KR101544329B1

KR101544329B1 - 플라즈마 발생 장치, cvd 장치 및 플라즈마 처리 입자 생성 장치

Info

Publication number: KR101544329B1
Application number: KR1020147000877A
Authority: KR
Inventors: 요이치로 타바타; 켄스케 와타나베
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2015-08-12
Also published as: EP2755454A1; EP2755454A4; JP5694543B2; TWI511624B; US20140123897A1; TW201315295A; US10297423B2; KR20140021712A; EP2755454B1; CN103782663A; JPWO2013035377A1; CN103782663B; WO2013035377A1

Abstract

본 발명은, 원료 가스를 전극 셀이 배치된 하우징 내로 공급하였다고 하여도, 하우징 내에 배설되어 있는 전기 급전부나 전극면이 부식이나, 전극 셀의 방전부 이외의 하우징 내부에서의 금속의 퇴적이라는 문제가 발생하는 일 없는, 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 그리고, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 전극 셀과, 당해 전극 셀을 둘러싸는 하우징(16)을 구비하고 있다. 전극 셀은, 제1의 전극(3)과, 방전 공간(6)을 통하여 제1의 전극(3)과 대면하여 있는 제2의 전극(1)과, 각 전극(1, 3)의 주면에 배치되는 유전체(2a, 2b)를 갖고 있다. 또한, 플라즈마 발생 장치(100)는, 전극 셀이 배설되지 않은 하우징(16) 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 하우징(16) 외로부터 방전 공간(6)으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로(75)를, 구비하고 있다.

Description

플라즈마 발생 장치, CVD 장치 및 플라즈마 처리 입자 생성 장치{PLASMA GENERATION DEVICE, CVD DEVICE AND PLASMA TREATMENT PARTICLE GENERATION DEVICE}

본 발명은, 원료 가스로부터 고에너지를 갖는 플라즈마 여기(勵起) 가스(활성 가스, 래디칼 가스)를, 고농도로 다량으로 생성할 수 있는 플라즈마 발생 장치, 및 생성한 플라즈마 여기 가스의 감쇠량을 억제하고, 유효하게 CVD 장치에 공급할 수 있도록 한 당해 플라즈마 발생 장치를 이용한 CVD 장치, 및 당해 플라즈마 발생 장치를 이용한 플라즈마 처리 입자 생성 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에 있어서, 고기능막(반도체 칩 내에서 회로 배선 상당이 되는 저임피던스의 고도전막, 반도체 칩 내에서 회로의 배선 코일 기능이나 자석 기능을 갖는 고자성막, 반도체 칩 내에서 회로의 콘덴서 기능을 갖는 고유전체막, 및 반도체 칩 내에서 전기적인 누설 전류가 적은 고절연 기능을 갖는 산화나 질화에 의한 고절연막 등)의 성막 방법에는, 열 CVD(화학 기상 성장 : Chemical Vapor Deposition) 장치, 광 CVD 장치 또는 플라즈마 CVD 장치가 이용되고 있다. 특히, 플라즈마 CVD 장치가 많이 이용되고 있다. 예를 들면, 열·광 CVD 장치보다도, 플라즈마 CVD 장치의 쪽이, 성막 온도를 낮게 할 수 있고, 또한, 성막 속도가 크고 단시간의 성막 처리를 할 수 있는 등의 이점이 있다.

예를 들면, 질화막(SiON, HfSiON 등)이나 산화막(SiO₂, HfO₂) 등의 게이트 절연막을 반도체 기판에 성막하는 경우에는, 플라즈마 CVD 장치를 이용한 이하의 기술이 일반적으로 채용되고 있다.

즉, NH₃(암모니아)나 N₂, O₂, O₃(오존) 등의 가스와 실리콘이나 하프늄 물질의 전구체(前驅體) 가스가, CVD 처리 장치 등의 성막 처리 챔버에 직접 공급된다. 이에 의해, 열이나 촉매 등에 의한 화학반응이 촉진하고, 전구체 가스가 해리하고, 해리된 전구체로부터의 금속 입자를, 첨가한 NH₃(암모니아)나 N₂, O₂, O₃(오존) 등의 가스에 의해, 산화나 질화물로 하여, 피처리체인 반도체 웨이퍼상에 퇴적시키고, 당해 퇴적 후 열처리를 행함으로써 결정 성장시킨다. 이상의 공정에 의해, 고기능막이 성막된다. 그 때문에, CVD 처리 장치에서는, 처리 챔버 내에서 직접적으로, 고주파 플라즈마나 마이크로파 플라즈마가 발생되고, 웨이퍼 기판은 래디칼 가스나 고에너지를 갖는 플라즈마 이온이나 전자에 노출된 상태에서, 당해 웨이퍼 기판상에는, 질화막이나 산화막 등의 고기능막이 성막되고 있다.

또한, 플라즈마 CVD 장치의 구성이 개시되어 있는 선행 문헌으로서, 예를 들면 특허 문헌 1이 존재한다.

그러나, 플라즈마 CVD 장치 내의 성막 처리에서는, 상기한 바와 같이, 웨이퍼 기판이 플라즈마에 직접 노출된다. 따라서 당해 웨이퍼 기판은, 플라즈마(이온이나 전자)에 의한 반도체 기능의 성능을 저하시키는 등의 데미지를 크게 받는다는 문제가 항상 생기고 있다.

다른 한편, 열·광 CVD 장치를 이용한 성막 처리에서는, 웨이퍼 기판은 플라즈마(이온이나 전자)에 의한 데미지를 받지 않고서, 고품질의 질화막이나 산화막 등의 고기능막이 성막된다. 그러나, 당해 성막 처리에서는, 고농도로, 또한 다량의 질소 래디칼 가스원이나 산소 래디칼원을 얻는 것이 곤란하고, 결과로서, 성막 시간을 매우 길게 필요로 한다는 문제가 있다.

최근의 열·광 CVD 장치에서는, 원료 가스로서, 열이나 광의 조사에 의해 해리하기 쉬운, NH₃ 가스나 O₃ 가스의 고농도의 것을 사용하고, CVD 챔버 내에 가열 촉매체를 마련하고 있다. 이에 의해, 당해 열·광 CVD 장치에서는, 촉매 작용으로 챔버 내의 가스의 해리가 촉진되어, 질화막이나 산화막 등의 고기능막의 성막 시간의 단축화도 도모되고 있다. 그러나, 당해 방법으로는, 대폭적인 성막 시간의 개선이 곤란하다.

그래서, 플라즈마에 의한 웨이퍼 기판에 대한 데미지를 경감할 수 있고, 성막 시간의 단축화가 가능한 장치로서, 리모트 플라즈마형 성막 처리 장치가 존재한다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

당해 특허 문헌 2에 관한 기술에서는, 플라즈마 생성 영역과 피처리재 처리 영역이, 격벽(플라즈마 폐입(閉入) 전극)에 의해 분리되어 있다. 구체적으로, 특허 문헌 2에 관한 기술에서는, 고주파 인가 전극과 웨이퍼 기판이 설치된 대향 전극과의 사이에, 당해 플라즈마 폐입 전극을 마련함으로써, 중성 활성종만을 웨이퍼 기판상에 공급시키고 있다.

또한 최근, 반도체의 기능성막의 용도 이외에, 방전에 의한 플라즈마 여기 가스(활성 가스, 래디칼 가스)를 이용하는 용도가 나오고 있다. 그 한 선행례로서, 방전 공극에 유전체 배리어 방전(무성 방전 또는 연면(沿面) 방전)을 발생시키고, 유전체 배리어 방전중에 금속 미립자를 넣음에 의해, 금속 미립자 자신을 산화금속으로 표면 개질시키고, 그 표면 개질시킨 산화금속 물질이 광촉매 물질이 되는, 방전에 의한 광촉매 물질 생성 장치에 관한 종래 기술(예를 들면 특허 문헌 3)이 존재한다.

당해 특허 문헌 3에 관한 기술에서는, 유전체 및 방전 공간을 통하여, 고압 전극과 저압 전극을 대향시켜서 배치되어 있다(이와 같이, 한 쌍의 전극과 유전체와 방전 공간을 갖는 구성을 전극 셀이라고 칭한다).

당해 전극 셀에 교류 전압을 인가하여, 방전 공간에 유전체 배리어 방전(고전계의 간헐 방전 플라즈마)를 발생시키고 있다. 그리고, 당해 간헐 방전 플라즈마가 발생하고 있는 방전 공간에 대해, 산소 가스나 오존 가스를 포함하는 산소 중에 금속분을 혼합한 원료 가스가 공급된다. 그러면, 당해 방전 공간에서, 활성화 산소 래디칼(O 원자 래디칼)이 생성되고, 당해 활성화 산소 래디칼(O 원자 래디칼)과 금속분(金屬粉)과의 상호간에 있어서 방전 화학반응이 일어난다. 당해 방전 화학반응 작용에 의해, 금속분은 산화금속 분체로 개질된다. 게다가, 유전체 배리어 방전의 비평형 방전 플라즈마 중에서의 방전 화학반응 작용에 의해, 양질의 광촉매 기능을 갖는 광촉매 물질의 미립자가 생성된다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개2007-266489호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2001-135628호 공보 특허 문헌 3 : 국제 공개 제2007/010594호

그러나, 반도체용의 웨이퍼의 성막에 관한 특허 문헌 2에 관한 기술에서는, 피처리재(웨이퍼 기판)에 대한 플라즈마 데미지의 억제는 완전하지가 않다, 또한 장치 구성이 복잡하게 된다.

또한, 일반적으로 리모트 플라즈마형 성막 처리 장치에서는, 플라즈마 발생 장소와 반응실이 떨어저 있고, 플라즈마 여기 가스의 수명이 짧기 때문에, 발생한 플라즈마 여기 가스가 원래의 원료 가스로 되돌아간다. 이 때문에, 리모트 플라즈마형 성막 처리 장치에서는, 고농도로, 또한 다량의 플라즈마 여기 가스를, 반응실에 공급하는 것이 곤란하다. 즉, 효율적으로 플라즈마 여기 가스를 반응실에 공급하는 것이, 곤란하다.

그래서, 본 발명은, 발생한 플라즈마 여기 가스를 효율적으로 취출할 수 있는, 간이한 구성의 플라즈마 발생 장치를, 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 당해 플라즈마 발생 장치에, 질소 가스나 산소 가스 등의 상온 영역에서 화학적으로 안정한 가스만을 원료 가스로서 사용하는 것은 아니고, 당해 플라즈마 발생 장치에, 공급하는 원료 가스 자신에게 암모니아 가스나 오존 가스 등의 활성의 가스를 포함하는 가스를 공급하고, 실리콘이나 하프늄 물질의 전구체 가스(프리커서 가스) 등을 포함하는 가스를 공급한다. 이것으로, 플라즈마 발생 장치에서 발생시키는 플라즈마 여기 가스를 보다 고농도로 보다 다량에 출력하고, 보다 특수한 플라즈마 여기 가스를 안정적으로 출력하고, 피처리재에 대한 성막시의 플라즈마(이온이나 전자)에 의한 데미지를 완전히 없애고, 보다 고기능의 성막이 가능하고, 또한, 성막 시간의 단축화가 도모되는 CVD 장치에 성능이 좋은 플라즈마 여기 가스를 제공할 수 있는, 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.

반도체의 기능성막의 용도 이외의 용도로서는, 특허 문헌 3에 관한 기술이 존재한다. 당해 특허 문헌 3에 개시되어 있는 기술의 경우에 있어서, 원료 가스로서, 불활성 가스와 함께, 금속 미립자를 포함하는 캐리어 가스 또는 금속 미립자를 포함하는 활성 가스 또는 피처리 금속 원자를 갖는 전구체(프리커서) 가스가, 상기 전극 셀이 배치되어 있는 하우징 내부에 공급되고 있다.

그러면, 당해 원료 가스는, 방전 공간뿐만 아니라, 전극 셀이 배치되어 있는 하우징 내부 전체에 충만하게 된다. 상기한 바와 같이, 원료 가스에, 금속 미립자나 활성 가스가 포함되어 있는 경우에는, 당해 하우징 내에서의 원료 가스가 충만함에 의해, 당해 하우징 내에 배설되어 있는 전기 급전부나 전극면이 부식되여 버린다, 라는 문제가 발생한다. 또한, 원료 가스에, 피처리 금속 원자를 갖는 전구체(프리커서) 가스나 금속 미립자를 포함하는 가스가 포함되어 있는 경우에는, 당해 하우징 내에서의 원료 가스가 충만함에 의해, 전극 셀의 방전부 이외의 하우징 내부에서 금속이 퇴적하여 꽉 차는 등의 장치 고장 원인이 되는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은, 예를 들어 원료 가스에, 금속 미립자, 활성 가스 또는 피처리 금속 원자를 갖는 전구체(프리커서) 가스 등이 포함되어 있고, 당해 원료 가스를 전극 셀이 배치된 하우징 내로 공급하였다고 하여도, 하우징 내에 배설되어 있는 전기 급전부나 전극면의 부식이나, 전극 셀의 방전부 이외의 하우징 내부에서의 금속의 퇴적이라는 문제가 발생하는 일이 없는, 안정된 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

나아가서는, 본 발명은, 당해 플라즈마 발생 장치를 이용한 CVD 장치 및 당해 플라즈마 발생 장치를 이용한 플라즈마 처리 입자 생성 장치를, 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치는, 전극 셀과, 상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와, 상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을 구비하고 있고, 상기 전극 셀은, 제1의 전극과, 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과, 상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면(主面) 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와, 평면시(平面視)에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구(貫通口)를 갖고 있고, 원통(圓筒)형상이고, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에 분출구멍(噴出孔)을 갖는, 절연통부(絶緣筒部)와, 상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징 외로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로(管路)를, 또한 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 관한 CVD 장치는, 플라즈마 발생 장치와, 상기 플라즈마 장치에 접속되는 CVD 챔버를 구비하고 있고, 상기 플라즈마 발생 장치는, 전극 셀과, 상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와, 상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을 구비하고 있고, 상기 전극 셀은, 제1의 전극과, 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과, 상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와, 평면시에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구를 갖고 있고, 원통형상이고, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에 분출구멍을 갖는, 절연통부와, 상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징 외로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로를, 또한 구비하고 있고, 상기 CVD 챔버는, 상기 관통구에 접속되어 있다.

또한, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 입자 생성 장치는, 플라즈마 발생 장치와, 상기 플라즈마 장치에 접속되는 처리물 회수 플랜지를 구비하고 있고, 상기 플라즈마 발생 장치는, 전극 셀과, 상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와, 상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을, 구비하고 있고, 상기 전극 셀은, 제1의 전극과, 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과, 상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와, 평면시에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구를, 갖고 있고, 원통형상이고, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에 분출구멍을 갖는, 절연통부와, 상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징 외로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로를, 또한 구비하고 있고, 상기 처리물 회수 플랜지는, 상기 관통구에 접속되어 있다.

본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치는, 전극 셀과, 상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와, 상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을 구비하고 있고, 상기 전극 셀은, 제1의 전극과, 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과, 상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와, 평면시에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구를 갖고 있고, 원통형상이고, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에 분출구멍을 갖는, 절연통부와, 상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징 외로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로를, 또한 구비하고 있다.

따라서 관로를 통하여, 방전 공간 이외의 하우징 내의 공간과 접하는 일 없이, 각 방전 공간 내에, 활성 가스, 금속 전구체 가스 및 미립자 금속을 포함하는 가스 등을 공급할 수 있다. 따라서, 활성 가스가 전극 셀의 전극부와 접하는 것을 방지할 수가 있어서, 당해 활성 가스에 의한 전극부의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 가스는, 방전 공간에 직접 공급되기 때문에, 당해 방전 공간 이외의 하우징 내의 공간에, 금속 퇴적물이 발생하는 것도 방지할 수 있다.

상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징 외로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로가 있다. 당해 관로 내면에 대해, 활성 가스에 대해, 화학반응으로 부식 등이 생기지 않는 부동태막이나 화학반응성에 강한 백금막이나 금막을 입힌다. 이에 의해, 당해 관로 내면의 부식을 방지할 수 있다.

