのＸ方向における中心位置に配置される。

金属電極対２０Ｈ及び２０Ｌは、複数のガス噴出孔９Ｂを挟むように、所定距離隔てて配置される。金属電極２０Ｈは複数のガス噴出孔９Ｂに対し左側（−Ｘ方向側）に配置され、金属電極２０Ｌは複数のガス噴出孔９Ｂに対し右側（＋Ｘ方向側）に配置される。図７のＤ−Ｄ断面が図８の断面構造となる。

上述した構成の第２の態様は、誘電体電極１１Ｂ及び２１Ｂ間に形成される誘電体空間内において、放電空間１５から複数のガス噴出孔９Ａに至る経路を活性ガス流通経路としている。

図６〜図９に示すように、導電膜１２Ｂは平面視して複数のガス噴出孔９Ｂと重複する位置に配置される。すなわち、導電膜１２Ｂは、平面して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように配置される。

そして、金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌと金属電極対２０Ｈ及び２０Ｌとの間に高周波電源５から交流電圧が印加される。具体的には、金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌには高周波電源５から交流電圧が印加され、金属電極対２０Ｈ及び２０Ｌ及び導電膜１２Ｂは金属筐体３１を介して接地電位に設定される。

第２の態様のオリフィス部４０は、誘電体電極２１Ｂの下方に設けられ、複数のガス噴出孔９Ｂに対応する複数の貫通孔４９を有している。

このように、活性ガス生成装置５１の第２の態様において、導電膜１２Ｂは平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられ、かつ、導電膜１２Ｂは接地電位に設定されていることを特徴としている。すなわち、第２の態様は基本構成の上記特徴(1)及び特徴(2)を有している。

このような構成の活性ガス生成装置５１の第２の態様は、金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌと金属電極対２０Ｈ及び２０Ｌとの間に交流電圧を印加して活性ガス生成用電極群３０１Ｂの放電空間１５に誘電体バリア放電を発生させる。さらに、活性ガス生成装置５１の第２の態様は、ガス供給口３２から金属筐体３１の内部空間３３内に原料ガス６を供給し、活性ガス生成用電極群３０１ＢのＸ方向両端部から、Ｘ方向に平行なガスの流れ８（図９参照）に沿って内部に原料ガス６を流通させる。

すると、活性ガス生成装置５１の第２の態様において、放電空間１５内の原料ガス６が活性化されることにより活性ガス７が生成され、生成された活性ガス７は、上記誘電体空間内における放電空間１５から複数のガス噴出孔９Ｂに至る経路である活性ガス流通経路を流れる。

上記活性ガス流通経路を流れる活性ガス７は、複数のガス噴出孔９及びオリフィス部４０の複数の貫通孔４９を経由して、ガスの流れ１８に沿って最終的に後段の処理空間６３に供給される。

（シミュレーション結果）
図１０はシミュレーション対象の構造を模式的に示す説明図である。図１０にＸＹＺ直交座標系を記す。図１１は導電膜１２（１２Ａ，１２Ｂ）を有さない従来構造のシミュレーション結果を示す説明図である。図１２は本実施の形態の基本構成（第２の態様）のシミュレーション結果を示す説明図である。図１３は本実施の形態の変形例のシミュレーション結果を示す説明図である。

図１０で示す構造は、シミュレーション対象の活性ガス生成装置５１Ｓ及び処理チャンバー６０との組合せ構造となっている。活性ガス生成装置５１Ｓは図１で示した基本構成の活性ガス生成装置５１と同様な構成を呈しており、第１及び第２の態様のうち、図６〜図９で示した第２の態様を採用している。なお、図１０では導電膜１２Ｂや処理チャンバー６０のガス排気部の図示を省略している。

活性ガス生成装置５１Ｓは以下の寸法特性を有している。内部空間３３の形成高さは１７．２５ｍｍであり、Ｘ方向の形成幅は９０（４５＋４５）ｍｍであり、Ｘ方向における中心からの距離は４５ｍｍである。

