KR102465845B1 - 활성 가스 생성 장치 - Google Patents

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겐스케 와타나베
신이치 니시무라
렌 아리타
요시히토 야마다
요이치로 다바타
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 양질의 활성 가스를 생성할 수 있는 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명은 특징 (1) 내지 특징 (3)을 갖고 있다. 특징 (1)은 「접지측 전극 구성부(2X)가 고압측 전극 구성부(1X)를 지지하는 양태로 활성 가스 생성용 전극군(300)을 구성하고 있다」는 것이다. 특징 (2)는, 「고압측 전극 구성부(1X)의 유전체 전극(110)의 방전 공간외 영역에 마련되고, 하방으로 돌출되는 단차부(115H, 115M, 115L)를 갖고, 이들 단차부의 형성 높이(S15)에 의해 방전 공간(68)의 갭 길이를 규정하고 있다」는 것이다. 특징 (3)은, 「고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X)는, 각각 방전 공간 형성 영역(R68)의 두께를 비교적 얇게 형성하며, 또한, 상기 방전 공간외 영역의 두께를 비교적 두껍게 형성하고 있다」는 것이다.

Description

활성 가스 생성 장치
본 발명은 두개의 전극을 평행하게 설치하여, 양 전극간에 고전압을 인가하고, 방전을 발생시킨 에너지로 활성 가스를 얻는 활성 가스 생성 장치에 관한 것이다.
두개의 전극을 평행하게 설치하여, 양 전극간에 고전압을 인가하고, 양 전극 사이의 방전 공간에 방전 현상을 발생시킨 에너지로 활성 가스를 얻는 활성 가스 생성 장치는, 한쪽 전극에 교류의 고전압이 인가되고, 다른 쪽 전극은 접지 레벨 등의 기준 전압으로 설정되는 것이 일반적이다.
이러한 활성 가스 생성 장치는, 고전압의 급전부가 되는 한쪽 전극에는 수kVrms(Root Mean Square)의 고전압을 인가하고 있다. 또한, 한 쌍의 전극간에 형성되는 방전 공간 이외의 공간에 있어서는, 거기에 존재하는 가스가 절연 파괴하지 않도록 급전부/접지부(다른 쪽 전극 및 그것에 전기적으로 접속되는 부품 개소)와의 거리는 충분히 떨어져 있다. 그러나, 마이크로적인 시점에 있어서 급전부의 금속 부품의 형상이나 표면 상태에 의해 주변 가스층의 절연 파괴를 일으키기에 충분한 전계 강도의 집중은 어떻게 해도 피할 수 없다.
그리고, 방전 공간 이외에서 절연 파괴가 발생한 경우, 근방 부품의 구성 원소의 증발을 초래하는 현상이 생기고, 근방 부품이 금속제인 경우, 상기 현상이 반도체 성막 공정에 있어서는 메탈 콘타미네이션의 요인으로 되어 버린다.
이러한 메탈 콘타미네이션을 고려한 활성 가스 생성 장치로서 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 플라스마 발생 장치나 특허문헌 2에 개시된 플라스마 처리 장치가 있다.
특허문헌 1에 개시된 플라스마 발생 장치는, 대향한 고압측 전극 구성부/접지측 전극 구성부간에 마련한 방전부에서 유전체 배리어 방전을 행하고, 그곳에 원료 가스를 통과시킴으로써 활성 가스를 생성하는 장치이다. 이 장치는, 방전부와 교류 전압 인가부가 분리되어 있지 않고, 동일 공간에 존재하고 있으며, 원료 가스는 교류 전압 인가부를 통과한 후에 방전 공간에 공급되고, 최종적으로는 처리 챔버로 공급된다.
특허문헌 2에 개시된 플라스마 처리 장치는, 대향하는 전극 구성부의 외측 에지부에 절연체를 삽입ㆍ밀폐하는 구조가 사용되고 있다. 이러한 구조로 함으로써, 방전부로부터 전극 구성부가 설치되어 있는 하우징(접지극을 포함함)으로의 이상 방전을 억제하는 것을 의도하고 있다.
일본 특허 제5694543호 공보 일본 특허 제5328685호 공보(도 10)
그러나, 특허문헌 1에 개시된 플라스마 발생 장치에서는, 원료 가스의 절연 파괴에 의한 방전은 반드시 방전부에서만 발생하는 것은 아니다. 거시적 관점에서는, 절연 거리를 충분히 취함으로써 방전부 이외에서의 불필요한 방전을 억제하도록 설계되어 있다. 불필요한 방전으로서, 예를 들어 교류 전압을 인가하고 있는 고압측 전극 구성부의 금속 전극과 전극 구성부를 수납하고 있는 금속 하우징간에서의 이상 방전을 고려할 수 있다.
그러나, 미시적 관점에서 보면 교류 전압을 인가하는 전류 도입 단자나 그것에 접속되는 금속 부품 등의 표면에는 반드시 요철이 형성되어 있고, 그 볼록부 주변에서는 장소에 따라서는 강전계 영역이 형성되고, 그 결과 가스의 절연 파괴, 즉 이상 방전이 발생할 가능성을 “0”으로 하기는 매우 곤란하다.
따라서, 특허문헌 1에 개시된 플라스마 발생 장치는, 상술한 절연 파괴에 의해 근방에 설치되어 있는 부품 구성 원소의 증발을 유발하고, 그것이 원료 가스에 혼입되어 방전부ㆍ처리 챔버로 공급됨으로써 반도체의 메탈 콘타미네이션이 되어 버리는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 플라스마 처리 장치에 있어서도, 이상 방전이 발생해 버렸을 때의 메탈 콘타미네이션 혼입 방지 처치로서는 불충분하다. 왜냐하면, 방전부와 교류 전압 인가부는 여전히 동일 공간 내에 존재하고 있고, 교류 전압 인가부를 경유한 원료 가스가 방전부로 진행함으로써 활성 가스를 생성하는 구조에는 변함이 없기 때문이다. 즉, 특허문헌 2에 개시된 플라스마 처리 장치는, 특허문헌 1에 개시된 플라스마 발생 장치와 마찬가지로 메탈 콘타미네이션의 발생을 회피할 수 없기 때문에, 그만큼, 생성되는 활성 가스의 품질을 열화시켜 버리는 문제점이 있었다.
본 발명에서는, 상기와 같은 문제점을 해결하여, 양질의 활성 가스를 생성할 수 있는 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 활성 가스 생성 장치는, 제1 전극 구성부와 상기 제1 전극 구성부의 하방에 마련되는 제2 전극 구성부를 갖는 활성 가스 생성용 전극군과, 상기 제1 및 제2 전극 구성부에 상기 제1 전극 구성부가 고전압이 되도록 교류 전압을 인가하는 교류 전원부를 갖는 활성 가스 생성 장치로서, 상기 제1 전극 구성부는, 제1 유전체 전극과 상기 제1 유전체 전극의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극을 갖고, 상기 제2 전극 구성부는, 제2 유전체 전극과 상기 제2 유전체 전극의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극을 갖고, 상기 제1 및 제2 유전체 전극이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 전극이 평면으로 보아 중복되는 영역인 방전 공간 형성 영역을 방전 공간으로서 포함하고, 상기 교류 전원부에 의한 상기 교류 전압의 인가에 의해, 상기 방전 공간에 방전 현상을 발생시켜, 상기 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스가 상기 제2 전극 구성부에 마련된 가스 분출구로부터 분출되고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 상기 활성 가스 생성용 전극군의 측면 및 상면을 둘러싸도록 마련되는 제1 보조 부재와, 상부의 주요면 상에 상기 활성 가스 생성용 전극군 및 상기 제1 보조 부재를 배치하는 제2 보조 부재를 구비하고, 상기 제1 및 제2 보조 부재에 의해, 상기 활성 가스 생성용 전극군과의 사이에 상기 방전 공간과 분리하여 교류 전압 인가 공간이 형성되고, 상기 제2 보조 부재는, 상기 가스 분출구로부터 분출되는 활성 가스를 통과시키는 보조 부재용 가스 배출구를 갖고, 상기 제1 및 제2 보조 부재는 일체적으로 연결되고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 상기 활성 가스 생성용 전극군 및 상기 제2 보조 부재의 모두와, 상기 제1 보조 부재의 적어도 일부를 수용하는 공동부를 갖는 금속제 하우징을 추가로 구비하고, 상기 하우징은 상기 보조 부재용 가스 배출구를 통과하는 활성 가스를 외부로 배출하는 하우징용 가스 배출구를 갖고, 상기 하우징과 상기 제1 및 제2 보조 부재 사이에 하우징 접촉 공간이 마련되고, 상기 제1 및 제2 보조 부재는, 상기 교류 전압 인가 공간과 독립적으로, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 상기 방전 공간으로 유도하고, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로를 가짐으로써, 상기 방전 공간과 상기 교류 전압 인가 공간의 가스의 흐름을 분리하고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 추가로, 이하의 특징 (1) 내지 (5)를 가지며, (1) 상기 제2 전극 구성부가 상기 제1 전극 구성부를 지지하는 양태로 상기 활성 가스 생성용 전극군이 구성되고, (2) 상기 제1 유전체 전극은, 상기 방전 공간 형성 영역 이외의 방전 공간외 영역에 있어서 하방으로 돌출되는 단차부를 갖고, 상기 단차부의 형성 높이에 의해 상기 방전 공간의 갭 길이가 규정되고, (3) 상기 제1 및 제2 유전체 전극은 각각 상기 방전 공간 형성 영역의 두께를, 상기 방전 공간외 영역보다 얇게 형성하고, (4) 상기 하우징은 공동부외의 상면에 있어서만, 상기 제1 보조 부재와 체결됨으로써, 상기 제1 보조 부재의 측면 및 상기 제2 보조 부재의 저면에 접촉하지 않고, 공동부 내에 상기 하우징 접촉 공간을 형성하며, (5) 상기 제1 및 제2 보조 부재는 모두 금속 재료로 구성된다.
청구항 1에 기재된, 본원 발명인 활성 가스 생성 장치에 있어서, 교류 전압 인가 공간은 방전 공간으로부터 분리하여 마련되어 있고, 제1 및 제2 보조 부재는, 교류 전압 인가 공간과 독립적으로, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 방전 공간으로 유도하는, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로를 가짐으로써, 방전 공간과 교류 전압 인가 공간의 가스의 흐름을 분리하고 있다.
이 때문에, 교류 전압 인가 공간에서 이상 방전이 발생한 경우에 생성되는, 제1 전극 구성부의 구성 재료 등의 증발 물질이, 직접 혹은 원료 가스 공급 경로를 경유하여 방전 공간에 혼입되는 혼입 현상을 확실하게 회피할 수 있다.
그 결과, 청구항 1에 기재된, 본원 발명인 활성 가스 생성 장치는, 상술한 혼입 현상을 확실하게 회피하여, 양질의 활성 가스를 외부로 배출할 수 있다는 효과를 발휘한다.