활성의 가스나 전구체 가스나 금속 미립자를 포함하는 원료 가스를 공급하여 플라즈마 여기 가스를 발생시킨다. 이에 의해, 본 발명은, 보다 고농도, 보다 다량의 플라즈마 여기 가스를 출력할 수 있고, 방전에 의해 전구체 가스를 금속 원자로 해리(解離)시키고, 해리한 금속 원자나 금속 미립자 자신을, 유전체 배리어 방전의 비평형 방전 화학반응에 의해, 보다 고기능의 질화물질이나 산화물질로 개질시켜서 출력시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 플라즈마 여기 가스를 발생시키고 있는 방전 공간으로부터 여기 가스를 출력한 공동부까지의 공급 거리가 최단이 되는 구조가 된다. 또한, 본 발명에서는, 감압 장치에 의해, 방전 공간과 절연통부의 공동부(空洞部)와의 사이에 압력차를, 생기게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 당해 압력차를 이용하여, 절연통의 분출구멍으로부터 단열팽창에 의해, 플라즈마 여기 가스를 분출시켜, 방전 공간부터 감압된 공동부에 효율 좋게 유도할 수 있다. 따라서, 방전 공간부터 공동부에 이르기까지의 사이에, 당해 플라즈마 여기 가스끼리의 충돌을 억제하고, 또한, 벽 등에 당해 플라즈마 여기 가스가 충돌하는 것도, 본 발명에서는 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마 여기 가스의 각종 충돌에 의한 감쇠량을 억제할 수가 있어서, 보다 효율 좋게 당해 공동부 내로 플라즈마 여기 가스를 유도할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 고에너지 밀도의 방전 에너지를 주입할 수 있는 유전체 배리어 방전을 이용하여, 플라즈마 여기 가스를 생성하고 있다. 방전 공간부의 압력이 절대압 30kPa 이하가 되는 진공 상태에서의 유전체 배리어 방전에서는, 가스 밀도가 낮기 때문에, 고에너지 밀도의 방전 플라즈마를 안정하게 얻는 것이 어려운 것이 밝혀지고 있다. 그래서, 본 발명에서는, 절대압 30kPa 이하의 진공 상태의 공동부와 방전 공간을, 상기 절연통의 분출구멍으로 압력차를 갖게 하는 구조에 하였다. 이에 의해, 고에너지 밀도의 방전 에너지를 주입할 수 있는 절대압 30kPa 이상에서의 유전체 배리어 방전이 가능해저서, 플라즈마 발생 장치를 컴팩트하게 하여, 고농도, 또한 다량의 플라즈마 여기 가스를 발생할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 유전체 배리어 방전을 발생시키는 전극 셀을 다단으로 적층한 구성으로 하고 있다. 그리고, 각 전극 셀 내의 방전 공간에서 발생한 플라즈마 여기 가스를 각각의 절연통의 분출구멍으로, 진공 상태인 공동부에 분출시킨 후, 진공 상태인 공동부에서, 분출한 플라즈마 여기 가스를 합류시켜서, CVD 챔버에 합류한 플라즈마 여기 가스를 유도하는 구성으로 하고 있다. 이에 의해, 진공 상태인 공동부에서, 플라즈마 여기 가스를 합류시켜서 플라즈마 여기 가스량을 높일 수가 있어서, 플라즈마 여기 가스의 각종 충돌에 의한 감쇠량을 억제하여, 보다 고농도로, 또한 다량의 플라즈마 여기 가스를 CVD 챔버에 유도할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 CVD 장치에서는, 원료 가스로부터 플라즈마 여기 가스를 생성하는 플라즈마 발생 장치와, 당해 생성한 플라즈마 여기 가스를 사용하여 피처리재에 대해 성막 처리를 행하는 CVD 챔버는, 별개 독립된 장치이다.

이와 같이, 플라즈마 발생원과 처리 영역은 완전히 분리하고 있기 때문에, 플라즈마원에서 전리하여 생성한 이온이, 당해 처리 영역에 배치된 피처리재에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 피처리재에 대한 플라즈마에 의한 데미지를 완전히 없앨 수 있다. 또한, CVD 챔버에서는, 보다 고농도로, 또한 다량의 플라즈마 여기 가스에 의해, 플라즈마 CVD 처리가 실시되기 때문에, 피처리재에 대한 성막 시간의 보다 단축화를 도모할 수도 있다.

본 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백하게 된다.

도 1은 실시의 형태 1에 관한 CVD 장치(300)의 전체 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 극 셀의 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 3은 가스 출력 플랜지(14c)의 구성을 도시하는 확대 사시도.
도 4는 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 처리 입자 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 단면도.
도 5는 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 확대 단면도.
도 6은 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 확대 단면도.
도 7은 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 8은 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 9는 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 10은 실시의 형태 3에 관한 플라즈마 발생 장치의 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 11은 실시의 형태 4에 관한 플라즈마 발생 장치의 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 12는 실시의 형태 5에 관한 플라즈마 발생 장치의 구성을 도시하는 확대 단면도.
도 13은 실시의 형태 6에 관한 플라즈마 발생 장치의 구성을 도시하는 확대 단면도.

이하, 본 발명을 그 실시의 형태를 도시하는 도면에 의거하여 구체적으에서 설명한다.

<실시의 형태 1>

본 실시의 형태에서는, 본 발명에 관한 플라즈마 장치를, CVD(화학 기상 성장 : Chemical Vapor Deposition)에 적용한 구성에 관해 설명한다.

도 1은, 본 실시의 형태에 관한 CVD 장치(300)의 구성을 도시하는 단면도이다. 또한, 도 1의 1점 파선으로 둘러싸여진 영역의 확대 단면도를, 도 2에 도시한다(도 2에는, 전극 셀의 상세한 단면 구성이 개시되어 있다).

도 1에 도시하는 바와 같이, CVD 장치(300)는, 플라즈마 발생 장치(100), CVD 챔버(200) 및 배기 가스 분해 처리 장치(28)를 구비하고 있다.

우선, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 구성에 관해 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)에서, 복수의 전극 셀은, 도면의 상하 방향으로 적층되어 있다. 도 2의 확대 단면도에는, 2개의 전극 셀이 도시되어 있다. 도 2를 이용하여, 적층 구조의 전극 셀의 구성을 설명한다.

도 1, 2의 상하 방향에서 바라본 각 전극 셀의 평면 형상은 도넛 형상이다. 즉, 당해 전극 셀의 평면시 외형은 개략 원반형상이고, 당해 전극 셀의 중심부에는, 당해 상하 방향(전극 셀의 적층 방향)으로 관통한 관통구(PH)가 천공되어 있다.

각 전극 셀은, 저압 전극(1), 유전체(2a, 2b), 고압 전극(3), 절연판(4), 및 고압 냉각판(5)으로 구성되어 있다. 그리고, 도 1, 2의 상하 방향(고압 전극(3)과 저압 전극(1)이 대면하는 방향)으로, 복수의 전극 셀이 적층하여 있다.

여기서, 각 전극 셀의 평면시 형상은, 상기한 바와 같이, 관통구(PH)를 갖는 원형이다. 따라서 각 부재(1, 2a, 2b, 3, 4, 5)는, 평면시 외형이 원형인 판형상이고, 각 부재(1, 2a, 2b, 3, 4, 5)의 중앙부에는, 상기 관통구(PH)가 각각 마련되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 저압 전극(1) 및 고압 전극(3)에는, 교류 전원(17)에 의한 교류 전압이 인가된다. 여기서, 저압 전극(1)은, 후술하는, 연결 블록(9), 고압 냉각판(5) 및 하우징(16)과 함께, 고정 전위(접지 전위)가 된다.

저압 전극(1)의 주면상에는, 유전체(2a)가 배치되어 있다. 즉, 저압 전극(1)의 주면상에는, 유전체(2a)의 일방의 주면이 접하여 있다. 또한, 유전체(2a)의 당해 일방의 주면에는, 도전체가 도포·인쇄·증착 등 되어 있다. 또한, 유전체(2a)와 방전 공간(6)만큼 사이를 두고, 당해 유전체(2a)와 대면하여, 유전체(2b)가 배치되어 있다. 즉, 유전체(2a)의 타방의 주면은, 방전 공간(6)만큼 사이를 두고, 유전체(2b)의 일방의 주면과 대면하고 있다. 여기서, 유전체(2a)와 유전체(2b)와의 사이에는, 도시하지 않은 복수의 스페이서가 존재하고 있고, 당해 스페이서에 의해, 방전 공간(6)의 공극이 지지·고정되어 있다. 또한, 방전 공간(6)의 도 2의 상하 방향의 치수는, 예를 들면 0.05㎜ 내지 수㎜ 정도이다.

또한, 유전체(2b)의 타방의 주면상에는, 고압 전극(3)이 배치되어 있다. 즉, 유전체(2b)의 타방의 주면상에는, 고압 전극(3)의 일방의 주면이 접하여 있다. 또한, 유전체(2b)의 당해 타방의 주면에는, 도전체가 도포·인쇄·증착 등 되어 있다. 또한, 고압 전극(3)의 타방의 주면상에는, 절연판(4)의 일방의 주면이 접하여 있다. 또한, 당해 절연판(4)의 타방의 주면에는, 고압 냉각판(5)이 접하여 있다(여기서는, 절연판(4)이나 고압 냉각판(5)을 마련한 적층 구성의 한 실시례를 나타내였지만, 절연판(4)이나 고압 냉각판(5)을 생략한 구성으로 적층하는 구성도 채용할 수 있다).

여기서, 도전체가 도포 등 된 유전체(2a), 도시하지 않은 스페이서 및 도전체가 도포 등 된 유전체(2b)는, 일체 구성의 것을 채용할 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 전극 셀에서, 저압 전극(1)과 고압 전극(3)은, 각 유전체(2a, 2b)와 방전 공간(6)을 통하여, 대면하여 있다. 즉, 방전 공간(6)에 면하는 저압 전극(1)의 주면 및 방전 공간(6)에 면하는 고압 전극(3)의 주면의 각각에, 각 유전체(2a, 2b)가 배치되어 있다. 이것은, 방전 공간(6)의 양면을 방전에 의해, 내(耐)스퍼터성(性)이면서 비도전성이 높은 물질로서, 유전체 물질은 유효하기 때문에, 본 실시의 형태에서는 채용하고 있다.

여기서, 도 2의 구성과 달리, 유전체(2a) 및 유전체(2b)의 어느 한쪽만은, 생략하는 것이 가능하다.

각 구성91, 2a, 2b, 3, 4, 5)를 갖는 전극 셀은, 상기한 바와 같이, 당해 각 구성의 적층 방향으로, 관통구(PH)가 천공되어 있다. 여기서, 각 전극 셀이 갖는 관통구(PH)가, 전극 셀의 적층 방향으로 연결되고, 하나의 영속된 관통구멍이 형성되어 있다. 본원 명세서에서는, 당해 하나의 영속된 관통구멍을, 「관통련공(貫通連孔)」이라고 칭하기로 한다. 상기로 부터 알 수 있는 바와 같이, 관통련공은, 상기 적층 방향으로 연장(延設)하고 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 상하로 인접하는 전극 셀에 있어서, 1개의 저압 전극(1)은 공통의 구성 요소로 되어 있다(당해, 하나의 저압 전극(1)을 공통의 구성 요소로 하는 2개의 전극 셀을, 전극 셀 쌍(對)이라고 칭한다). 이것은, 공통의 구성으로 함으로써, 부품수를 삭감할 뿐이여서, 공통으로 하지 않는 구성을 채용하여도 좋다.

도 2의 구성에서는, 하나의 전극 셀 쌍의 구조가 개시되어 있고, 당해 전극 셀 쌍이, 도 2의 상하 방향으로, 복수 적층되어 있다. 또한, 각 저압 전극(1)과 각 고압 냉각판(5)과의 사이에는, 각 연결 블록(9)이 개재하고 있다. 즉, 각 전극 셀의 측방에는, 각 연결 블록(9)이 존재하고 있다. 당해 연결 블록(9)의 존재에 의해, 각 전극 셀에서, 저압 전극(1)부터 고압 냉각판(5)까지의 치수를 일정하게 유지할 수 있다. 여기서, 연결 블록(9)은, 전극 셀의 전(全) 측방에 마련되어 있는 것은 아니고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 전극 셀의 일부의 측방(도 2의 단면도의 좌측)에만 배설되어 있다.

또한, 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 관통련공의 내부에서, 절연통부(絶緣筒部)(21)가 마련되어 있다. 당해 절연통부(21)는, 상기 도 2의 상하 방향으로 관통한 공동부(21A)를 갖는 원통형상이다. 즉, 절연통부(21)의 원통축 방향은, 전극 셀의 적층 방향과 평행하게 되도록, 절연통부(21)는, 관통련공 내에 배치되어 있다(보다 구체적으로는, 관통련공의 축방향과 절연통부(21)의 원통축 방향은, 일치하고 있다).

또한, 절연통부(21)의 측면부에는, 복수의 미세한 분출구멍(노즐 구멍)(21x)이 마련되어 있다. 여기서, 도 2의 구성례에서는, 각 분출구멍(21x)은, 방전 공간(6)에 면하도록에, 절연통부(21)에 마련되어 있다. 또한, 각 분출구멍(21x)의 개구경은, 예를 들면 방전 공간(6)의 적층 방향의 치수보다 작다. 여기서, 절연통부(21)는, 석영제 또는 알루미나제 등이다. 본 실시의 형태에서는, 절연통부(21)로서, 복수의 미세한 분출구멍(21x)을 마련한 1개의 절연통으로 하였지만, 복수의 미세한 분출구멍(21x)을 마련한 링형상의 절연통을 관통구(PH)부에 적층하고, 이에 의해 절연통부(21)를 구성하여도 좋다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 관통련공의 구멍 내부 둘레(周) 측면부와 절연통부(21)의 외측의 둘레 측면부는, 소정의 간격만큼 떨어저 있다. 즉, 전극 셀의 관통구(PH)(또는 관통련공)의 측면부와 절연통부(21)의 측면부와의 사이에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 관로(22)가 마련되어 있다. 당해 관로(22)를 도 2의 상하 방향에서 바라보면, 고리형상(環狀)의 형상을 갖고 있다. 즉, 평면시에 있어서 전극 셀의 관통구(PH)(또는 관통련공)의 측면부가 외주가 되고, 평면시에 있어서 절연통부(21)의 측면부가 내주가 되고, 당해 외주와 당해 내주와의 사이가, 평면시에 있어서 고리형상의 관로(22)가 된다.

여기서, 당해 관로(22)는, 상기 외주측에서 각 방전 공간(6)과 접속되어 있다. 그리고, 당해 관로(22)의 단부측(端部側)은, 하우징(16)의 윗면의 내부를 통과하여, 당해 하우징(16)의 외부에 존재하는 후술하는 자동 압력 제어 장치(Auto Pressure Controler : APC)(26)에 접속된다(도 1 참조).

또한, 고압 냉각판(5), 고압 전극(3) 및 저압 전극(1)은, 도전체이다. 그리고, 고압 냉각판(5)의 절연통부(21)에 대면하는 부분에는, 절연체(5a)가 형성되어 있다. 또한, 고압 전극(3)의 절연통부(21)에 대면하는 부분에는, 절연체(3a)가 형성되어 있다. 또한, 저압 전극(1)의 절연통부(21)에 대면하는 부분에는, 절연체(1a)가 형성되어 있다.

즉, 각 전극 셀에서, 절연통부(21)에 대면하는 부분은, 부재(4, 2a, 2b)를 포함하고, 전부 절연성 재료로 되어 있다. 이와 같이, 각 전극 셀의 관통련공 내에 형성된 관로(22)의 내면은, 전부 절연성을 갖는다. 이에 의해, 당해 관로(22) 내에서의 방전 공간 이외에서의 방전(이상(異常) 방전) 등이 방지된다.

또한, 도 1, 2의 상하 방향으로 적층하여 있는 각 연결 블록(9) 내에는, 냉매가 통과하는 유로(도시 생략)가 형성되어 있고, 또한, 각 고압 냉각판(5) 내부 및 저압 전극(1) 내부에서도, 유로(도시 생략)가 형성되어 있다. 외부로부터 공급되는 냉매는, 연결 블록(9) 내의 유로를 흐르고, 각 고압 냉각판(5) 내부의 유로 및 각 저압 전극(1) 내부의 유로를 순환하고, 당해 연결 블록(9) 내의 다른 유로를 통하여, 외부로 출력된다.

고압 냉각판(5) 내의 유로에 일정 온도로 조정된 냉매가 흐름에 의해, 절연판(4)을 통하여, 고압 전극(3)은 일정 온도로 냉각된다. 또한, 저압 전극(1) 내의 유로에 일정 온도로 조정된 냉매가 흐름에 의해, 저압 전극(1) 자신이 일정 온도로 냉각·유지되어, 간접적으로 방전 공간(6) 내의 가스 온도도 일정 온도로 유지할 수 있다. 또한, 냉매는, 예를 들면, 수℃ 내지 25℃ 정도의 범위에서 일정 온도로 온도 조정된다.

또한, 이하에 설명하는 바와 같이, 원료 가스로서 금속 전구체 가스를 방전 공간(6)에 공급하는 경우에는, 당해 금속 전구체 가스의 종류에 응하여, 냉매가 아니라, 비교적 온도가 높은 액체를, 저압 전극(1) 내부의 유로 등에 흘리는 편이 좋은 경우가 있다. 이것은, 방전 공간(6) 내에서의 금속 입자의 결로(結露)를 방지하는 등 때문이다.

여기서, 당해 비교적 온도가 높은 액체는, 100℃ 내지 200℃ 정도의 온도 범위에서, 일정 온도로 조정된 액체이다. 외부로부터 공급되는 당해 액체는, 연결 블록(9) 내의 유로를 흐르고, 각 고압 냉각판(5) 내부의 유로 및 각 저압 전극(1) 내부의 유로를 순환하고, 당해 연결 블록(9) 내의 다른 유로를 통하여, 외부로 출력된다.

각 연결 블록(9) 내 및 저압 전극(1) 내 등의 유로에 일정 온도로 조정된 액체가 흐름에 의해, 각 연결 블록(9) 및 저압 전극(1) 등이 일정 온도로 유지되고, 또한 저압 전극(1)을 통하여 간접적으로 방전 공간(6) 내의 가스 온도도 일정 온도로 유지된다.

이와 같이, 원료 가스로서 금속 전구체 가스를 채용하는 경우에는, 금속 전구체 가스의 종류에 응하여, 냉매 또는 비교적 온도가 높은 액체를, 저압 전극(1) 내 등의 유로에 흘린다.