また、誘電体電極１１Ｂ及び１２Ｂそれぞれの膜厚は１．５ｍｍであり、放電空間１５におけるギャップ長は１．５ｍｍであり、ガス噴出孔９Ｂの半径は８ｍｍであり、貫通孔４９の半径は０．５（８−７．５）ｍｍであり、貫通孔４９の形成長は５ｍｍである。

そして、金属電極対１０Ｈ及び１０ＬそれぞれのＸ方向における形成幅は１０ｍｍであり、Ｘ方向における中心からの距離は１５．５ｍｍであり、誘電体電極１１Ｂの端部から金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌそれぞれに至るＸ方向における距離は１０ｍｍである。また、処理チャンバー６０の処理空間６３における形成高さは１０．５ｍｍである。

図１１〜図１３は、図１０の着目領域Ｒ４０の拡大図であり、着目領域Ｒ４０はガス噴出孔９Ｂの近傍における活性ガス生成用電極群３０１Ｂ及びオリフィス部４０の断面構造である。

さらに、高電圧側電極構成部１Ｂの誘電体電極１１Ｂ及び接地側電極構成部２Ｂの誘電体電極２１Ｂそれぞれの誘電体材料の比誘電率は“１０”とし、金属電極１０Ｂに印加する電圧は６０００Ｖとしてシミュレーションを実行している。

また、金属筐体３１及び処理チャンバー６０の筐体は共に金属製であり、電位は接地電位“０”Ｖとしてシミュレーションを実行している。

電界強度の評価対象は、処理チャンバー６０の処理空間６３であるため、図１１〜図１３において、オリフィス部４０の下方の処理空間６３の電界強度を可視化して示している。

図１１は、高電圧側電極構成部１Ｂに接地電位設定用の導電膜１２Ｂを有さない従来構造の活性ガス生成装置のシミュレーション結果である。

同図に示すように、活性ガス生成装置の後段の処理空間６３に面するオリフィス部４０の電界強度は２７Ｖ／ｍｍを超える領域があり、評価対象領域である処理空間６３の半分以上が５Ｖ／ｍｍ以上の電界強度を持つ領域が占めている。

図１２は、高電圧側電極構成部１Ｂに導電膜１２Ｂを設けた実施の形態の第２の態様の構造であり、導電膜１２Ｂは平面視して活性ガス流通経路Ｐ７の一部に重複するように配置されている。

図１２に示すように、活性ガス生成装置５１の第２の態様は、処理空間６３に面するオリフィス部は電界強度が強くなっているものの、５Ｖ／ｍｍ以下であり、図１１で示す従来構造に比べて、導電膜１２Ｂによって処理空間６３内における電界強度が緩和されている効果が確認された。

図１３は、高電圧側電極構成部１Ｂに２つの導電膜１２Ｂを分離して設置した変形例の構造である。

変形例では、導電膜１２Ｂを２つの導電膜１２Ｈ及び１２Ｌに分離し、導電膜１２Ｈを金属電極１０Ｈ側に配置し、導電膜１２Ｌを金属電極１０Ｌ側に配置している。

そして、導電膜１２Ｈ及び１２Ｌが平面視して複数のガス噴出孔９Ｂを挟むように配置される。なお、導電膜１２Ｈ及び１２Ｌも図６〜図９で示した導電膜１２Ｂと同様、平面視して矩形状に形成される。

変形例においても、導電膜１２Ｈ及び１２Ｌは平面視して活性ガス流通経路Ｐ７の一部と重複するように設けられ、かつ、導電膜１２Ｈ及び１２Ｌは接地電位に設定されている。

図１３に示すように、変形例においても、図１１で示す従来構造に比べて、導電膜１２Ｈ及び１２Ｌによって、処理空間６３内の電界強度が緩和されている効果が確認された。ただし、変形例では、１〜５Ｖ／ｍｍの領域は図１２で示す実施の形態の基本構成（第２の態様）と比較して増加している。

図１０〜図１３で示したシミュレーション結果より、高電圧側電極構成部１（１Ｂ）に接地電位に設定された導電膜１２（１２Ｂ）を設け、導電膜１２を平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けることにより、処理空間６３における電界強度が緩和されることが明らかになった。

