KR102119995B1 - 활성 가스 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도의 활성 가스를 균일성 높게, 비교적 고속으로 생성할 수 있는 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명은 활성 가스 생성용 전극군 및 노즐 구성부의 하방에 가스 분류용 정류기(70)를 마련하여 활성 가스 생성 장치를 구성하고 있다. 가스 분류용 정류기(70)는, 활성 가스가 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 가스 정류 통로(71)의 입구부(711)에서 일괄하여 받는다. 가스 정류 통로(71)는, 출구부(710)의 출구 개구 면적이 입구부(711)의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한 가스 정류 통로(71)에 의한 정류 동작에 의해, 복수의 노즐 통과 후 활성 가스 각각의 원기둥형 가스 분류가, 라인형 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성된다.

Description

활성 가스 생성 장치

본 발명은, 원료 가스로부터 방전 현상을 이용하여 얻어진 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치에 관한 것이다.

종래의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 세라믹 등을 구성 재료로 하는 유전체 전극에 Au막 등의 금속 전극을 성막 처리하여 전극 구성부로 하고 있는 장치가 있다. 이러한 장치에서는, 전극 구성부에 있어서 유전체 전극이 메인이며, 거기에 형성되어 있는 금속 전극은 종속적인 것으로 되어 있다.

종래의 활성 가스 생성 장치의 하나로서, 원판형 전극 구성부를 사용하고 있어, 외주부로부터 내부로 침입한 원료 가스는 방전 공간(방전장)을 통과하여 전극 중앙부에 하나만 마련된 가스 분출 구멍으로부터 밖으로 분출하는 구성이 있다.

상술한 구성의 장치를 포함하는 종래의 활성 가스 생성 장치는 , 예를 들어 특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4에 개시되어 있다.

특허 문헌 1에서 개시된 활성 가스 생성 장치는, 원통형의 전극에서, 통의 내외에 전극을 형성하여 그 사이에서 방전을 발생시키고, 그 사이에 원료 가스를 투입하여 활성 가스(라디칼 함유 가스)를 생성하는 것이다. 활성 가스는 원통 선단에 마련된 분출구에서 유로가 좁아져서 플라스마 제트로 되어 분출되고, 그 바로 아래에 설치된 피처리물을 처리하는 것이다.

특허 문헌 2에 개시된 활성 가스 생성 장치에서는, 평판형으로 한 쌍의 대향 전극을 마련하고, 그것을 세로형으로 설치함으로써 상방부터 하방을 향하여 전극 내에 가스를 공급하고, 바로 아래에 설치된 피처리물을 처리하는 것이다. 평판 전극 구조이기 때문에 대형화가 비교적 용이하고, 대면적에 대한 균일 성막 처리를 가능하게 한 것이다. 한 쌍의 대향 평판 전극을 세로형으로 설치한 마찬가지의 처리 장치는, 성막 처리 용도뿐만 아니라 표면 처리 용도도 포함하면, 그 밖에도 특허 문헌 5등, 많이 존재한다. 또한 한 쌍이 아니라 복수 쌍의 대향 전극을 적층적으로 배치한 장치 구조를 사용한 것도 있다(특허 문헌 6).

특허 문헌 3에서 개시된 활성 가스 생성 장치에서는, 한 쌍의 대향하는 원반형 전극이 마련되고, 그 중 접지측의 전극에는 샤워 플레이트형으로 다수의 세공이 형성되고, 방전부가 처리실에 직결된 구조로 되어 있다. 전극을 거대화하거나, 혹은 전극 자체를 복수개 설치하고, 세공을 무수하게 마련함으로써 균일한 대면적 질화가 가능하게 하고 있다. 방전 공간(방전장) 자체는 대기압 근방 하에 있고, 한편, 세공을 경유하여 처리실은 보다 감압 상태에 놓여 있다. 이 결과, 방전장에서 생성된 활성 가스는 생성 직후에 세공을 경유하여 감압 하로 옮겨짐으로써 그 감쇠가 극소화되기 때문에, 보다 고밀도 상태에서 피처리물에 도달하는 것이 가능하게 된다.

특허 문헌 4에서 개시된 활성 가스 생성 장치에서는, 평판 직사각 형상의 한 쌍의 대향 전극을 마련하고, 3방향이 스페이서로 간극이 막혀 있고, 개구되어 있는 1방향을 향하여 가스를 분출하는 구조를 특징으로 하고 있다. 개구부 끝에는 가스 분출 구멍을 마련하여 피처리물에 활성 가스(라디칼)를 분사하고 있다.

일본 특허 제3057065호 공보 일본 특허 공개 제2003-129246호 공보 일본 특허 제5328685호 공보 일본 특허 제5158084호 공보 일본 특허 공개 평11-335868호 공보 일본 특허 제2537304호 공보

특허 문헌 1에서 개시된 활성 가스의 생성 방법에서는 분출구의 개구부가 직경 몇 밀리 정도의 사이즈이기 때문에, 처리 면적이 매우 한정적인 것으로 되어 있다.

특허 문헌 1에서 개시된 활성 가스 생성 장치로서, 전극을 가로 방향으로 설치하여 그것에 따라 분출구를 복수개 마련한 형태도 제시되어 있으며, 이 방법이라면 처리 면적을 크게 취하는 것이 가능하나, 원통체나 전극의 형상·구조가 복잡한 것으로 되어 있다. 대기 혼입 등이 허용되지 않는 반도체 성막 처리 용도를 생각하면, 각각의 구성 부품 접속부에 있어서 충분한 시일 특성을 갖게 할 필요가 있다. 또한, 방전 공간(방전장) 근방은 고온으로 되어 있기 때문에, 냉각을 하고 있었다고 해도 여유를 갖기 위해서는 어느 정도 고온 부위와 시일재를 이격시킬 필요가 생기고, 결과적으로 상당히 큰 장치 사이즈가 될 것으로 예상된다.

또한, 특허 문헌 2, 특허 문헌 5 및 특허 문헌 6에서 개시된 활성 가스 생성 방법은 모두 기본적으로 방전 공간(방전장)도 피처리물도 같은 대기압 근방의 압력 하에서 취급되고 있다. 활성 가스는, 에너지 상태가 높기 때문에 다른 것과 반응하여, 혹은 광 방출 등에 의해 용이하게 실활하기 쉽다. 압력이 높을수록 충돌 빈도가 증대된다는 점에서, 방전장에 있어서는 그 방전 방식의 사정상, 어느 정도 이상의 압력 상태는 피할 수 없었다고 해도, 생성된 활성 가스는 빠르게 보다 감압 하로 이행되는 것이 바람직하다. 그러한 관점에서, 특허 문헌 2 등에서 개시된 방식에서는 피처리물 도달 시에는 이미 상당 라디칼 밀도가 감쇠되어 있을 것으로 상상된다.

한편, 특허 문헌 2 등에서 개시된 활성 가스 생성 방법을, 대기압보다 낮은 압력 하에서 실행한 경우, 방전 전극도 포함하여 진공 처리 챔버 내에 설치할 필요가 생기기 때문에 장치가 거대화되어 버린다는 문제점이 발생해 버린다. 또한, 압력 저하에 수반하는 방전 개시 전압의 저하로부터 방전 전력을 얻어내기 위해서는 고주파화할 필요가 생기고, 그 경우 이온 등의 하전 입자가 전극간에 포획되어서 그대로 피처리물까지 운반되어, 그것이 차지 업에 의한 파손 요인이 되어 버리는 문제점도 발생해 버린다.

한편, 특허 문헌 3에서 개시된 활성 가스 생성 방법에서는, 세공은 오리피스도 겸하고 있기 때문에 전체 세공 단면적을 소정의 압력차를 유지하기 위하여 필요한 단면적에 일치시킬 필요가 있으며, 세공 수를 본래의 반도체 성막 처리용 샤워 플레이트와 동일 정도로는 증가시킬 수 없다. 세공 수가 적으면 전극 상의 배치에 따른 가스 유량 차가 커지고, 세공별 유량 차는 활성 가스의 플럭스에 직결되어 버리기 때문에, 유량 차를 정확히 파악하여 그것에 따른 성막 처리 조건을 설정하지 않으면 막 두께에 불균일이 발생해 버린다. 또한, 원반형 외주부로부터 전극 내로 가스는 진행하고, 방전장에 형성된 세공으로부터 밖으로 방출되고 있기 때문에, 방전장에 갓 침입한 세공으로부터 방출되는 가스 중의 라디칼 밀도(활성 가스 밀도)와, 한편, 최내측에 배치하여 방전장을 충분히 시간을 들여서 통과한 후에 방출되는 가스 중의 라디칼 밀도는 자연히 차이가 발생되어 버려, 앞에 설명한 가스 유량의 차분과의 상승 효과에 의해 성막 상황의 균일화를 도모하는 것이 매우 곤란하게 되어 있다.

한편, 특허 문헌 3에는 기재되어 있지 않으나, 일단 오리피스를 경유하고 나서 샤워 플레이트를 거쳐서 활성 가스를 도입하는 방법도 생각된다. 예를 들어 원형 전극의 중앙부에 하나만 오리피스가 되는 구멍을 형성해 둔다. 압력 차분은 이 하나의 오리피스에서만 형성된다. 오리피스 바로 아래에 샤워 플레이트를 마련하고, 성막 처리 압력까지 감압한 환경에서 활성 가스를 광범위하게 확산시킨다고 하는 것이다.

이 경우, 확실히 샤워 플레이트 세공의 배치 피치는 작게 할 수 있으므로 가스 자체의 피처리물에의 균일 확산성은 현저히 향상된다. 또한, 오리피스 수는 1단뿐이므로, 복수의 오리피스를 사용한 다단식 오리피스의 경우와 달리, 방전장을 나온 가스는 즉시 저압 영역으로 유도되기 때문에, 라디칼의 감쇠를 억제하는 것이 가능해진다. 그러나, 이 방법에서는 오리피스로부터 분출한 가스 분류가 샤워 플레이트 내벽면에서 충돌을 반복하면서 플레이트 내에서 퍼져가게 된다. 라디칼은 물체와의 충돌이나 표면에 오래 접촉함으로써 실활이 가속되기 때문에, 결국 샤워 플레이트로부터 나올 즈음에는 라디칼양은 현저하게 감소되어 있을 것으로 예상된다. 따라서, 상술한 샤워 플레이트를 거치는 방법은, 라디칼 밀도의 감쇠에 대하여 근본적인 해결이 되지 못하는 것으로 생각된다.

또한, 특허 문헌 4에서 개시된 활성 가스 생성 장치에 있어서, 방전장을, 대기압 근방과, 비처리물을 설치한 처리 챔버의 감압 하와 압력 구분을 마련하기 위해서는, 가스 분출 구멍을 오리피스로서 기능시킬 필요가 있다. 방전장을 구성하는 전극과 오리피스를 구성하는 가스 분출 구멍이 형성된 부품은 별개이므로, 양자의 위치 결정 기구가 필요해지고, 또한 가스 분출 구멍 이외에 간극이 생기지 않도록 하기 위하여 시일 기구도 마련할 필요가 있어, 이상과 같은 구성을 검토하면 매우 복잡한 것이 될 것으로 예상된다.

이와 같이, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 4 등에서 개시된, 종래의 활성 가스 생성 장치는 가스 분출 구멍이 하나인 경우, 가스 분출 구멍이 라인형인 경우 등, 성막 처리 가능한 영역이 비교적 한정되어 있었다. 특히, Φ(직경) 300mm 웨이퍼를 균일하게 처리하는 것은 전혀 불가능하였다. 한편, 특허 문헌 3에서 개시된 활성 가스 생성 장치와 같이, 가스 확산을 위한 샤워 플레이트를 가스 분출 구멍 이후에 설치한다고 하는 수단도 있지만, 애당초 활성 가스는 매우 활성도가 높기 때문에 샤워 플레이트를 가스가 플레이트 벽면에 충돌하면서 진행함으로써 라디칼(활성 가스)의 대부분이 실활되어 버리기 때문에 실용에 견디지 못한다고 하는 중대한 문제점이 존재하였다.