또한, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 방전 공간(6)에 원료 가스를 공급하는 관로(75)가 배설되어 있다. 여기서, 당해 관로(75)는, 전극 셀이 배설되지 않은 하우징(16) 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 하우징(16) 외로부터 방전 공간(6)으로 직접 접속된다. 즉, 관로(75) 내를 흐르는 원료 가스는, 하우징(16) 내부의 전극 셀의 외주 영역에 공급되지 않고, 각 전극 셀의 각 방전 공간(6)에 직접 공급된다.

도 1, 2에 도시하는 바와 같이, 관로(75)는, 하우징(16)의 상부로부터, 각 연결 블록(9) 내로 연설(延設)하여 있다. 그리고, 각 저압 전극(1)에서 관로(75)는 분기되고, 각 저압 전극(1) 내부에 관로(75)는 배설되어 있다.

여기서, 관로(75)는, 버퍼부(75a)를 갖고 있다. 당해 버퍼부(75a)는, 각 저압 전극(1) 내를 주회하도록 마련되어 있다. 또한, 당해 버퍼부(75a)의 상기 적층 방향의 치수는, 저압 전극(1) 내에 배설되는 관로(75)의 다른 부분의 상기 적층 방향의 치수보다도, 크다.

또한, 관로(75)는, 분출구(75b)를 갖고 있다. 당해 분출구(75b)는, 저압 전극(1) 및 당해 저압 전극(1)에 접하는 각 유전체(2a)를 관통한다. 그리고, 각 분출구(75b)는, 각 전극 셀의 각 방전 공간(6)에 접속되어 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 버퍼부(75a)와 분출구(75b)는, 관로(75)에 의해 접속되어 있다.

여기서, 각 저압 전극(1) 및 각 유전체(2a)의 평면시 형상은, 원형이다. 당해 분출구(75b)는, 당해 원형의 원주 방향에 따라, 각 저전압 전극(1) 및 각 유전체(2a)에서 복수 배설되어 있다. 또한, 원주 방향에 따라 부착되어 있는 각 분출구(75b)의 간격은, 일정한 것이 바람직하다. 또한, 각 분출구(75b)는, 방전 공간(6)에 면하고 있는데, 당해 방전 공간(6)의 극력 외측(즉, 절연통부(21)의 비존재 측인 전극 셀의 외주측)에 배설되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 분출구(75b)로부터 각 방전 공간(6) 내로 균등하게 활성 가스나 금속 전구체 가스 등이 방출되고, 당해 방출된 각 가스는, 방전면의 외주부터 내측(절연통부(21)측)을 향하여 역방사형상으로 전반(傳搬)된다.

또한, 당연하지만, 원주 방향에 따라 배설된 각 분출구(75b)는 각각, 각 저압 전극(1) 내에서, 주회형상(周回狀)으로 마련된 버퍼부(75a)와 관로(75)를 통하여 접속되어 있다.

상기 구성의 관로(75)는, 하우징(16) 외부에 마련된 원료 가스용 MFC(Mass Flow Controller)(76)와 접속되어 있다.

관로(75)의 상기 구성으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 원료 가스용 MFC(76)로부터 출력된 원료 가스는, 하우징(16)의 상부로부터 입력하고, 각 연결 블록(9) 내를 전반하고, 각 저압 전극(1)에서 분기되고, 각 저압 전극(1) 내를 전반한다. 그리고, 원료 가스는, 버퍼부(75a) 내에서 충만된 후, 하우징(16) 내의 전극 셀의 외주 영역과 접하는 일 없이, 분출구(75b)로부터 각 방전 공간(6)에 공급된다.

여기서, 상기 냉매(온도 조정된 액체)가 통과하는 유로와 당해 관로(76)는, 별개 독립의 경로이다.

상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접촉하는 일 없이, 상기 하우징 외로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로가 되는 부분(75, 75a, 75b)의 내면(벽면)에는, 활성 가스에 대해, 화학반응으로 부식 등이 생기지 않는 부동태막이나 화학반응성에 강한 백금막이나 금막이, 마련되어 있다.

또한, 각 유로 및 관로(75)의 기밀성을 담보하기 위해, 연결 블록(9)과 고압 냉각판(5)과의 접속부 및 연결 블록(9)과 저압 전극(1)과의 접속부에는, O링 등의 정밀 수단이 배설되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)는, 하우징(16)을 구비하고 있다. 당해 하우징(16)은, 예를 들면 알루미늄제 또는 SUS제이다. 그리고, 내부의 기밀성이 담보된 하우징(16)의 내부에, 복수의 전극 셀이 적층된 상태로 배치된다. 즉, 적층 상태의 각 전극 셀은, 하우징(16)의 상하면 및 측면에 의해 덮히여 있다. 또한, 하우징(16)의 측면부와 각 전극 셀의 측면부와의 사이에는, 공간이 존재한다. 또한, 하우징(16)의 저면부와 각 전극 셀의 최하부와의 사이에도, 공간이 존재한다. 그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 적층된 전극 셀은, 체결부재(8)를 이용하여, 하우징(16)의 윗면에 고착되어 있다.

또한, 플라즈마 발생 장치(100)는, 도 2에서 도시한 교류 전원(17)을 구비하고 있고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 당해 교류 전원(17)은, 인버터(17a)와 고압 트랜스(17b)로 구성되어 있다.

인버터(17a)에서는, 입력된 60Hz의 교류 전압에 대해, 주파수 변환 처리를 실시하여, 15kHz의 교류 전압으로서, 고압 트랜스(17b)에 대해 출력한다. 그리고, 당해 고압 트랜스(17b)에서는, 입력된 200 내지 300V의 교류 전압에 대해, 승(昇)전압 처리를 실시하여, 수㎸ 내지 수십㎸의 교류 전압을 출력한다.

고압 트랜스(17b)의 일방단은, 전기 공급 단자(15)를 통하여, 각 고압 전극(3)에 접속된다. 다른 한편, 고압 트랜스(17b)의 타방단은, 하우징(16)에 접속된다. 또한, 하우징(16)과 고압 냉각판(5)과 연결 블록(9)과 저압 전극(1)은, 전기적으로 접속되어 있고, 고정 전위(접지 전위)로 설정되어 있다. 또한, 도 2의 구성에서도 알 수 있는 바와 같이, 고압 냉각판(5)과 고압 전극(3)은, 절연판(4)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)는, 가스 공급부(20), 가스용 MFC(24) 및 서브 가스용 MFC(25)를, 구비하고 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)는, 원료 가스용 MFC(76)도 구비하고 있다.

본 실시의 형태에서는, 원료 가스용 MFC(76)로부터는, 원료 가스로서, 활성 가스가 출력된다. CVD 챔버(200) 내에 재치된 피처리재(18)에, 성막 재료에 응하여, 오존 가스, 암모니아 가스 또는 질소 산화물 가스 등의 활성 가스가, 원료 가스용 MFC(76)로부터, 관로(75)를 향하여 공급된다. 또한, 당해 활성 가스를 불활성 가스와 함께 공급하여도 좋다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 원료 가스용 MFC(76)로부터는, 원료 가스로서, 질화나 산화 등의 기능 물질 입자를 얻기 위한 금속 전구체(프리커서) 가스가 공급된다. CVD 챔버(200) 내에 재치된 피처리재(18)의 성막 재료에 응하여, 하프늄 등의 금속을 증기화하여 이루어지는 금속 전구체 가스가, 원료 가스용 MFC(76)로부터, 관로(75)를 향하여 출력된다. 또한, 금속 전구체 가스를 불활성 가스와 함께 공급하여도 좋다.

가스 공급부(20)는, 하우징(16)의 측면에 마련되어 있다. 당해 가스 공급부(20)는, 하우징(16) 외부로부터 당해 하우징(16) 내에, 소정의 가스를 공급한다. 구체적으로, 소정의 가스는, 가스 공급부(20)를 통과하여, 전극 셀의 외주부(즉, 하우징(16) 내에서의 적층 상태의 전극 셀이 배치되지 않은 영역)에 공급된다.

가스용 MFC(24)로부터는, 질소 가스 및 산소 가스 등의 불활성 가스가 공급되고, 서브 가스용 MFC(25)로부터는, 희유 가스(헬륨 가스나 아르곤 가스 등)가 공급된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 도중의 관로에서 불활성 가스와 희유 가스가 혼합한다. 그리고, 불활성 가스 및 희유 가스는, 가스 공급부(20)에 공급된다.

여기서, 가스용 MFC(24)는, 방전 공간(6)에서의 반응을 위해, 소정의 가스를 하우징(16) 내로 공급하여도 좋고, 또는, 캐리어 가스로서, 당해 소정의 가스를 하우징(16) 내로 공급하여도 좋다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 가스 공급부(20)는, 소정의 가스를 희유 가스와 함께, 하우징(16) 내로 공급하지만, 소정의 가스만을 하우징(16)에 공급하는 경우라도 좋다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)는, 자동 압력 제어 장치(26)를 구비하고 있다. 상술한 바와 같이, 자동 압력 제어 장치(26)는, 도 2에서 도시한 관로(22)와 접속되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 고리형상의 관로(22)의 외주측의 측면부는, 방전 공간(6)과 접속되어 있다. 당해 구성에 의해, 관로(22)를 통하여, 자동 압력 제어 장치(26)에 의해, 각 방전 공간(6)은, 일정한 압력으로 유지되어 있다. 예를 들면, 당해 자동 압력 제어 장치(26)에 의해, 각 방전 공간(6)은, 0.03MPa(메가파스칼) 내지 0.3MPa의 압력 범위 내에서, 압력이 일정하게 유지되어 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 플라즈마 발생 장치(100)는, 감압 장치(27)를 구비하고 있다. 도 1의 구성에서는, 감압 장치(27)는, CVD 챔버(200)를 통하여, 절연통부(21)의 공동부(21A)와 접속되어 있다. 당해 감압 장치(27)는, 예를 들면 진공 펌프를 채용할 수 있다. 당해 구성에 의해, 감압 장치(27)는, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내의 압력을 대기압보다 낮은 압력으로 감압(예를 들면, 1 내지 5000Pa(파스칼))할 수 있다. 또한, 도 1의 구성례에서는, 상기한 바와 같이, 감압 장치(27)는 CVD 챔버(200)에도 접속되어 있기 때문에, 당해 감압 장치(27)에 의해, 당해 CVD 챔버(200) 내부의 압력도, 예를 들면 1 내지 5000Pa 정도로 감압된다.

상기 구성의 플라즈마 발생 장치(100)에서, 2개의 가스 출력 플랜지(14b, 14c)를 통하여, 절연통부(21)의 단부는, CVD 챔버(200)의 윗면(上面)(피처리재(18)의 처리면과 대면하는 면)과 접속된다(도 1 참조). 즉, 가스 출력 플랜지(14b, 14c)는, 절연통부(21)의 공동부(21A)와 CVD 챔버(200) 내와의 조인트가 된다. 당해 구성으로 부터 알 수 있는 바와 같이, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내의 가스 등은, 가스 출력 플랜지(14b, 14c)를 통하여, CVD 챔버(200) 내로 공급 가능하다(당해 가스의 흐름은, 감압 장치(27)의 흡인력에 의해, 발생 가능하다).

CVD 챔버(200) 내부의 반응실에는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리재(18)가 재치된다. CVD 챔버(200) 내에서 피처리재(18)는, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내로부터 전반된 가스에 의해, 노출된다. 이에 의해, 피처리재(18)의 표면에, 플라즈마 처리 가스와 CVD 챔버(200)에 공급한 처리 가스와의 화학 결합한 입자를, 균등한 두께로 퇴적시킬 수 있다. 당해 퇴적에 의해, 피처리재(18)의 표면에 대한 성막이 실시된다. 또한, 당해 성막된 막에 열처리 등을 행함으로써, 막 자신을 성장시킬 수 있다. 이상에 의해, 소망하는 고기능막으로의 개질이 가능해진다.

또한, CVD 챔버(200)의 측면부에는, 배기 가스 출력구(30)가 마련되어 있고, 당해 배기 가스 출력구(30)는, 또한, 감압 장치(27)에 접속되어 있다. 감압 장치(27)는, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내 및 CVD 챔버(200) 내를 감압한다. 또한, 당해 감압의 동작에 의해, 절연통부(21)의 공동부(21A)→ 가스 출력 플랜지(14b, 14c) 내→ CVD 챔버(200) 내→ 배기 가스 출력구(30)→ 감압 장치(27)라는, 가스나 입자 등의 흐름을 발생시킬 수도 있다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 감압 장치(27) 및 자동 압력 제어 장치(26)는, 배기 가스 분해 처리 장치(28)에 접속되어 있다. 따라서 감압 장치(27) 및 자동 압력 제어 장치(26)로부터 출력된 가스 등은, 배기 가스 분해 처리 장치(28)에 의해 분해 처리된다. 또한, 당해 분해 처리된 가스는, 처리 가스(301)으로서, 배기 가스 분해 처리 장치(28)로부터 배기된다.

다음에, 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 포함하는 본 실시의 형태에 관한 CVD 장치(300)의 동작에 관해 설명한다.

도 1에서, 원료 가스용 MFC(76)로부터, 활성 가스나 금속 전구체 가스 등의 원료 가스가 하우징(16) 내로 공급된다. 당해 공급된 원료 가스는, 관로(75)에 입력되고, 관로(75) 내를 통과하여 각 방전 공간(6)에 직접 공급된다(즉, 하우징(16) 내의 방전 공간(6) 이외의 공간과 접하는 일 없이, 방전 공간(6)에 원료 가스는 공급된다).

또한, 가스용 MFC(24)로부터는, 방전 공간(6)에서의 반응에 기여하는 가스 또는 캐리어 가스로서 기능하는 가스 등의 소정의 가스가 공급되고, 서브 가스용 MFC(25)로부터는, 희유 가스가 공급된다. 당해 공급된 소정의 가스 및 희유 가스는, 가스 공급부(20)에 입력하기 전에, 합류하여 혼합된다. 그리고, 당해 혼합된 소정의 가스 및 희유 가스는, 가스 공급부(20)로부터, 플라즈마 발생 장치(100)의 하우징(16) 내부에 공급된다.

그리고, 당해 공급된 소정의 가스 및 희유 가스는, 당해 하우징(16) 내에 충만한다. 당해 하우징(16) 내에 충만한 소정의 가스 등은, 평면시 외형이 원형인 전극 셀의 외주 방향부터, 각 전극 셀에 형성된 각 방전 공간(6) 내로 침입한다.

한편, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 전극 셀에서, 고압 전극(3)과 저압 전극(1)의 사이에는, 교류 전원(17)에 의한 고주파의 교류 전압이 인가되어 있다. 전극(1, 3)에 대한 당해 교류 전압의 인가에 의해, 각 전극 셀에서의 각 방전 공간(6) 내에, 고주파 플라즈마로 이루어지는 유전체 배리어 방전(무성 방전)이 균일하게 발생한다.

유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 각 방전 공간(6)에서, 상기한 바와 같이, 원료 가스 등이 공급된다. 그러면, 당해 유전체 배리어 방전에 의해, 각 방전 공간(6) 내에서의 공급된 가스의 방전 해리 반응이 일어난다.

예를 들면, 원료 가스로서, 금속 전구체 가스가 관로(75)를 통하여 공급되고, 소정의 가스로서 산소나 질소 등의 불활성 가스가, 가스 공급부(20)를 통하여 공급되었다고 한다. 이 경우에는, 금속 전구체 가스는, 방전 공간(6) 내에서의 유전체 배리어 방전에 의해, 금속 가스와 그 다른 가스로 분해된다. 또한, 당해 방전 공간(6) 내에서의 유전체 배리어 방전에 의해, 공급된 산소나 질소 등의 불활성 가스나 오존이나 암모니아 가스 등의 활성 가스로부터, 방전에 의해 해리된 다량이며 고농도의 플라즈마 여기 가스가 생성된다. 그리고, 방전 공간(6) 내 등에서, 분해된 금속 가스에 플라즈마 여기 가스가 반응하고, 기능 물질 가스(산화물질 입자 가스나 질화물질 입자 가스 등)가 생성된다.

또한, 소정의 가스로서 산소나 질소 등의 불활성 가스가 가스 공급부(20)로부터 공급한 때에는, 상기한 바와 같이, 방전 공간(6) 내에서의 유전체 배리어 방전에 의해, 공급된 불활성 가스로부터 플라즈마 여기 가스가 생성된다. 여기서, 피처리재(18)에 노출하는 플라즈마 여기 가스를 고농도화나 다량화(대유량화)나 고기능 입자 가스화로 하기 위해, 원료 가스로서 활성 가스를, 관로(75)를 통하여 공급한다.

그리고, 자동 압력 제어 장치(26)에 의해, 각 방전 공간(6)은 일정한 압력(Pa)으로 유지되어 있고, 다른 한편으로, 진공 펌프 등의 감압 장치(27)에 의해, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내의 압력(Pb)은, 방전 공간(6) 내의 압력(Pa)보다도 작게 설정되어 있다(Pa>Pb).