なお、上述したシミュレーションの印加電圧の大きさや、金属電極１０（１０Ｂ）等のサイズ等は例示であり、印加電圧の大きさや金属電極１０のサイズ・配置方法によって、後段の処理空間６３での電界強度の大きさは変化する。

しかしながら、本発明の実施の形態の上記特徴(1)及び特徴(2)を有すれば、後段の処理空間６３の電界強度緩和効果を発揮することができる。

（効果等）
以上説明したように、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、以下の特徴(1)及び特徴(2)を有している。

(1) 導電膜１２（１２Ａ，１２Ｂ）は平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられる。
(2) 導電膜１２は接地電位に設定されている。

本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、上記特徴(1)及び特徴(2)を有することにより、接地電位に設定された補助導電膜である導電膜１２によって、上記活性ガス流通経路における電界強度を緩和することができる。

その結果、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、オリフィス部の構造を変更することなく、オリフィス部４０の下方に設けられる処理空間６３の電界強度を意図的に弱めることができるという主要効果を奏する。さらに、上記主要効果に伴い、以下の第１〜第４の副次的効果を得ることができる。

第１の副次的効果：処理空間６３での異常放電の発生が抑制され、処理空間６３内でのメタルコンタミネーションの発生を抑制し、処理空間６３におけるウェハ等の処理対象物へのダメージの低減化を図ることができる。

第２の副次的効果：放電空間１５から少なくとも一つのガス噴出孔９に至る距離である活性ガス流通距離がより短くなるように金属電極１０及び２０を配置することができる。

その結果、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、処理空間６３での電界強度を高めることなく効率的に活性ガス７を処理空間６３に供給することができる。さらに、上記活性ガス流通距離を短くする分、活性ガス生成装置５１の小型化を図ることができる。

なお、上記活性ガス流通距離を短くする方法として、第１の態様（図２〜図５）では、金属電極１０Ａ及び１０Ｂの内周部をより中心に近づける構成が考えられる。また、第２の態様（図６〜図９）では、金属電極対１０Ｈ及び１０Ｌ並びに金属電極対２０Ｈ及び２０ＬをよりＸ方向の中央に近づけて配置する構成が考えられる。

第３の副次的効果：オリフィス部の少なくとも一つの貫通孔９の形成長さの短縮化を図ることができる。

その結果、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、処理空間６３での電界強度を高めることなく、効率的に活性ガス７を処理空間６３に供給することができる。さらに、少なくとも一つの貫通孔９の形成長さを短縮する分、活性ガス生成装置５１の小型化を図ることができる。

第４の副次的効果：印加する交流電圧をより高電圧にすることができる。その結果、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、処理空間６３での電界強度を高めることなく、大容量な活性ガス７を処理空間６３に供給することができる。

さらに、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、オリフィス部４０の構成材料をセラミック、ガラス及びサファイアのうち少なくとも一つとしている。

オリフィス部４０の構成材料を耐食性のあるセラミック、ガラス及びサファイアのうち少なくとも一つとすることにより、活性ガス７との反応が低減され、活性ガス７の失活を抑制することができる。その結果、本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、より高濃度な活性ガス７をオリフィス部４０の下方の処理空間６３に供給することができる。なお、サファイアに代えて、導電性を有さず、耐食性を有する他の固体結晶を用いても良い。

また、本実施の形態の活性ガス生成装置５１で用いる原料ガス６は、水素、窒素、酸素、弗素、塩素ガスのうち少なくとも一つを含むガスであることが望ましい。

本実施の形態の活性ガス生成装置５１は、上述したガスを原料ガスとすることにより、窒化膜・酸化膜などの成膜処理、エッチングガスや洗浄ガスの生成、表面改質処理が可能となる。

以下、この点を詳述する。窒素や酸素を原料ガス６とすれば窒化膜や酸化膜の絶縁膜を成膜することができる。弗素や塩素ガスを原料ガス６とすれば、活性化した弗化ガスや塩素ガスをエッチングガスや洗浄ガスとして利用することができる。水素や窒素を原料ガス６とすれば、活性化した水素ガスや窒化ガスによって基板等の所定対象物の表面を水素化、窒化して表面改質処理が行える。