청구항 1에 기재된, 본원 발명은, 상기 특징 (1)을 가짐으로써 제1 및 제2 전극 구성부간에 위치 어긋남이 생기기 어려운 구조가 되기 때문에, 위치 어긋남에 기인한 간극에 이상 방전이 생길 가능성의 저감화를 도모할 수 있다.
청구항 1에 기재된, 본원 발명은, 상기 특징 (2)를 가짐으로써, 갭 길이를 고정밀도로 설정할 수 있고, 또한, 갭 길이 형성용 스페이서 등의 다른 부품을 불요로 하여 제품 비용의 저감화를 도모할 수 있다.
청구항 1에 기재된, 본원 발명은, 상기 특징 (3)을 가짐으로써, 방전 공간에 방전 현상을 발생시키기 위한 인가 전압의 증대를 피하고, 이상 방전이 생길 가능성의 저감화를 도모할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 유전체 전극 각각에 있어서 방전 공간외 영역의 두께를 두껍게 함으로써, 제1 및 제2 전극 구성부의 강도 향상을 도모할 수 있다.
청구항 1에 기재된, 본원 발명은, 상기 특징 (4)를 가짐으로써, 하우징과 제1 보조 부재의 시일은 하우징의 상면 1개소로도 충분하기 때문에, 그만큼, 설계 형상에 여유를 갖게 할 수 있다.
청구항 1에 기재된, 본원 발명은, 상기 특징 (5)를 가짐으로써, 하우징과 제1 및 제2 보조 부재 사이에 마련된 하우징 접촉 공간에 존재하는 가스에 의한 절연 파괴를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 활성 가스 생성용 전극군의 단면 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3은 실시 형태의 활성 가스 생성 장치의 주요 구성부를 분해한 상태로 나타내는 설명도이다.
도 4는 전제 기술의 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 5는 전제 기술의 활성 가스 생성 장치의 주요 구성부를 분해한 상태로 나타내는 설명도이다.
<활성 가스 생성 장치의 개략>
이하에서 설명하는 실시 형태에서 공통되는 활성 가스 생성 장치의 특징 개소에 대해 설명한다. 고압측 전극 구성부 및 접지측 전극 구성부를 대향적으로 한 쌍 배치함으로써, 유전체 배리어 방전의 활성 가스 생성용 전극군으로 하고 있다. 활성 가스 생성용 전극군에 있어서, 고압측 전극 구성부 및 접지측 전극 구성부간에 방전 공간이 형성된다.
이 활성 가스 생성용 전극군은 금속제 하우징 내에 수납되어 있고, 활성 가스 생성용 전극군 및 하우징을 포함하는 활성 가스 생성 장치는 실리콘 웨이퍼를 성막 처리하는 처리 챔버의 바로 위에 설치되어 있다. 고압측 전극 구성부 및 접지측 전극 구성부는 각각 유전체 전극 표면의 일부에는 금속 전극이 메탈라이즈 처리되어 있고, 그에 의해 유전체 전극과 금속 전극은 일체 형성되어 있다. 메탈라이즈 처리는 인쇄 소성 방법이나 스퍼터링 처리, 증착 처리 등을 사용하여 형성되어 있다.
금속 전극에는 고주파 전원이 접속되어 있다. 접지측 전극 구성부는 하우징과 함께 접지되어 있고, 기준 전위로 고정되어 있다. 고주파 전원으로부터 활성 가스 생성용 전극군에 10kHz 내지 100kHz, 2 내지 10kV의 교류 전압 V0p(0 피크값)을 인가함으로써, 활성 가스 생성용 전극군의 방전 공간에 있어서 유전체 배리어 방전을 발생시키고 있다.
활성 가스 생성 장치에는 외부로부터 가스 공급구(원료 가스 유로)를 경유하여 질소나 산소, 희가스류나 수소, 불소류의 원료 가스를 공급하고 있다. 이들 원료 가스가 활성 가스 생성용 전극군의 외주부에 마련된 원료 가스 공급 경로를 경유하여 내부의 방전 공간으로 진행하고, 방전 공간에서 활성화되어, 이 활성 가스를 포함한 가스는 접지측 전극 구성부에 마련된 가스 분출구로부터 하우징 외부의 처리 챔버로 분출되어, 성막 처리를 행하는 것이다.
<전제 기술>
도 4는 본 발명의 전제 기술인 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 5는 전제 기술의 활성 가스 생성 장치의 주요 구성부를 분해한 상태로 나타내는 설명도이다. 또한, 도 4 및 도 5 각각에 XYZ 직교 좌표계를 나타내고 있다.
도 5의 (b) 및 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301)은, 고압측 전극 구성부(1A)(제1 전극 구성부)와 고압측 전극 구성부(1A)의 하방에 마련되는 접지측 전극 구성부(2A)(제2 전극 구성부)를 갖고 있다.
접지측 전극 구성부(2A)는 유전체 전극(211)과 금속 전극(201H 및 201L)을 가지고 있고, 유전체 전극(211)은 X 방향을 긴 변 방향, Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 장방형상의 평판 구조를 하고 있다.
유전체 전극(211)에 관해, 중앙에 있어서 X 방향을 따라, 복수의 가스 분출구(55)가 마련된다. 복수의 가스 분출구(55)는 각각 유전체 전극(211)의 상면으로부터 하면으로 관통하여 마련된다.
또한, 쐐기형 단차 형상부(51)는, 평면으로 보아 복수의 가스 분출구(55)에 중복되지 않고, 평면으로 보아 복수의 가스 분출구(55) 각각에 접근함에 따라 Y 방향의 형성 폭이 짧아지도록 형성된다. 구체적으로는, 5개의 가스 분출구(55)간에 평면으로 보아 마름모 형상으로 형성되고, 서로 이산된 4개의 마름모형 단체부(51s)와, 5개의 가스 분출구(55) 중 양단의 가스 분출구(55)의 외측에 마련된 평면으로 보아 대략 2등변 삼각 형상의 2개의 삼각 단체부(51t)와의 집합체에 의해 쐐기형 단차 형상부(51)가 형성된다.
게다가, 유전체 전극(211)은 X 방향의 양단측에 상방으로 돌출되어 형성되는 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)를 추가로 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 공간(66)에 있어서의 갭 길이를 규정하고 있다.
도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 금속 전극(201H 및 201L)은 유전체 전극(211)의 하면 상에 형성되고, 평면으로 보아 유전체 전극(211)의 중앙 영역을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된다. 금속 전극(201H 및 201L)은 평면으로 보아 대략 장방형상을 하고, X 방향을 긴 변 방향으로 하고, X 방향에 직각으로 교차하는 Y 방향을 서로 대향하는 방향으로 하고 있다.
또한, 금속 전극(201H 및 201L)은 유전체 전극(211)의 하면에서 메탈라이즈 처리됨으로써 형성되고, 그 결과, 유전체 전극(211)과 금속 전극(201H 및 201L)은 일체 형성되어 접지측 전극 구성부(2A)를 구성한다. 메탈라이즈 처리로서 인쇄 소성 방법이나 스퍼터링 처리, 증착 처리 등을 사용한 처리가 고려된다.
한편, 고압측 전극 구성부(1A)의 유전체 전극(111)은 유전체 전극(211)과 마찬가지로, X 방향을 긴 변 방향, Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 장방형상의 평판 구조를 하고 있다. 또한, 유전체 전극(111) 및 유전체 전극(211)은 예를 들어 세라믹을 구성 재료로 하고 있다.
또한, 금속 전극(101H 및 101L)은 유전체 전극(111)의 상면 상에 형성되고, 평면으로 보아 유전체 전극(211)의 중앙 영역에 대응하는 동일 형상의 중앙 영역을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된다. 이 때, 금속 전극(101H 및 101L)은, 금속 전극(201H 및 201L)과 마찬가지로, 평면으로 볼 때 대략 장방형상을 하고, X 방향을 긴 변 방향으로 하고, X 방향에 직각으로 교차하는 Y 방향을 서로 대향하는 방향으로 하고 있다. 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.
그리고, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 접지측 전극 구성부(2A) 상에 고압측 전극 구성부(1A)를 배치함으로써 활성 가스 생성용 전극군(301)을 조립할 수 있다. 이 때, 고압측 전극 구성부(1A)에 있어서의 유전체 전극(111)의 중앙 영역과, 접지측 전극 구성부(2A)에 있어서의 유전체 전극(211)의 중앙 영역이 평면으로 보아 중복되도록 위치 결정하면서, 고압측 전극 구성부(1A)를 접지측 전극 구성부(2A) 상에 쌓아 올려서 조합함으로써, 최종적으로 활성 가스 생성용 전극군(301)을 완성할 수 있다.
또한, 활성 가스 생성용 전극군(301)의 X 방향으로 연장되는 양측면의 직선형 단차 형상부(52A 및 52B) 사이에 있어서 한 쌍의 스페이서(37)가 마련된다. 한 쌍의 스페이서(37)는 고압측 전극 구성부(1A), 접지측 전극 구성부(2A) 사이에 마련되고, 상술한 쐐기형 단차 형상부(51), 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)와 함께, 그 형성 높이에 의해, 방전 공간(66)에 있어서의 갭 길이를 규정하고 있다. 스페이서(37)는 비금속 재료로 구성되어 있고, 유전체 전극(111 및 211)과 동일 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 한 쌍의 스페이서(37)에는 Y 방향으로 연장되는 복수의 관통구(37h)가 마련되어, 활성 가스 생성용 전극군(301)의 외부로부터, 복수의 관통구(37h)를 통하여 고압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A) 사이의 방전 공간(66) 내에 원료 가스를 공급할 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.
금속 전극(101H 및 101L) 그리고 금속 전극(201H 및 201L)에는, (고압) 고주파 전원(5)(교류 전원부)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 접지측 전극 구성부(2A)의 금속 전극(201H 및 201L)은, 금속 하우징(34) 및 전극 구성부 설치대(33)의 내부에 선택적으로 마련된 금속 부품(도시되지 않음)을 통하여 접지되어 있고, 본 실시 형태에서는, 고주파 전원(5)으로부터 0 피크값을 2 내지 10kV로 고정하여, 주파수를 10kHz 내지 100kHz로 설정한 교류 전압을 금속 전극(101H 및 101L), 금속 전극(201H 및 201L)간에 인가하고 있다. 또한, 전극 구성부 설치대(33)는 상기 금속 부품을 제외하고 절연성을 갖는 구성 재료로 형성되어 있으며, 예를 들어 세라믹을 구성 재료로 하고 있다. 또한, 상기 금속 부품의 설치 형태로서는, 후술하는 활성 가스 배출구(33k)와 같이 전극 구성부 설치대(33)를 상하로 관통하는 관통 구멍을 복수개 마련하고, 복수의 관통 구멍 내 각각에 접지측 전극 구성부(2A)의 금속 전극(201H 및 201L)과 금속 하우징(34)을 전기적으로 접속하도록, 상기 금속 부품을 마련하는 등의 양태를 생각할 수 있다.
그리고, 전제 기술의 활성 가스 생성 장치는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 상술한 구성의 활성 가스 생성용 전극군(301)(고압측 전극 구성부(1A), 접지측 전극 구성부(2A)를 포함함)이 금속 하우징(34) 내에 커버(31), 커버(32) 및 전극 구성부 설치대(33)를 사용하여 수용되어 있다.