본 발명에서는, 상기와 같은 문제점을 해결하고, 고밀도의 활성 가스를 균일성 높고, 비교적 고속으로 생성할 수 있는 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서의 활성 가스 생성 장치는, 처리 대상 기판을 수용하는 기판 수용부와, 제1 및 제2 전극 구성부를 갖고, 원료 가스로부터 방전 현상을 이용하여 얻어진 활성 가스를, 상기 제2 전극 구성부에 이산 형성되는 복수의 가스 분출 구멍으로부터 분출하는 활성 가스 생성용 전극군을 구비하고, 상기 복수의 가스 분출 구멍은 각각 평면으로 본 개구부 단면 형상이 제1 직경으로 원형으로 형성된 제1 제한 통으로서 기능하고, 상기 제1 직경은, 상기 가스 분출 구멍의 통과 전의 1차 압력과 통과 후의 2차 압력의 압력차가 소정 압력비 이상이 되도록 설정되고, 상기 활성 가스 생성용 전극군의 상기 복수의 가스 분출 구멍에 1대 1로 대응하여 마련되고, 각각이 상기 복수의 가스 분출 구멍으로부터 분출된 활성 가스를 통과시켜서 노즐 통과 후 활성 가스를 얻는 복수의 노즐부를 포함하는 노즐 구성부와, 상기 노즐 구성부를 통과한 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 입구부에서 받고, 가스 정류 통로 내에 상기 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 통과시키는 정류 동작에 의해, 출구부로부터 정류 후 활성 가스를 상기 처리 대상 기판을 향하여 분사하는 가스 분류용 정류기를 구비하고, 상기 복수의 노즐부는, 각각, 평면으로 본 개구부 단면 형상이 제2 직경으로 원형으로 형성되고, 상기 제1 제한 통으로부터 공급되는 활성 가스를 상기 가스 분류용 정류기를 향하여 공급하는 제2 제한 통을 갖고, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 길어지도록 설정되어, 상기 노즐 통과 후 활성 가스는 원기둥형 가스 분류로 되고, 상기 가스 정류 통로는, 상기 출구부의 출구 개구 면적이 상기 입구부의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한, 상기 정류 동작에 의해, 상기 복수의 노즐 통과 후 활성 가스의 원기둥형 가스 분류가, 소정 방향을 따라서 라인형 상기 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성된다.

본원 발명의 활성 가스 생성 장치의 활성 가스 생성용 전극군은, 각각 제1 직경을 갖는 제1 제한 통으로서 기능하는 복수의 가스 분출 구멍을 갖고 있기 때문에, 생성하는 활성 가스에 지향성을 갖게 할 수 있고, 그 결과, 마하를 초과하는 초고속으로, 활성 가스를 공급할 수 있다. 이때, 제1 제한 통의 하류에 마련한 노즐부의 제2 제한 통의 존재에 의해, 제1 제한 통을 통과한 활성 가스가 초고속화하는 것에 수반하는 충격 압력 및 온도 상태에 따라, 분출되는 활성 가스가 극단적인 감속이 생기는 마하 디스크 현상을 억제할 수 있다.

또한, 가스 분류용 정류기가 갖는 가스 정류 통로는, 출구 개구 면적이 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한, 정류 동작에 의해, 복수의 노즐 통과 후 활성 가스의 원기둥형 가스 분류가, 소정 방향을 따라서 라인형 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성된다. 이로 인해, 균일성이 높은 라인형 정류 후 활성 가스를 처리 대상 기판을 향하여 분출할 수 있다.

그 결과, 청구항 1에 기재된 본원 발명의 활성 가스 생성 장치는, 균일성이 높은 활성 가스를 처리 대상 기판에 비교적 고속으로 공급할 수 있는 효과를 발휘한다.

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

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성의 개요를 도시하는 설명도이다.
도 2는, 도 1에서 도시한 실시 형태 1의 주요부가 되는 활성 가스 생성용 전극군, 노즐 구성부 및 가스 분류용 정류기의 개략 구성을 도시하는 설명도이다.
도 3은, 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는, 활성 가스 생성용 전극군을 구성하는 접지측 전극 구성부의 유전체 전극의 전체 구조를 도시하는 사시도이다.
도 5는, 접지측 전극 구성부의 상면 및 하면 구조 등을 도시하는 설명도이다.
도 6은, 도 5의 주목 영역을 확대하여 도시하는 설명도이다.
도 7은, 도 5의 주목 영역을 확대하여 도시하는 상면도이다.
도 8은, 고전압측 전극 구성부의 상면 및 하면 구조 등을 도시하는 설명도이다.
도 9는, 고전압측 전극 구성부와 접지측 전극 구성부의 조립 공정을 도시하는 사시도(첫째)이다.
도 10은, 고전압측 전극 구성부와 접지측 전극 구성부의 조립 공정을 도시하는 사시도(둘째)이다.
도 11은, 고전압측 전극 구성부와 접지측 전극 구성부의 조립 공정을 도시하는 사시도(셋째)이다.
도 12는, 본 발명의 실시 형태인 활성 가스 생성 장치의 노즐 구성부에 있어서의 노즐부 및 그 주변의 단면 구조를 도시하는 설명도이다.
도 13은, 실시 형태 1의 노즐 구성부를 사용한 가스 분류의 속도 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 14는, 실시 형태 1의 노즐 구성부를 사용한 가스 분류의 압력 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 15는, 종래 구성의 가스 분류의 속도 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 16은, 종래 구성의 가스 분류의 압력 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 17은, 발생기 하우징과 처리 챔버 하우징의 압력비가 30배 미만인 경우의 가스 분류의 속도 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 18은, 발생기 하우징과 처리 챔버 하우징의 압력비가 30배 미만인 경우의 가스 분류의 압력 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 19는, 종래 구성의 마하 디스크 발생 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 20은, 실시 형태 1의 노즐 구성부를 사용한 경우의 효과를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 21은, 노즐부의 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 22는, 실시 형태 1의 가스 분류용 정류기의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 23은, 실시 형태 1의 가스 분류용 정류기의 전체 구조를 도시하는 사시도이다.
도 24는, 본 발명의 실시 형태 2인 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 25는, 실시 형태 2의 가스 분류용 정류기의 전체 구성을 도시하는 사시도(첫째)이다.
도 26은, 실시 형태 2의 가스 분류용 정류기의 전체 구성을 도시하는 사시도(둘째)이다.
도 27은, 실시 형태 2의 가스 분류용 정류기의 전체 구성을 도시하는 사시도(셋째)이다.
도 28은, 본 발명의 실시 형태 3인 활성 가스 생성 장치의 가스 분류용 정류기의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 29는, 본 실시 형태의 활성 가스 생성용 전극군의 기본 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 30은, 도 29의 고전압측 전극 구성부의 구체적 구성예를 도시하는 설명도이다.
도 31은, 도 30에서 도시한 고전압측 전극 구성부 및 접지측 전극 구성부로 실현되는 활성 가스 생성 장치의 활성 가스 생성부의 기본 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 32는, 도 31의 활성 가스 생성부를 구성 요소로 한 성막 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.

<실시 형태 1>

(전체 구성)

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치(501)의 전체 구성의 개요를 도시하는 설명도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)는 처리 챔버 하우징(33X) 상에 발생기 하우징(31X)이 배치되어 구성되고, 발생기 하우징(31X) 내에 활성 가스 생성용 전극군(301) 및 노즐 구성부(40)가 배치되고, 처리 챔버 하우징(33X)의 하방에 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)가 배치된다. 그리고, 발생기 하우징(31X)과 처리 챔버 하우징(33X)의 경계 영역에 가스 분류용 정류기(70)가 마련된다.

도 2는, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)의 주요부가 되는 활성 가스 생성용 전극군(301), 노즐 구성부(40) 및 가스 분류용 정류기(70)의 개략 구성을 도시하는 설명도이다. 도 3은, 활성 가스 생성 장치(501)의 단면 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한, 도 2 및 도 3에 있어서, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 관하여 후술하는 금속 전극(201H 및 201L) 및 금속 전극(101H 및 101L)의 도시를 생략하는 등, 적절하게 간략화를 도모하고 있다.

이들 도면을 참조하여, 활성 가스 생성 장치(501)의 전체 구성을 설명한다. 처리 챔버 하우징(33X)은 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)를 저면 상에 적재하여 수용하고 있고, 웨이퍼(34)를 공간 내에 수용하는 기판 수용부로서 기능하고 있다.

활성 가스 생성용 전극군(301)은, 고전압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A)를 갖고, 원료 가스로부터 방전 현상을 이용하여 활성 가스를 얻고, 접지측 전극 구성부(2A)에 이산적으로 형성된 복수의 가스 분출 구멍(55)으로부터 활성 가스를 분출한다.

노즐 구성부(40)는 복수의 노즐부(12)를 갖고, 복수의 노즐부(12)는 활성 가스 생성용 전극군(301)의 복수의 가스 분출 구멍(55)에 1대 1로 대응하여 마련되고, 각각이 복수의 가스 분출 구멍(55)으로부터 분출된 활성 가스를 통과시켜 노즐 통과 후 활성 가스를 얻고 있다.

가스 분류용 정류기(70)는, 노즐 구성부(40)를 통과한 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 상면에 마련한 입구부(711)에서 일괄하여 받고, 가스 정류 통로(71) 내에 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 통과시키는 정류 동작에 의해, 하면에 마련한 출구부(710)로부터 정류 후 활성 가스를 하방의 웨이퍼(34)를 향하여 분사한다.

활성 가스 생성용 전극군(301)의 접지측 전극 구성부(2A)에 마련된 복수의 가스 분출 구멍(55)은 각각 평면으로 본 개구부 단면 형상이 제1 직경(직경 r1)으로 원형으로 형성되고, 활성 가스를 하방에 공급하는 제1단 제한 통(제1 제한 통)(13)으로서 기능한다.

한편, 복수의 노즐부(12)는, 각각 평면으로 본 개구부 단면 형상이 제2 직경(직경 r2)으로 원형으로 형성되고, 제1단 제한 통(13)(가스 분출 구멍(55))으로부터 공급되는 활성 가스를 가스 분류용 정류기(70)의 입구부(711)를 향하여 공급하는 제2단 제한 통(제2 제한 통)(14)을 갖고 있다.

그리고, 제1단 제한 통(13)으로서 기능하는 가스 분출 구멍(55)의 제1 직경인 직경 r1은, 1차 압력으로 되는 발생기 하우징(31X) 내와 2차 압력으로 되는 처리 챔버 하우징(33X) 내의 압력차가 소정 압력비 이상이 되도록 설정된다. 즉, 가스 분출 구멍(55)은 오리피스로서 구성되고, 가스 분출 구멍(55)의 통과 전의 1차 압력과 통과 후의 2차 압력의 압력차가 소정 압력비 이상이 되도록 설정된다.

한편, 노즐부(12)의 제2단 제한 통(14)의 제2 직경인 직경 r2는 제1단 제한 통(13)의 직경 r1보다 길어지도록 설정된다. 그 결과, 복수의 노즐 통과 후 활성 가스는 모두 원기둥형 가스 분류가 된다.

가스 분류용 정류기(70)의 가스 정류 통로(71)는, 출구부(710)의 출구 개구 면적이 입구부(711)의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한 상술한 정류 동작에 의해, 복수의 노즐 통과 후 활성 가스의 원기둥형 가스 분류가, X 방향(소정 방향)을 따라 라인형 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성된다.

(활성 가스 생성용 전극군(301))

(활성 가스 생성용 전극군(301)의 전제 기술)

도 29는, 본원 발명의 활성 가스 생성 장치(501)에 있어서의 활성 가스 생성용 전극군(301)의 기본 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 29에 도시하는 바와 같이, 고전압측 전극 구성부(1)(제1 전극 구성부)와, 고전압측 전극 구성부(1)의 하방에 마련되는 접지측 전극 구성부(2)(제2 전극 구성부)와, 고전압측 전극 구성부(1) 및 접지측 전극 구성부(2)에 교류 전압을 인가하는 고주파 전원(5)(교류 전원부)을 기본 구성으로서 갖고 있다.

고전압측 전극 구성부(1)는, 유전체 전극(11)(제1 유전체 전극)과 유전체 전극(11)의 상면 상에 선택적으로 형성되는 금속 전극(10)(제1 금속 전극)을 갖고, 접지측 전극 구성부(2)는, 유전체 전극(21)(제2 유전체 전극)과 유전체 전극(21)의 하면 상에 선택적으로 형성되는 금속 전극(20)(제2 금속 전극)을 갖고 있다. 접지측 전극 구성부(2)의 금속 전극(20)이 접지 레벨로 접속되고, 고전압측 전극 구성부(1)의 금속 전극(10)에 고주파 전원(5)으로부터 교류 전압이 인가된다.