이와 같이, 감압 장치(27)에 의해 공동부(21A) 내의 압력(Pb)이 감압되어 있기 때문에, 각 방전 공간(6)과 절연통부(21)의 미세한 분출구멍(21x)을 통하여 공동부(21A)와의 사이에 압력차(ΔP)(=Pa-Pb)가 발생하고, 분출구멍(21x)에서, 당해 압력차(ΔP)에 의해, 방전 공간(6)으로부터 공동부(21A)로의 가스의 분출하는 흐름을 발생시킬 수 있다. 절연통부(21)의 두께가 얇은 벽에 미세한 분출구멍(21x)을 마련하고, 압력차(ΔP)를 마련하는 구성에 하면, 미세한 분출구멍(21x) 주위의 가스가 통과하는 벽면과의 접촉 시간은 매우 짧고, 분출구멍(21x) 주위의 가스와의 접촉 면적이 극소로 할 수 있다. 또한, 분출구멍(21x)을 노즐 구성으로, 단열팽창 효과를 이용하여, 가스를 공동부(21A)에 분출시키도록 하였다. 따라서 분출하는 분출구멍(21x)에서의 플라즈마 여기 가스와의 충돌에 의한 감쇠량이나 발열에 의한 감쇠량을 극력 억제하여, 플라즈마 여기 가스를 공동부(21A)에 유도할 수 있다.

즉, 평면시 외형이 원형인 전극 셀의 방전 공간(6) 내로 공급된 각 가스는, 당해 전극 셀의 중심부를 향하여 역방사형상으로 진행하고, 당해 진행되는 사이에 유전체 배리어 방전에 노출되어, 플라즈마 여기 가스나 상기 금속 기능 물질 가스가 생성되고, 당해 생성된 플라즈마 여기 가스나 금속 기능 물질 가스 등은, 감쇠량을 극력 억제한 상태로, 전극 셀의 중심부인 절연통부(21)의 공동부(21A) 내로 분출되고, 공동부(21A) 내에서 합류한다.

또한, 공동부(21A)에서는, 성막하는데 유효한 진공도로 감압되어 있다. 이 때문에, 진공으로 감압된 공동부(21A)에, 복수의 분출구멍(21x)으로부터 분출한 플라즈마 여기 가스가 합류한다. 따라서, 당해 합류에 의한 감쇠량은, 대기중에서의 합류보다도, 가스 입자 사이 충돌을 매우 적도록 억누를 수 있다(즉, 감쇠량이 훨씬 억제된다).

당해 공동부(21A) 내에서 합류한 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스 등은, 감압 장치(27)에 의한 흡인력에 의해, 공동부(21A) 및 가스 출력 플랜지(14b, 14c) 내를 통과하여, CVD 챔버(200) 내로 방출된다. 상기한 바와 같이, CVD 챔버(200) 내에는, 피처리재(18)가 재치되어 있다.

상기 구성에서는, 도넛 형상의 방전 공간(6)이 채용되고, 또한 방전 셀이 적층되어 있기 때문에, 다량의 플라즈마 여기 가스가 발생할 수 있다. 또한, 원료 가스로서 활성화 가스나 전구체 가스나 미립자 금속을 포함하는 가스를 공급할 수 있는 구조가 채용되어 있다. 이들의 구성에 의해, 고농도나 특수한 플라즈마 여기 가스를 출력할 수 있다.

또한, 복수의 미세한 분출구멍(21x)으로부터 플라즈마 여기 가스를 공동부(21A) 내에 분출시키고, 분출시킨 플라즈마 여기 가스를 진공으로 감압된 공동부(21A) 내에서 합류시켜, 당해 플라즈마 여기 가스의 감쇠량을 극력 억제하는 플라즈마 발생 장치(100)가 채용되어 있다. 이 때문에, 피처리재(18)에 대해, 고농도이면서 다량의 플라즈마 여기 가스(또는 기능 물질 가스 등)가 노출되고, 단시간에, 당해 피처리재(18)에 대해, 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스의 종류에 응하여, 산화 또는 질화 등의 소정의 표면 처리(성막 처리)가 실시된다.

예를 들면, 원료 가스로서, 질소 가스나 질소 원자를 포함하는 활성화 가스가 채용된 경우에는, 각 방전 공간(6)에서는 질소 래디칼이 생성되고, 전구체 가스가 개재한 질화 반응이 이루어지고, 피처리재(18)에는 질화막의 고기능막이 되는 막이 성막된다. 또한, 원료 가스로서, 산소 가스나 오존 가스 등의 산소 원자를 포함하는 활성화 가스가 채용된 경우에는, 각 방전 공간(6)에서는 산소 래디칼(O 원자 등)이 생성되고, 전구체 가스가 개재한 산화 반응이 이루어지고, 피처리재(18)에는 산화막의 고기능막이 되는 막이 성막된다.

상기까지의 기재로 부터 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)와 CVD 챔버(200)에 따르고, 리모트 플라즈마형 성막 처리 장치(리모트 플라즈마 형 CVD 장치)가 구성되어 있다.

다음에, 본 실시의 형태에 관한 발명의 효과를 설명한다.

상기에서도 설명한 바와 같이, 종래 기술에서는, 상온 상태에서 불활성의 질소 가스나 산소 가스나 희유 가스 등에, 활성 가스나 금속 전구체 가스 등을 혼합시켜서, 당해 혼합 가스를, 원료 가스로서, 전극 셀이 배치되어 있는 하우징 내로 공급하고 있다. 그러면, 전극 셀의 방전 공간 이외의 부분에도 당해 혼합 가스가 충만하게 된다. 그 결과, 활성 가스에 의해 전기 급전부나 전극면이 부식되거나, 금속 전구체 가스에 의해 방전 공간 이외에서 퇴적물이 발생하거나 하는 등의 문제점이 있다.

그래서, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 전극 셀이 배설되지 않은 하우징(16) 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 당해 하우징(16) 외로부터 각 방전 공간(6)으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로(75)를, 구비하고 있다.

따라서 당해 관로(75)를 통하여, 방전 공간(6) 이외의 하우징(16) 내의 공간과 접하는 일 없이, 각 방전 공간(6) 내에, 가스 공급부(20)로부터의 불활성 가스 등과는 별도로, 활성 가스나 금속 전구체 가스 등을 공급할 수 있다. 따라서, 활성 가스가 전극 셀의 전극부와 접하는 것을 방지할 수가 있어서, 당해 활성 가스에 의한 전극부의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 금속 전구체 가스는, 방전 공간(6)에 직접 공급되기 때문에, 당해 방전 공간(6) 이외의 하우징(16) 내의 공간에, 당해 금속 전구체 가스에 기인한 퇴적물이 발생하는 것도 방지할 수 있다. 이상에 의해, 본 발명에 관한 플라즈마 장치(100)에서는, 상기 부식이나 퇴적물 등의 이상이 생기지 않기 때문에, 장치의 장수화 및 안정적인 동작이 가능해진다.

또한, 활성화 가스가 부식하지 않도록, 관로(75)(부호 75a, 75b 포함)의 내벽 전부에 대해 부동태막을 형성한 등으로, 내부식성을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 관로(75) 내에서의 금속 전구체 가스가 결로하지 않도록, 당해 관로(75) 내의 온도를 조정 유지하는 온도 조정부를 구비하는 것이, 바람직하다. 예를 들면, 연결 블록(9) 내 및 저압 전극(1) 내에, 온도 조정된 액체가 흐르는 유로를 마련한다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 감압 장치(27)에 의해, 방전 공간(6)과 공동부(21A)와의 사이에서 압력차(ΔP)(=Pa-Pb)를 발생시켜서, 당해 압력차(ΔP)에 의해, 전극 셀의 중심 영역에 존재한 절연통부(21)의 공동부(21A) 내로, 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스 등을 유도하고 있다.

따라서 방전 공간(6)으로부터 공동부(21A)에 이르기까지의 사이에, 당해 플라즈마 여기 가스끼리의 충돌을 억제하고, 또한, 벽 등에 당해 플라즈마 여기 가스가 충돌하는 것도 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마 여기 가스의 각종 충돌에 의한 감쇠량을 억제할 수가 있어서, 보다 효율 좋게 당해 공동부(21A) 내로 플라즈마 여기 가스를 취출할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 발명에서는, 감압 장치(27)에 의해, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내의 압력을, 수천 Pa 이하로 설정할 수 있다. 따라서 당해 공동부(21A) 내로 분출된 플라즈마 여기 가스를, 당해 플라즈마 여기 가스끼리의 충돌을 억제하면서, CVD 챔버(200) 내로 공급할 수 있다. 따라서, 플라즈마 여기 가스끼리의 충돌에 의한 감쇠량을 적게 할 수 있고, 결과로서, CVD 챔버(200) 내의 피처리재(18)에 노출하는 플라즈마 여기 가스를, 고농도 및 대유량으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 고에너지 밀도의 방전 에너지를 주입할 수 있는 유전체 배리어 방전을 이용하여, 플라즈마 여기 가스를 생성하고 있다. 여기서, 방전 공간의 압력이 절대압 30kPa 이하인 진공 상태에서의 유전체 배리어 방전에서는, 가스 밀도가 낮기 때문에, 고에너지 밀도의 방전 플라즈마를 안정하게 얻는 것이 어려운 것이 밝혀지고 있다. 이에 대해, 본 발명에서는, 절대압 30kPa 이하인 진공 상태의 공동부(21A)와, 방전 공간(6)과의 사이를 두고, 압력차(ΔP)를 갖게 한 구조를 채용하고 있다. 따라서 본 발명에서는, 고에너지 밀도의 방전 에너지를 주입할 수 있는 절대압 30kPa 이상에서의 유전체 배리어 방전이 가능해저서, 플라즈마 발생 장치(100)를 컴팩트하게 하여도, 고농도이면서 다량의 플라즈마 여기 가스를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 유전체 배리어 방전을 발생시키는 전극 셀을 다단으로 적층한 구성으로 하고, 또한 각 전극 셀 내의 방전 공간(6)에서 발생한 플라즈마 여기 가스를, 절연통(21)의 분출구멍(21x)을 통하여 진공 상태인 공동부(21A)에 분출시키고 있다. 또한, 당해 진공 상태인 공동부(21A)에서 분출한 플라즈마 여기 가스를 합류시켜, 당해 합류한 플라즈마 여기 가스를 CVD 챔버(200)에 유도하는 구성을, 본 발명에서는 채용하고 있다. 따라서 플라즈마 여기 가스의 각종 충돌에 의한 감쇠량을 억제하여, 보다 고농도로, 또한 다량의 플라즈마 여기 가스를 CVD 챔버(200)에 유도할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 절연통부(21)에는, 작은 분출구멍(21x)이 천공되어 있다. 따라서 방전 공간(6)에서 발생한 전하 입자(이온, 전자)를, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내로 침입하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본원 발명에서는, 리모트 플라즈마형 성막 처리 장치를 제공하고 있다. 즉, 원료 가스로부터 플라즈마 여기 가스를 생성하는 플라즈마 발생 장치(100)와, 당해 생성한 플라즈마 여기 가스를 사용하여 피처리재(18)에 대해 성막 처리를 행하는 CVD 챔버(200)는, 별개 독립된 장치이다.

이와 같이, 플라즈마 발생원과 처리 영역은 완전히 분리하고 있기 때문에, 플라즈마원에서 전리하여 생성한 이온이, 당해 처리 영역에 배치된 피처리재(18)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 피처리재(18)에 대한 플라즈마에 의한 데미지를 완전히 없앨 수 있다. 또한, CVD 챔버(200)에서는, 고농도로 다량으로 발생시킨 플라즈마 여기 가스를, 감쇠량이 적은 상태로, CVD 챔버(200)에 공급할 수 있고, 플라즈마 CVD 처리가 실시된다. 따라서 피처리재(18)에 대한 성막 시간의 단축화를, 도모할 수도 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 각 방전 공간(6)은, 절연통부(21)와 각 방전 공간(6)의 출구측 단부와의 사이에 존재한 관로(22)를 통하여, 자동 압력 제어 장치(26)에 접속되어 있다.

따라서 플라즈마 발생 장치(100)는, 각 방전 공간(6)의 압력을, 용이하게 일정치로 관리. 유지할 수 있다. 이와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)는, 방전 공간(6)의 압력을 소망 압력으로 관리 할 수 있는 구성이기 때문에, 생성되는 플라즈마 여기 가스 등의 발생 성능이 최적이 되도록, 용이하게 관리·설정·유지할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 각 방전 공간(6) 내의 압력을 일정하게 한 상태에서, 보다 안정한 유전체 배리어 방전을 발생시킬 수 있다. 따라서, 각 방전 공간(6)에서, 여기 준위가 정돈된 플라즈마 여기 가스가 생성된다. 이에 의해, CVD 챔버(200) 내의 피처리재(18)에서, 보다 양질의 기능막이 성막된다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 저압 전극(1) 내에는, 온도 조정된 일정 온도의 냉매가 흐르는 유로가 형성되어 있다.

따라서 유전체 배리어 방전에 의해 전극 셀에서 발생한 열을, 당해 냉매를 통하여 방열할 수가 있어서, 저압 전극(1) 자신을 일정 온도로 용이하게 관리·유지할 수 있다. 또한, 당해 저압 전극(1)이 일정 온도로 유지되는 것에 기인하여, 각 방전 공간(6) 내에서의 가스 온도도, 거의 일정 온도로 용이하게 관리·유지하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 각 방전 공간(6) 내의 가스 온도는, 플라즈마 여기 가스의 발생 성능이 최적이 되도록, 관리·설정된다. 또한, 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 각 방전 공간(6) 내의 가스 온도를 일정하게 한 상태에서, 유전체 배리어 방전을 발생시킬 수 있다(특히, 저온으로 하면, 고농도의 플라즈마 여기 가스를 발생시키는 것이 실험에서 확인되어 있다). 또한, 가스 온도나 가스 압력 등의 플라즈마 조건을 일정하게 한 각 방전 공간(6)에서는, 여기 준위(에너지 준위)가 비교적 정돈된 플라즈마 여기 가스가 생성된다. 이에 의해, CVD 챔버(200) 내의 피처리재(18)에서, 보다 양질의 기능막이 성막된다.

또한, 저압 전극(1) 내 등의 유로에, 냉매가 아니라, 온도 조정된 예를 들면 100℃ 이상의 액체를 흘림에 의해, 방전 공간(6) 내에 금속 전구체 가스에 기인하는 결로가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 가스용 MFC(24)뿐만 아니라, 희유 가스를 출력하는 서브 가스용 MFC(25)도 구비하고 있다. 그리고, 가스 공급부(20)로부터 하우징(16) 내에, 소정의 가스와 희유 가스를 혼합하여 공급하고 있다.

따라서 플라즈마 여기 가스의 이동 경로에서, 플라즈마 여기 가스끼리의 충돌에 의한 활성종의 감쇠가, 희유 가스에 의해 억제된다. 따라서, CVD 챔버(200) 내로 공급되는 플라즈마 여기 가스의 농도·가스류량이 높아진다. 즉, 플라즈마 여기 가스를 효율적으로 취출할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 전극 셀은 복수이고, 각 전극 셀은, 대면 방향으로 적층하여 있다. 그리고, 당해 전극 셀의 적층에 의해, 당해 전극 셀의 중심 영역에, 적층 방향으로 연설한 상기 관통련공이 구성되어 있다. 또한, 당해 관통련공 내에는, 당해 적층 방향으로 연설한 상기 절연통부(21)가 배치되어 있다.

따라서 복수의 전극 셀로부터 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스 등을 생성시킬 수 있고, 당해 생성한 플라즈마 여기 가스 등을, 절연통부(21) 내의 공동부(21A)에서 합류시킬 수 있다. 따라서, 당해 공동부(21A)에서, 대유량의 플라즈마 여기 가스 등을 취출할 수 있기 때문에, 당해 대유량의 플라즈마 여기 가스 등을 피처리재(18)에 노출하는 것이 가능해진다. 또한, 전극 셀은 도 1, 2의 상하 방향으로 적층되어 있기 때문에, 플라즈마 발생 장치(100)의 점유 면적을 증대시키는 일 없이, 플라즈마 여기 가스의 생성량을 대폭적으로 증대시킬 수 있다.

또한, 절연통부(21)의 단부측에서, 샤워 플레이트를 부착하여도 좋다. 보다 구체적으로는, CVD 챔버(200)측에 접속되는, 도 1에 도시하는 가스 출력 플랜지(14c)로서, 도 3의 확대 사시도로 도시하는 구성의 것을 채용하여도 좋다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 출력 플랜지(14c)는, 샤워 플레이트(14S)가 마련되어 있다. 여기서, 당해 샤워 플레이트(14S)에는, 복수의 분출구멍(14t)이 천공되어 있다.

플라즈마 발생 장치(100)에서 발생한 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스 등은, 절연통부(21)의 공동부(21A)에 분출되고, 당해 공동부(21A) 및 플라즈마 발생 장치(100)측의 가스 출력 플랜지(14b)를 통과하여, CVD 챔버(200)측의 가스 출력 플랜지(14c)에 도달한다.

한편, 당해 가스 출력 플랜지(14c) 내에는, 샤워 플레이트(14S)에 인접하여, 대용량의 버퍼실이 마련되어 있다. 즉, 도 3에서, 버퍼실의 윗면이 샤워 플레이트(14S)가 된다.

당해 가스 출력 플랜지(14c)에 도달한 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스 등은, 당해 가스 출력 플랜지(14c) 내에서 일단, 대용량의 당해 버퍼실에 충만한다. 그리고, 당해 버퍼실로부터, 샤워 플레이트(14S)에 마련된 복수의 분출구멍(14t)을 통하여, 플라즈마 여기 가스 등은, CVD 챔버(200) 내로 공급된다.