전술한 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(301)에 대해 고압측 전극 구성부(1A)가 고전압이 되도록 교류 전압을 인가하는 고주파 전원(5)(교류 전원부)이 마련된다. 고주파 전원(5)에 의한 교류 전압의 인가에 의해, 고압측 전극 구성부(1A) 및 접지측 전극 구성부(2A) 사이에 방전 공간(66)이 형성되고, 이 방전 공간(66)에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스가 접지측 전극 구성부(2A)에 마련된 복수의 가스 분출구(55)로부터 하방을 향하여 분출된다.
커버(31 및 32)의 조합 구조로 구성되는 제1 보조 부재는, 고압측 전극 구성부(1A)에 의해, 방전 공간(66)과 분리된 교류 전압 인가 공간 R31을 형성하도록, 고압측 전극 구성부(1A)의 상방에 마련된다.
한편, 제2 보조 부재인 전극 구성부 설치대(33)는, 그 주요면(33b)(도 5의 (d) 참조) 상에 접지측 전극 구성부(2A)의 하면 전체면을 배치하고, 활성 가스 생성용 전극군(301)을 접지측 전극 구성부(2A) 측으로부터 지지하고 있다. 또한, 전극 구성부 설치대(33)의 외주부는 주요면(33b)으로부터 상방(+Z 방향)으로 돌출되어 있는 외주 돌출부(33x)를 가지고 있고, 외주 돌출부(33x)에 의해 활성 가스 생성용 전극군(301) 전체를 둘러싸고 있어, 외주 돌출부(33x)와 스페이서(37)의 사이가 측면 공간 R33(도 4, 도 5의 (c) 참조)이 된다.
또한, 도 4 및 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 전극 구성부 설치대(33)는 복수의 가스 분출구(55)로부터 분출되는 활성 가스를 통과시켜, 하방으로 유도하는 복수의 활성 가스 통과구(33i) 및 복수의 활성 가스 배출구(33k)를 갖고 있다. 복수의 활성 가스 통과구(33i)는 복수의 가스 분출구(55)와 평면으로 보아 일치하도록 배치되고, 복수의 활성 가스 통과구(33i)의 하방에 복수의 활성 가스 배출구(33k)가 각각 마련된다. 활성 가스 통과구(33i) 및 활성 가스 배출구(33k)의 조합에 의해, 대응하는 가스 분출구(55)로부터 분출되는 활성 가스를 통과시키는 보조 부재용 가스 배출구가 구성된다.
제1 보조 부재의 일부를 구성하는 커버(32)는, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 직사각형 환형으로 형성되고, 고압측 전극 구성부(1A)의 단부 및 전극 구성부 설치대(33)의 외주 돌출부(33x) 상에 배치된다. 커버(32)의 내주 영역인 중공 영역(32c)은 평면으로 보아 고압측 전극 구성부(1A)의 형상보다 작고, 고압측 전극 구성부(1A) 내에 수렴되도록 고압측 전극 구성부(1A) 상에 배치된다. 한편, 전극 구성부 설치대(33)의 외주 영역은, 평면으로 보아 고압측 전극 구성부(1A)보다 크며, 고압측 전극 구성부(1A) 전체를 포함하도록 배치된다.
또한, 커버(32)는, 도 4 및 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 커버(32)를 수직 방향(Z 방향)으로 관통하는 원료 가스 유로(32h)를 갖고 있다. 원료 가스 유로(32h)는 커버(32)의 X 방향으로 연장되는 긴 변 영역에 있어서, 중앙부에 X 방향으로 연장하여 직선형으로 형성된다. 그리고, 원료 가스 유로(32h)의 하방에 측면 공간 R33이 위치한다.
또한, 커버(32)) 상에 커버(31)가 배치된다. 커버(31)는 하부가 평면으로 보아, 커버(32)와 동일한 직사각형 환형으로 형성되고, 상부가 평면으로 보아 직사각형으로 형성되고, 상부의 단부가 금속 하우징(34)의 상면 상에 배치된다. 커버(31)의 내주 영역인 중공 영역(31c)은 평면으로 보아 커버(32)의 중공 영역(32c)과 동일 형상을 하고 있다. 그리고, 커버(31) 상부의 단부가 볼트 등의 고정 수단을 사용하여, 금속 하우징(34)의 상면에 고정된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 커버(31)는 수직 방향으로 관통하는 원료 가스 유로(31h)를 가지고 있고, 원료 가스 유로(31h)는 원기둥형으로 형성되어 있고, 원료 가스 유로(31h)의 하방에 원료 가스 유로(32h)의 일부가 위치한다. 또한, 원료 가스 유로(31h)를 원료 가스 유로(32h)와 마찬가지로, 커버(31)의 X 방향으로 연장되는 긴 변 영역에 있어서, 중앙부에 X 방향으로 연장하여 직선형으로 형성하고, 원료 가스 유로(31h)의 하방에 원료 가스 유로(32h)의 전체가 위치하도록 해도 된다.
또한, 커버(31)는 상부에 있어서, 수직 방향으로 관통하는, 원료 가스 이외의 제2 가스인 퍼지 가스용 제2 가스 공급구인 퍼지 가스 공급구(31p)와 제2 가스 배출구인 퍼지 가스 배출구(31e)를 갖고 있다. 퍼지 가스 공급구(31p) 및 퍼지 가스 배출구(31e)는 각각 원기둥형으로 마련된다. 퍼지 가스 공급구(31p) 및 퍼지 가스 배출구(31e)는 함쎄 하방이 중공 영역(31c)에 도달하도록 마련된다. 또한, 퍼지 가스 공급구(31p) 및 퍼지 가스 배출구(31e)는 원료 가스 유로(31h)와는 독립적으로 마련되어 있어, 퍼지 가스와 원료 가스가 혼재되는 일이 없도록 하고 있다. 또한, 퍼지 가스 공급구(31p)로부터 공급하는 퍼지 가스로서, 질소 혹은 불활성 가스가 사용된다. 또한, 퍼지 가스 공급구(31p) 및 퍼지 가스 배출구(31e)는 방전 공간(66) 및 후술하는 하우징 접촉 공간 R34와도 독립적으로 형성되어 있다.
커버(31 및 32)의 조합 구조에 의해 구성되는 제1 보조 부재에 의해, 고압측 전극 구성부(1A)의 상방에, 커버(31)의 중공 영역(31c)과 커버(32)의 중공 영역(32c)을 포함하는 교류 전압 인가 공간 R31이 마련된다.
전술한 바와 같이, 커버(31 및 32)는 모두 평면으로 볼 때 직사각형 환형으로 형성되어 있기 때문에, 교류 전압 인가 공간 R31은 고압측 전극 구성부(1A), 커버(31 및 32)에 의해, 다른 공간과는 완전히 분리된 독립된 공간이 된다. 측면 공간 R33도 커버(32)의 저면과 전극 구성부 설치대(33)의 주요면(33b)의 단부 영역과 외주 돌출부(33x)에 의해, 방전 공간(66) 및 원료 가스 유로(31h 및 32h)를 제외한 다른 공간으로부터 완전히 분리되어 있다.
게다가, 원료 가스 유로(31h), 원료 가스 유로(32h), 측면 공간 R33 및 스페이서(37)에 마련되는 복수의 관통구(37h)에 의해, 원료 가스 유로(31h)의 상방인 외부로부터 방전 공간(66)에 연결되는 원료 가스 공급 경로를 형성하고 있다. 이 때, 원료 가스 유로(31h 및 32h)는 중공 영역(31c 및 32c)과 독립적으로 마련된다.
따라서, 원료 가스 유로(31h 및 32h), 측면 공간 R33 그리고 스페이서(37)의 복수의 관통구(37h)에 의해, 원료 가스 유로(31h)의 상방으로부터 방전 공간(66)으로 유도되는 원료 가스 공급 경로는, 교류 전압 인가 공간 R31로부터 독립적으로 형성된다.
그 결과, 원료 가스 공급 경로를 통하여 교류 전압 인가 공간 R31과 방전 공간(66)이 공간적으로 연결되지 않게 되어, 교류 전압 인가 공간 R31은 방전 공간(66)과의 가스의 흐름을 완전히 분리할 수 있다.
또한, 커버(32)는 비금속 재료를 구성 재료로 하고 있다. 커버(32)는, 원료 가스 유로(32h) 내에서 이상 방전이 발생해도 대응 가능하도록, 유전체 전극(111 및 211)의 구성 재료와 동일 재료를 구성 재료로 하는 것이 바람직하다. 또한, 커버(31)는 금속 재료를 구성 재료로 한 금속제이다. 커버(31)를 전계 강도가 낮은 영역에 설치하기 위해, 커버(32)의 형성 높이는, 고전압 인가 영역인 금속 전극(101H 및 101L)으로부터 충분한 거리를 확보하도록 설정된다.
또한, 활성 가스에 의해 생성되는 생성 디바이스에 따라서는 혼입되어도 문제가 없는 절연 물질, 예를 들어 석영이나 질화실리콘 등을 커버(32)의 구성 재료로 해도 된다. 이 경우, 가령 원료 가스 공급 경로(예를 들어 커버(32)나 스페이서(37))에서 이상 방전이 발생하여 그 구성 원소가 증발되고, 원료 가스 중에 혼입되어도 성막 처리 상은 전혀 문제가 없다.
이와 같이, 강전계 영역인 고압측 전극 구성부(1A)에 비교적 가까운 위치에 마련되는 원료 가스 공급 경로로부터 금속 재료를 완전히 배제함으로써, 금속 부품 유래의 메탈 콘타미네이션을 방지하는 것이 가능하게 된다.
금속제 하우징인 금속 하우징(34)은, 활성 가스 생성용 전극군(301)(고압측 전극 구성부(1A), 접지측 전극 구성부(2A)), 커버(32) 및 전극 구성부 설치대(33)의 모두와, 커버(31)의 하부를 내부의 공동부 내에 수용한다.
금속 하우징(34)의 공동부의 저면(34b) 상에 전극 구성부 설치대(33)가 배치되고, 이 때, 활성 가스 배출구(33k)의 하방에 활성 가스 배출구(34k)(하우징용 가스 배출구)가 위치한다. 따라서, 가스 분출구(55)로부터 분출되는 활성 가스는, 가스의 흐름(8)에 따라, 활성 가스 통과구(33i), 활성 가스 배출구(33k) 및 활성 가스 배출구(34k)를 통하여, 하방에 마련되는 외부의 처리 챔버 등으로 분출된다.
또한, 금속 하우징(34)의 공동부의 측면(34d)과 전극 구성부 설치대(33), 커버(32) 및 커버(31)의 하부의 측면 영역, 그리고 커버(31) 상부의 저면 영역의 일부와의 사이에 하우징 접촉 공간 R34가 마련된다. 이와 같이, 커버(31 및 32) 그리고 전극 구성부 설치대(33)의 외부에 있어서 금속 하우징(34)과의 사이에 하우징 접촉 공간 R34가 마련된다. 하우징 접촉 공간 R34는 주로 활성 가스 생성용 전극군(301)의 금속 전극(101H 및 101L)과의 절연 거리를 확보하기 위해 마련된다.