그리고, 고주파 전원(5)의 교류 전압의 인가에 의해, 유전체 전극(11 및 21)이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 금속 전극(10 및 20)이 평면으로 보아 중복되는 영역이 방전 공간으로서 규정된다. 상술한 고전압측 전극 구성부(1), 접지측 전극 구성부(2) 및 고주파 전원(5)에 의해 제1 활성 가스 생성부가 실현된다.

이러한 구성에 있어서, 고주파 전원(5)에 의한 교류 전압의 인가에 의해, 고전압측 전극 구성부(1)와 접지측 전극 구성부(2)의 사이에 방전 공간이 형성되고, 이 방전 공간에 질소 분자 등의 원료 가스(6)를 공급하면, 라디칼화된 질소 원자 등의 활성 가스(7)를 얻을 수 있다.

도 30은, 고전압측 전극 구성부(1)의 구체적 구성예를 도시하는 설명도이다. 고전압측 전극 구성부(1)의 일 구체예인 고전압측 전극 구성부(1X)는, 평면으로 보아 원형인 유전체 전극(11X)의 상면 상에 평면으로 보아 환형인 금속 전극(10X)이 선택적으로 형성됨으로써 구성된다. 접지측 전극 구성부(2)의 일 구체예인 접지측 전극 구성부(2X)는, 평면으로 보아 원형인 유전체 전극(21X)의 하면 상(도 30에서는 상하 반대)에 평면으로 보아 환형인 금속 전극(20X)이 선택적으로 형성됨으로써 구성된다. 즉, 접지측 전극 구성부(2X)는 금속 전극(20X) 및 유전체 전극(21X)의 상하 관계가 금속 전극(10X) 및 유전체 전극(11X)과 상이한 점을 제외하고, 고전압측 전극 구성부(1X)와 마찬가지의 구성으로 형성된다. 단, 유전체 전극(21X)의 중심에 가스 분출 구멍(25)(도 30에서는 도시하지 않음)이 마련되어 있는 점이 상이하다.

도 31은, 도 30에서 도시한 고전압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X)로 실현되는 제2 활성 가스 생성부의 기본 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 31에 도시하는 바와 같이, 고전압측 전극 구성부(1X)(제1 전극 구성부)와, 고전압측 전극 구성부(1X)의 하방에 마련되는 접지측 전극 구성부(2X)(제2 전극 구성부)와, 고전압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X)에 교류 전압을 인가하는 고주파 전원(5)(교류 전원부)을 기본 구성으로서 갖고 있다.

그리고, 고주파 전원(5)의 교류 전압의 인가에 의해 유전체 전극(11X 및 21X)이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 금속 전극(10X 및 20X)이 평면으로 보아 중복되는 영역이 방전 공간(방전장)으로서 규정된다. 상술한 고전압측 전극 구성부(1X), 접지측 전극 구성부(2X) 및 고주파 전원(5)에 의해 제2 활성 가스 생성부가 실현된다.

이러한 구성에 있어서, 고주파 전원(5)에 의한 교류 전압의 인가에 의해, 고전압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X) 사이에 방전 공간이 형성되고, 이 방전 공간에 가스의 흐름(8)을 따라 원료 가스를 공급하면, 라디칼화된 질소 원자 등의 활성 가스(7)를 얻고, 유전체 전극(21X)의 중심에 마련된 가스 분출 구멍(25)으로부터 하방의 외부로 분출할 수 있다.

도 32는, 상술한 제1 혹은 제2 활성 가스 생성부를 구성 요소로 한 성막 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 32에 도시하는 바와 같이, 제1 혹은 제2 활성 가스 생성부를 하우징 내에 수납한 활성 가스 생성 장치(31)의 하방에 오리피스 형성부(32)를 통하여 성막 처리 챔버(33)가 배치되고, 성막 처리 챔버(33) 내에 예를 들어 φ(직경) 300mm의 웨이퍼(34)가 배치된다.

이때, 성막 처리 챔버(33) 내는 수백Pa 정도의 감압 하로 설정되고, 한편, 활성 가스 생성 장치(31) 내는, 그 방전 방식의 특성상, 10kPa 내지 대기압 정도의 고압 상태로 유지된다. 이 양자의 압력차를 두기 위해, 유전체 전극(21X)에 마련된 가스 분출 구멍(25)은, 오리피스 형성부(32)의 중심 구멍(32C)과 같이, 오리피스로서 기능하는 치수로 수렴시키는 것도 가능하다.

따라서, 제1 혹은 제2 활성 가스 생성부를 내부에 갖는 활성 가스 생성 장치(31)의 바로 아래에 성막 처리 챔버(33)를 마련하고, 유전체 전극(21X)의 가스 분출 구멍(25)을 오리피스 형성부(32)의 중심 구멍(32C)으로서 기능시킴으로써, 오리피스 형성부(32)를 요하지 않고, 활성 가스 생성 장치(31)의 바로 아래에 성막 처리 챔버(33)를 배치한 성막 처리 장치를 실현할 수 있다.

실시 형태 1 내지 실시 형태 3에서 사용되는 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 도 29 내지 도 31에서 도시한 제1 혹은 제2 활성 가스 생성부에 있어서의 고전압측 전극 구성부(1(1X)) 및 접지측 전극 구성부(2(2X))의 구조를 개량한 것이며, 고전압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A)는 고전압측 전극 구성부(1(1X)) 및 접지측 전극 구성부(2(2X))에 대응한다.

(활성 가스 생성용 전극군(301)의 구체적 구성)

도 4는, 활성 가스 생성용 전극군(301)을 구성하는 접지측 전극 구성부(2A)에 있어서의 유전체 전극(211)의 전체 구조를 도시하는 사시도이다. 도 5는, 접지측 전극 구성부(2A)의 상면 및 하면 구조 등을 도시하는 설명도이다. 도 5의 (a)가 상면도이고, 도 5의 (b)가 도 5의 (a)의 A-A 단면도이고, 도 5의 (c)가 하면도이고, 도 5의 (d)가 도 5의 (a)의 B-B 단면도이다.

도 6은, 도 5의 (a)의 주목 영역(R11)을 확대하여 도시하는 설명도이며, 도 6의 (a)가 상면도이고, 도 6의 (b)가 주목 영역(R11)에 있어서의 A-A 단면도이다. 도 7은, 도 5의 (a)의 주목 영역(R12)을 확대하여 도시하는 상면도이다. 또한, 도 4 내지 도 7의 각각에 있어서 적절하게 XYZ 좌표계를 도시하고 있다.

이들 도면에 도시하는 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301)의 접지측 전극 구성부(2A)(제2 전극 구성부)는 유전체 전극(211)과 금속 전극(201H 및 201L)(한 쌍의 제2 부분 금속 전극; 제2 금속 전극)을 갖고 있다.

유전체 전극(211)은 X 방향을 긴 변 방향, Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 직사각 형상의 평판 구조를 나타내고 있다. 이하, 유전체 전극(211)에 있어서, 후술하는 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)를 경계로 하여, 중심부를 주요 영역(53), 양단부를 단부 영역(54A 및 54B)이라고 칭하는 경우가 있다.

유전체 전극(211)(제2 유전체 전극)에 관하여, 주요 영역(53) 내의 중앙 영역(R50)에 있어서 X 방향(제1 방향)을 따라, 복수의(5개의) 가스 분출 구멍(55)이 마련된다. 복수의 가스 분출 구멍(55)은 각각 유전체 전극(211)의 상면으로부터 하면에 관통되어 마련된다. 복수의 가스 분출 구멍(55)은 각각 평면으로 보아 단면 형상이 오리피스로서 기능하는 치수를 만족하는 직경 r1의 원형을 나타내고 있다.

도 5의 (b) 내지 (c)에 도시하는 바와 같이, 금속 전극(201H 및 201L)(한 쌍의 제2 부분 금속 전극)은 유전체 전극(211)의 하면 상에 형성되고, 평면으로 보아 유전체 전극(211)의 중앙 영역(R50)을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된다. 금속 전극(201H 및 201L)은 평면으로 보아 대략 직사각 형상을 나타내고, X 방향(제1 방향)을 긴 변 방향(전극 형성 방향)으로 하고, X 방향에 직각으로 교차하는 Y 방향(제2 방향)을 서로 대향하는 방향으로 하고 있다. 금속 전극(201H 및 201L)은 평면으로 본 크기는 동일하며, 그 배치는 중앙 영역(R50)을 중심으로 하여 대칭으로 되어 있다.

또한, 금속 전극(201H 및 201L)은 유전체 전극(211)의 하면에서 메탈라이즈 처리됨으로써 형성되며, 그 결과, 유전체 전극(211)과 금속 전극(201H 및 201L)은 일체 형성되어 접지측 전극 구성부(2A)(제2 전극 구성부)를 구성한다. 메탈라이즈 처리로서 인쇄 소성 방법이나 스퍼터링 처리, 증착 처리 등을 사용한 처리가 고려된다.

도 8은, 고전압측 전극 구성부(1A)(제1 전극 구성부)의 상면 및 하면 구조 등을 도시하는 설명도이다. 도 8의 (a)가 상면도이고, 도 8의 (b)가 도 8의 (a)의 C-C 단면도이고, 도 8의 (c)가 하면도이다. 또한, 도 8에 있어서 적절하게 XYZ 좌표계를 도시하고 있다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 유전체 전극(111)은 유전체 전극(211)과 마찬가지로, X 방향을 긴 변 방향, Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 직사각 형상의 평판 구조를 나타내고 있다.

또한, 금속 전극(101H 및 101L)(한 쌍의 제1 부분 금속 전극; 제1 금속 전극)은 유전체 전극(111)의 상면 상에 형성되고, 평면으로 보아 유전체 전극(211)의 중앙 영역(R50)에 대응하는 동일 형상의 중앙 영역(R60)을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된다. 이때, 금속 전극(101H 및 101L)은, 금속 전극(201H 및 201L)과 마찬가지로, 평면으로 보아 대략 직사각 형상을 나타내고, X 방향(제1 방향)을 긴 변 방향(전극 형성 방향)으로 하고, X 방향에 직각으로 교차하는 Y 방향(제2 방향)을 서로 대향하는 방향으로 하고 있다. 금속 전극(101H 및 101L)은 평면으로 본 크기는 동일하며, 그 배치는 중앙 영역(R60)을 중심으로 하여 대칭으로 되어 있다. 단, 금속 전극(101H 및 101L)의 짧은 변 방향(Y 방향) 및 긴 변 방향(X 방향)의 폭이, 금속 전극(201H 및 201L)에 비하여 조금 짧게 설정된다. 또한, 금속 전극(101H 및 101L)도, 금속 전극(201H 및 201L)과 마찬가지로 메탈라이즈 처리에 의해 유전체 전극(111)의 상면 상에 형성할 수 있다.

도 9 내지 도 11은, 고전압측 전극 구성부(1A)와 접지측 전극 구성부(2A)의 조립 공정을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 9 내지 도 11의 각각에 있어서 XYZ 좌표계를 도시하고 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 접지측 전극 구성부(2A) 상에 고전압측 전극 구성부(1A)를 배치함으로써 활성 가스 생성용 전극군(301)을 조립할 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 고전압측 전극 구성부(1A)에 있어서의 유전체 전극(111)의 중앙 영역(R60)과, 접지측 전극 구성부(2A)에 있어서의 유전체 전극(211)의 중앙 영역(R50)이 평면으로 보아 중복되도록 점점 위치 결정되면서, 고전압측 전극 구성부(1A)를 접지측 전극 구성부(2A) 상에 쌓아 올려 조합함으로써, 최종적으로 도 11에 도시하는 바와 같이 활성 가스 생성용 전극군(301)을 완성할 수 있다.

활성 가스 생성용 전극군(301)을 구성하는 유전체 전극(111)과 유전체 전극(211)이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 금속 전극(101H 및 101L)과 금속 전극(201H 및 201L)이 평면으로 보아 중복되는 영역이 방전 공간으로서 규정된다.

메탈라이즈부인 금속 전극(101H 및 101L) 및 금속 전극(201H 및 201L)에는, 도 29에서 도시한 금속 전극(10 및 20)과 같이, (고압) 고주파 전원(5)에 접속되어 있다. 접지측 전극 구성부(2A)의 금속 전극(201H 및 201L)은 접지되어 있고, 본 실시 형태에서는 고주파 전원(5)으로부터 0 피크값을 2 내지 10kV로 고정하여, 주파수를 10kHz 내지 100kHz에서 설정한 교류 전압을 금속 전극(101H 및 101L), 금속 전극(201H 및 201L) 사이에 인가하고 있다.