도 3에 도시하는 구성의 가스 출력 플랜지(14c)를 채용함에 의해, 샤워 플레이트(14S)의 각 분출구멍(14t)으로부터 CVD 챔버(200) 내에, 균일하게, 플라즈마 여기 가스나 기능 물질 가스 등을 공급할 수 있다. 따라서 CVD 챔버(200) 내에 대면적의 피처리재(18)를 재치하였다고 하여도, 당해 대면적의 피처리재(18)의 표면에 대해, 균일하게, 플라즈마 여기 가스 등을 노출할(분출?) 수 있다. 당해 균일한 플라즈마 여기 가스 등의 분출에 의해, 대면적의 피처리재(18)의 표면에는, 균일하고 양질의 막이 성막된다.

<실시의 형태 2>

본 실시의 형태에서는, 본 발명에 관한 플라즈마 장치를, 플라즈마 처리 입자 생성 장치에 적용한 구성에 관해 설명한다. 당해 플라즈마 처리 입자 생성 장치는, 반도체 제조 등의 성막 공정 이외의 용도로서 사용되고, 당해 플라즈마 처리 입자 생성 장치에서의 방전 플라즈마 중에 예를 들면 금속 물질을 노출함으로써, 당해 금속 물질을 신규 기능 물질(예를 들면, 비정질의 물질)로 개질하는 것이 가능하다.

도 4는, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 처리 입자 생성 장치(400)의 구성을 도시하는 단면도이다. 또한, 본 실시의 형태에 관한 전극 셀의 구성은, 도 2에서 도시한 구성과 같다. 여기서, 도 4의 구성에서는, 도 1의 구성과 달리, 자동 압력 제어 장치(26) 및 관로(22)가 생략되어 있다.

또한, 도 4에서 도시하고 있는 절연통부(21)의 부재를 생략할 수도 있다. 이 경우에는, 절연판(4), 유전체(2a, 2b) 및 절연체(1a, 3a, 5a)의 각 부재에서의, 실시의 형태 1에서 설명한 관통련공에 면한 부분에 의해, 절연통부(21)라고 파악할 수 있는 부재가 구성되어 있다고 생각할 수 있다. 또한 방전 공간(6)의 당해 관통련공에 면하는 단부가, 분출구멍(21x)이라고 생각할 수 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 처리 입자 생성 장치(400)는, 플라즈마 발생 장치(100), 처리물 회수 플랜지(250) 및 배기 가스 분해 처리 장치(28)를 구비하고 있다.

여기서, 전극 셀의 구성(도 2의 구성)을 포함하여, 실시의 형태 1에 관한 플라즈마 발생 장치(100)와 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 발생 장치(100)와의 구성은, 대부분 같다. 그래서, 본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 1과 다른 플라즈마 발생 장치(100)의 구성에 관해 설명한다.

우선, 상기한 바와 같이, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 실시의 형태 1에 관한 플라즈마 발생 장치(100)와 달리, 자동 압력 제어 장치(26) 및 관로(22)가 생략되어 있다.

실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 도 2, 4의 상하 방향으로 적층하여 있는 각 연결 블록(9) 내에는, 액체(물 등의 냉매)가 통과하는 유로(도시 생략)가 형성되어 있고, 또한, 각 고압 냉각판(5) 내부 및 저압 전극(1) 내부에서도, 유로(도시 생략)가 형성되어 있다. 또한, 실시의 형태 1 및 본 실시의 형태에서, 고압 냉각판(5) 및 저압 전극(1)은, 편면(片面)만에서 홈을 형성한 2장의 판을 접합함으로써, 내부에 냉매가 통과하는 유로(도시 생략)를 갖는 1장의 고압 냉각판(5) 또는 1장의 저압 전극을 작성하고 있다.

실시의 형태 1에서도 설명한 바와 같이, 고압 냉각판(5) 내 및 저압 전극(1) 내의 유로에 일정 온도로 조정된 냉매가 흐름에 의해, 고압 냉각판(5) 및 저압 전극(1) 자신이 일정 온도로 냉각·유지되고, 간접적으로 방전 공간(6) 내의 온도도 일정 온도로 유지할 수 있다. 또한, 냉매는, 예를 들면, 수℃ 내지 25℃ 정도의 범위에서 일정 온도로 온도 조정된다.

또한, 원료 가스가 포함하는 미립자 금속이나 대상으로 하는 금속 원자를 포함하는 전구체 가스의 종류에 응하여, 냉매가 아니고, 비교적 온도가 높은 액체를, 고압 냉각판(5) 및 저압 전극(1) 내부의 유로 등에 흘리는 편이 좋은 경우가 있다. 이것은, 방전 공간(6) 내에서의 금속 입자의 결로를 방지하는 등 때문이다.

각 연결 블록(9) 내, 고압 냉각판(5) 및 저압 전극(1) 내 등의 유로에 일정 온도로 조정된 액체가 흐름에 의해, 각 연결 블록(9) 및 저압 전극(1) 등이 일정 온도로 유지되고, 또한 저압 전극(1)을 통하여 간접적으로 방전 공간(6) 내의 온도도 일정 온도로 유지된다.

이와 같이, 원료 가스에 포함된 미립자 금속이나 대상으로 하는 금속 원자를 포함하는 전구체 가스의 종류에 응하여, 냉매 또는 비교적 온도가 높은 액체를, 고압 냉각판(5) 및 저압 전극(1) 내 등의 유로에 흘린다.

또한, 본 실시의 형태에서도, 각 연결 블록(9) 내 및 저압 전극(1) 내에는, 방전 공간(6)에 원료 가스를 공급하는 관로(75)가 배설되어 있다(도 2, 4 참조). 실시의 형태 1과 마찬가지로(도 2와 같은 구성), 당해 관로(75)는, 전극 셀이 배설되지 않은 하우징(16) 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 하우징(16) 외로부터 방전 공간(6)으로 직접 공급된다. 즉, 관로(75) 내를 흐르는 원료 가스는, 하우징(16) 내부의 전극 셀의 외주 영역에 공급되지 않고, 각 전극 셀의 각 방전 공간(6)에 직접 공급된다.

또한, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 본 실시의 형태에서도, 관로(75)는, 하우징(16) 외부에 마련된 원료 가스용 MFC(76)와 접속되어 있다(도 4 참조). 여기서, 본 실시의 형태에서는, 플라즈마 발생 장치(100)는, 플라즈마 처리 입자 생성 장치(400)에 적용되고 있다. 그래서, 본 실시의 형태에 관한 원료 가스용 MFC(76)에서는, 원료 가스로서, 수미크론 정도의 미립자 금속을 포함하는 가스가, 관로(75)에 대해 공급된다. 또한, 여기서는, 원료 가스용 MFC(76)를 마련한 실시례를 나타내였지만 생략하여도 좋다.

미립자(미립 분말) 금속으로서는, 철, 니켈, 코발트 등의 철족 원소나, 사마륨, 네오디뮴 등의 희토류 원소나, 티탄, 텅스텐, 니오브 등의 천이금속 원소나, 그들의 금속 원소가 합금화된 금속 분말이고, 당해 미립자 금속을 운반하는 가스로서는, 예를 들면, 산소 가스 또는 질소 가스 등의 불활성 가스이다. 또는, 당해 미립자 금속을 운반하는 가스로서, 오존 가스, 암모니아 가스나 질소 산화물 가스 등의 활성 가스를 채용하여도 좋다. 또는, 당해 미립자 금속을 운반하는 가스로서, 희유 가스를 채용하여도 좋다.

그리고, 본 실시의 형태에서도, 복수의 전극 셀은 적층된 상태로 하우징(16) 내부에 배설되어 있다(도 4 참조). 그리고, 본 실시의 형태에서도, 적층된 전극 셀은, 체결부재(8)를 이용하여, 하우징(16)의 윗면에 고착되어 있다.

그러나, 본 실시의 형태에서는, 절연통부(21)는, 체결부재(8)를 관통하고, 또한 하우징(16)의 하면도 관통하도록, 배설되어 있다. 여기서, 체결부재(8)와 인접하여 있는 부분의 절연통부(21)에는, 분출구멍(21x)은 천공되어 있지 않다. 또한, 하우징(16)의 측면부와 각 전극 셀의 측면부와의 사이에는, 공간이 존재한다. 또한, 하우징(16)의 저면부와 각 전극 셀의 최하부와의 사이에도, 공간이 존재한다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 플라즈마 발생 장치(100)는, 감압 장치(27)가 아니고, 자동 압력 제어 장치(61)를 구비하고 있다. 당해 자동 압력 제어 장치(61)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 가스 출력 플랜지(14b, 14c)를 통하여, 절연통부(21)의 공동부(21A)와 접속되어 있다. 당해 구성에 의해, 자동 압력 제어 장치(61)에 의해, 공동부(21A) 및 방전 공간(6)은, 일정한 압력으로 유지되어 있다(즉, 본 실시의 형태에서는, 자동 압력 제어 장치(61)는, 실시의 형태 1에서 설명한, 방전 공간(6)의 압력을 조정하는 자동 압력 제어 장치(26)의 기능도 갖고 있다). 예를 들면, 당해 자동 압력 제어 장치(61)에 의해, 공동부(21A) 및 방전 공간(6)은, 0.03MPa(메가파스칼) 내지 0.3MPa의 압력 범위 내에서, 압력이 일정하게 유지되어 있다.

또한, 자동 압력 제어 장치(61)의 일방측은, 공동부(21A)측과 접속되어 있지만, 자동 압력 제어 장치(61)의 타방측은, 실시의 형태 1에서 설명한 배기 가스 분해 처리 장치(28)에 접속되어 있다.

본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)의 구성은, 상기한 바와 같다. 한편, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 처리 입자 생성 장치(400)에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 CVD 챔버(200)가 아니고, 처리물 회수 플랜지(250)를 구비하고 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, 하우징(16)의 하면을 절연통부(21)가 관통하고 있다(도 4). 따라서 하우징(16)의 하면에서는, 절연통부(21)의 단부측이 노출하고 있다(즉, 하우징(16)의 외측의 하면에서, 절연통부(21)의 공동부(21A)가 임하고 있다). 처리물 회수 플랜지(250)는, 당해 공동부(21A)와 접속하도록, 하우징(16)의 외측에서 당해 하우징(16)의 하면에 고착되어 있다. 당해 처리물 회수 플랜지(250)에는, 방전 공간(6)에서의 플라즈마 처리에 의해 개질된 미립자 금속이, 공동부(21A)를 통과하여, 석출된다.

다음에, 플라즈마 발생 장치(100)의 동작을 포함하는 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 처리 입자 생성 장치(400)의 동작에 관해 설명한다.

방전을 이용하여 금속 입자를 개질시키는 종래 기술으로서, 플라즈마 제트 장치나 직류 글로 방전 장치가 있다. 이들의 장치는, 연속 플라즈마를 이용한 기술이고, 플라즈마로 가열한 가열 미립자의 급냉에 의한 미립자 개질(예를 들면, 비정질화 물질의 생성)은 곤란하였다.

이에 대해, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 유전체 배리어 방전을 이용하고 있고, 방전 형태가 간헐 방전이다. 따라서 방전 공간(6)에서는 비평형 플라즈마가 발생하고, 당해 방전 공간(6)에서 플라즈마 처리·가열된 미립자 금속을 급냉시키는 것도 가능하다. 즉, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 당해 미립자 금속의 개질(예를 들면, 비정질화 물질의 생성)에 적합하다.

그리고, 도 4에서, 원료 가스용 MFC(76)로부터, 미립자 금속을 포함하는 원료 가스가 공급된다. 당해 미립자 금속은, 오존이나 암모니아나 질소 산화물 등의 활성 가스와 함께 공급하여도 좋고, 또한, 산소나 질소 등의 불활성 가스와 함께 공급하여도 좋다. 또는, 미립자 금속은, 희유 가스 등과 함께 공급하여도 좋다. 당해 공급된 원료 가스는, 관로(75)에 입력되고, 관로(75) 내를 통과하여, 저압 전극(1) 내를 통하여, 각 방전 공간(6)으로 직접 공급된다(즉, 하우징(16) 내의 방전 공간(6) 이외의 공간과 접하는 일 없이, 방전 공간(6)으로 원료 가스는 공급된다).

또한, 가스용 MFC(24)로부터는, 예를 들면 산소나 질소 등의 불활성 가스가 공급되고, 서브 가스용 MFC(25)로부터는, 희유 가스가 공급된다. 당해 공급된 불활성 가스 및 희유 가스는, 가스 공급부(20)에 입력하기 전에, 합류하여 혼합된다. 그리고, 당해 혼합된 불활성 가스 및 희유 가스는, 가스 공급부(20)로부터, 플라즈마 발생 장치(100)의 하우징(16) 내부에 공급된다.

그리고, 당해 공급된 불활성 가스 및 희유 가스는, 당해 하우징(16) 내에 충만한다. 당해 하우징(16) 내에 확산한 불활성 가스 등은, 평면시 외형이 원형인 전극 셀의 외주 방향부터, 각 전극 셀에 형성된 각 방전 공간(6) 내로 침입한다. 이와 같은 가스 흐름이 가능한 구성을 채용함으로써, 각 방전 공간(6)에 방출된 당해 미립자 금속을 포함하는 가스가, 하우징(16) 내의 방전 공간(6) 이외의 공간측에 역류하지 않도록 하고 있다.

한편, 도 4에 도시하는 바와 같이, 각 전극 셀에서, 고압 전극(3)과 저압 전극(1)과의 사이에는, 교류 전원(17)에 의한 고주파의 교류 전압이 인가되어 있다. 전극(1, 3)에 대한 당해 교류 전압의 인가에 의해, 각 전극 셀에서의 각 방전 공간(6) 내에, 고주파 플라즈마로 이루어지는 유전체 배리어 방전(무성 방전)이 균일하게 발생한다.

유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 각 방전 공간(6)에서, 상기한 바와 같이, 원료 가스 및 불활성 가스 등이 공급된다. 그러면, 각 방전 공간(6) 내에서, 당해 유전체 배리어 방전에 의해, 질소 래디칼이나 산소 래디칼 등의 플라즈마 여기 가스가 생성된다. 생성된 플라즈마 여기 가스와 미립자 금속과의 유전체 배리어 방전의 특징인 비평형 플라즈마로의 화학반응이, 방전 공간(6) 중에서 유효하게 촉진된다. 당해 화학반응에 의해, 미립자 금속 자신이 개질되고, 당해 개질된 입자는, 공동부(21A)에 출력된다.

이하, 방전 공간(6)에서의 반응 등을 상세히 기술한다. 또한, 상기한 바와 같이, 미립자 금속의 종류에 의해서는, 저압 전극(1) 등 내의 유로에 흘리는 액체는, 온도 조정된 예를 들면 100℃ 이상의 액체인 쪽이 좋은 경우가 있다. 그러나, 이하의 설명에서는, 당해 유로에는 냉매(예를 들면 수냉(水冷))를 흘리는 경우에 관해 설명한다.

도 5는, 유전체 배리어 방전의 방전 형태를 도시한 모식도이다. 도 6은, 도 5의 방전 형태에서의 하나의 미소 방전에 주목한 모식도이다. 도 7은, 방전 갭 길이와 유전체 배리어 방전의 플라즈마 전계강도와의 관계를 도시한 특성도이다. 도 8은, 유전체 배리어 방전의 갭 길이와 가스 압력과의 곱에 의존하고 있는 방전 유지 전압과 방전 플라즈마의 전계의 상태 관계도이다.

본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 상기한 바와 같이, 아크 방전이나 글로 방전 등의 연속 플라즈마가 아니고, 고전계의 간헐 플라즈마의 유전체 배리어 방전을, 방전 공간(6)에 발생시키고 있다. 당해 간헐 플라즈마 방전중에, 가스 공급부(20)로부터 공급된 산소나 질소 등의 불활성 가스가 통과하면, 당해 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 화학반응성의 매우 높은 플라즈마 여기 가스가 생성된다. 또한, 방전 공간(6)에서, 고농도의 플라즈마 여기 가스와 관로(75)를 통과하여 공급된 미립자 금속이 화학반응을 일으키고, 미립자 금속이 질화금속 입자나 산화금속 입자 등으로 개변하는 동시에, 당해 개변한 금속 입자가 당해 방전 공간(6) 내에서, 더욱 양질의 플라즈마 처리 입자로 개질될 수 있다.

여기서 우선, 양질의 플라즈마 처리 입자 생성 메커니즘에 관해, 설명한다.

최초에, 자성 효과를 갖는 자성체 물질이나 비유전율의 매우 높은 강유전체 물질이나 광촉매 효과를 갖는 광촉매 물질 등은, 금속 원자와 산소 원자(O), 질소 원자(N), 붕소 원자(B) 또는 탄소 원자(C)(O, N, B, C의 원자를 일반적으로 침입 원소라고 칭한다)가 결합한, 금속의 산화, 질화나 탄화 화합물 등의 결정 구조로, 유효한 기능 물질이 된다. 유효한 기능 물질의 결정 구조를 얻는을려면, 금속 원자의 선택뿐만 아니라, 금속 원자와 결부되는 침입 원소와의 결부 방식이 중요한 역할을 이룬다.