전술한 바와 같이, 교류 전압 인가 공간 R31은 고압측 전극 구성부(1A), 커버(31 및 32)에 의해, 다른 공간으로부터 완전히 독립된 내부 공간으로 되도록 구성되어 있고, 방전 공간(66)도 원료 가스 공급 경로 이외를 제외하고 다른 공간으로부터 독립된 내부 공간으로 되도록 구성되어 있다. 따라서, 하우징 접촉 공간 R34는 교류 전압 인가 공간 R31 및 방전 공간(66) 각각과 분리하여 마련된다.
또한, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로(31h, 32h)를 하우징 접촉 공간 R34와 독립적으로 마련함으로써, 방전 공간(66)에 이르는 상술한 원료 가스 공급 경로도 다른 공간으로부터 독립된 내부 공간으로 되도록 구성되어 있으므로, 방전 공간(66)과 하우징 접촉 공간 R34의 가스의 흐름을 완전히 분리하고 있다.
이와 같이, 교류 전압 인가 공간 R31, 방전 공간(66), 그리고 원료 가스 유로(31h 및 32h)를 포함하는 원료 가스 공급 경로는 각각, 하우징 접촉 공간 R34와의 사이에 가스의 흐름이 분리되도록, 하우징 접촉 공간 R34로부터 독립적으로 마련된다.
또한, 커버(31)와 커버(32)의 접촉면에 있어서 원료 가스 유로(31h 및 32h)를 둘러싸도록 O링(70)이 마련된다. 마찬가지로, 커버(32)와 전극 구성부 설치대(33)의 접촉면에 있어서의 원료 가스 유로(32h) 및 측면 공간 R33을 둘러싸도록 O링(70)이 마련된다. 이들 O링(70)에 의해 원료 가스 공급 경로의 다른 공간과의 사이의 밀봉 정도를 높이고 있다.
또한, 접지측 전극 구성부(2A)와 전극 구성부 설치대(33)의 접촉면에 있어서 활성 가스 통과구(33i)를 둘러싸도록 O링(70)이 마련되고, 전극 구성부 설치대(33)과 금속 하우징(34)와의 접촉면에 있어서 활성 가스 배출구(33k 및 34k)를 둘러싸도록 O링(70)이 마련된다. 이들 O링(70)에 의해 활성 가스 통과구(33i), 활성 가스 배출구(33k) 및 활성 가스 배출구(34k)의 다른 공간과의 사이의 밀봉 정도를 높이고 있다. 또한, 도 4에 있어서, 작은 동그라미 표시는 모두 O링(70)을 나타내고 있다.
이하, 전제 기술의 활성 가스 생성 장치의 효과에 대해 설명한다.
전제 기술의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 교류 전압 인가 공간 R31은 방전 공간(66)으로부터 분리하여 마련되어 있고, 커버(31 및 32)로부터 구성되는 제1 보조 부재는, 교류 전압 인가 공간 R31과 독립적으로, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 방전 공간(66)으로 유도하는, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로(31h 및 32h)를 가짐으로써, 방전 공간(66)과 교류 전압 인가 공간 R31의 가스의 흐름을 완전 분리하고 있다.
이 때문에, 교류 전압 인가 공간 R31에서 이상 방전 D2가 발생한 경우에 생성되는, 고압측 전극 구성부(1A)(특히 금속 전극(101H 및 101L))의 구성 재료 등의 증발 물질이, 직접 혹은 원료 가스 공급 경로를 경유하여 방전 공간(66)에 혼입되는 제1 혼입 현상을 확실하게 회피할 수 있다.
게다가, 전제 기술의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 하우징 접촉 공간 R34는 방전 공간(66)으로부터 분리하여 마련되어 있고, 커버(31 및 32)로부터 구성되는 제1 보조 부재는, 하우징 접촉 공간 R34와 독립적으로, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로(31h 및 32h)를 가짐으로써, 방전 공간(66)과 하우징 접촉 공간 R34의 가스의 흐름을 완전 분리하고 있다.
이 때문에, 하우징 접촉 공간 R34에 있어서의 이상 방전 D3 등에 의해 생성된 증발 물질이 방전 공간(66)에 혼입되는 제2 혼입 현상도 확실하게 회피할 수 있다.
그 결과, 전제 기술의 활성 가스 생성 장치는, 상술한 제1 및 제2 혼입 현상을 확실하게 회피할 수 있기 때문에, 양질의 활성 가스를 외부로 배출할 수 있다는 효과를 발휘한다.
또한, 전제 기술의 활성 가스 생성 장치는, 원료 가스 이외의 제2 가스로서 퍼지 가스를 퍼지 가스 공급구(31p)로부터 교류 전압 인가 공간 R31 내에 공급할 수 있다. 이 때문에, 교류 전압 인가 공간 R31 내에 이상 방전이 발생한 경우에 생성되는 증발 물질을 퍼지 가스 배출구(31e)로부터 외부로 제거할 수 있다.
또한, 상기한 원료 가스 공급 경로는 교류 전압 인가 공간 R31과 독립적으로 마련되어 있기 때문에, 퍼지 가스의 공급에 의해 원료 가스가 영향을 받는 일은 없다.
<전제 기술의 과제>
(제1 과제)
커버(31), 커버(32) 및 전극 구성부 설치대(33)(이하, 「커버(31) 등」이라고 약기하는 경우 있음)과 금속 하우징(34) 사이에 있어서 수직 방향으로 각 2군데에서 시일을 실시하고 있다.
구체적으로는, 금속 하우징(34)의 상면에 있어서 커버(31)와의 사이에 마련되는 O링(70)과, 금속 하우징(34)의 공동부의 저면(34b)에 있어서 전극 구성부 설치대(33)와의 사이에 마련되는 O링(70)에 의해, 커버(31) 등과 금속 하우징(34) 사이에 있어서의 시일이 실시된다.
커버(31) 등의 수직 방향의 위치 결정은, O링(70)에 의한 2개의 시일 개소 중, 어느 한쪽 시일 개소에서 실시해야만 하고, 그 경우, 다른 한쪽 시일 개소는, O링(70)의 압축 허용치(compression allowance) 이하의 치수 공차를 마련할 필요가 있기 때문에, 기하 공차나 치수 공차 등, 매우 가혹한 설계 형상으로 된다. 그 결과, 2개의 시일 개소에 있어서 모두 시일이 확실하게 실시할 수 없게 되거나, 가공비의 증대가 발생하거나 할 우려가 있었다.
(제2 과제)
도 4에서 도시하고 있는 O링(70)의 모든 체결을, 커버(31)와 금속 하우징(34) 사이에 있어서의 볼트 등의 조임 기구(76)에 의한 체결만으로 행하고 있다. 이 경우, 총체적인 조임 기구(76)에 대한 볼트 축력을 상당히 큰 것으로 할 필요가 생기고, 그것에 의한 비금속 부품인 전극 구성부 설치대(33)나 커버(32)에 대한 파손 리스크가 증대해 버리고, 동시에 각 O링(70)이 확실하게 시일되지 않을 가능성이 발생한다.
(제3 과제)
접지측 전극 구성부(2A)와 전극 구성부 설치대(33) 사이에 마련하고 있는 중앙부 부근의 O링(70)을 바로 위로부터 압박하는 기구가 없다. 전제 기술의 경우, 접지측 전극 구성부(2A)에 가한 체결력은 접지측 전극 구성부(2A) 자체를 경유하여, 하방의 O링(70)을 누르는 형태가 되기 때문에, 과도한 굽힘 강도가 접지측 전극 구성부(2A)에 발생하여 파손 리스크가 높아지고, 또한, 하방의 O링(70)의 시일을 확실하게 실시하지 못할 가능성이 있다.
(제4 과제)
활성 가스 생성용 전극군(301)을 접지측 전극 구성부(2A) 측으로부터 지지하는 전극 구성부 설치대(33)를 활성 가스 생성용 전극군(301)의 별도 부품으로서 마련하고 있기 때문에, 접지측 전극 구성부(2A)와 전극 구성부 설치대(33) 사이에 약간의 간극이 생긴 경우에도, 그 간극에 있어서 이상 방전이 발생할 가능성이 있었다.
이상 방전의 발생을 억제하기 위해서는 치수 공차ㆍ기하 공차를 상당히 가혹하게 해서, 접지측 전극 구성부(2A)와 전극 구성부 설치대(33)의 치수 정밀도를 높일 필요가 있다. 그러나, 접지측 전극 구성부(2A)를 구성하는 유전체 전극(211)은, 요망되는 공차 레벨에서의 가공이 어려운 경우나 가공 비용이 증대된다고 하는 리스크도 있었다.
(제5 과제)
전제 기술은, 전체적으로 O링(70)의 수가 너무 많다. O링(70)의 개수 증대는 체결력의 증대를 초래하는 것뿐 아니라, 누설 리스크를 높이게 되는 문제점이 있었다.
(제6 과제)
전제 기술은, 방전 공간(66)이나 금속 하우징(34)의 공동부의 저면(34b)의 근방 등, 고온이 되는 개소에 O링(70)을 마련하고 있다. O링(70)은 일반적으로, 그 내열 상한 온도 이하에서도 그 온도에 가까운 영역에서는 구성 물질의 증발이 생기고 또한 미소 누설이 발생한다는 것이 알려져 있다.
(제7 과제)
하우징 접촉 공간 R34가 주위를 O링(70)으로 시일된 폐공간으로 하고 있다. 조립 시에는 이미 폐공간이 되기 때문에 하우징 접촉 공간 R34는 대기압이며, 운전 개시에 의해 금속 하우징(34)의 온도가 상승한 경우, 그 열전도에 의해 하우징 접촉 공간 R34 내의 가스 온도가 상승한다. 그러나, 하우징 접촉 공간 R34는 폐공간이기 때문에 가스의 배출처가 존재하지 않고 압력의 상승을 초래하여, 결과적으로 금속 하우징(34)이나 커버(32) 등에 대한 과대한 하중원이 되어 버릴 우려가 있다.
(제8 과제)
도 5에 도시하는 바와 같이, 고압측 전극 구성부(1A)와 접지측 전극 구성부(2A) 사이의 방전 공간(66)의 갭 길이를 규정하기 위한 부위로서 쐐기형 단차 형상부(51), 직선형 단차 형상부(52A 및 52B), 스페이서(37)가 마련되어 있다.
쐐기형 단차 형상부(51), 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)는 접지측 전극 구성부(2A) 상에 있어서 동일 부품이기 때문에, 높이를 정렬시키기 쉽다. 한편, 스페이서(37)는 그들과는 별도 부품이며, 서로의 높이를 맞추기 위해서는 접지측 전극 구성부(2A), 스페이서(37) 모두 치수 공차ㆍ기하 공차를 가혹하게 할 필요가 있다. 그러나, 치수 공차ㆍ기하 공차를 가혹하게 해도, 쐐기형 단차 형상부(51), 직선형 단차 형상부(52A 및 52B)와 스페이서(37) 사이에서 형성 높이가 완전히 일치하는 것은 아니라서, 양자의 오차에 의해 생긴 간극으로부터 본래 원하지 않은 가스의 누설이 생기는 경우가 된다.