상술한 바와 같이, 고전압측 전극 구성부(1A)의 유전체 전극(111)은, 접지측 전극 구성부(2A)의 유전체 전극(211)과 달리, 상면 및 하면 모두 평탄한 형상을 나타내고 있다. 따라서, 고전압측 전극 구성부(1A)와 접지측 전극 구성부(2A)를 조합할 때에는 상부로부터 접지측 전극 구성부(2A)측으로 스프링이나 볼트 등의 체결력에 의해 고정하기만 할 뿐, 스폿 페이싱 형상 등을 마련하여 굳이 접지측 전극 구성부(2A)와 위치 결정하지 않음으로써, 수송 시 등에 유전체 전극(111)과 유전체 전극(211)의 단부면간의 접촉에 의한 이물 발생의 가능성을 최대한 억제한 구조의 활성 가스 생성용 전극군(301)을 얻을 수 있다.

상술한 방전 공간(방전장)은 이상 방전을 억제하기 위해 일정 간격 이상, 가스 분출 구멍(55)에 가까이 할 수는 없다. 따라서, 방전 공간을 빼고 나서 가스 분출 구멍(55)까지의 중앙 영역(R50, R60) 상의 공간은, 비방전 공간(비방전장, 데드 스페이스)이 되고, 이 비방전 공간에서는 활성 가스는 생성되는 일 없이 감소해 갈 뿐이다.

활성 가스는 방전 공간에서 생성되며, 방전 공간을 통과하면, 그 고에너지로 인해 급격하게 감쇠하며, 단시간에 모두 소멸되어 버린다. 활성 가스의 감쇠 메커니즘 중, 기저 상태의 다른 분자와의 충돌 등에 의해 에너지를 상실하는 타입의 경우, 단순하게 압력을 낮춰 충돌 빈도를 낮게 하기만 하여 활성 가스의 소멸 속도를 억제하는 것이 가능하게 된다. 즉, 대기압 근방의 방전 공간에서 생성된 활성 가스를 빠르게 감압 하의 처리 챔버 하우징(33X)(도 1, 도 3 참조)으로 분출하도록 하는 것이 중요하며, 그를 위해 앞서 기재한 비방전 공간을 규정하는 중앙 영역(R50, R60)의 Y 방향의 폭은 가능한 한 좁게 하는 것이 바람직하다.

비방전 공간을 극소화하기 위해 방전 공간을 가스 분출 구멍(55)에 가까이 할 수는 없다. 왜냐하면, 가스 분출 구멍(55)을 방전 공간에 지나치게 가까이 하면, 활성 가스 생성 시에 이상 방전이 발생할 우려가 있기 때문이다. 그래서, 실시 형태 1의 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 비방전 공간을 메우기 위해, 쐐기형 단차 형상부(51)(중앙 영역 단차부)를 유전체 전극(211)의 상면의 중앙 영역(R50)에 있어서 상방으로 돌출시켜, 유전체 전극(211)의 구성 요소로서 일체 형성하여 마련한 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 쐐기형 단차 형상부(51)는, 평면으로 보아 복수의 가스 분출 구멍(55)에 중복되지 않고, 평면으로 보아 복수의 가스 분출 구멍(55) 각각에 가까워짐에 따라 Y 방향(제2 방향)의 형성 폭이 짧아지도록 형성된다. 구체적으로는, 5개의 가스 분출 구멍(55) 사이에 평면으로 보아 마름모 형상으로 형성되고, 서로 이산된 4개의 마름모형 단체부(51s)(도 6의 (a) 참조)와, 5개의 가스 분출 구멍(55) 중 양단의 가스 분출 구멍(55)의 외측에 마련된 평면으로 보아 대략 이등변 삼각 형상의 2개의 삼각 단체부(51t)(도 6의 (a) 참조)의 집합체에 의해 쐐기형 단차 형상부(51)가 형성된다.

따라서, 외부로부터 원료 가스를 Y 방향(도 9 내지 도 11에서 도시하는 가스 공급 방향(D1))을 따라, 유전체 공간에 있어서의 중앙 영역(R50) 상(중앙 영역(R60) 아래)을 향하여 공급함으로써, 원료 가스가 방전 공간을 통과할 때 얻어지는 활성 가스를 생성하고, 복수의 가스 분출 구멍(55)으로부터 -Z 방향(도 9 내지 도 11에서 도시하는 가스 분출 방향(D2))을 따라 외부로 분출할 수 있다.

이때, 복수의 가스 분출 구멍(55) 각각에 가까워짐에 따라 Y 방향의 형성 폭이 짧아지도록, 각각이 이산 형성된 4개의 마름모형 단체부(51s)와 2개의 삼각 단체부(51t)를 갖는 쐐기형 단차 형상부(51)(중앙 영역 단차부)의 존재에 의해, 유전체 공간 내의 중앙 영역(R50) 상(중앙 영역(R60) 아래)에 있어서, 복수의 가스 분출 구멍(55)에 대응하는 활성 가스의 복수의 가스 유로를 각각 좁힐 수 있다. 그 결과, 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 각 가스 분출 구멍(55)에 있어서 가스 유속을 높일 수 있는 결과, 보다 고밀도의 활성 가스를 생성할 수 있다.

또한, 쐐기형 단차 형상부(51)와 같은 평면 형상 이외에도, 예를 들어 평면 형상이 반원 형상이어도 되며, 평면으로 보아 복수의 가스 분출 구멍(55)에 중복되는 일 없이, 평면으로 보아 복수의 가스 분출 구멍(55) 각각에 가까워짐에 따라 Y 방향(제2 방향)의 형성 폭이 짧아지도록 형성된 형상이라면, 상술한 효과를 달성할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 원료 가스로서 예를 들어 질소, 산소, 불소 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 가스가 고려된다. 즉, 산소, 희가스류나 수소, 불소류 가스를 원료 가스로서 공급하는 양태가 고려된다. 이들 원료 가스가 활성 가스 생성용 전극군(301)의 외주부로부터 가스 공급 방향(D1)을 따라 내부로 진행하여, 내부의 방전 공간을 경유하여 활성 가스가 되고, 활성 가스(라디칼을 포함한 가스)는 유전체 전극(211)에 마련된 복수의 가스 분출 구멍(55)으로부터 가스 분출 방향(D2)을 따라 처리 챔버 하우징(33X)(도 3 참조)을 향하여 분출된다. 처리 챔버 하우징(33X)에 있어서, 반응성이 높은 활성 가스를 이용함으로써 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 대하여 성막 처리를 행할 수 있다.

이와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 질소, 산소, 불소 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 원료 가스로부터, 보다 고밀도의 활성 가스를 생성할 수 있다.

쐐기형 단차 형상부(51)는, 고전압측 전극 구성부(1A)의 유전체 전극(111)이 아니라, 접지측 전극 구성부(2A)의 유전체 전극(211)의 상면 상에 마련하고 있다. 즉, 복수의 가스 분출 구멍(55)과 쐐기형 단차 형상부(51)는 동일한 유전체 전극(211)에 형성되어 있다. 이 때문에, 도 9 내지 도 11에서 도시하는 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301)의 조립 시에 있어서 복수의 가스 분출 구멍(55)과 쐐기형 단차 형상부(51)의 위치 결정을 요하지 않게 하여, 장치 구성의 간이화를 도모할 수도 있다.

이 쐐기형 단차 형상부(51)는 고전압측 전극 구성부(1A)와 접지측 전극 구성부(2A)의 사이의 방전 공간에 있어서의 갭 길이(유전체 전극(111), 유전체 전극(211) 사이의 Z 방향의 거리)를 규정하는 스페이서로서도 기능한다.

따라서, 도 9 내지 도 11에서 도시한 바와 같이, 접지측 전극 구성부(2A) 상에 고전압측 전극 구성부(1A)를 적층하는 간단한 조립 공정에 의해, 쐐기형 단차 형상부(51)의 형성 높이에 따라 방전 공간에 있어서의 갭 길이를 설정할 수 있다.

또한, 종래, 스페이서는 방전 공간에 형성되는 일이 많았다. 이 경우, 스페이서 측면을 경유한 연면 방전이 발생하여, 방전 손실이나 이물의 발생 원인이 되어 왔다. 활성 가스 생성용 전극군(301)에서는, 유전체 전극(211)의 상면에 돌출되어 마련된 쐐기형 단차 형상부(51)는 방전 공간 밖의 중앙 영역(R50)에 마련되어 있기 때문에, 이물 발생 등의 억제로 이어지고 있다.

도 4 내지 도 6에 도시하는 바와 같이, 유전체 전극(211)은 양단측에 존재하는, 주요 영역(53)과 단부 영역(54A 및 54B)의 경계 영역에 있어서, 상방으로 돌출되어 형성되는 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)(한 쌍의 단부 영역 단차부)를 더 갖고 있다. 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)는 평면으로 보아, 유전체 전극(211)의 짧은 변 방향의 전체 길이에 걸쳐 Y 방향으로 연장되어 형성되고, 쐐기형 단차 형상부(51)의 형성 높이와 함께 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)의 형성 높이에 의해, 방전 공간에 있어서의 갭 길이를 규정하고 있다.

이들 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)의 존재에 의해, 유전체 전극(211)의 X 방향 양단부로부터의 방전 공간으로의 가스의 유입을 규제하고 있다. 유전체 전극(211)의 양단부로부터의 가스 유입이 가능하게 되면 유전체 전극(211)의 양단부 근방의 가스 분출 구멍(55)(도 4에서 최우측 혹은 최좌측에 존재하는 가스 분출 구멍(55))은, 활성 가스의 유입량이 영향을 받기 쉽기 때문에, 각 가스 분출 구멍(55)으로부터의 활성 가스의 가스 유량의 계산이 복잡화되고, 제어가 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다. 그 문제를 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)를 마련함으로써 해소하고 있다.

직선형 단차 형상부(52A 및 52B)가 마련됨으로써, 고전압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A) 사이의 가스의 유입 진로는 Y 방향의 2면만으로 이루어진다. 따라서, 가스의 흐름 자체가 비교적 안정화되기 때문에 방전 공간 내의 압력 분포가 일정하게 되고, 균일한 방전 공간을 형성할 수 있다.

이와 같이, 유전체 전극(211)은 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)를 더 가짐으로써, 복수의 가스 분출 구멍(55) 중, X 방향에 있어서의 양단부로부터의 거리가 가까운 가스 분출 구멍(55)에 있어서도, 당해 양단부로부터 의도하지 않은 가스의 유입 등의 영향으로 활성 가스의 유입량이 변화해 버리는 현상이 발생하지 않기 때문에, 복수의 가스 분출 구멍(55) 사이에서 변동을 발생시키는 일 없이 활성 가스를 분출할 수 있다. 그 결과, 압력 분포가 일정하며, 또한 복수의 가스 분출 구멍(55) 각각의 유량이 동일하게 되므로, 방전 공간을 통과한 활성 가스에 있어서 발생 라디칼 밀도가 비교적 동일하게 되는 효과를 발휘한다.

또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 방전 공간(금속 전극(201H 및 201L)의 중앙 영역(R50)측의 단부)으로부터 복수의 가스 분출 구멍(55)에 이르는 Y 방향에 있어서의 거리인 비방전 거리 d25를 10mm 이상으로 설정하고 있다.

이와 같이, 비방전 거리 d25를 10mm 이상으로 설정함으로써, 활성 가스 생성 시에 이상 방전을 발생시키기 어렵게 할 수 있다.

도 5의 (a)의 주목 영역(R12)을 확대한 도면인 도 7에 도시하는 바와 같이, 비방전 공간의 극소화를 위해, 쐐기형 단차 형상부(51)의 Y 방향의 형성 길이가 최장으로 된 단부(51H 및 51L)는 방전 공간을 형성하는 금속 전극(201H 및 201L)에 인접하는 위치까지 연장되어 있다. 쐐기형 단차 형상부(51)의 단부(51H 및 51L)와 금속 전극(201H 및 201L)이 겹치면, 활성 가스 생성 시에 이상 방전을 유발할지도 모르기 때문에, 방전 공간을 규정하는 금속 전극(201H 및 201L)에 있어서, 단부(51H 및 51L)에 대응하는 영역에 평면으로 보아 대략 삼각 형상의 절결부(61H 및 (61L)를 마련하고 있다. 그 결과, 쐐기형 단차 형상부(51)와 금속 전극(201H 및 201L)의 사이에 소정의 기준 거리(예를 들어, 2 내지 3mm) 이상의 거리를 확보하고 있다.