특히, 금속 원자의 최외곽의 전자 궤도에, 상기 침입 원소의 최외곽의 전자가, 어떻게 규칙적인 결합이 이루어지는지가 중요해진다. 일반적으로 유효한 기능 물질을 얻을려면, 금속 원자의 최외곽의 전자 궤도에, 상기 침입 원소의 전자가 완전한 결합한 결정화(부동태 물질, 절연체 물질)보다도, 규칙적인 결손이 있는 결정 물질이, 반도체나 자성 등의 기능을 갖는 물질로서, 유효하다라고 말하여지고 있다.

유효한 기능 물질인 광촉매 물질은, 반도체 분야가 속하는 물질이다. 도 9는, 금속 원자(M)과 산소 원자(O)가 결합한 산화금속 물질과 반도체의 밴드 갭과의 관계를 도시하는 도면이다.

도 9의 표에 표시하는 산화금속 물질의 전부가, 광촉매 효과를 발휘하는 것은 아니다. 도 9에 도시하는 산화금속 물질의 내에서, 금속 원자의 최외곽의 전자 궤도의 공동(空洞) 전자수에 대해, 산소 원자의 전자가 완전히 채워지지 않고, 산소 결손 상태가 규칙적인 구조로 균등한 결합을 갖는 산화금속 물질만이, 금속재료(M)에 의해 다른 밴드 갭을 거지며, 광촉매 효과를 갖는 산화금속 물질 된다.

이들의 산소 결손을 갖는 광촉매 물질은, 금속 원자 재질의 차이에 의해, 특정 범위의 광파장만 광흡수할 수 있고, 광흡수한 광에 의해 광촉매 물질이 여기 상태가 되어, 매우 활성의 촉매 작용을 갖는 물질이 되는 성질을 갖고 있다(도 9의 광촉매 효과의 흡수 파장 참조). 즉, 광을 흡수하여 여기한 광촉매 물질에 의해, 유해물질을 분해하는 능력 등의 광촉매 효과가 발휘된다. 또한, 광촉매 물질의 유해물질을 분해하기 위한 성능은, 광의 파장이나 광강도뿐만 아니라, 광촉매 물질 자신의 구조나 불규칙성이 적은 양질의 광촉매를 얻을 수 있는지에 의해 크게 좌우된다. 또한, 광촉매 물질의 유해물질을 분해하기 위한 성능은, 광촉매 물질의 표면적 등에 의해서도 크게 변한다.

상기에서는, 산소 결손한 금속 산화물을 유전체 배리어 방전의 비평형 플라즈마로, 개질시키는 것에 관해 나타내였다. 금속 물질로서 철 등의 자성체를 갖는 금속을 채용하고, 당해 금속을 유전체 배리어 방전의 비평형 플라즈마에 노출하고, 금속 결손의 산화 또는 질화금속 물질로 개질하면, 자성체 기능을 갖는 물질을 생성할 수 있다. 이와 같이, 유전체 배리어 방전에 의한 미립자 금속을 비평형 플라즈마 중에서 화학반응시켜서, 특수한 기능 물질을 다량으로 생성시키는 수단으로서, 본 장치는 유효하다.

한편으로, 연속 방전 플라즈마인 직류 글로 방전이나 교류 글로 방전에서, 방전 갭 길이가 1㎜ 이상, 가스 압력이 1기압(0.1MPa) 이하에서, 광촉매 물질을 생성하였다고 한다. 당해 방전 형태에 의해, 고에너지를 갖는 산소 래디칼 원자를 고농도로 생성하는 것은 곤란하고, 산소 래디칼 원자와 금속 원자와의 유효한 화학반응 확률이 낮다. 또한, 그 밖의 요인에 의해, 당해 방전 형태에서는, 좋은 구조를 갖는 광촉매 물질을 얻을 수가 없다.

이상과 같이, 기능 물질인 광촉매 물질로서, 산소 결손의 구조를 갖는 산화금속 물질을, 한 예로서 나타내였다. 금속 화합물질로, 금속 원자 결손이 있는 규칙적인 구조를 갖는 것은, 자성체 물질에도 유효하다. 결손 부분에, 자성체 원소 이외의 천이금속 원소나 구리나 알루미늄 등의 도전체 원소를 치환시킴으로써, 매우 내식성이 높고 자성 특성이 좋은 자성체 물질이 형성된다. 또한, 금속 화합물질의 구조에 규칙적으로 구리 원자가 들어가는 금속 화합물질은, 초전도체 물질로 유효하다라고 말하여지고 있다. 이와 같은 금속 화합물질을 생성하는 수단으로서, 고전계 플라즈마와 비평형 플라즈마인 저가스온도 플라즈마 발생 기술이 유효하다.

본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 고전계 플라즈마와 비평형 플라즈마인 저가스온도 플라즈마 발생 기술에 관한 것이고, 유전체 배리어 방전의 방전 형태를 이용하여, 효율 좋고, 다량으로 플라즈마 처리 입자를 생성하는 것이 가능하다.

그리고 다음에, 도 5 내지 8을 이용하여, 방전 공간(6)에서의 현상에 관해 설명한다.

우선, 도 5를 이용하여, 유전체 배리어 방전의 방전 형태의 동작과 작용에 관해 설명한다.

저압 전극(1) 내 등에 냉매를 유통시킴으로써, 전극면 및 방전 공간(6)이 일정 온도로 냉각되어 있다. 상기한 바와 같이, 교류 전원(17)에 의해, 전극(1, 3) 사이에 교류 전압을 인가한다. 그러면, 유전체(2a, 2b)에서는, 인가한 교류 전압에 대해 90도 위상이 어긋난 상태에서, 도 5에 도시하는 바와 같이 전하가 유전체(2a, 2b)의 표면에 분극된다. 즉, 전극(1, 3) 사이에 교류 전압(V)를 인가하면, 방전 공간(6)에서는, (dV/dt)의 값이 최대가 되는 시점에서, 최대의 분극 전하(Qmax)가 축적되고, 방전 공간(6)에는, 최대의 전계강도(Emax)가 인가된다.

방전 공간(6)에서의 절연 파괴하기 위한 전계강도(Ec)를 Emax보다도 작게 하면, 전계강도(Ec)가 되는 분극 전하(Qc) 시점에서, 방전 공간(6)에서 부분 절연 파괴(부분 방전)하여, 유전체(2a, 2b)에 축적된 분극 전하(Qc)가, 저압 전극(1)에 방전된다. 당해 방전에 의해 유전체(2a, 2b) 표면에 축적된 분극 전하(Qc)가 없어지면, 즉석에서 방전이 정지되고, 방전 공간(6)에서의 부분 절연 파괴가 회복(방전 정지)된다.

그러면, 유전체(2a, 2b)는, 재차, 분극 전하(Qc)가 축적되는 시점까지 충전된다. 그리고, 분극 전하가 Qc가 되면 재차, 방전 공간(6)에서의 부분 절연 파괴(부분 방전)하여, 방전 전압(Vj)의 방전이 재차 발생한다.

이와 같은, 방전 공간(6)에서의 부분 절연 파괴(부분 방전)와 절연 회복(방전 정지)을 반복하는 ON-OFF 방전이, 간헐 플라즈마 방전이고, 유전체 배리어 방전이라고 불린다. 유전체(2a, 2b)의 표면에는, 전면(全面)에 균등하게 전하가 축적되어 있다. 따라서 상기 유전체 배리어 방전은, 무질서한, ON-OFF 방전이지만, 방전 공간(6) 내의 전체에서 균등하게 생긴다. 또한, 유전체 배리어 방전은, 유전체(2a, 2b)의 미소 표면에 축적된 전하에 기인한 방전이기 때문에, 당해 유전체 배리어 방전은, 미소한 방전이면서 단시간 지속 방전이다.

유전체 배리어 방전의 하나의 방전 지름은, 방전 공간(6) 내의 가스 압력, 가스 온도, 가스 종(種) 등에 의존하는데, 약 수십㎛ 정도이고, 방전 단면(斷面)으로서는, 수n㎡ 정도이다. 하나의 유전체 배리어 방전의 지속 시간은, 방전 갭 길이(도 2에 도시하는 방전 공간(6)의 상하 방향의 치수)나 가스 압력이 작을수록, 작아진다. 이 방전의 지속 시간은, 방전 갭 길이가 0.1㎜, 가스 압력 0.1MPa 정도에서, 통상 나노초 정도이다.

다음에, 당해 유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 방전 공간(6) 내에, 산소나 질소나 질소 산화물 가스 등의 활성 가스나 미립자 금속을 포함하는 원료 가스를 장치에 공급하고, 유전체 배리어 방전(고전계 플라즈마인 간헐 플라즈마 방전)에 의해 플라즈마 여기 가스를 생성하고, 당해 플라즈마 여기 가스에 의해 미립자 금속을 개질(비정질 물질을 생성)시키기 위한 메커니즘에 관해, 도 6을 이용하여 설명한다.

도 5를 이용한 상기 설명과 같이, 유전체 배리어 방전은, 미소 방전이며, 또한, 매우 단시간의 지속 방전이, 시간적·공간적으로 무수개 단속하여 방전을 반복하는 간헐 플라즈마 방전이다. 따라서 당해 유전체 배리어 방전은, 플라즈마 가스 온도가 매우 낮은 상태에서의 플라즈마를 실현 할 수 있고, 지속 방전(연속 방전 플라즈마)에서는 실현 할 수가 없 방전 화학반응을 실현할 수 있다.

우선, 당해 유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 방전 공간(6) 내에, 상기한 바와 같이 산소 가스나 질소 가스 등이 공급된다. 그러면, 당해 유전체 배리어 방전에 의해, 당해 산소 가스나 질소 가스 등으로부터, 오존이나 NOx 등의 산소 원자나 질소 원자 등의 활성의 여기 원자나 전리 이온 원자가, 생성된다. 여기서는, 이들의 유전체 배리어 방전 플라즈마로 생성한 활성의 여기 원자나 전리 이온 원자를 포함하는 가스를, 총칭하여 플라즈마 여기 가스(γ)라고 칭한다. 또한, 당해 방전 공간(6)에서는, 플라즈마 여기 가스(γ)와 원료 가스에 포함되는 미립자 금속이 화학반응하여, 당해 미립자 금속 자신이, 극히 유니크한 물질 상태로 개질된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 전극(1, 3) 사이에 소정의 교류 전압을 인가하면, 방전 공간(6)의 갭 사이에 분압된 전압이 가설되고, 하나의 미소 방전에 대해 방전 열에너지가 발생한다. 당해 방전 열에너지를 갖는 플라즈마 여기 가스(γ) 가, 방전 공간(6) 내를 통과하는 미립자 금속과 접촉하면, 당해 미립자 금속에서 고에너지 화학반응이 촉진된다.

그리고, 고전계 방전으로 단시간에 수백도 정도까지 급가열된 미립자 금속은, 상기에서 발생한 미소 방전이 소멸하면, 단시간에, 저압 전극(1) 내를 흐르는 냉매에 의해, 즉석에서 상온 정도까지 냉각된다. 이와 같이, 미소 방전에 노출된 미립자 금속이 급냉됨 의해, 당해 미립자 금속은, 가열 상태와 같은 액체상태(성질)를 유지한 비정질(무정형) 상태의 금속 화합물질로 개질한다.

또한 동시에, 방전 공간(6)에 산소 가스, 질소 가스 또는 희유 가스를 공급되고, 유전체 배리어 방전의 고전계 방전으로부터 생기는 다양한 초고휘도의 방전광이 발하여진다. 당해 방전광의 광파장과 미립자 금속과의 광화학반응 작용에 의해, 당해 미립자 금속은, 특징이 있는 금속 화합물질오 변위한다.

상기한 바와 같이, 미립자 금속이 개질하여 생성되는 입자를, 플라즈마 처리 입자(αs) 또는 플라즈마 개질 입자(αs)라고 칭한다.

또한, 관로(75)로부터, 미립자 금속을 포함하는 원료 가스에 더하여, 암모니아 가스나 오존 등의 고농도의 활성 가스를, 방전 공간(6)에 공급하였다고 한다. 이와 같은 경우에는, 방전 공간(6) 내에서의 플라즈마 여기 가스(γ)의 농도를, 당해 활성 가스를 공급하지 않는 경우와 비교하여, 증가시킬 수 있다. 당해 플라즈마 여기 가스(γ) 농도의 증가에 의해, 플라즈마 개질 입자(αs)는 다량으로 생산된다.

또한, 도 7에서, 방전 공간(6)의 갭 길이(dg)(㎜)와 방전 플라즈마의 전계강도(E/n)(Td)와의 관계를, 유전체 배리어 방전, 대기 글로 방전 및 대기 아크 방전의 각 방전 형태마다 도시한다. 도 8에서, 유전체 배리어 방전의 가스 압력(P)과 방전 공간(6)의 갭 길이(dg)와의 곱인 (P+0.1)·dg값(MPa·㎜)과, 방전 플라즈마의 방전 유지 전압(Vj)(V)과의 관계, 및 상기 (P+0.1)·dg값(MPa·㎜)과 전계강도(E/n)(Td)와의 관계를 나타낸다.

여기서, 도 7, 8에서, E(V/㎝)는, 갭 길이 1㎝당의 전압이고, n(㎤)은 방전 공간(6) 중의 가스밀도이다. 또한, 전계강도가 「1(Td)」는, 1×1017(V·㎠)이다.

통상, 대기압(0MPa) 이상의 연속 플라즈마에서는, 방전에 의한 전계강도(E/n) 값은 50(Td) 이하이다. 예를 들면, 대기압 글로 방전에서는, 방전 유지 전압이 200 내지 500V 정도로, 전계강도 환산하면, 대강 30 내지 50Td 정도가 된다. 또한, 대기압 아크 방전에서는, 방전 유지 전압이 수십V 정도이기 때문에, 전계강도 환산으로 10Td 정도이다. 즉, 대기압 글로 방전 및 대기압 아크 방전 모두, 방전 플라즈마의 전계강도는 매우 작다(도 7 참조).

이에 대해, 유전체 배리어 방전은 간헐 플라즈마이기 때문에, 연속 플라즈마인 글로 방전이나 아크 방전보다도, 방전 유지 전압은 수배 정도 높고, 방전 플라즈마의 전계강도는 매우 크게 할 수 있다(도 7 참조). 또한, 유전체 배리어 방전에서 얻어지는 전계강도의 특성은, 방전 가스중의 가스 압력(당해 압력은, 도 7에서 「MPa」단위로 표시하고 있다) 및 방전 공간(6)의 갭 길이(dg)에 크게 의존한다(도 7 참조).

발명자들의 시험으로 얻어진 지견으로는, 매우 양질의 산화나 질화 등의 금속 화합물질을 형성하고, 효율이 좋은 막형성(단시간의 막형성)을 행할 수 있는 조건은, 방전 플라즈마의 전계강도(E/n)가 적어도 120Td 이상의 값이 필요하다. 즉, 도 7로 부터 알 수 있는 바와 같이, 유전체 배리어 방전 영역이라도, 방전 공간(6)의 갭 길이(dg)가 길고, 방전 가스중의 가스 압력이 높은 조건에서는, 120Td 이상의 고전계강도가 얻어지지 않는다.

도 7에서는, 가스 압력이 0.2MPa이고, 갭 길이(dg)를 0.6㎜ 이하로 하면, 전계강도(E/n)가 120Td로부터 급격하게 높아진다. 예를 들면, 가스 압력이 0.25MPa이고, 갭 길이(dg)가 0.1㎜인 조건에서는, 전계강도(E/n)는 약 200Td가 된다. 전계강도(E/n)가 120Td 이상이 되는 방전 영역은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 갭 길이(dg)가 1㎜ 이하의 영역(X)과 가스 압력이 낮은 영역(Y)이 존재한다.

도 7에 도시하는 영역(X)은, 가스 압력은 대기압(0MPa) 이상이고, 갭 길이(dg)는 1㎜ 미만의 범위이다. 특히 양호한 조건 범위는, 갭 길이(dg)가 0.6㎜ 이하였다. 갭 길이(dg)를, 0.6㎜ 이하로 하면, 전계강도가 30Td로부터 급격하게 높아진다(예를 들면, 갭 길이(dg)가 0.1㎜에서는, 전계강도는 200Td가 된다).

또한, 도 7에 도시하는 영역(Y)에서는, 갭 길이(dg)가 1㎜ 내지 수㎜ 정도로 길어도, 가스 압력을 0.1MPa 이하로 하면, 120Td 이상의 고전계강도를 얻을 수 있다. 또한, 특히 양호한 가스 압력 범위는, 대기압(0MPa) 이하의 감압(진공) 범위였다.

이와 같이, 매우 높은 전계강도의 방전이 실현되면, 방전중의 전자는 매우 고속으로 가속되고, 방전 공간(6)의 플라즈마는 비평형 플라즈마화하고, 고휘도로 단파장화측으로 시프트한 방전광이 실현된다. 이 고휘도이고 단파장화한 방전광(예를 들면 자외광)과 플라즈마 여기 가스(γ)와 가스 중에 포함된 미립자 금속이, 화학반응이나 광화학반응을 일으김으로써, 플라즈마 개질 입자(αs)의 생산이 촉진한다.