＜その他＞
図１で示す活性ガス生成装置５１の基本構成では、オリフィス部４０と接地側電極構成部２の誘電体電極２１とを分離して構成したが、オリフィス部４０と誘電体電極２１とを一体的に構成しも良い。例えば、誘電体電極２１に設ける少なくとも一つのガス噴出孔９それぞれの径を、オリフィス部４０の貫通孔４９の径のように十分小さくするように構成しても良い。

この場合、誘電体電極２１に設けられる少なくとも一つのガス噴出孔９がオリフィス部の少なくとも一つの貫通孔の役割を発揮し、誘電体電極２１自体がオリフィス部としても機能することになる。このように、活性ガス生成装置５１を変形して誘電体電極２１自体にオリフィス部を設ける構成にしても良い。

図１で示した実施の形態の活性ガス生成装置５１の基本構成を実現する具体的構成として第１の態様（図２〜図５）及び第２の態様（図６〜図９）を示した。基本構成の上記特徴(1)及び特徴(2)を満足することを条件として、第１及び第２の態様以外の構成が適用可能である。

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。

１，１Ａ，１Ｂ 高電圧側電極構成部
２，２Ａ，２Ｂ 接地側電極構成部
９，９Ａ，９Ｂ ガス噴出孔
１０，１０Ａ，１０Ｈ，１０Ｌ，２０，２０Ａ，２０Ｈ，２０Ｌ 金属電極
１１，１１Ａ，１１Ｂ，２１，２１Ａ，２１Ｂ 誘電体電極
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｈ，１２Ｌ 導電膜
４０ オリフィス部
４９ 貫通孔
５１ 活性ガス生成装置
６０ 処理チャンバー
６３ 処理空間
３０１，３０１Ａ，３０１Ｂ 活性ガス生成用電極群

Claims (3)

1. 放電空間（１５）に供給された原料ガス（６）を活性化して得られる活性ガス（７）を生成する活性ガス生成装置であって、
   第１の電極構成部（１，１Ａ，１Ｂ）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（２，２Ａ，２Ｂ）とを備え、
   前記第１の電極構成部は、第１の誘電体電極（１１，１１Ａ，１１Ｂ）と前記第１の誘電体電極の上面上に形成される第１の金属電極（１０，１０Ａ，１０Ｈ，１０Ｌ）とを有し、前記第２の電極構成部は、第２の誘電体電極（２１，２１Ａ，２１Ｂ）と前記第２の誘電体電極の下面上に形成される第２の金属電極（２０，２０Ａ，２０Ｈ，２０Ｌ）とを有し、前記第１及び第２の金属電極間に交流電圧が印加され、前記第１及び第２の誘電体電極が対向する誘電体空間内において、前記第１及び第２の金属電極が平面視重複する領域を前記放電空間として含み、
   前記第２の誘電体電極は、前記活性ガスを外部に噴出するための少なくとも一つのガス噴出孔（９，９Ａ，９Ｂ）を有し、前記放電空間から前記少なくとも一つのガス噴出孔に至る経路が活性ガス流通経路として規定され、
   前記活性ガス生成装置は、
   前記第２の誘電体電極自体あるいは前記第２の誘電体電極の下方に設けられ、前記少なくとも一つのガス噴出孔に対応する少なくとも一つの貫通孔（４９）を有するオリフィス部（４０）をさらに備え、
   前記第１の電極構成部は、
   前記第１の誘電体電極の上面上に前記第１の金属電極と独立して形成される補助導電膜（１２，１２Ａ，１２Ｂ）をさらに有し、
   前記補助導電膜は平面視して前記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられ、かつ、前記補助導電膜は接地電位に設定されることを特徴とする、
   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、
   前記オリフィス部の構成材料はセラミック、ガラス及びサファイアのうち少なくとも一つを含む、
   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、
   前記原料ガスは、水素、窒素、酸素、弗素、塩素ガスのうち少なくとも一つを含むガスである、
   活性ガス生成装置。

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