마찬가지로 하여, 도 8의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 금속 전극(101H 및 101L)에 있어서도, 단부(51H 및 51L)에 대응하는 개소에 절결부(71H 및 71L)를 마련하고 있다.

이와 같이, 금속 전극(101H 및 101L) 및 금속 전극(201H 및 201L)의 평면으로 보아 중복 영역으로 규정되는 방전 공간과 쐐기형 단차 형상부(51)의 사이에 있어서, 평면으로 본 양자의 최단 거리가 소정의 기준 거리 이상이 되도록, 금속 전극(101H 및 101L) 및 금속 전극(201H 및 201L)의 평면 형상을 설정함으로써, 활성 가스 생성 시에 이상 방전을 발생시키기 어렵게 할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 금속 전극(101H 및 101L)의 짧은 변 방향(Y 방향) 및 긴 변 방향(X 방향)의 폭을, 금속 전극(201H 및 201L)에 비하여 조금 짧게 설정함으로써, 금속 전극(101H 및 101L)과 금속 전극(201H 및 201L)의 평면 형상의 일부를 상이하게 하고 있다.

그 결과, 금속 전극(101H 및 101L) 혹은 금속 전극(201H 및 201L)의 단부면에서 발생하기 쉬운 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 효과를 중시하지 않는 경우, 금속 전극(101H 및 101L)과 금속 전극(201H 및 201L)의 평면 형상을 완전 일치시켜도 된다.

또한, 고전압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A)(특히 유전체 전극(111 및 211)) 중 활성 가스와 접촉하는 영역인 가스 접촉 영역을 석영, 알루미나, 질화규소 혹은 질화알루미늄을 구성 재료로 하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 구성 재료로 형성한 면은, 활성 가스에 대하여 화학적으로 안정된 물질이기 때문에, 활성 가스와 접촉하는 가스 접촉 영역과의 사이에서, 활성 가스의 실활을 억제한 상태에서, 활성 가스를 가스 분출 구멍으로부터 분출할 수 있다.

또한, 복수의 가스 분출 구멍(55)은 각각 동일한 형상(동일한 직경 r1의 원형)으로 형성하는 것이 기본 구성이다.

한편, 복수의 가스 분출 구멍의 형상(직경)을 복수의 가스 분출 구멍(55) 사이에서 서로 다르도록 설정하는 변형 구성도 고려된다. 단, 복수의 가스 분출 구멍(55)은 오리피스를 구성하는 치수 조건을 만족할 필요가 있다.

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)에 있어서, 상기 변형 구성을 채용한 경우, 복수의 가스 분출 구멍(55) 사이에서 분출량을 상이한 내용으로 설정할 수 있는 효과를 발휘한다.

(성막 처리 장치로의 응용)

도 3에 도시하는 바와 같이, 고전압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A)를 조합하여 구성되는 활성 가스 생성용 전극군(301)은 활성 가스 생성 장치의 발생기 하우징(31X) 내에 수납되어 있다.

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)를 사용하여 성막 처리 장치를 구성하는 경우를 고려한다.

이 경우, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 있어서, 보다 단시간에 중앙 영역(R50) 상의 비활성 공간을 활성 가스(라디칼 함유 가스)가 통과하는 것이 가능하게 되므로, 고밀도의 활성 가스를 노즐 구성부(40) 및 가스 분류용 정류기(70)를 통하여 처리 챔버 하우징(33X) 내에 공급할 수 있다. 그 결과, 처리 챔버 하우징(33X)의 저면 상에 배치된 웨이퍼(34) 상에 성막 시의 성막 온도의 저온도화나, 처리 시간의 단축화를 도모할 수 있다.

접지측 전극 구성부(2A)의 유전체 전극(211)에 형성되는 복수의 가스 분출 구멍(55)에 오리피스 기능을 갖게 한 경우의 구체적 구성을 고려한다. 이 경우, 예를 들어 「원료 가스의 가스 유량: 4slm, 오리피스 상류측(발생기 하우징(31X) 내) 압력: 30kPa, 오리피스 하류측(처리 챔버 하우징(33X) 내) 압력: 266Pa, 가스 분출 구멍(55)(오리피스)의 직경: φ1.3mm, 가스 분출 구멍(55)의 형성 길이(Z 방향의 길이, 오리피스 길이):: 1mm」라고 하는 환경 설정이 일례로서 고려된다.

상기 환경 설정이 이루어진 성막 처리 장치는, 노즐 구성부(40) 및 가스 분류용 정류기(70)를 통하여 활성 가스를 바로 아래에 마련된 처리 챔버 하우징(33X)의 웨이퍼(34)에 직접 닿게 할 수 있기 때문에, 보다 고밀도로 고전계의 활성 가스를 웨이퍼(34)의 표면에 닿게 할 수 있어, 보다 품질이 높은 성막 처리를 실현할 수 있고, 애스펙트비가 높은 성막이나 3차원 성막을 용이하게 행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 있어서의 방전 공간의 압력을 10kPa 내지 대기압으로 설정하고, 처리 챔버 하우징(33X) 내의 압력을 방전 공간의 압력 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 구성의 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 상기 압력 설정에 의해, 낮은 압력장의 처리 챔버 하우징(33X) 내에 활성 가스를 이동시킬 수 있기 때문에, 활성 가스의 밀도의 감쇠량을 억제할 수 있는 효과를 발휘한다.

(활성 가스 생성용 전극군(301)의 과제)

활성 가스 생성용 전극군(301)에 있어서의 복수의 가스 분출 구멍(55) 각각의 평면으로 보아 단면 형상은 원형(둥근 구멍)이며, 직선형으로 배치된 구조를 나타내고 있다.

이와 같이 복수의 가스 분출 구멍(55)을 배치한 범위에 있어서 균일하게 질화 처리 등의 성막 처리를 행하는 것을 목표로 한 것이지만, 균일성은 복수의 가스 분출 구멍(55) 사이의 거리인 구멍 피치에 크게 의존한다. 성막 처리의 결과로부터, 이 구멍 피치를 수mm 정도ㆍ구멍수를 수십개 이상으로 할 필요가 생긴다.

그러나, 복수의 가스 분출 구멍(55)은 각각 그 상류에 형성되는 방전장과 그 하류의 처리 챔버 하우징(33X)의 압력차를 형성하는 오리피스로서도 기능하고 있기 때문에, 복수의 가스 분출 구멍(55)의 토탈 구멍 면적은 미리 결정되어 있어 변경할 수 없으며, 수십개나 되는 가스 분출 구멍(55)을 마련하는 경우, 가스 분출 구멍(55) 각각의 구멍 직경은 유전체 전극(211)의 구성 재료인 세라믹에 대한 최소 가공 한계를 하회할수록 작아져 버린다. 그래서, 최소 가공 구멍 직경에 따른 구멍 사이즈ㆍ구멍수로 복수의 가스 분출 구멍(55)을 마련하는 경우, 필연적으로 구멍 피치가 커지고, 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 방전 현상에 의해 생성된 활성 가스를 웨이퍼(34)에 균일하게 분사한다고 하는 균일 처리에는 적합하지 않게 되어 버리는 과제를 갖고 있다.

예를 들어, 복수의 가스 분출 구멍(55)의 토탈 구멍 면적에 10㎟의 제한이 부과되어 있는 경우, 현상에서는, 1단위당 구멍 직경이 1.13mm인 가스 분출 구멍(55)을 10개 형성하고, 가스 분출 구멍(55, 55) 사이의 구멍 피치는 30mm로 설정되어 있다. 또한, 활성 가스(7)의 가스 유량을 30L/분으로 상정하고 있다. 그래서, 활성 가스(7)의 균일 분사를 도모하기 위해, 가스 분출 구멍(55)에 관하여 구멍 피치를 3mm, 구멍수를 91개로 설정하여 구멍 배치 밀도를 현상의 10배로 하는 이상 가공을 상정하면, 가스 분출 구멍(55)의 1단위당 구멍 직경을 0.37mm로 설정할 필요가 있다. 그러나, 유전체 전극(211)의 두께는 1mm 정도이기 때문에, 최소 가공 구멍 직경은 기껏 φ0.4mm가 되고, 구멍 직경 공차를 구멍 치수의 10％ 이하로 할 필요가 있는 것(공차±0.03 내지 0.04mm)을 고려하면, 현상의 가공 기술로는, 상기 구멍 직경 공차를 만족시켜 상기 이상 가공을 실현하기는 매우 곤란하게 된다.

가스 분출 구멍(55)의 형상을 구멍 형상이 아니라 슬릿형으로 하고, 활성 가스를 연속적으로 웨이퍼(34)에 공급함으로써, 불균일한 활성 가스의 분사에 수반하는 질화 불균일 등의 발생을 억제한다고 하는 제1 개선 방법이 고려된다. 이 경우, 미리 결정되어 있는 오리피스 면적과 동등한 슬릿 개구 면적으로 할 필요가 있으며, 그렇게 하면 슬릿 폭이 수십㎛ 정도인 극소 슬릿이 되어, 그것을 수백mm의 거리에 걸쳐 어느 정도의 공차를 유지하면서 세라믹으로 형성하기는 불가능하다.

예를 들어, 상술한 토탈 구멍 면적에 10㎟의 제한이 부과되어 있는 경우, 복수의 가스 분출 구멍(55)을 대신하는 슬릿 가스 분출 구멍의 긴 변 방향의 길이를 300mm로 하면, 짧은 변 방향의 슬릿 폭은 30 내지 40㎛로 설정할 필요가 있다. 1mm 정도의 두께의 유전체 전극(211)에 대하여, 구멍 직경 공차를 구멍 치수의 10％ 이하로 만족시키면서 상기 슬릿 폭으로 가공하는 것은 실질적으로 불가능하게 된다. 따라서, 제1 개선 방법을 채용하는 것은 실질적으로 불가능하다.

1단의 오리피스에서 압력차를 모두 조달하는 것이 아니라 복수개 마련함으로써, 1단당 압력차분을 작게 하여 복수단으로 오리피스를 구성한다고 하는 제2 개선 방법이 고려된다. 압력차가 작을수록 오리피스 면적을 크게 취하는 것이 가능하게 되므로, 가스 분출구 형상을 구멍형으로 하든, 슬릿형으로 하든, 가공 가능한 크기로 하는 것이 가능하게 된다. 단, 이 경우, 오리피스 통과 시의 압력차분을 작게 하면 할수록, 활성 가스에 포함되는 라디칼의 실활이 진행되게 된다. N 원자 라디칼은 수십kPa의 압력 하에 있어서는 수msec 내지 수십msec이며 그 양이 반감한다는 점에서도, 오리피스를 복수단 마련한 경우, 라디칼이 거의 실활해 버릴 것이 예상된다. 따라서, 제2 개선 방법을 채용하는 것도 실질적으로 불가능하다.

또한, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 마련하는 복수의 가스 분출 구멍(55) 각각에 오리피스 기능을 갖게 하여 마하를 초과하는 초고속으로 활성 가스를 분출시킨 경우, 가스 속도는, 마하 속도의 가스 충격 압력과 온도 상태에서, 가스 유속 프레임(가스 분류 속도)에 영향을 주고, 어떠한 분출 위치에서, 가스 유속이 극단적으로 저하되는 영향을 초래하고, 그 결과, 마하 디스크 상태(어떠한 분출 위치에서, 가스 유속이 극단적으로 저하된 상태)가 되는 현상이 발생해 버린다. 이 마하 디스크 상태가 되는 현상을 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하지만, 구체적인 해결책을 알아내지는 못하였다.

이러한 활성 가스 생성용 전극군(301)의 과제를 해결하기 위해, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)에서는, 마하 디스크 대책으로서 노즐 구성부(40), 활성 가스의 균일 분사 대책으로서 가스 분류용 정류기(70)가 활성 가스 생성용 전극군(301)의 하류에 마련되었다.

(노즐 구성부(40))

도 12는, 본 발명의 실시 형태인 활성 가스 생성 장치(501)에 사용된 노즐 구성부(40)에 있어서의 노즐부(12) 및 그 주변의 단면 구조를 도시하는 설명도이다. 도 12에 있어서, XYZ 직교 좌표계를 도시하고 있다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 노즐부(12)는 제2단 제한 통(14)(제2 제한 통)을 주요 구성부로서 갖고 있으며, 상방의 접지측 전극 구성부(2A)에 형성된 가스 분출 구멍(55)을 제1단 제한 통(13)(제1 제한 통)과 노즐부(12)의 제2단 제한 통(14)에 의한 활성 가스 분사 조합 구조(C40)로 나타내고 있다. 이하에서는, 가스 분출 구멍(55)을 제1단 제한 통(13)으로서 설명한다.