또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, (P+0.1)·dg값이 커질수록, 전해 강도(E/n)는 작아지고, 방전 유지 전압(Vj)은 높아진다. 도 8로부터, 전계강도(E/n)가 120Td 이상이 되는 영역은, (P+0.1)·dg값이 0.14(MPa·㎜) 이하인 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)를 설계할 때, 방전 유지 전압(Vj)을 3500V 이상으로 설정하면, 장치(100)에 충분한 전력을 주입하기 위해서는, 교류 전압은 7000V 이상 필요해지고, 장치(100)가 매우 커진다. 따라서, 당해 장치의 확대를 억제하기 위해, 전계강도(E/n)가 120Td 이상이고, 또한 방전 유지 전압(Vj)이 3500V 이하의 조건 범위로 한정하면, (P+0.1)·dg값은, 0.1(MPa·㎜) 이하가 바람직하다.

이상과 같이, 양질의 미립자의 금속 화합물질(플라즈마 개질 입자(αs))를 얻기 위해서는, 고전계 방전으로, 플라즈마 여기 가스(γ)나 고에너지 방전광에 의해 미소면에 고에너지를 단속 주입할 수 있는 유전체 배리어 방전이 유익하다. 그래서, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)는, 당해 유전체 배리어 방전을 채용하고 있다.

또한, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 관로(75)를 통하여, 미립자 금속을 포함하는 원료 가스 외에, 고농도 오존이나 암모니아 가스 등의 활성 가스를, 방전 공간(6) 내로 공급하는 것이 가능하다. 당해 활성 가스의 공급에 의해, 플라즈마 여기 가스(γ)를 고농도화할 수가 있어서, 양질의 플라즈마 개질 입자(αs)의 생산력이 향상한다.

또한, 본 발명에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 저압 전극(1) 내에 온도 조정된 액체가 순환하는 유로가 형성되어 있기 때문에, 플라즈마 개질 입자(αs)의 급냉도 가능하다.

그리고, 방전 공간(6) 내에서, 생성된 플라즈마 개질 입자(αs)는, 방전 공간(6) 내를 전반하고, 분출구멍(21x)을 통과하여 공동부(21A) 내로 유도된다. 여기서, 플라즈마 개질 입자(αs) 외에, 미반응의 가스나 반응에 의해 발생한 가스 등도, 각 방전 공간(6)으로부터 공동부(21A)로 유도된다.

공동부(21A) 내로 유도된 플라즈마 개질 입자(αs)(고체)는, 중력에 의해, 절연통부(21)의 단부측에 접속되어 있는 처리물 회수 플랜지(250) 내에, 수집(퇴적)된다. 또한, 당해 공동부(21A) 내에서 합류한 각 가스(기체)는, 공동부(21A) 및 가스 출력 플랜지(14b, 14c) 내를 통과하여, 자동 압력 제어 장치(61)에 전반하여, 당해 자동 압력 제어 장치(61)를 경유하여, 배기 가스 분해 처리 장치(28)에 배출된다.

여기서, 처리물 회수 플랜지(250) 내에 수집된 플라즈마 개질 입자(αs)는, 또한 열처리 등이 행하여짐에 의해, 비정질 상태로부터 균질한 나노 결정 성장한 광촉매미 재료, 반도체 재료, 자기 재료 및 강유전체 재료 등으로 한다. 이에 의해, 당해 플라즈마 개질 입자(αs)는, 양질의 기능 물질재가 되어, 사용된다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 미립자 금속을 포함하는 원료 가스가 관로(75)를 통하여, 방전 공간(6)에 공급되고 있다. 그러나, 당해 미립자 금속 대신에, 금속 전구체 가스를 포함하는 원료 가스를 관로(75)를 통하여, 방전 공간(6)에 공급시켜도 좋다. 당해 금속 전구체 가스를 포함하는 원료 가스를 채용한 경우도, 상기와 마찬가지로, 방전 공간(6)에서 플라즈마 개질 입자(αs)를 생성할 수 있고 절연통부(21)의 단부측에 접속되어 있는 처리물 회수 플랜지(250)에, 당해 플라즈마 개질 입자(αs)를 수집할 수 있다.

또한, 처리물 회수 플랜지(250)에 매우 미세한 메시를 마련하고, 당해 메시의 하류측에도 미량의 가스를 배출할 수 있는 구조로 하여도 좋다. 처리물 회수 플랜지(250)에 당해 메시를 마련한 경우에는, 당해 메시 윗면에, 플라즈마 개질 입자(αs)를 포획된다.

상기한 바와 같이, 본 실시의 형태에 관한 발명에서는, 플라즈마 개질 입자(αs)를 효율 좋게 생산·회수할 수가 있어서, 당해 플라즈마 개질 입자(αs)의 생산성을 대폭적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 하우징(16)의 외부로부터 방전 공간(6)에 원료 가스를 직접 공급할 수 있는 관로(75)를 구비하고 있다. 따라서 미립자 금속을 포함하는 원료 가스, 금속 전구체 가스를 포함하는 원료 가스나 활성 가스를, 당해 관로(75)를 통하여 방전 공간(6) 내로 공급할 수 있다. 따라서, 하우징(16) 내에 배설되어 있는 전극부의 부식이나, 방전 공간(6) 이외의 하우징(16) 내부에 금속 입자가 퇴적하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 구성에 의해, 방전 공간(6) 내에 생성한 플라즈마 개질 입자(αs)를, 공동부(21A) 내에 유도시킬 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 발명에서는, 전극 셀에서, 유전체 배리어 방전을 이용하여, 플라즈마 여기 가스를 생성하고 있다. 따라서 대기압 방전이 가능해저서, 플라즈마 발생 장치(100)의 하우징(16) 내를 진공 상태로 할 필요도 없다. 이에 의해, 본 실시의 형태에 관한 발명은, 간이한 구성인 플라즈마 발생 장치(100)를 제공할 수 있다.

플라즈마 발생 장치(100)는, 각 방전 공간(6)의 압력을, 용이하게 일정치로 관리·유지할 수 있다. 이와 같이, 플라즈마 발생 장치(100)는, 방전 공간(6)의 압력을 소망 압력으로 관리 할 수 있는 구성이기 때문에, 생성된 플라즈마 여기 가스 등의 발생 성능이 최적이 되도록, 용이하게 관리·설정·유지할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 각 방전 공간(6) 내의 압력을 일정하게 한 상태에서, 유전체 배리어 방전을 발생시킬 수 있다. 따라서, 각 방전 공간(6)에서, 여기 준위가 정돈된 플라즈마 여기 가스가 생성된다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 저압 전극(1) 내에는, 온도 조정된 일정 온도의 액체가 흐르는 유로가 형성되어 있다.

따라서 당해 유로에 냉매를 흘림에 의해, 저압 전극(1) 자신 및 방전 공간(6) 내의 온도를 식힐 수가 있어서, 당해 방전 공간에서 생성된 플라즈마 개질 입자(αs)의 급냉이 가능해진다. 당해 플라즈마 개질 입자(αs)의 급냉은, 양질의 플라즈마 개질 입자(αs)의 생성에 기여한다.

또한, 저압 전극(1) 내 등의 유로에, 수냉보다도 높은 온도로 온도 조정된 액체를 흘림에 의해, 방전 공간(6) 내에, 미립자 금속이나 금속 전구체 가스에 기인한 결로가 발생하는 것을 방지할 수도 있다.

또한, 본 실시의 형태에서도, 플라즈마 발생 장치(100)는, 하우징(16) 외부로부터 하우징(16) 내에서의 전극 셀의 외주부로, 소정의 가스를 공급한 가스 공급부(20)를 구비하고 있다.

따라서 당해 가스 공급부(20)로부터는, 하우징(16) 외로부터 방전 공간(6) 내에 직접 공급한 필요가 없는 불활성 가스(산소 가스나 질소 가스 등)를, 공급시킬 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서도, 가스 공급부(20)로부터 하우징(16) 내에, 소정의 가스와 희유 가스를 혼합하여 공급할 수 있다. 따라서 플라즈마 여기 가스(γ)끼리의 충돌에 의한 활성종의 감쇠를 억제할 수 있다. 즉, 플라즈마 여기 가스(γ)의 농도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서도 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 하우징(16) 내에서, 복수의 전극 셀이 적층하고 있다. 그리고, 당해 전극 셀의 적층에 의해, 당해 전극 셀의 중심 영역에, 적층 방향으로 연설한 상기 관통련공이 구성되어 있다. 또한, 당해 관통련공 내에는, 당해 적층 방향으로 연설한 상기 절연통부(21)가 배치되어 있다.

따라서 각 전극 셀에서의 플라즈마 개질 입자(αs)가 생성되고, 공동부(21A)에서 당해 생성된 플라즈마 개질 입자(αs)가 합류할 수 있다. 따라서, 당해 공동부(21A)에서, 대량의 플라즈마 개질 입자(αs)를 취출할 수 있고, 결과로서, 처리물 회수 플랜지(250)에서, 다량의 플라즈마 개질 입자(αs)를 수집할 수 있다. 또한, 전극 셀은 도 4, 2의 상하 방향으로 적층되어 있기 때문에, 플라즈마 발생 장치(100)의 점유 면적을 증대시키는 필요도 없다.

또한, 실시의 형태 1 및 본 실시의 형태 2에서, 오존 가스, 암모니아 가스 및 질소 산화물 가스 등의 부식성이 높은 활성화 가스에 의해 관로(75)가 부식 등하지 않도록, 관로(75)(부호 75a, 75b)의 내벽을, 내부식성의 부동태막 처리를 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 부식이나 퇴적을 방지하기 위한 수단으로서, 관로(75)(부호 75a, 75b) 내면(내벽)을 스테인리스제로 하여, 당해 내면에 대해, 전해 연마 또는 금 도금 또는 부동태막 형성이라는 화학 표면처리가 행하여진다. 또한, 당해 화학 표면처리에 의해, 관로(75)(부호 75a, 75b)의 내면에서, 금속 전구체 가스 등이 고체화하는 것도 방지할 수 있다.

또한, 관로(75)(부호 75a, 75b 포함) 내에서의 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속이 결로하지 않도록, 당해 관로(75)(부호 75a, 75b 포함) 내의 온도를 조정 유지하는 온도 조정부를 구비하는 것이, 바람직하다. 예를 들면, 연결 블록(9) 내 및 저압 전극(1) 내에, 온도 조정된 액체가 흐르는 유로를 마련한다.

<실시의 형태 3>

실시의 형태 1, 2에 관한 플라즈마 방전 장치(100)에서는, 관로(75)를 통하여, 활성 가스, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 가스를, 원료 가스로 하여, 방전 공간(6) 내에 직접 공급하고 있다. 한편, 가스 공급부(20)를 통하여, 하우징(16) 내의 전극 셀 외주 영역에, 불활성 가스나 희유 가스를 공급하여, 활성 가스, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 가스가, 하우징(16) 내의 방전 공간(6) 이외의 공간측으로 역류하지 않도록 하고 있다.

상기한 바와 같이, 하우징(16) 내부에서의 전극의 부식이나 당해 하우징(16) 내의 방전 공간(6) 이외에서의 금속 입자의 퇴적 등의 각 문제를, 방지할 필요가 있다. 당해 각 문제의 방지의 관점에서, 방전 공간(6) 내에 직접 공급된 각종 가스가, 방전 공간(6) 내에서 관통구(PH)를 중심으로 한 방사 방향으로 이동하고, 전극 셀의 외주부와 하우징(16)과의 사이의 공간에 퍼지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

그리고, 가스 공급부(20)를 통하여, 하우징(16) 내의 전극 셀 외주 영역에, 불활성 가스나 희유 가스를 공급하면, 활성 가스, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 가스의 원료 가스의 농도가, 방전 공간(6)에서 약하게 된다. 결과로서, 유전체 배리어 방전에 의해 생성되는 플라즈마 여기 가스의 농도가, 저하된 문제가 생긴다.

당해 문제를 감안하여, 하우징(16) 내의 전극 셀 외주 영역부터의 가스의 공급량을 없애고, 또한, 활성 가스 등의 가스가 하우징(16) 내의 방전 공간(6) 이외의 공간측으로 역류하지 않도록 하는 것이, 바람직하다.

그래서, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치는, 도 10에 도시하는 구성을 갖는다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에서도, 실시의 형태 1, 2 마찬가지, 관로(22)와 접속된 자동 압력 제어 장치(26)(또는, 자동 압력 제어 장치(61))를 구비하고 있다. 각 실시의 형태 1, 2에서 설명한 바와 같이, 자동 압력 제어 장치(26)(또는, 자동 압력 제어 장치(61))는, 각 방전 공간(6) 내의 압력을 일정하게 유지하고 있다(단, 각 방전 공간(6) 내의 압력은, 공동부(21A) 내의 압력보다도 높게 설정되어 있다). 또한, 자동 압력 제어 장치(26)(또는, 자동 압력 제어 장치(61))는, 압력 제어 기능에 의해 당연히, 관로(22)를 통한 각 방전 공간(6) 내의 압력을 측정(모니터)하고 있다. 또한, 당해 방전 공간(6) 내의 압력을 압력(Pd)으로 기재하는 것으로 한다.

또한, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에서는, 압력 측정기(62), 압력 비교기(63) 및 밸브(64)를 구비하고 있다.

압력 측정기(62)는, 하우징(16) 내에서의 전극 셀의 외주부 영역의 압력을 측정한다. 여기서, 당해 외주부 영역이란, 하우징(16) 내에서의, 적층 상태의 전극 셀이 배치되어 있는 영역 이외의 영역(즉, 하우징(16) 내에서의 적층 상태의 전극 셀이 배치되지 않은 영역)이고, 방전 공간(6)은 포함하지 않는다.

예를 들면, 도 4에 도시하는 구성례에서는, 하우징(16) 내에서, 복수의 전극 셀은 적층하고 배치되어 있다. 그리고, 최상단의 전극 셀은, 하우징(16)의 윗면에 접하여 있다. 이 구성의 경우, 당해 적층의 방향에서의 상기 외주부 영역이란, 최하단의 전극 셀의 저부와 하우징(16)의 저면과의 공간이다. 또한, 관통구멍(PH)을 갖고 있는 각 전극 셀의 평면시 외형은, 거의 원형이다. 따라서 도 4의 구성례에서의 수평 방향의 상기 외주부 영역이란, 고압 냉각판(5)의 외주단과 하우징(16)의 측면부와의 사이의 공간, 절연판(4)의 외주단과 하우징(16)의 측면부와의 사이의 공간, 고압 전극(3)의 외주단과 하우징(16)의 측면부와의 사이의 공간, 유전체(2a, 2b)의 외주단과 하우징(16)의 측면부와의 사이의 공간, 및 저압 전극(1)의 외주단과 하우징(16)의 측면부와의 사이의 공간이다.

여기서, 하우징(16) 내에서의 전극 셀의 외주부 영역의 압력을, 압력(Po)으로 기재하는 것으로 한다.

압력 비교기(63)는, 자동 압력 제어 장치(26) 및 압력 측정기(62)와 접속되어 있다. 또한, 압력 비교기(63)는, 밸브(64)에도 접속되어 있다. 압력 비교기(63)는, 자동 압력 제어 장치(26)의 측정 결과인 제1의 압력 측정 결과(Pd)와, 압력 측정기(62)의 측정 결과인 제2의 압력 측정 결과(Po)를 취득한다. 그리고, 압력 비교기(63)에서는, 당해 제1의 압력 측정 결과(Pd)와 당해 제2의 압력 측정 결과(Po)를 비교한다.

또한, 당해 압력 비교기(63)는, 제1의 압력 측정 결과(Pd)가 제2의 압력 측정 결과(Po)보다도 낮아지도록, 자동 압력 제어 장치(26)에 대한 제어 및/또는 밸브(64)에 대한 제어를 실시한다.

압력 비교기(63)에 의한 자동 압력 제어 장치(26)에 대한 제어란, 자동 압력 제어 장치(26)가 실시하고 있는 방전 공간(6) 내의 압력을 일정하게 유지하는 제어 압력치를, 제1의 압력 측정 결과(Pd)가 제2의 압력 측정 결과(Po)보다도 낮아지도록, 변경하는 제어이다.

또한, 밸브(64)는, 가스 공급부(20)와 각 MFC(24, 25)와의 사이의 관로에 마련되어 있다. 당해 관로 내에서, 각 MFC(24, 25)로부터 출력된 불활성 가스(산소 가스나 질소 가스 등)나 희유 가스가, 가스 공급부(20)를 향하여 흐른다. 밸브(64)는, 당해 관로에 흐르고, 가스 공급부(20)에 입력하는 각 가스의 유량을 조정할 수 있다. 이에 의해, 하우징(16) 내의 외주부 영역의 압력(Po)을 항상, 방전 공간 압력(Pd)보다도, 미소 압력(ΔP)만큼 높게 설정할 수 있다.

따라서 압력 비교기(63)에 의한 밸브(64)에 대한 제어란, 제1의 압력 측정 결과(Pd)가 제2의 압력 측정 결과(Po)보다도 낮아지도록, 밸브(64)가 죄임 정도를 조정하여, 가스 공급부(20)로부터 하우징(16) 내로 공급되는 각 가스의 유량을 변경하는 제어이다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치는, 제1의 압력 측정 결과(Pd)가 제2의 압력 측정 결과(Po)보다도 낮아지도록, 압력 비교기(63)가, 자동 압력 제어 장치(26) 및/또는 밸브(64)를 제어하고 있다.