또한 스페이서(37)에 대해서는 복수의 관통구(37h)가 마련되어 있지만, 미세 구멍이기 때문에 가공 공정수의 증대나 구멍 치수 공차의 변동에 의한 가스 유량의 편중, 구멍 표면을 매끄럽게 할 수 없기 때문에 파티클의 발진원이 될 가능성 등 다종 다양한 리스크를 생각할 수 있다.
또한, 스페이서(37)는 커버(32)와 고압측 전극 구성부(1A)를 시일하는 O링(70)에 대한 하중을 받기 위해 마련되어 있으므로, 생략하기는 곤란하였다.
이와 같이, 도 4 및 도 5에 의한 전제 기술은, 상술한 효과를 발휘하는 반면, 상술한 제1 내지 제8 과제를 남기고 있어 개선의 여지가 있다. 그래서, 전제 기술의 과제 해결을 도모한 것이 이하에서 설명하는 실시 형태이다.
<실시 형태>
도 1은 본 발명의 실시 형태인 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 2는 활성 가스 생성용 전극군(300)의 단면 구성을 나타내는 설명도이다. 도 3은 실시 형태의 활성 가스 생성 장치의 주요 구성부를 분해한 상태로 나타내는 설명도이다. 또한, 도 1 내지 도 3 각각에 XYZ 직교 좌표계를 나타내고 있다.
도 2, 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(300)은, 고압측 전극 구성부(1X)(제1 전극 구성부)와 고압측 전극 구성부(1X)의 하방에 마련되는 접지측 전극 구성부(2X)(제2 전극 구성부)를 갖고 있다.
고압측 전극 구성부(1X)의 유전체 전극(110)(제1 유전체 전극) 및 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)(제2 유전체 전극)은, X 방향을 긴 변 방향, Y 방향을 짧은 변 방향으로 한 장방형상의 평판 구조를 하고 있다. 또한, 유전체 전극(110) 및 유전체 전극(210)은 예를 들어 세라믹을 구성 재료로 하고 있다.
도 2 및 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 유전체 전극(110)의 중앙 영역을 사이에 두고 서로 대향하여 X 방향을 따르고, 유전체 전극(110)의 상면으로부터 하방(-Z 방향)으로 우묵하게 들어간 한 쌍의 방전용 오목부(116)가 마련된다. 그리고, 한 쌍의 방전용 오목부(116)의 오목면에 금속 전극(100H 및 100L)(제1 금속 전극)이 마련된다.
이와 같이, 제1 금속 전극인 금속 전극(100H 및 100L)은, 제1 유전체 전극인 유전체 전극(110)의 상면(방전용 오목부(116)의 오목면)에 형성되고, 평면으로 보아 대략 장방형상을 하고, X 방향을 긴 변 방향으로 하고, X 방향에 직각으로 교차하는 Y 방향을 서로 대향하는 방향으로 하고 있다.
금속 전극(100H 및 100L)은 유전체 전극(110)의 상면에서 메탈라이즈 처리됨으로써 형성할 수 있다.
도 2 및 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 유전체 전극(210)의 중앙 영역에 있어서 X 방향을 따라, 복수의 가스 분출 구멍(25)이 마련된다. 복수의 가스 분출 구멍(25)은 각각 유전체 전극(210)의 상면으로부터 하면으로 관통하여 마련되고, 복수의 가스 분출 구멍(25)의 하방에 복수의 가스 통과구(25i)가 각각 마련된다. 가스 분출 구멍(25) 및 가스 통과구(25i)는 원기둥형으로 형성되고, 가스 통과구(25i)는 가스 분출 구멍(25)보다 넓은 저면을 갖고 있다. 또한, 도 3의 (c)에서는 가스 통과구(25i)의 도시를 생략하고, 가스 분출 구멍(25)만을 대표하여 도시하고 있다.
도 2 및 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 유전체 전극(210)의 중앙 영역을 사이에 두고 서로 대향해 X 방향을 따르고, 유전체 전극(210)의 하면으로부터 상방(+Z 방향)으로 우묵하게 들어간 한 쌍의 방전용 오목부(126)가 마련된다. 그리고, 한 쌍의 방전용 오목부(126)의 오목면에 금속 전극(200H 및 200L)(제2 금속 전극)이 마련된다. 또한, 평면으로 보아 금속 전극(200H 및 200L)을 둘러싸도록, 링(71) 형성용 O링 홈(82)이 유전체 전극(210)의 상면 내에 마련된다.
이와 같이, 제2 금속 전극인 금속 전극(200H 및 200L)은 제2 유전체 전극인 유전체 전극(210)의 하면(방전용 오목부(126)의 오목면)에 형성되고, 평면으로 보아 대략 장방형상을 하고, X 방향을 긴 변 방향으로 하고, X 방향에 직각으로 교차하는 Y 방향을 서로 대향하는 방향으로 하고 있다.
또한, 금속 전극(200H 및 200L)은 유전체 전극(210)의 하면에서 메탈라이즈 처리됨으로써 형성된다.
활성 가스 생성용 전극군(300)은, 접지측 전극 구성부(2X)가 고압측 전극 구성부(1X)를 지지하는 양태로 마련된다.
또한, 활성 가스 생성용 전극군(300)을 조립할 때, 고압측 전극 구성부(1X)에 있어서의 유전체 전극(110)의 중앙 영역과, 접지측 전극 구성부(2X)에 있어서의 유전체 전극(210)의 중앙 영역이 평면으로 보아 중복되도록 위치 결정하면서, 고압측 전극 구성부(1X)를 접지측 전극 구성부(2X) 상에 쌓아 올려, 최종적으로 활성 가스 생성용 전극군(300)을 완성할 수 있다. 그 후, 고압측 전극 구성부(1X)의 유전체 전극(110)과 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)을 볼트 등의 조임 기구(도시되지 않음)로 체결하여 일체화한다.
활성 가스 생성용 전극군(300)을 구성하는 유전체 전극(110)과 유전체 전극(210)이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 금속 전극(100H 및 100L)과 금속 전극(200H 및 200L)이 평면으로 보아 중복하는 방전 공간 형성 영역 R68 내에 존재하는 공간이 방전 공간(68)으로서 규정된다. 따라서, 유전체 전극(110)의 방전 공간 형성 영역 R68에 방전용 오목부(116)가 마련되고, 유전체 전극(210)의 방전 공간 형성 영역 R68에 방전용 오목부(126)가 마련된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 유전체 전극(110)은, 방전 공간 형성 영역 R68 이외의 영역인 방전 공간외 영역에, 방전 공간 형성 영역 R68에 비하여 하면이 하방(-Z 방향)으로 형성 깊이 S15만큼, 돌출되는 단차부(115H, 115M 및 115L)를 가지고 있어, 이들 단차부(115H, 115M 및 115L)의 형성 깊이 S15에 의해 방전 공간(68)의 갭 길이를 규정하고 있다.
또한, 고압측 전극 구성부(1X)의 유전체 전극(110)은 방전 공간 형성 영역 R68의 두께를 비교적 얇게 하며, 또한, 상기 방전 공간외 영역을 비교적 두껍게 하여 강도를 유지하고 있다.
즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 방전용 오목부(116)의 하방으로 오목부 깊이를 S16이라 하면, 유전체 전극(110)에 있어서, 방전 공간 형성 영역 R68은 상기 방전 공간외 영역과 비교하여, 「S16+S15」정도 얇게 형성할 수 있다.
접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)은 방전 공간 형성 영역 R68의 두께를 비교적 얇게 하며, 또한, 상기 방전 공간외 영역을 비교적 두껍게 하여 강도를 유지하고 있다.
즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 방전용 오목부(126)의 상방으로의 오목 깊이를 S26이라 하면, 유전체 전극 120에 있어서, 방전 공간 형성 영역 R68은 상기 방전 공간외 영역과 비교하여, 「S26」정도 얇게 형성할 수 있다. 또한, 유전체 전극(210)의 상면은 방전 공간 형성 영역 R68 및 상기 방전 공간외 영역간에 단차를 생기게 하지 않고 편평한 면으로 되어 있다.
이와 같이, 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)은 비교적 높은 강도를 갖고 있기 때문에, 접지측 전극 구성부(2X)에 의해 고압측 전극 구성부(1X)를 안정성 높게 지지할 수 있다.
금속 전극(100H 및 100L) 그리고 금속 전극(200H 및 200L)에는, (고압) 고주파 전원(5)(교류 전원부)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 접지측 전극 구성부(2X)의 금속 전극(200H 및 200L)은, 냉각대(13)와 금속 부품(도시되지 않음)을 통하여 접지되어 있고, 본 실시 형태에서는, 고주파 전원(5)보다 제로 피크값을 2 내지 10kV로 고정하고, 주파수를 10kHz 내지 100kHz로 설정한 교류 전압을 금속 전극(100H 및 100L), 금속 전극(200H 및 200L)간에 인가하고 있다.
그리고, 본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상술한 구성의 활성 가스 생성용 전극군(300)이 금속 하우징(14) 내에 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)를 사용하여 수용되어 있다.
전술한 바와 같이, 활성 가스 생성용 전극군(300)에 대해 고압측 전극 구성부(1X)가 고전압이 되도록 교류 전압을 인가하는 고주파 전원(5)이 마련된다. 고주파 전원(5)에 의한 교류 전압의 인가에 의해, 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X) 사이의 방전 공간(68)에 방전 현상(유전체 배리어 방전)이 발생하고, 이 방전 공간(68)에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스가 접지측 전극 구성부(2X)에 마련된 복수의 가스 분출 구멍(25)으로부터 하방을 향하여 분출된다.
제1 보조 부재인 커버(11 및 12)의 조합 구조와 제2 보조 부재인 냉각대(13)는, 고압측 전극 구성부(1X)의 상방을 주요 영역으로 하여, 활성 가스 생성용 전극군(300)과의 사이에 교류 전압 인가 공간 R11을 형성하도록 마련된다.
즉, 도 1 및 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 커버(12)를 활성 가스 생성용 전극군(300)의 주변을 둘러싸도록 마련하고, 커버(12) 상에 배치되는 커버(11)가 고압측 전극 구성부(1X)의 상방에 위치하도록 마련함으로써, 커버(11) 및 커버(12)에 의해, 활성 가스 생성용 전극군(300)의 측면 및 상면을 둘러싼다. 한편, 냉각대(13)는, 주요면(13b)(도 3의 (d) 참조) 상에 활성 가스 생성용 전극군(300)의 접지측 전극 구성부(2X)를 배치한다. 그 결과, 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)에 의해, 교류 전압 인가 공간 R11을 형성할 수 있다.