활성 가스 분사 조합 구조(C40)를 구성하는 제1단 제한 통(13)(가스 분출 구멍(55))은, 전술한 바와 같이, XY 평면에 있어서의(평면으로 본) 개구부 단면 형상이 직경 r1(제1 직경)의 원형을 나타내며, 활성 가스 생성용 전극군(301)으로부터 생성된 활성 가스(7)를 하방(-Z 방향)에 공급한다. 직경 r1은, 발생기 하우징(31X) 내(활성 가스 생성용 전극군(301)의 가스 분출 구멍(55)을 통과하기 전단계에 있어서의 공간 내)와 처리 챔버 하우징(33X) 내의 압력차가 소정 압력비 이상이 되도록 설정된다.

노즐부(12)의 제2단 제한 통(14)은 Z 방향을 따라 제1단 제한 통(13)과 연속적으로 배치되고, XY 평면에 있어서의(평면으로 본) 저면의 개구부 단면 형상이 직경 r2(제2 직경)의 원형을 나타내고, 제1단 제한 통(13)으로부터 공급되는 활성 가스(7)를 하방의 가스 분류용 정류기(70)의 가스 정류 통로(71)를 향하여 공급한다. 직경 r2는 「r2>r1」을 만족하도록 설정된다.

예를 들어, 제1단 제한 통(13)(가스 분출 구멍(55))의 직경 r1을 직경 1.35mm, 깊이(Z 방향으로 연장되는 형성 길이)를 1mm, 제2단 제한 통(14)의 직경 r2를 직경 8mm, 깊이(Z 방향으로 연장되는 형성 길이)를 4mm, 활성 가스(7)로서 예를 들어 질소 가스를 유량 4slm(standard liter per minute)으로 공급한다. 따라서, 제1단 제한 통(13)을 경유한 활성 가스(7)는 초고속 가스가 되어 제2단 제한 통(14) 및 가스 분류용 정류기(70)를 통하여 처리 챔버 하우징(33X) 내로 공급된다.

(활성 가스 생성용 전극군(301)의 복수의 가스 분출 구멍(55)을 통과하기 전단계의)발생기 하우징(31X) 내의 공간이 1차 압력용 공간이 되고, 이 1차 압력용 공간 내의 압력이 1차 압력이 된다.

가스 분출 구멍(55)인 제1단 제한 통(13)에 의해 2차 압력이 결정된다. 활성 가스(7)는 제2단 제한 통(14)을 경유하여 가스 분류용 정류기(70)의 가스 정류 통로(71) 내로 공급된다.

그때, 1차 압력용 공간 내의 1차 압력과, 처리 챔버 하우징(33X) 내의 2차 압력의 압력비 PC는 30배 이상이 되도록 설정된다. 그러면, 제1단 제한 통(13)을 통과한 활성 가스(7)의 유속은 상기 압력비 PC에 의해 마하 이상의 유속이 되고, 제2단 제한 통(14)의 존재에 의해 활성 가스(7)는 고속 분류로 생성되는 마하 디스크 상태가 생기는 현상을 억제한 후, 가스 분류용 정류기(70) 내에 공급된다.

예를 들어, 1차 압력용 공간 내의 1차 압력은 30kPa, 처리 챔버 하우징(33X) 내의 압력은 266Pa이라고 하면, 활성 가스(7)는 초고속 가스로서의 최고 마하수는 "5"를 초과하여, 가스 분류용 정류기(70)를 통하여 처리 챔버 하우징(33X)에 수납된 웨이퍼(34)에 공급된다.

이때, 발생이 우려되는 마하 디스크 상태는 노즐부(12)의 제2단 제한 통(14)의 존재에 의해, 효과적으로 억제되기 때문에, 종래와 비교하여 고속의 상태로 웨이퍼에 가스를 공급할 수 있다.

즉, 제2단 제한 통(14)을 갖는 노즐부(12)를 마련함으로써, 처리 챔버 하우징(33X) 내의 압력 분포, 유속 분포를 완화하여 마하 디스크(MD) 상태의 발생을 피하면서, 활성 가스(7)가 처리 챔버 하우징(33X) 내에 공급되고, 처리 챔버 하우징(33X)의 저면 상에 설치된 웨이퍼(34)에 공급된다.

(일반적 구성과의 비교 등)

도 13은, 노즐부(12)를 갖는 노즐 구성부(40)를 사용한 가스 분류의 속도 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 14는, 노즐부(12)를 갖는 노즐 구성부(40)를 사용한 가스 분류의 압력 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 15는, 제1단 제한 통(13)만으로 이루어지는 경우, 즉 노즐 구성부(40)를 마련하지 않는 일반적 구성의 가스 분류의 속도 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 16은, 제1단 제한 통(13)만으로 이루어지는 경우, 즉 일반적 구성의 가스 분류의 압력 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 13 내지 도 16에 있어서, 최상부의 사선부는 활성 가스 생성용 전극군(301)에 있어서의 고전압측 전극 구성부(1A)의 형성 영역에 상당한다.

도 14 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 상술한 1차 압력과 2차 압력의 압력비 PC는 30배 이상으로 설정되어 있다.

도 13과 도 15의 비교로부터 명백한 바와 같이, 노즐부(12)를 갖는 노즐 구성부(40)는, 마하 디스크(MD)가 생기는 현상을 피함으로써, 극단적으로 속도를 저하시키지 않고, 활성 가스(7)를 웨이퍼(34)에 공급할 수 있다. 한편, 도 15에 도시하는 바와 같이, 종래의 가스 공급 장치에서는 마하 디스크(MD)가 발생하고 있다.

도 17은, 노즐 구성부(40)의 구성에 있어서, 발생기 하우징(31X)(에 있어서의 1차 압력용 공간)과 처리 챔버 하우징(33X)의 압력비 PC가 30배 미만인 경우의 가스 분류의 속도 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 18은, 실시 형태 1의 구성에 있어서, 발생기 하우징(31X)과 처리 챔버 하우징(33X)의 압력비 PC가 30배 미만인 경우의 가스 분류의 압력 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 17 및 도 18에 있어서, 최상부의 사선부는 후술하는 활성 가스 생성용 전극군(301)에 있어서의 고전압측 전극 구성부(1A)의 형성 영역에 상당한다.

도 18에 도시하는 바와 같이, 상술한 1차 압력과 2차 압력의 압력비 PC는 30배 미만으로 설정되어 있다.

도 13과 도 17의 비교로부터 명백한 바와 같이, 압력비 PC가 30배 이상인 경우, 압력비 PC가 30배 미만인 경우에 비하여, 보다 분류 속도가 빠른 속도 분포가 얻어지고 있으며, 확실하게 웨이퍼(34)의 표면에 지향성을 갖는 가스를 공급할 수 있다.

(제2단 제한 통(14)에 의한 효과)

도 19는, 제1단 제한 통(13)만으로 이루어지는 일반적 구성인 경우의 마하 디스크 발생 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 19는, 도 1 내지 도 3에서 도시한 전체 구성에 있어서, 노즐 구성부(40) 및 가스 분류용 정류기(70)를 생략한 구성을 상정하고 있다.

공급 가스인 활성 가스(7)가 제1단 제한 통(13)(오리피스)을 경유할 때, 1차 압력용 공간의 1차 압력이 처리 챔버 하우징(33X)의 2차 압력보다 높은, 즉 제1단 제한 통(13)으로부터의 활성 가스(7)의 분출 압력이 처리 챔버 하우징(33X) 내보다 높은 경우, 제1단 제한 통(13)의 출구(오리피스 출구)를 나온 흐름은 충격파 셀 구조(shock cell)라고 하는 현상을 야기하고, 하류 방향으로 상기 충격파 셀 구조가 주기적으로 관찰된다. 충격파 셀 구조는, 후술하는 반사 충격파(RS)가 다음의 후술하는 경계 영역(JB)(Jet Boundary)이 됨으로써 반복하여 얻어지는 충격파의 구조를 의미한다.

이러한 오리피스 출구에서의 압력이 처리 챔버 하우징(33X) 내의 압력보다 큰 경우를 부족 팽창(under expansion)이라고 칭하고, 오리피스 출구를 나온 후, 흐름은 팽창된다.

오리피스 출구의 압력이 처리 챔버 하우징(33X)의 압력보다 더 큰 경우, 아직 가스는 충분히 팽창이 이루어지지 않았으므로, 오리피스 출구의 에지로부터 팽창파(EW(Expansion Waves))가 발생하고, 가스는 외측으로 크게 팽창한다. 가스의 마하수가 큰 경우에는, 이 팽창파(EW)가 경계 영역(JB)(Jet Boundary)에서 반사되어, 압축파가 되고 제트 중심축측으로 되돌아온다. 또한, 압축파는, 압력이 기준보다 높고, 통과하면 그 점의 압력이 상승하는 파이며, 팽창파는, 압력이 기준보다 낮고, 통과하면 그 점의 압력이 하강하는 파를 의미한다.

이와 같이, 제1단 제한 통(13) 통과 전후의 압력차가 큰 경우에는, 형성된 압축파가 선행하는 압축파를 따라잡아, 통상의 배럴 충격파(BS(Barrel Shock))를 형성한다. 더 압력차가 커지면, 배럴 충격파(BS)는 분류의 중심축 상에서는 정상 교차할 수 없고, 축대칭의 분류에서는 마하 디스크(MD)(마하 충격파)라고 불리는 원반형 수직 충격파를 형성한다. 그 뒤의 흐름은 아음속류가 된다. 또한, 배럴 충격파(BS)의 끝에서 반사 충격파(RS)(Reflection Shock)가 발생한다. 또한, 트리플 포인트(TP)는, 압축파인 배럴 충격파(BS)와 마하 디스크(MD)와 반사 충격파(RS)가 교차하는 포인트이다.

한편, 도 20에 도시하는 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301)의 하방에 노즐 구성부(40)를 배치하여, 제1단 제한 통(13)에 연속적으로 배치되도록 제2단 제한 통(14)을 마련함으로써, 확장파(EW)가 제2단 제한 통(14)의 측면에서 반사됨으로써, 배럴 충격파(BS)는 분류의 중심축(XC) 상에서 정상 교차할 수 있기 때문에, 마하 디스크(MD)의 발생을 피할 수 있다. 또한, 도 20에 있어서는, 설명의 편의상, 가스 분류용 정류기(70)의 존재를 생략하고 있다.

(노즐 구성부(40)의 효과 등)

노즐부(12)의 상방에 마련된 직경 r1의 개구부를 갖는 제1단 제한 통(13)(가스 분출 구멍(55))에 의해, 처리 챔버 하우징(33X)에 분출되는 활성 가스(7)에 지향성을 갖게 할 수 있기 때문에, 마하를 초과하는 초고속으로, 가스를 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 공급할 수 있다.

이때, 제1단 제한 통(13)과 처리 챔버 하우징(33X)의 사이에 마련한 노즐부(12)의 제2단 제한 통(14)의 존재에 의해, 분출된 활성 가스(7)가 초고속화됨에 수반하는 충격 압력 및 온도에 따라, 극단적으로 감속한다고 하는 마하 디스크(MD)의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

이와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301) 하방에 노즐 구성부(40)를 마련함으로써, 고애스펙트비의 웨이퍼(34)의 표면 상을 성막함으로써 3차원 구조의 성막을 실현 가능하게, 활성 가스(7)를 가스 분류용 정류기(70)를 통하여 처리 챔버 하우징(33X) 내에 수납된 웨이퍼(34)에 공급할 수 있는 효과를 발휘한다.

그리고, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)는, 발생기 하우징(31X) 내의 1차 압력과, 처리 챔버 하우징(33X) 내의 2차 압력의 압력비 PC를 30배 이상으로 설정함으로써, 고속 상태의 활성 가스(7)를 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 공급할 수 있다.

또한, 노즐 구성부(40)는, 제2단 제한 통(14)의 직경 r2를 직경 30mm 이내로 설정함으로써, 마하 디스크(MD)를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

도 21은, 노즐부(12)의 변형예를 도시하는 단면도이다. 도 21에 있어서, XYZ 직교 좌표계를 도시하고 있다.