따라서 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에서는, 방전 공간(6) 내에 직접 공급된 각종 가스(활성 가스, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 가스)가, 하우징(16) 내에서의 전극 셀의 외주부 영역으로 확산(역류)하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 활성 가스, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 원료 가스가, 묽어지는 일 없이 고농도로 방전 공간(6)에 공급된다.

여기서, 실시의 형태 3의 한 예로서, 활성 가스의 원료 가스로서, 오존 가스를 적용한 사례에 관해 설명한다.

CVD 장치(300)에서의 반도체 웨이퍼면에 대한 산화막 성막 처리에서는, 산소 가스나 오존 가스를 원료 가스로 이용한다. 그리고, CVD 챔버(200) 내에서, 활성화한 산소 원자가 당해 반도체 웨이퍼면에 노출되어, 성막이 실시된다. 이와 같은 산화막 성막에서는, 성막 처리 시간의 더한층의 단시간화, 절연성의 향상 및 처리 능력의 향상이, 요망되고 있다. 또한, 공급되는 원료 가스는, 활성화 원자를 얻기 쉬운 오존 가스가 요망되고 있고, 게다가, 오존 가스의 고농도, 대유량화가 요망되고 있다.

그러나, 오존 발생 장치로부터 얻어지는 오존 농도는, 발생 원리로부터 한계가 있고, 저비용으로, 다량의 오존 가스를 얻을 수 있는 오존 농도는 최대 350g/㎥(16.3%) 정도이고, 이 이상의 고농도의 오존 가스를 얻기는 어렵다.

상기한 바와 같이, 현상태의 오존 가스를 원료 가스로서 사용한 CVD 성막법(오존 CVD 성막법)은, 성능 업 향상에 문제점이 있다.

그 때문에, 현상태의 오존 CVD 성막법의 문제점을 해소하는 방책으로서, 실시의 형태 3이 유효하다. 고농도 오존 가스를 공급할 수 있는 플라즈마 발생 장치(100)에서는, 오존 가스로부터 방전에 의해, 보다 고농도로, 다량의 플라즈마 여기 가스를 발생시킬 수 있다. 그리고, 당해 실시의 형태 3에 관한 발명에서는, 발생한 플라즈마 여기 가스와 금속 전구체 가스와의 접촉에 의해, 성막 처리에서 사용된 산화금속 가스(플라즈마 처리 입자)가 생성되고, CVD 챔버(200)에 공급할 수 있다. 따라서 실시의 형태 3에 관한 발명을 이용함에 의해, 보다 고품질의 산화막을, 많이 성막할 수 있다.

또한, 상기에서는, 오존 가스를 사용한 산화막 성막에 관해 설명하였지만, 질화막 성막에 대해서도, 마찬가지이다. 즉, 실시의 형태 3에 관한 발명에서, 원료 가스로서, 암모니아 가스나 질소 산화물 가스를, 오존 발생 장치(100)에 넣어, 질소 여기 가스를 생성하고, 당해 질소 여기 가스와 금속 전구체 가스와의 접촉에 의해, 성막에 사용한 질화금속 가스(플라즈마 처리 입자)를 생성한다.

<실시의 형태 4>

본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치는, 도 10에 도시한 플라즈마 발생 장치의 구성에, 차폐부(70)가 부가되어 있다. 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치의 구성을, 도 11에 도시한다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 각 방전 공간(6)에서 차폐부(70)가 배설되어 있다. 여기서, 차폐부(70)는, 방전 공간(6) 내와 전극 셀의 외주부 영역을 격리하는(구획하는) 부재이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 각 차폐부(70)는, 유전체(2a) 및 유전체(2b)와 접하고 있다. 유전체(2a, 2b)의 평면시 외형은 원형이고, 당해 원형의 유전체(2a, 2b)의 외주 단부측에, 차폐부(70)는 마련된다. 또한, 당해 차폐부(70)는 고리형상이다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치는, 상기 구성의 차폐부(70)를 갖고 있다. 따라서 방전 공간(6) 내에 직접 공급된 각종 가스(활성 가스, 금속 전구체 가스 또는 미립자 금속을 포함하는 가스)가, 하우징(16) 내에서의 전극 셀의 외주부 영역으로 확산하는 것을 완전히 방지할 수 있다. 또한, 가스 공급부(20)로부터 하우징(16) 내부에 공급된 가스가, 방전 공간(6) 내로 침입하는 것도 방지할 수 있다. 이 때문에, 직접 공급되는 활성 가스 등의 농도가, 묽어지는 일 없이, 방전 공간(6)에 유도할 수 있다. 따라서, 가스 공급부(20)로부터 하우징(16) 내부에 공급된 가스가 압력(Po)의 조정만에 기여하고, 고농도의 활성 가스를 플라즈마 방전에 노출할 수 있다. 따라서, 본 실시의 형태에 관한 발명에서는, 보다 고농도의 플라즈마 여기 가스를 얻을 수 있고, 보다 고기능 금속 입자 가스를 얻을 수 있고, 당해 고기능 금속 입자 가스를 CVD 챔버(200) 등에 공급할 수 있다.

<실시의 형태 5>

본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치의 구성을, 도 12에 도시한다. 도 12는, 당해 플라즈마 발생 장치가 구비하는 절연통부(21)의 공동부(21A) 내의 구성을 도시하는 확대 단면도이다. 여기서, 도 12에 도시하는 구성에서는, 도면 간략화를 위해, 절연통부(21)의 주위의 구성(각 전극(1, 3), 유전체(2a, 2b), 방전 공간(6), 절연체(1a, 3a, 5a), 고압 냉각판(5), 절연판(4) 등)의 구성은, 도시를 생략하고 있다).

도 12에 도시하는 바와 같이, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내에는, 냉각부(58)가 부착되어 있다. 당해 냉각부(58)는, 절연통부(21)의 연설 방향에 따라, 개략 외형은 U자형상이다. 또한, 냉각부(58)는, 절연통부(21)에 천공된 전(全) 분출구멍(21x)에 대면하도록, 전극 셀의 적층 방향에 걸처서 연설되어 있다.

당해 냉각부(58) 내를 냉매가 흐른다. 보다 구체적으로는, 외부로부터 공급된 냉매는, 당해 냉각부(58)에 들어가, 당해 냉각부(58)를 순환한 후, 외부에 출력된다. 여기서, 도 12에 도시하는 구성례에서는, 냉매의 편도에 상당하는 냉각부(58)의 부분(58a)은, S자형상으로 사행하고 있고, 냉매의 귀로에 상당하는 냉각부(58)의 부분(58b)은, 직선형상이다.

여기서, 냉매로서, 예를 들면, 5 내지 25℃ 정도의 범위에서 일정 온도로 조정된 수냉 등을 채용할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에서는, 절연통부(21)의 공동부(21A) 내에 냉각부(58)가 마련되어 있다.

원료 가스로서, 관로(75)로부터 미립자 금속이 공급되면, 방전 공간(6)에서는, 플라즈마 처리 입자 가스가 생성된다. 당해 플라즈마 처리 입자 가스는, 방전 공간(6)부터, 절연통부(21)의 분사구멍(21x)을 경유하여, 공동부(21A)에 유도되고, 당해 공동부(21A) 내의 냉각부(58)에 의해 냉각된다. 이에 의해, 플라즈마 처리 입자 가스에 포함된 플라즈마 개질 입자(αs)와 가스 성분과의 분리가, 당해 공동부(21A) 내에서의 촉진된다.

또한, 상술한 바와 같이, 공동부(21A)에는, 각 방전 공간(6)에서 생성된 플라즈마 개질 입자(αs)가 집합한다. 당해 공동부(21A) 내에 냉각부(58)를 배설함에 의해, 플라즈마 개질 입자(αs)가 냉각되어, 결정화도 촉진된다. 이에 의해, 대입자(大粒子)인 플라즈마 개질 입자(αs)가 작성된다.

<실시의 형태 6>

본 실시의 형태에서는, 플라즈마 발생 장치(100)의 하우징(16) 외로부터 (관로(75)를 통하여,) 방전 공간(6)으로 직접, 금속 전구체 가스를 분해하여 얻어지는 금속 입자 가스를, 원료 가스로서, 공급하는 구성이다. 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에서는, 상기 각 실시의 형태에서 설명한 플라즈마 발생 장치의 구성에 더하여, 전구체 분해기(54)를 구비하고 있다. 전구체 분해기(54)를 마련함에 의해, 플라즈마 발생 장치에는, 금속 전구체 가스로부터 분해된 금속 입자 가스가 공급된다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 전구체 분해기(54) 내에는, 금속 촉매 필라멘트(55)가 마련되어 있고, 당해 금속 촉매 필라멘트(55)에는, 가열 히터(56)가 접속되어 있다. 또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 전구체 분해기(54)에는, 전구체 가스 입력부(54A) 및 분해 가스 출력부(54B)가 마련되어 있다.

여기서, 금속 촉매 필라멘트(55)는, 고융점 금속 필라멘트이고, 예를 들면 텅스텐 필라멘트를 채용할 수 있다.

가열 히터(56)에 의해, 금속 촉매 필라멘트(55)를, 예를 들면 1200℃ 정도까지 가열한다. 당해 가열 상태의 금속 촉매 필라멘트(55)가 배설되어 있는 전구체 분해기(54) 내에, 전구체 가스 입력부(54A)로부터, 금속 전구체 가스를 공급한다.

그러면, 금속 촉매 필라멘트(55)를 이용한 촉매 작용에 의해, 금속 전구체 가스는, 금속 입자 가스와, 당해 금속 가스 성분 이외의 그 밖의 가스로, 관로(75)에 공급되기 전에, 분해된다. 당해 분해된, 금속 입자 가스 및 그 밖의 가스는, 분해 가스 출력부(54B)를 통하여, 플라즈마 발생 장치에 마련된 관로(75)를 향하여 출력된다. 여기서, 전구체 분해기(54)로서, 금속 입자 가스만을 관로(75)에 대해 공급할 수 있는 것을 채용하여도 좋다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에서는, 전구체 분해기(54)에서의 금속 전구체 가스를 분해한 후, 적어도 분해 후의 금속 입자 가스를, 관로(75)에 공급하고 있다.

따라서 각 방전 공간(6)에는, 분해 후의 금속 입자 가스가 직접 공급된다. 따라서, 각 방전 공간(6)에서는, 당해 금속 입자 가스에 대해 직접, 플라즈마 처리할 수가 있어서, 질화나 산화 등의 개질한 금속 입자화 가스가 생성된다. 이에 의해, 금속 전구체 가스에 대해 플라즈마 처리한 경우와 비교하여, 품질이 높은 플라즈마 개질 입자(αs)를 생산할 수 있다.

본 발명은 상세히 설명됐지만, 상기한 설명은, 모든 국면에서, 예시이고, 본 발명이 그것으로 한정되는 것이 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형례가, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 이해된다.

1 : 저압 전극
1a, 3a, 5a : 절연체
2a, 2b : 유전체
3 : 고압 전극
4 : 절연판
5 : 고압 냉각판
6 : 방전 공간
8 : 체결부재
9 : 연결 블록
PH : 관통구
14b, 14c : 가스 출력 플랜지
14S : 샤워 플레이트
14t : 분출구멍
15 : 전기 공급 단자
16 : 하우징
17 : 교류 전원
17a : 인버터
17b : 고압 트랜스
18 : 피처리재
20 : 가스 공급부
21 : 절연통부
21A : 공동부
21x : 분출구멍
22 : 관로
24 : 가스용 MFC
25 : 서브 가스용 MFC
26, 61 : 자동 압력 제어 장치
27 : 감압 장치
28 : 배기 가스 분해 처리 장치
30 : 배기 가스 출력구
54 : 전구체 분해기
54A : 전구체 가스 입력부
54B : 분해 가스 출력부
55 : 금속 촉매 필라멘트
56 : 가열 히터
58 : 냉각부
62 : 압력 측정기
63 : 압력 비교기
64 : 밸브
70 : 차폐부
75 : 관로
75a : 버퍼부
75b : 분출구
76 : 원료 가스용 MFC
100 : 플라즈마 발생 장치
200 : CVD 챔버
250 : 처리물 회수 플랜지
300 : CVD 장치
400 : 플라즈마 처리 입자 생성 장치
αs : 플라즈마 처리 입자 또는 플라즈마 개질 입자
γ : 플라즈마 여기 가스

Claims

전극 셀과,
상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와,
상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을 구비하고,
상기 전극 셀은,
제1의 전극과,
유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과,
상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와,
평면시에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구를 가지며,
원통형상으로서, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에, 상기 방전 공간에 면하는 분출구멍을 갖는 절연통부와,
상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징의 외부로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 절연통부의 공동부 내의 압력을 감압하는 감압 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 절연통부의 공동부 내의 압력을 일정하게 유지하는 압력 제어 장치를 더 구비하고,
상기 압력 제어 장치는,
상기 공동부 내의 압력을, 상기 방전 공간 내의 압력보다도 낮게 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 방전 공간의 압력을 일정하게 유지하는 압력 제어 장치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2의 전극 내에는,
온도 조정된 액체가 흐르는 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징에 형성되고, 상기 하우징의 외부로부터 상기 하우징 내에서의 상기 전극 셀의 외주부로, 소정의 가스를 공급하는 가스 공급부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제6항에 있어서,
상기 방전 공간의 압력의 값을 일정하게 유지하고, 당해 압력을 측정하는 압력 제어 장치와,
상기 하우징 내에서의, 상기 전극 셀의 외주부 영역의 압력을 측정하는 압력 측정기와,
상기 압력 제어 장치의 측정 결과인 제1의 압력 측정 결과 및 상기 압력 측정기의 측정 결과인 제2의 압력 측정 결과를 취득하는 압력 비교기를 더 구비하고,
상기 압력 비교기는,
상기 제1의 압력 측정 결과가 상기 제2의 압력 측정 결과보다도 낮아지도록, 상기 압력 제어 장치의 제어 압력을 변경하는 제어 및/또는 상기 가스 공급부로부터 상기 하우징 내로의 상기 가스의 공급량을 변경하는 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제7항에 있어서,
상기 전극 셀은,
상기 방전 공간 내에 배치되고, 상기 하우징 내에서의 상기 전극 셀의 외주부 영역과 상기 방전 공간을 구획하는 차폐부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제6항에 있어서,
상기 가스 공급부는,
상기 소정의 가스를 희유 가스와 함께, 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 셀은,
복수이고,
각 전극 셀은,
상기 대면 방향으로 적층하여 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제10항에 있어서,
상기 절연통부의 단부측에 마련된 샤워 플레이트를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 원료 가스는,
활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제12항에 있어서,
상기 활성 가스는,
오존 가스, 암모니아 가스 및 질소 산화물 가스의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 원료 가스는,
미립자 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 원료 가스는,
금속 전구체 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제14항에 있어서,
상기 절연통부의 공동부 내에 마련된 냉각부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
금속 전구체 가스를, 금속 가스와 당해 금속 가스 이외의 가스로 분해하는 전구체 분해기를 더 구비하고,
상기 관로에는,
적어도, 상기 전구체 분화기로부터 출력된 상기 금속 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,
상기 관로 내면은,
스테인리스제이고,
당해 내면에는,
전해 연마 또는 금 도금 또는 부동태막 형성이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
플라즈마 발생 장치와,
상기 플라즈마 발생 장치에 접속되는 CVD 챔버를 구비하고,
상기 플라즈마 발생 장치는,
전극 셀과,
상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와,
상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을 구비하고,
상기 전극 셀은,
제1의 전극과,
유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과,
상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와,
평면시에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구를 구비하고,
원통형상으로서, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에 상기 방전 공간에 면하는 분출구멍을 갖는 절연통부와,
상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징의 외부로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로를 더 구비하고,
상기 CVD 챔버는,
상기 관통구에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD 장치.
제19항에 있어서,
상기 관로 내면은,
스테인리스제이고,
당해 내면에는,
전해 연마 또는 금 도금 또는 부동태막 형성이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD 장치.
플라즈마 발생 장치와,
상기 플라즈마 발생 장치에 접속되는 처리물 회수 플랜지를 구비하고,
상기 플라즈마 발생 장치는,
전극 셀과,
상기 전극 셀에 교류 전압을 인가하는 전원부와,
상기 전극 셀을 둘러싸는 하우징을 구비하고,
상기 전극 셀은,
제1의 전극과,
유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간을 형성하도록, 상기 제1의 전극과 대면하여 있는 제2의 전극과,
상기 방전 공간에 면하는 상기 제1의 전극의 주면 및 상기 방전 공간에 면하는 상기 제2의 전극의 주면의 적어도 어느 한쪽에 배치되는 유전체와,
평면시에 있어서 중앙부에 형성되고, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극이 대면하는 대면 방향으로 관통하고 있는 관통구를 가지며,
원통형상으로서, 상기 관통구의 내부에 배설되어 있고, 당해 원통형상의 측면부에 상기 방전 공간에 면하는 분출구멍을 갖는 절연통부와,
상기 전극 셀이 배설되지 않은 상기 하우징 내부의 공간과 접속하는 일 없이, 상기 하우징의 외부로부터 상기 방전 공간으로 직접, 원료 가스를 공급하는 관로를 더 구비하고,
상기 처리물 회수 플랜지는,
상기 관통구에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 입자 생성 장치.
제21항에 있어서,
상기 관로 내면은,
스테인리스제이고,
당해 내면에는,
전해 연마 또는 금 도금 또는 부동태막 형성이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 입자 생성 장치.