또한, 접지측 전극 구성부(2X)에 있어서의 유전체 전극(210)은 상기 방전 공간외 영역이 방전 공간 형성 영역 R68보다 두껍게 형성되어 있기 때문에, 냉각대(13)는, 금속 전극(200H 및 200L)은 주요면(13b)에 접촉하지 않고, 유전체 전극(210)만이 주요면(13b)에 접촉하는 양태로, 접지측 전극 구성부(2X)측으로부터 활성 가스 생성용 전극군(300)을 적재할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3의 (d)에 도시하는 바와 같이, 냉각대(13)는 복수의 가스 분출 구멍(25) 및 복수의 가스 통과구(25i)로부터 분출되는 활성 가스를 통과시켜, 하방으로 유도하는 복수의 활성 가스 배출구(13k)를 갖고 있다. 복수의 활성 가스 배출구(13k)는 복수의 가스 통과구(25i)와 평면으로 보아 일치하도록 배치되고, 활성 가스 배출구(13k)는, 대응하는 가스 분출 구멍(25) 및 가스 통과구(25i)로부터 분출되는 활성 가스를 통과시키는 보조 부재용 가스 배출구로서 기능한다.
또한, 냉각대(13)의 주요면(13b) 내에 있어서, 평면으로 보아 복수의 활성 가스 배출구(13k)를 둘러싸도록, 링(71) 형성용 O링 홈(83)이 마련되고, 원료 가스 유로(13h)의 주변에 O링(72) 형성용 O링 홈(86)이 마련되고, 냉각수 경로(13w)의 주변에 O링(72) 형성용 O링 홈(87)이 마련된다.
제1 보조 부재의 일부를 구성하는 커버(12)는, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 직사각형 환형으로 형성되고, 활성 가스 생성용 전극군(300) 전체를 둘러싸도록 하여 냉각대(13) 상에 배치된다.
따라서, 커버(12)의 내주 영역인 중공 영역(12c)은 내부에 활성 가스 생성용 전극군(300)을 수용하기 위해, 평면으로 보아 활성 가스 생성용 전극군(300)보다 약간 크게 마련된다.
한편, 냉각대(13)의 주요면(13b)의 형성 면적은, 평면으로 보아 활성 가스 생성용 전극군(300)보다 크고 커버(12)의 외주 면적과 동일 정도로 설정되어 있고, 활성 가스 생성용 전극군(300) 및 커버(12)를 주요면(13b) 상에 배치 가능하게 하고 있다.
또한, 커버(12)는, 도 1 및 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 커버(12)를 수직 방향(Z 방향)으로 관통하는 원기둥형 원료 가스 유로(12h)를 갖고 있다. 그리고, 원료 가스 유로(12h)의 하방에 냉각대(13)의 원료 가스 유로(13h)가 위치한다.
도 1 및 도 3의 (d)에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 유로(13h)는, 커버(12)의 표면으로부터 수직 방향(-Z 방향)으로 연장된 후, 중도에서 굴곡하여 수평 방향(+Y 방향)으로 연장하여 형성되어 있다. 또한, 원료 가스 유로(13h)에 연결되는 원료 가스 유로(13m)가 원료 가스 유로(13h)의 단부로부터 수직 방향(+Z 방향)을 따라 주요면(13b)까지 연장하여 형성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 유로(13m)의 상방에 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)에 마련되는 원료 가스 유로(2m)가 위치한다. 그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 원료 가스 유로(2m)는 방전 공간(68)에 연결되도록 유전체 전극(210) 내에 마련된다.
커버(12)는, 도 1 및 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 커버(12)를 수직 방향(Z 방향)으로 관통하는 원기둥형 냉각수 경로(12w)를 추가로 갖고 있다. 그리고, 냉각수 경로(12w)의 하방에 냉각대(13)의 냉각수 경로(13w)가 위치한다.
또한, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 커버(12)의 상면 내에 있어서, 중공 영역(12c)의 외주를 따른 영역에 O링(71) 형성용 O링 홈(81)이 마련되고, 원료 가스 유로(12h)의 주변에 O링(72) 형성용 O링 홈(84)이 마련되고, 냉각수 경로(12w)의 주변에 O링(72) 형성용 O링 홈(85)이 마련된다.
도 1 및 도 3의 (d)에 도시하는 바와 같이, 냉각수 경로(13w)는 냉각대(13)의 표면으로부터 수직 방향(-Z 방향)으로 연장되고, 중도에서 굴곡하여 수평 방향으로 연장한다. 수평 방향으로 연장하여 형성되는 냉각수 경로(13w)는 도 1에서는 일부밖에 나타나 있지 않지만, 실제로는 냉각대(13)의 전체에 걸쳐, 외부와의 사이에서 냉각수가 순환 가능하게 마련된다.
또한, 커버(12) 상에 커버(11)가 배치된다. 커버(11)는 하부가 평면으로 보아, 커버(12)와 동일한 직사각형 환형으로 형성되고, 상부가 평면으로 보아 직사각 형상으로 형성되며, 상부의 단부가 금속 하우징(14)의 상면 상에 배치된다. 그리고, 커버(11)의 내주 영역과 커버(12)의 내주 영역(중공 영역(12c))에 의해, 활성 가스 생성용 전극군(300)의 상면 및 측면을 둘러싸는 교류 전압 인가 공간 R11이 형성된다.
이와 같이, 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)에 의해 활성 가스 생성용 전극군(300)을 완전히 둘러 쌈으로써, 주로 고압측 전극 구성부(1X)의 상방에 폐공간이 되는 교류 전압 인가 공간 R11을 형성하고 있다.
또한, 커버(11), 커버(12)간, 커버(12), 냉각대(13)간은 도시하지 않은 볼트 등의 조임 기구를 사용하여 고정되고, 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)는 일체적으로 연결된다.
그리고, 일체 구조의 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)에 관한 것이며, 금속 하우징(14)의 상면에 있어서만, 조임 기구(76)에 의해 커버(11)의 상부와 금속 하우징(14)이 체결되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 커버(11)는 수직 방향으로 관통하는 원료 가스 유로(11h)를 가지고 있고, 원료 가스 유로(11h)는 원기둥형으로 형성되어 있으며, 원료 가스 유로(11h)의 하방에 원료 가스 유로(12h)의 일부가 위치한다.
게다가, 도 1에 도시하는 바와 같이, 커버(11)는 수직 방향으로 관통하는 냉각수 경로(11w)를 가지고 있고, 냉각수 경로(11w)는 원기둥형으로 형성되어 있고, 냉각수 경로(11w)의 하방에 냉각수 경로(12w)가 위치한다.
또한, 커버(11)는 상부에 있어서, 수직 방향으로 관통하는, 원료 가스 이외의 제2 가스인 퍼지 가스용 제2 가스 공급구인 퍼지 가스 공급구(11p)와 제2 가스 배출구인 퍼지 가스 배출구(11e)를 갖고 있다. 퍼지 가스 공급구(11p) 및 퍼지 가스 배출구(11e)는 각각 원기둥형으로 마련된다. 퍼지 가스 공급구(11p) 및 퍼지 가스 배출구(11e)는 모두 하방이 교류 전압 인가 공간 R11에 도달하도록 마련된다. 또한, 퍼지 가스 공급구(11p) 및 퍼지 가스 배출구(11e)는 원료 가스 유로(11h) 및 냉각수 경로(11w)와는 독립적으로 마련되어 있어, 퍼지 가스와 원료 가스나 냉각수가 혼재되는 일이 없도록 하고 있다. 또한, 퍼지 가스 공급구(11p)로부터 공급되는 퍼지 가스로서, 질소 혹은 불활성 가스가 사용된다. 또한, 퍼지 가스 공급구(11p) 및 퍼지 가스 배출구(11e)는 방전 공간(68) 및 하우징 접촉 공간 R14와도 독립적으로 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 커버(11)의 하부 및 커버(12)의 전체는 모두 평면으로 볼 때 직사각형 환형으로 형성되어 있고, 커버(12)의 중공 영역(12c) 내에 활성 가스 생성용 전극군(300)이 위치하도록 냉각대(13) 상에 활성 가스 생성용 전극군(300)이 적재되기 때문에, 교류 전압 인가 공간 R11은 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13) 내에 형성되는 폐공간으로 되어, 다른 공간과는 완전히 분리된 독립된 공간이 된다.
게다가, 원료 가스 유로(11h), 원료 가스 유로(12h), 원료 가스 유로(13h), 원료 가스 유로(13m) 및 원료 가스 유로(2m)를 통함으로써, 원료 가스 유로(11h)의 상방인 외부로부터 방전 공간(68)으로 연결되는 원료 가스 공급 경로를 형성하고 있다. 이 때, 원료 가스 유로(11h, 12h, 13h, 13m 및 2m)는 교류 전압 인가 공간 R11과 독립적으로 마련된다.
따라서, 원료 가스 유로(11h 내지 13h, 13m 및 2m)를 통함으로써, 원료 가스 유로(11h)의 상방으로부터 방전 공간(68)으로 유도되는 원료 가스 공급 경로는, 교류 전압 인가 공간 R11로부터 독립적으로 형성된다.
그 결과, 원료 가스 공급 경로를 통하여 교류 전압 인가 공간 R11과 방전 공간(68)이 공간적으로 연결되는 일은 없기 때문에, 교류 전압 인가 공간 R11은 방전 공간(68)과 완전 분리 형성되어 있어, 교류 전압 인가 공간 R11은 방전 공간(68)과의 가스의 흐름을 완전히 분리할 수 있다.
게다가, 냉각수 경로(11w), 냉각수 경로(12w) 및 냉각수 경로(13w)를 통함으로써, 커버(11)의 상방인 외부로부터 냉각대(13)를 냉각시키기 위한 냉각수 유통 경로를 형성하고 있다. 이 때, 냉각수 경로(11w, 12w 및 13w)는 교류 전압 인가 공간 R11 및 방전 공간(68)과 독립적으로 마련된다.
따라서, 냉각수 경로(11w 내지 13w)를 포함하고, 냉각수 경로(11w)의 상방으로부터 냉각대(13) 내부와의 사이에 마련되는 냉각수 유통 경로에 의해, 교류 전압 인가 공간 R11이나 방전 공간(68)에 악영향을 줄 일은 없다.
또한, 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)는 모두 금속 재료를 구성 재료로 하고 있다.
금속제 하우징인 금속 하우징(14)은, 활성 가스 생성용 전극군(300)(고압측 전극 구성부(1X), 접지측 전극 구성부(2X)), 커버(12) 및 냉각대(13)의 모두와, 커버(11)의 하부를 내부의 공동부 내에 수용한다.
금속 하우징(14)의 상면에 있어서만, 조임 기구(76)에 의해 커버(11)의 상부와 금속 하우징이 체결되어 있다. 이 때문에, 커버(11)의 하부, 커버(12) 및 냉각대(13)의 측면과 금속 하우징(14)의 측면(14d)의 접촉 및 냉각대(13)의 저면과 금속 하우징(14)의 저면(14b)의 접촉을 생기게 하지 않고, 금속 하우징(14)의 공동부 내에 하우징 접촉 공간 R14를 형성할 수 있다.