도 21에 도시하는 바와 같이, 변형예의 노즐부(12B)는, 제2단 제한 통(14B)(제2 제한 통) 및 제3단 제한 통(15)(제3 제한 통)을 주요 구성부로서 갖고 있다.

즉, 2개의 제한 통군(14B, 15)을 포함하는 구성에 의해 노즐부(12B)를 형성하고 있다.

접지측 전극 구성부(2A)에 마련되는 가스 분출 구멍(55)인 제1단 제한 통(13)은, 노즐 평면으로 본 개구부 단면 형상이 직경 r1의 원형을 나타내며, 활성 가스 생성용 전극군(301)에서 생성된 활성 가스(7)를 하방에 공급한다.

제2단 제한 통(14B)은 Z 방향을 따라 제1단 제한 통(13)과 연속적으로 배치되고, 평면으로 본 저면의 개구부 단면 형상이 직경 r2B의 원형을 나타내고, 제1단 제한 통(13)으로부터 공급되는 활성 가스(7)를 하방에 공급한다. 직경 r2B는 「r2B>r1」을 만족하도록 설정된다. 또한, 직경 r2B를 노즐부(12)의 제1단 제한 통(13)의 직경 r1과 동일하게 설정해도 된다.

제3단 제한 통(15)은 Z 방향을 따라 제2단 제한 통(14B)과 연속적으로 형성되고, XY 평면에 있어서의(평면으로 본) 저면의 개구부 단면 형상이 직경 r3(제3 직경)의 원형을 나타내고, 제2단 제한 통(14B)으로부터 공급되는 활성 가스(7)를 하방의 가스 분류용 정류기(70)에 공급한다. 직경 r3은 「r3>r2B」를 만족하도록 설정된다.

예를 들어, 제1단 제한 통(13)의 직경 r1을 직경 1.35mm, 깊이를 1mm, 제2단 제한 통(14B)의 직경 r2B를 8mm, 깊이를 4mm로 한 경우, 제3단 제한 통(15)의 직경 r3을 직경 20mm, 깊이(Z 방향으로 연장되는 형성 길이)를 46mm로 설정하고, 예를 들어 활성 가스(7)로서 질소 가스를 유량 4slm으로 공급함으로써, 제1단 제한 통(13)을 경유한 활성 가스(7)는 초고속 가스가 되어 제2단 제한 통(14B) 및 제3단 제한 통(15)을 통하여 가스 분류용 정류기(70) 내로 공급된다.

변형예의 노즐부(12B)는, 제1단 제한 통(13)과 함께, 각각이 직경 r2B 및 직경 r3의 개구부를 갖는 제2단 제한 통(14B) 및 제3단 제한 통(15)에 의해 활성 가스 분사 조합 구조(C40B)를 구성함으로써, 가스 분류용 정류기(70)를 통하여 처리 챔버 하우징(33X)에 분출되는 활성 가스(7)에 지향성을 갖게 할 수 있다. 이때, 노즐부(12B)의 제2단 제한 통(14B)의 존재에 의해, 마하 디스크(MD) 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

변형예의 노즐부(12B)는, 제2단 제한 통(14B)에 추가하여 제3단 제한 통(15)을 더 마련하고, 제2단 제한 통(14B)의 직경 r2B보다 제3단 제한 통(15)의 직경 r3을 길게 설정함으로써, 압력비 PC로 발생한 고속 분류에 기인하는 마하 디스크(MD)의 발생을, 노즐부(12) 이상으로 억제한 상태에서 활성 가스(7)를 처리 챔버 하우징(33X) 내의 웨이퍼(34)에 공급할 수 있다.

(가스 분류용 정류기(70))

도 22는, 가스 분류용 정류기(70)의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 22의 (a)가 상면도, 도 22의 (b)가 도 22의 (a)의 긴 변 방향에 있어서의 단면 구조를 도시하는 단면도, 도 22의 (c)가 도 22의 (a)의 짧은 변 방향에 있어서의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.

도 23은, 가스 분류용 정류기(70)의 전체 구조를 도시하는 사시도이다. 도 22 및 도 23에 있어서, 적절하게 XYZ 좌표계를 도시하고 있다. 또한, 도 22에 있어서, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 관하여 금속 전극(201H 및 201L) 및 금속 전극(101H 및 101L)의 도시를 생략하는 등, 적절하게 간략화를 도모하고 있다.

도 1 내지 도 3, 도 22 및 도 23에 도시하는 바와 같이, 가스 분류용 정류기(70)는, 활성 가스(7)가 노즐 구성부(40)의 복수의 노즐부(12)를 통과한 복수의 노즐 통과 후 가스를 가스 정류 통로(71)의 입구부(711)에서 일괄하여 받는다. 그리고, 가스 분류용 정류기(70)는, 가스 정류 통로(71) 내에 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 통과시키는 정류 동작에 의해, 출구부(710)로부터 정류 후 활성 가스를 하방의 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)를 향하여 분사한다. 이때, 정류 후 활성 가스는 웨이퍼(34)에 대하여 수직 방향을 따라 공급된다.

가스 정류 통로(71)의 입구부(711) 및 출구부(710)는 모두 X 방향을 긴 변 방향, Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 라인형으로 개구되어 있다. 그리고, 가스 정류 통로(71)는, 출구부(710)의 출구 개구 면적이 입구부(711)의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한 상기 정류 동작에 의해, 복수의 노즐 통과 후 활성 가스 각각의 원기둥형 가스 분류가, X 방향(소정 방향)을 따라 라인형 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성된다. 구체적으로는, 가스 정류 통로(71)는, 긴 변 방향(X 방향)의 폭을 일정한 긴 변 방향 길이 LA로 유지하면서, 입구부(711)로부터 출구부(710)를 향하여 짧은 변 방향(Y 방향)의 폭이 짧은 변 방향 길이 LB로부터 짧아지는 형상을 나타내고 있다.

이 때문에, 가스 분류용 정류기(70)는, 균일성이 높은 라인형 정류 후 활성 가스를 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)를 향하여 분출할 수 있다.

이하, 상기 효과에 대하여 설명한다. 노즐 구성부(40)의 복수의 노즐부(12)를 통과한 복수의 노즐 통과 후 가스는, 가스 분출 구멍(55)의 수만큼의 서로 이산된 가스 분류 원기둥을 형성하여 가스 분류용 정류기(70)의 가스 정류 통로(71) 내로 유입된다.

가스 분류용 정류기(70)는 상술한 바와 같이 입구부(711)로부터 출구부(710)로 진행함에 따라 좁아지는 구조이기 때문에, 복수의 원기둥용 가스 분류가 찌부러져 X 방향(소정 방향)으로 퍼짐으로써, 최종적으로는 라인형 정류 후 활성 가스가 되어 출구부(710)로부터 분출된다.

이 때문에, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 이산적으로 마련된 복수의 가스 분출 구멍(55)의 배치에 따른 복수의 노즐 통과 후 가스 사이에 생기는 농담을 없애 균일 처리가 이루어지는 결과, 처리 대상 기판이 되는 웨이퍼(34)에 대하여 균일하게 분출되는 활성 가스(7)(정류 후 활성 가스)에 의해 균등하게 성막 처리를 실현할 수 있다.

또한, 가스 분류용 정류기(70)의 재질은 활성 가스로서 질소계 라디칼의 실활을 억제하는 효과를 발휘시킨다는 관점에서 석영으로 형성하는 것이 바람직하고, 이어서 알루미나, 알루미늄, 알루미늄 합금이 바람직하다. 석영은 고가인 데다가 취급상의 번거로움을 고려하면, 알루미늄 합금이 가장 취급하기 쉽다. 또한, 금속 재료 표면에 글래스 라이닝 처리나 세라믹 코팅을 실시한 것을 사용해도 된다.

상기 효과를 발휘시키기 위해, 가스 분류용 정류기(70) 중, 활성 가스(7)와 접촉하는 영역인 가스 접촉 영역(가스 정류 통로(71)의 표면 영역)을 석영 혹은 알루미나재를 구성 재료로 하여 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 가스 분류용 정류기(70)의 입구부(711)의 입구 개구 면적에 비하여, 출구부(710)의 출구 개구 면적이 좁게 되어 있지만, 도 22의 (b)에 도시하는 바와 같이 긴 변 방향이 되는 X 방향의 길이는 동일한 긴 변 방향 길이 LA로 설정하고, 도 22의 (c)에 도시하는 바와 같이, 짧은 변 방향이 되는 Y 방향의 길이를 입구부(711)로부터 출구부(710)에 걸쳐 짧아지는 구조를 취하고 있다.

따라서, 긴 변 방향 길이 LA를 웨이퍼(34)의 형성 길이에 일치시키고, 웨이퍼(34)에 대하여, 활성 가스 생성 장치(501)의 발생기 하우징(31X)을 Y 방향을 따라 이동시키면서, 가스 정류 통로(71)로부터 정류 후 활성 가스로서 활성 가스(7)를 공급함으로써, 웨이퍼(34) 전체에 활성 가스(7)를 공급할 수 있다. 또한, 발생기 하우징(31X)을 고정하고, 웨이퍼(34)를 이동시키도록 해도 된다.

가스 분류용 정류기(70)의 가스 정류 통로(71)는, 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 대하여 수직 방향을 따라 정류 후 활성 가스를 공급함으로써, 균일성이 높은 상태에서, 정류 후 활성 가스를 웨이퍼(34)에 공급할 수 있다.

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)에 있어서의 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 각각이 직경 r1을 갖는 제1 제한 통이 되는 복수의 가스 분출 구멍을 형성하고 있기 때문에, 생성되는 활성 가스에 지향성을 갖게 하고 마하를 초과하는 초고속으로 활성 가스를 공급할 수 있다. 이때, 제1단 제한 통(13)(가스 분출 구멍(55))의 하류에 마련한 노즐부(12)의 제2단 제한 통(14)의 존재에 의해, 제1단 제한 통(13)을 통과한 활성 가스가 초고속화됨에 수반하는 충격 압력 및 온도 상태에 따라, 분출되는 활성 가스의 극단적인 감속이 생기는 마하 디스크 현상을 억제할 수 있다.

게다가, 가스 정류 통로(71)는, 출구부(710)의 출구 개구 면적이 입구부(711)의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한 이 가스 정류 통로(71)를 통과함에 따른 정류 동작에 의해, 노즐 구성부(40)를 통과한 복수의 노즐 통과 후 활성 가스 각각의 원기둥형 가스 분류가, X 방향(소정 방향)을 따라 라인형 정류 후 활성 가스로 변환되도록 형성된다. 이 때문에, 가스 분류용 정류기(70)에 의해, 균일성이 높은 라인형 정류 후 활성 가스를 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)를 향하여 분출할 수 있다.

또한, 활성 가스(7)의 원료 가스(6)를, 적어도 질소, 산소, 불소 및 수소 가스를 포함하는 가스로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 질화막이나 산화막의 절연막 형성의 성막뿐만 아니라, 레지스트 박리나 에칭 가스, 세정 가스로서의 불화 가스의 활성 가스에 의한 고애스펙트비의 웨이퍼(34)의 표면 처리에도 이용할 수 있다. 또한, 수소 라디칼 가스 등의 초고속 가스를 웨이퍼(34)의 표면에 닿게 함으로써, 절연막 형성, 에칭 처리, 세정 기능 이외의 용도로 이용 가능한 활성 가스(7)도 공급할 수 있기 때문에, 다양한 성막 처리에 가스 공급 장치를 이용할 수 있다.

<실시 형태 2>

도 24는, 본 발명의 실시 형태 2인 활성 가스 생성 장치(502)의 단면 구조를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한, 도 24는, Y 방향을 따른 단면도라는 점에서, X 방향을 따른 단면도인 도 3의 단면도와 단면 방향이 상이하다. 즉, 도 24는 복수의 가스 분출 구멍(55)이 형성되는 배열 방향인 X 방향과 90도를 이루는 Y 방향을 따른 단면도이다.

도 25 내지 도 27은, 각각 가스 분류용 정류기(70B)의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 도 25 및 도 26은, 상방(+Z 방향)으로부터 각도를 바꾸어 본 도면이며, 도 27은, 하방(-Z 방향)으로부터 본 도면이다.

활성 가스 생성 장치(502)는 가스 분류용 정류기(70) 대신에 가스 분류용 정류기(70B)를 마련한 점이 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)와 상이하다. 다른 구성은 활성 가스 생성 장치(501)와 마찬가지이기 때문에, 동일 부호를 붙여 설명을 적절하게 생략한다.

이들 도면에 도시하는 바와 같이, 가스 분류용 정류기(70B)의 가스 정류 통로(71B)의 입구부(711B) 및 출구부(710B)는 모두 X 방향을 긴 변 방향으로 한 라인형으로 개구되어 있다. 그리고, 가스 정류 통로(71B)는, 가스 정류 통로(71)와 마찬가지로, 출구부(710B)의 출구 개구 면적이 입구부(711B)의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한 상기 정류 동작에 의해, 복수의 노즐 통과 후 활성 가스 각각의 원기둥형 가스 분류가, X 방향(소정 방향)을 따라 라인형 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성된다.

이 때문에, 가스 분류용 정류기(70B)는, 가스 분류용 정류기(70)와 마찬가지로, 균일성이 높은 라인형 정류 후 활성 가스를 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)를 향하여 분출할 수 있다.

또한, 가스 분류용 정류기(70B)에 마련되는 가스 정류 통로(71B)는, 출구부(710B)의 방향이 경사 방향으로 기운 구조로 되어 있다. 즉, 노즐 구성부(40)로부터 수직으로 가스 정류 통로(71B)에 침입한 노즐 통과 후 가스의 가스 분류는, 가스 정류 통로(71B)에 마련한 방향 규제면(75)에 충돌함으로써 +Y 방향으로 방향을 바꿈과 동시에 원기둥형 가스 분류가 변형되어 출구부(710B)를 향한다. 개별적으로 명확하게 분리되어 있었던 가스 분류가 이 변형에 의해 가스 정류 통로(71B)에서 재형성되기 쉬워져, 보다 라인 상태의 분류로 형태를 바꾸는 것이 가능하게 된다.

방향 규제면(75)의 형상은 직선형 경사면에 한정된 것은 아니며, 원 형상, 타원 형상이어도 상관없다. 다만, 노즐 구성부(40)를 경유하여 원기둥형으로 형성된 복수의 노즐 통과 후 가스 단면의 절반 정도 이상이 방향 규제면(75)에 접촉하는 형상 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(502)에 있어서의 가스 분류용 정류기(70B)의 가스 정류 통로(71B)는, 웨이퍼(34)에 대하여 수직 방향이 아니라, 수직 방향으로부터 소정의 각도를 갖게 한 경사 방향을 따라 정류 후 활성 가스가 공급되도록 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(502)는, 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 대하여 경사 방향을 따라 정류 후 활성 가스를 공급함으로써, 균일성을 크게 손상시키지 않고, 처리 대상 기판에 대하여 보다 넓은 영역에 정류 후 활성 가스를 공급할 수 있는 효과를 발휘한다.

<실시 형태 3>

도 28은, 본 발명의 실시 형태 3인 활성 가스 생성 장치(503)의 가스 분류용 정류기(70C)의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 28의 (a)가 저면도, 도 28의 (b)가 도 28의 (a)의 짧은 변 방향 길이 LB에 있어서의 단면 구조를 도시하는 단면도, 도 28의 (c)가 상면도이다. 도 28에 있어서, 적절하게 XYZ 좌표계를 도시하고 있다.

실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(503)는 가스 분류용 정류기(70) 대신에 가스 분류용 정류기(70C)를 마련한 점이 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)와 상이하다. 따라서, 전체 구성은 가스 분류용 정류기(70)가 가스 분류용 정류기(70C)로 치환된 점을 제외하고, 도 1 내지 도 3에서 도시한 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(501)와 마찬가지이다.

실시 형태 3의 가스 분류용 정류기(70C)도, 가스 분류용 정류기(70 및 70B)와 마찬가지로, 가스 분류용 정류기(70C)의 입구부(711C)의 입구 개구 면적에 비하여, 출구부(710C)의 출구 개구 면적이 좁게 되어 있고, 긴 변 방향이 되는 X 방향의 길이는 동일하게 설정되고, 도 28의 (b)에 도시하는 바와 같이, 짧은 변 방향이 되는 Y 방향의 길이를 입구부(711C)로부터 출구부(710C)에 걸쳐 짧아지는 구조를 취하고 있다.

즉, 가스 정류 통로(71C)의 출구부(710C)는 X 방향을 긴 변 방향으로 하고, 긴 변 방향에 대하여 수직으로 교차하는 Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 개구 형상을 나타내고 있다.

따라서, 가스 분류용 정류기(70C)는, 가스 분류용 정류기(70)와 마찬가지로, 가스 정류 통로(71C) 내에 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 통과시키는 정류 동작에 의해, 출구부(710C)로부터 정류 후 활성 가스를 하방의 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)를 향하여 수직 방향을 따라 분사한다.

또한, 가스 분류용 정류기(70C)는, 도 28의 (a) 및 (c)에 도시하는 바와 같이, 출구부(710C)는, 짧은 변 방향이 되는 Y 방향의 형성 폭이 긴 변 방향이 되는 X 방향을 따라 짧아지도록 변화되어 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 출구부(710C)는, -X 방향 단부의 Y 방향의 형성 폭인 짧은 변 방향 길이 LB1과 +X 방향 단부의 Y 방향의 형성 폭인 짧은 변 방향 길이 LB2가, {LB1>LB2}를 만족하도록 형성되어 있다.

실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(503)는, 가스 분류용 정류기(70C)의 가스 정류 통로(71C)가 상술한 바와 같이 형성되어 있기 때문에, 긴 변 방향(X 방향)을 따라 정류 후 활성 가스의 공급 정도를 변화시키면서, 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 대하여 정류 후 활성 가스를 공급할 수 있다.

또한, 실시 형태 3의 가스 분류용 정류기(70C)와 실시 형태 2의 가스 분류용 정류기(70B)를 합한 구조도 실현 가능하다. 즉, 짧은 변 방향의 형성 폭이 긴 변 방향을 따라 짧아지도록 변화하는 출구부(710C)와, 처리 대상 기판인 웨이퍼(34)에 대하여 경사 방향을 따라 정류 후 활성 가스를 공급하는 가스 정류 통로(71B)를 겸비하는, 가스 분류용 정류기를 실현하는 것도 가능하다.

본 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서 예시이지, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것이라고 이해된다.

1A: 고전압측 전극 구성부
2A: 접지측 전극 구성부
12: 노즐부
13: 제1단 제한 통
14, 14B: 제2단 제한 통
15: 제3단 제한 통
31X: 발생기 하우징
33X: 처리 챔버 하우징
34: 웨이퍼
40: 노즐 구성부
55: 가스 분출 구멍
70, 70B, 70C: 가스 분류용 정류기
71, 71B, 71C: 가스 정류 통로
301: 활성 가스 생성용 전극군
501 내지 503: 활성 가스 생성 장치

Claims (7)

1. 처리 대상 기판(34)을 수용하는 기판 수용부(33X)와,
   제1 및 제2 전극 구성부(1A, 1B)를 갖고, 원료 가스로부터 방전 현상을 이용하여 얻어진 활성 가스를, 상기 제2 전극 구성부에 이산 형성되는 복수의 가스 분출 구멍으로부터 분출하는 활성 가스 생성용 전극군(301)을 구비하고, 상기 복수의 가스 분출 구멍은 각각 평면으로 본 개구부 단면 형상이 제1 직경으로 원형으로 형성된 제1 제한 통(13)으로서 기능하고, 상기 제1 직경은, 상기 가스 분출 구멍의 통과 전의 1차 압력과 통과 후의 2차 압력의 압력차가 소정 압력비 이상이 되도록 설정되고,
   상기 활성 가스 생성용 전극군의 상기 복수의 가스 분출 구멍에 1대 1로 대응하여 마련되고, 각각이 상기 복수의 가스 분출 구멍으로부터 분출된 활성 가스를 통과시켜서 노즐 통과 후 활성 가스를 얻는 복수의 노즐부(12)를 포함하는 노즐 구성부(40)와,
   상기 노즐 구성부를 통과한 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 입구부에서 받고, 가스 정류 통로(71, 71B, 71C) 내에 상기 복수의 노즐 통과 후 활성 가스를 통과시키는 정류 동작에 의해, 출구부로부터 정류 후 활성 가스를 상기 처리 대상 기판을 향하여 분사하는 가스 분류용 정류기(70)를 구비하고,
   상기 복수의 노즐부는, 각각,
   평면으로 본 개구부 단면 형상이 제2 직경으로 원형으로 형성되고, 상기 제1 제한 통으로부터 공급되는 활성 가스를 상기 가스 분류용 정류기를 향하여 공급하는 제2 제한 통(14, 14B)을 갖고,
   상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 길어지도록 설정되어, 상기 노즐 통과 후 활성 가스는 원기둥형 가스 분류로 되고,
   상기 가스 정류 통로는, 상기 출구부의 출구 개구 면적이 상기 입구부의 입구 개구 면적보다 좁게 설정되며, 또한, 상기 정류 동작에 의해, 상기 복수의 노즐 통과 후 활성 가스의 원기둥형 가스 분류가, 소정 방향을 따라서 라인형 상기 정류 후 활성 가스로 변환되게 형성되는, 활성 가스 생성 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 정류 통로(71)는, 상기 처리 대상 기판에 대하여 수직 방향을 따라서 상기 정류 후 활성 가스가 공급되도록 마련되는, 활성 가스 생성 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가스 정류 통로(71B)는, 상기 처리 대상 기판에 대하여 수직 방향으로부터 소정의 기울기를 갖게 한 경사 방향에 따라 상기 정류 후 활성 가스가 공급되도록 마련되는, 활성 가스 생성 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스 정류 통로(71C)의 상기 출구부(710C)는 상기 소정 방향을 긴 변 방향으로 하고, 상기 긴 변 방향에 대하여 수직으로 교차하는 방향을 짧은 변 방향으로 한 개구 형상을 나타내고,
   상기 출구부는, 상기 짧은 변 방향의 형성 폭이 상기 긴 변 방향을 따라서 변화되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 활성 가스 생성 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가스 분류용 정류기 중, 가스와 접촉하는 영역인 가스 접촉 영역을 석영 혹은 알루미나재를 구성 재료로 하여 형성한 것을 특징으로 하는 활성 가스 생성 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 원료 가스는, 적어도 질소, 산소, 불소 및 수소를 함유한 가스인, 활성 가스 생성 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 활성 가스 생성용 전극군은,
   상기 제1 전극 구성부의 하방에 상기 제2 전극 구성부가 마련되고, 상기 제1 및 제2 전극 구성부에 대한 교류 전압의 인가에 의해, 상기 제1 및 제2 전극 구성부간에 방전 공간이 형성되고, 상기 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 활성 가스를 생성하고,
   상기 제1 전극 구성부는, 제1 유전체 전극(111)과 상기 제1 유전체 전극의 상면 상에 선택적으로 형성되는 제1 금속 전극(101H, 101L)을 갖고, 상기 제2 전극 구성부는, 제2 유전체 전극(211)과 상기 제2 유전체 전극의 하면 상에 선택적으로 형성되는 제2 금속 전극(201H, 201L)을 갖고, 상기 교류 전압의 인가에 의해 상기 제1 및 제2 유전체 전극이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 전극이 평면으로 보아 중복되는 영역이 상기 방전 공간으로서 규정되고,
   상기 제2 금속 전극은, 평면으로 보아 상기 제2 유전체 전극의 중앙 영역(R50)을 사이에 두고 서로 대향하여 형성되는 한 쌍의 제2 부분 금속 전극(201H, 201L)을 갖고, 상기 한 쌍의 제2 부분 금속 전극은 제1 방향을 전극 형성 방향으로 하고, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 서로 대향하는 방향으로 하고 있으며, 상기 소정 방향은 상기 제1 방향이고,
   상기 제1 금속 전극은, 평면으로 보아 상기 한 쌍의 제2 부분 금속 전극과 중복되는 영역을 갖는 한 쌍의 제1 부분 금속 전극(110H, 110L)을 갖고,
   상기 제2 유전체 전극은,
   상기 중앙 영역에 형성되고, 상기 제1 방향을 따라서 형성되는 상기 복수의 가스 분출 구멍(55)과,
   상기 중앙 영역에 있어서 상방으로 돌출되어서 형성되는 중앙 영역 단차부(51)를 구비하고, 상기 중앙 영역 단차부는, 평면으로 보아 상기 복수의 가스 분출 구멍에 중복되지 않고, 평면으로 보아 상기 복수의 가스 분출 구멍 각각에 가까워짐에 따라서 상기 제2 방향의 형성 폭이 짧아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
   활성 가스 생성 장치.

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