즉, 금속 하우징(14)의 공동부의 측면(14d)과 냉각대(13), 커버(12) 및 커버(11)의 하부 사이에 마련되는 측면 공간과, 금속 하우징(14)의 공동부의 저면(14b)과 냉각대(1) 사이에 마련되는 저면 공간을 합친 공간이 하우징 접촉 공간 R14가 된다.
이와 같이, 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)의 외부에 있어서 금속 하우징(14)과의 사이에 하우징 접촉 공간 R14가 마련된다. 하우징 접촉 공간 R14는 주로 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)와 금속 하우징(14)을 단열하기 위해 마련된다.
또한, 금속 하우징(14)의 공동부의 저면(14b)의 상방에 하우징 접촉 공간 R14를 격리시켜 냉각대(13)가 위치하고, 활성 가스 배출구(13k)의 하방에 하우징 접촉 공간 R14를 통하여 활성 가스 배출구(14k)(하우징용 가스 배출구)가 위치한다.
따라서, 가스 분출 구멍(25)으로부터 분출되는 활성 가스는, 수직 방향(-Z 방향)을 향하는 가스의 흐름에 따라, 가스 통과구(25i), 활성 가스 배출구(13k), 하우징 접촉 공간 R14 및 활성 가스 배출구(14k)를 통하여, 하방에 마련되는 외부의 처리 챔버 등으로 분출된다.
전술한 바와 같이, 교류 전압 인가 공간 R11은, 일체화된 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)에 의해, 다른 공간으로부터 완전히 독립된 내부 공간으로 되도록 구성되어 있다. 따라서, 하우징 접촉 공간 R14는 교류 전압 인가 공간 R11과 분리하여 마련된다.
또한, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로(11h, 12h) 등을 하우징 접촉 공간 R14와 독립적으로 마련함으로써, 방전 공간(68)에 이르는 상술한 원료 가스 공급 경로와, 하우징 접촉 공간 R14의 가스의 흐름을 완전히 분리하고 있다.
이와 같이, 교류 전압 인가 공간 R11, 그리고 원료 가스 유로(11h 및 12h)를 포함하는 원료 가스 공급 경로는 각각, 하우징 접촉 공간 R14와의 사이에 가스의 흐름이 분리되도록, 하우징 접촉 공간 R14로부터 독립적으로 마련된다. 또한, 냉각수 경로(11w 및 12w)를 포함하는 냉각수 유통 경로도 원료 가스 공급 경로와 마찬가지로 하우징 접촉 공간 R14로부터 독립적으로 마련된다.
또한, 커버(11)와 커버(12)의 접촉면에 있어서, 원료 가스 유로(11h 및 12h)의 주변에 O링(72)이 마련되고, 냉각수 경로(11w 및 12w)의 주변에 O링(72)이 마련되고, 활성 가스 생성용 전극군(300)을 둘러싸도록 O링(71)이 마련된다.
마찬가지로, 커버(12)와 냉각대(13)의 접촉면에 있어서, 원료 가스 유로(12h 및 13h)의 주변에 O링(72)이 마련되고, 냉각수 경로(12w 및 13w)의 주변에 O링(72)이 마련되며, 활성 가스 생성용 전극군(300)을 둘러싸도록 O링(71)이 마련된다.
상술한 O링(72)에 의해 원료 가스 공급 경로 혹은 냉각수 유통 경로와 다른 공간 사이의 밀봉 정도를 높이고 있다. 상술한 O링(71)에 의해 교류 전압 인가 공간 R11과 다른 공간 사이의 밀봉 정도를 높이고 있다.
또한, 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)과 냉각대(13)의 접촉면에 있어서 활성 가스 배출구(13k)의 주변에 O링(72)이 마련된다. 이 O링(72)에 의해 활성 가스 배출구(13k)와의 사이의 밀봉 정도를 높이고 있다. 또한, 도 1에 있어서, 작은 백색 개소는 모두 O링(71) 혹은 O링(72)을 나타내고 있다.
(효과 등)
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 교류 전압 인가 공간 R11은 방전 공간(68)으로부터 분리하여 마련되어 있고, 제1 및 제2 보조 부재인 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)는, 교류 전압 인가 공간 R11과 독립적으로, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 방전 공간(68)으로 유도하는, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로(11h, 12h, 13h 및 13m)를 가짐으로써, 방전 공간(68)과 교류 전압 인가 공간 R11의 가스의 흐름을 분리하고 있다.
이 때문에, 본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 교류 전압 인가 공간 R11에서 이상 방전이 발생한 경우에 생성되는, 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X)의 구성 재료 등의 증발 물질이, 직접 혹은 원료 가스 공급 경로를 경유하여 방전 공간(68)에 혼입되는 혼입 현상(전제 기술의 「제1 혼입 현상」에 상당)을 확실하게 회피할 수 있다.
그 결과, 본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 상술한 혼입 현상을 확실하게 회피하여, 양질의 활성 가스를 외부로 배출할 수 있다는 효과를 발휘한다.
또한, 본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는 이하의 특징 (1) 내지 (5)를 갖고 있다.
특징 (1)… 접지측 전극 구성부(2X)가 고압측 전극 구성부(1X)를 지지하는 양태로 활성 가스 생성용 전극군(300)을 구성하고 있다.
특징 (2)… 고압측 전극 구성부(1X)에 있어서의 유전체 전극(110)의 상기 방전 공간외 영역에 마련되고, 하방으로 돌출되는 단차부(115H, 115M, 115L)를 갖고, 이들 단차부(115H, 115M, 115L)의 형성 높이 S15에 의해 방전 공간(68)의 갭 길이를 규정하고 있다.
특징 (3)… 고압측 전극 구성부(1X)의 유전체 전극(110) 및 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)은, 각각 방전 공간 형성 영역 R68의 두께를 비교적 얇게 형성하며, 또한, 상기 방전 공간외 영역의 두께를 비교적 두껍게 형성하고 있다.
특징 (4)… 금속 하우징(14)은 상면에 있어서만, 커버(11)의 상부와 체결됨으로써, 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)의 측면 및 냉각대(13)의 저면에 접촉하지 않고, 금속 하우징(14)의 공동부 내에 하우징 접촉 공간 R14를 형성하고 있다.
특징 (5)… 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)는 모두 금속 재료로 구성된다.
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 상기 특징 (1)을 가짐으로써, 고압측 전극 구성부(1X)와 접지측 전극 구성부(2X)의 위치 정렬은 비교적 용이해서, 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X)간에 위치 어긋남이 생기기 어려운 구조가 되기 위해, 위치 어긋남에 기인한 간극에 이상 방전이 생길 가능성의 저감화를 도모할 수 있다.
즉, 접지측 전극 구성부(2X)를 고압측 전극 구성부(1X)의 설치대로서 기능시킴으로써, 냉각대(13)와 활성 가스 생성용 전극군(300) 사이의 엄밀한 위치 정렬은 불필요하게 되기 때문에, 쓸데없는 가공 정밀도를 필요로 하지 않고, 활성 가스 생성용 전극군(300)의 강도의 증대도 도모할 수 있다. 따라서, 전제 기술의 제4 과제를 해소할 수 있다.
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 상기 특징 (2)를 가짐으로써, 방전 공간(68)의 갭 길이를 고정밀도로 설정할 수 있고, 또한, 갭 길이 형성용 스페이서 등의 다른 부품을 불요로 하여 제품 비용의 저감화를 도모할 수 있다.
즉, 방전 공간(68)의 갭 길이를 하나의 부품인 고압측 전극 구성부(1X)의 단차부(15H, 115M, 115L)의 형성 높이 S15만에 의해 규정하고 있다. 단차부(15H, 115M, 115L) 각각의 형성 높이를 형성 높이 S15로 일치시키는 것은 비교적 간단하고 고정밀도로 행할 수 있기 때문에, 방전 공간(68)의 갭 길이의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 활성 가스 생성용 전극군(300)은 냉각대(13) 상에 배치할 수 있으면 되고, 활성 가스 생성용 전극군(300)은 커버(12) 사이에서 접촉 관계를 갖지 않기 때문에, 활성 가스 생성용 전극군(300)과 커버(12)를 시일하기 위한 O링을 마련할 필요성을 없앨 수 있다.
또한, 본 실시 형태는, 전제 기술의 스페이서(37)와 같은 하중을 받기 위한 부품이 불필요하게 되므로, 전제 기술의 제8 과제를 해소할 수 있다.
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 상기 특징 (3)을 가짐으로써, 유전체 전극(110 및 210) 각각에 있어서, 방전 공간 형성 영역 R68의 두께를 충분히 얇게 하고, 활성 가스 생성용 전극군(300)의 방전 공간(68)에 방전 현상을 발생시키기 위한 인가 전압의 증대를 피하고, 이상 방전이 생길 가능성의 저감화를 도모할 수 있다.
또한, 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X) 각각에 있어서 상기 방전 공간외 영역의 두께를 충분히 두껍게 함으로써, 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X) 각각의 강도 향상을 도모할 수 있다.
이와 같이 본 실시 형태에서는, 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X) 각각에 있어서 상기 방전 공간외 영역의 두께를 충분히 두껍게 하여 강도를 높임으로써, 전제 기술의 제3 과제를 해소할 수 있다.
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 상기 특징 (4)를 가짐으로써, 금속 하우징(14)와 제1 보조 부재를 구성하는 커버(11)의 체결은 금속 하우징(14)의 상면의 1개소에서도 충분하기 때문에, 그만큼, 설계 형상에 여유를 갖게 할 수 있다.
따라서, 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는 전제 기술의 제1 과제를 해소할 수 있다.
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 상기 특징 (5)를 가짐으로써, 금속 하우징(14)와 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13) 사이에 마련된 하우징 접촉 공간 R14에 존재하는 가스에 의한 절연 파괴를 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 교류 전압 인가 공간 R11은, 금속제의 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)에 의해 완전히 덮여 있기 때문에, 교류 전압 인가 공간 R11에 발생하는 고전계가 외부의 하우징 접촉 공간 R14에 영향을 주지는 않는다. 따라서, 하우징 접촉 공간 R14에서 이상 방전이 발생하지는 않는다.
또한, 상술한 바와 같이, 커버(11)와 금속 하우징(14)의 시일은, 금속 하우징(14)의 상면 1개소만으로 하고, 냉각대(13)의 저면과 금속 하우징(14) 사이에도 하우징 접촉 공간 R14가 마련되어 있다.
냉각대(13)의 저면 아래에 있어서 하우징 접촉 공간 R14는, 활성 가스 배출구(14k)에 연결되기 때문에, 하우징 접촉 공간 R14는 외부로 개방된 개방 공간으로되어 있다. 따라서, 하우징 접촉 공간 R14에 있어서 가스가 승압하는 일이 없어지기 때문에, 전제 기술의 제7 과제를 해소할 수 있다.
전제 기술에서는, 하우징 접촉 공간 R34에서 이상 방전하는 경우를 상정하여 전극 구성부 설치대(33)와 금속 하우징(34) 사이에 시일을 실시할 필요가 있었으나, 본 실시 형태의 구조에서는, 활성 가스 생성용 전극군(300)은, 모두 접지된 금속 부품(커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13))에 의해 형성되는 폐공간 내에 마련되기 때문에, 폐공간에 존재하는 교류 전압 인가 공간 R11에 이상 방전이 발생하지 않는 구조로 되어 있다.
또한, 커버(11), 커버(12)간, 커버(12), 냉각대(13)간, 활성 가스 생성용 전극군(300) 내의 고압측 전극 구성부(1X) 및 접지측 전극 구성부(2X)간 각각에 O링(71)이 마련된다.
그래서, 도 1에서는 도시하고 있지 않지만, 금속 하우징(14), 커버(11)간, 커버(11), 커버(12)간, 커버(12), 냉각대(13)간, 고압측 전극 구성부(1X), 접지측 전극 구성부(2X)간 각각의 O링(71) 주변에 볼트 등의 조임 기구를 사용하여 확실한 시일 처리를 실시하고, 또한 각 조임 기구의 체결력을 필요 최소한으로 함으로써 불필요한 굽힘 응력 등의 발생을 억제하는 것이 바람직하다. 그렇게 구성하면, 본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 전제 기술의 제2 과제의 해소를 도모할 수 있다.
금속 하우징(14), 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)는 금속 재료로 구성되어 있고 고압측 전극 구성부(1X)의 유전체 전극(110) 및 접지측 전극 구성부(2X)의 유전체 전극(210)은 각각 상기 방전 공간외 영역의 막 두께를 충분히 두껍게 하고 있기 때문에, 이들 구성부(1X, 2Y 및 11 내지 14)에 대해 지장없이 볼트 등의 조임 기구를 사용할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 3에서 나타낸 실시 형태와 도 4 및 도 5에서 나타낸 전제 기술을 비교하면, 실시 형태에서는, 접지측 전극 구성부(2X)가 전극 구성부 설치대(33)의 기능을 겸하기 위해, 전제 기술에서 필요로 한, 커버(32), 고압측 전극 구성부(1A)간의 시일용 O링(70) 및 전극 구성부 설치대(33), 접지측 전극 구성부(2A)간의 시일용 O링(70)에 대응하는 O링(71)을 마련할 필요가 없다.
이 때문에, 본 실시 형태에 있어서 필요로 하는 O링(71 및 72)의 수를, 전제 기술에 있어서 필요로 하는 O링(70)의 수보다 저감시킬 수 있기 때문에, O링에 관한 부품 개수를 적게 함으로써 시일 개소를 억제할 수 있어, 전제 기술의 제5 과제를 해소할 수 있다.
또한, 실시 형태의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 제1 및 제2 보조 부재인 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)는, 외부로부터 공급되는 냉각수를 냉각대(13)로 유도하는, 냉각수 유통 경로용 냉각수 유로(11w, 12w 및 13w)를 갖기 때문에, 활성 가스 생성용 전극군(300)을 접지측 전극 구성부(2X)측으로부터 냉각시켜 열변형의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.
이와 같이, 실시 형태는, 활성 가스 생성 장치 내부에 냉각수를 통과시킴으로써 냉각하는 구조로 하고 있다. 실시 형태의 상기 구조에 의해 O링(71 및 72)은 내열 상한 온도보다 현저하게 낮은 온도로 유지하는 것이 가능해져, 전제 기술의 제6 과제를 해소할 수 있다.
한편, 금속 하우징(14)은 100℃ 이상으로 가열할 필요가 있지만, 금속 하우징(14)의 공동부 내에 하우징 접촉 공간 R14를 마련하고, 금속 하우징(14)의 공동부 내에 있어서 커버(11), 커버(12) 및 냉각대(13)와 금속 하우징(14)이 접촉하고 있지 않고, 또한, 하우징 접촉 공간 R14는 1 내지 5Torr정도의 감압 영역이 되기 때문에, 금속 하우징(14)으로부터 활성 가스 생성용 전극군(300)으로의 열전도를 억제하는 구조로 되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치는, 원료 가스 이외의 제2 가스로서 퍼지 가스를 퍼지 가스 공급구(11p)로부터 교류 전압 인가 공간 R11 내에 공급할 수 있다. 이 때문에, 교류 전압 인가 공간 R11 내에 이상 방전이 발생한 경우에 생성되는 증발 물질을 퍼지 가스 배출구(31e)로부터 외부로 제거할 수 있다.
또한, 상기 원료 가스 공급 경로 및 냉각수 유통 경로는 교류 전압 인가 공간 R11과 독립적으로 마련되어 있기 때문에, 퍼지 가스의 공급에 의해 원료 가스 및 냉각수가 영향을 받을 일은 없다.
<변형예>
본 실시 형태의 활성 가스 생성 장치에서는, 방전 공간(68)의 압력은 대략 10kPa 내지 30kPa 정도의 비교적 약한 약 대기압으로 설정되어 있다. 또한, 상기 압력 설정에 있어서의 원료 가스로서 예를 들어 질소 가스(100％)를 고려할 수 있다.
방전 공간(68)에서는, 방전 D1을 발생시켜 원료 가스를 활성화시키는 공간이라는 점에서, 더 낮은 전압으로 방전을 개시시키는 것이 바람직하다. 방전 D1 자체는 전계 강도가 어떤 값을 초과하면 가스가 절연 파괴를 일으킴으로써 야기된다.
절연 파괴를 야기하는 전계 강도는 원료 가스의 종류와 압력에 의해 결정되고, 대기압 근방에 있어서는 압력이 낮을수록, 절연 파괴에 이르는 전계 강도도 낮아진다. 이상의 관점에서 방전 공간(68)에서는 상술한 압력 설정으로 하고 있다.
한편, 교류 전압 인가 공간 R11에서는 방전은 가능한 한 발생시키지 않는 것이 바람직하다. 예기치 않은 방전인 이상 방전을 발생시키지 않는 가장 확실한 방법은 절연 거리를 충분히 취하는 것이지만, 활성 가스 생성용 전극군(300)의 설치 스페이스의 문제 때문에 그 거리에는 한계가 있기 때문에, 변형예에서는, 압력을 높임으로써 절연 파괴 전계 강도를 보다 높게 하는 방법을 채용하고 있다. 단, 압력의 상한값은 구성 부품의 강도에 의해 대략 결정되기 때문에, 교류 전압 인가 공간 R11의 압력은 100kPa 내지 300kPa(절대압) 정도로 하는 것이 바람직하다.
실시 형태에서 나타낸 구조는, 방전 공간(68)과 교류 전압 인가 공간 R11은 가스층을 서로 분리한 구조로 되어 있다. 이 때문에, 방전 공간(68)의 압력을, 교류 전압 인가 공간 R11의 압력보다 낮게 설정함으로써, 방전 공간(68)에 있어서의 방전 D1이 보다 낮은 인가 전압으로도 발생하도록 하며, 또한, 교류 전압 인가 공간 R11의 압력을 비교적 높임으로써, 방전을 억제하는, 방전 공간(68) 및 교류 전압 인가 공간 R11 각각에 적합한 압력 설정이 가능하게 된다.
이와 같이, 실시 형태의 변형예는, 방전 공간(68)의 압력을 비교적 낮게 설정하여 방전 현상이 보다 낮은 인가 전압으로도 발생하도록 하며, 또한, 교류 전압 인가 공간 R11의 압력을 비교적 높게 설정하여 방전 현상이 발생하지 않도록 할 수 있다는 효과를 발휘한다.
본 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서, 예시이며, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 상정될 수 있는 것으로 이해된다.
1X: 고압측 전극 구성부
2X: 접지측 전극 구성부
11, 12: 커버
13: 냉각대
2m, 11h, 12h, 13h, 13m: 원료 가스 유로
11e: 퍼지 가스 배출구
11p: 퍼지 가스 공급구
11w, 12w, 13w: 냉각수 경로
300: 활성 가스 생성용 전극군

Claims (4)

  1. 제1 전극 구성부(1X)와 상기 제1 전극 구성부의 하방에 마련되는 제2 전극 구성부(2X)를 갖는 활성 가스 생성용 전극군(300)과, 상기 제1 및 제2 전극 구성부에 상기 제1 전극 구성부가 고전압이 되도록 교류 전압을 인가하는 교류 전원부(5)를 갖는 활성 가스 생성 장치로서,
    상기 제1 전극 구성부는, 제1 전극용 유전체막(110)과 상기 제1 전극용 유전체막의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극(100H, 100L)을 갖고, 상기 제2 전극 구성부는, 제2 전극용 유전체막 (210)과 상기 제2 전극용 유전체막의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극(200H, 200L)을 갖고, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체막이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 전극이 평면으로 보아 중복되는 영역인 방전 공간 형성 영역을 방전 공간으로서 포함하고,
    상기 교류 전원부에 의한 상기 교류 전압의 인가에 의해, 상기 방전 공간에 방전 현상을 발생시켜, 상기 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스가 상기 제2 전극 구성부에 마련된 가스 분출구(25)로부터 분출되고,
    상기 활성 가스 생성 장치는,
    상기 활성 가스 생성용 전극군의 측면 및 상면을 둘러싸도록 설치되는 제1 보조 부재(11, 12)와,
    상부의 주요면 상에 상기 활성 가스 생성용 전극군 및 상기 제1 보조 부재를 배치하는 제2 보조 부재(13)를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 보조 부재와 상기 활성 가스 생성용 전극군과의 사이에 상기 방전 공간과 분리하여 교류 전압 인가 공간(R11)이 형성되고, 상기 제2 보조 부재는, 상기 가스 분출구로부터 분출되는 활성 가스를 통과시키는 보조 부재용 가스 배출구(13k)를 갖고, 상기 제1 및 제2 보조 부재는 일체적으로 연결되고,
    상기 활성 가스 생성 장치는,
    상기 활성 가스 생성용 전극군 및 상기 제2 보조 부재의 모두와, 상기 제1 보조 부재의 적어도 일부를 수용하는 공동부를 갖는 금속제 하우징(14)를 더 구비하고, 상기 하우징은 상기 보조 부재용 가스 배출구를 통과하는 활성 가스를 외부로 배출하는 하우징용 가스 배출구(14k)를 갖고, 상기 하우징과 상기 제1 및 제2 보조 부재 사이에 하우징 접촉 공간(R14)이 마련되고,
    상기 제1 및 제2 보조 부재는, 상기 교류 전압 인가 공간과 독립적으로, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 상기 방전 공간으로 유도하는, 원료 가스 공급 경로용 원료 가스 유로(11h, 12h, 13h, 13m)를 가짐으로써, 상기 방전 공간과 상기 교류 전압 인가 공간의 가스의 흐름을 분리하고,
    상기 활성 가스 생성 장치는, 추가로 이하의 특징 (1) 내지 (5)를 가지며,
    (1) 상기 제2 전극 구성부가 상기 제1 전극 구성부를 지지하는 양태로 상기 활성 가스 생성용 전극군이 구성되고,
    (2) 상기 제1 전극용 유전체막은, 상기 방전 공간 형성 영역 이외의 방전 공간외 영역에 있어서 하방으로 돌출되는 단차부(115H, 115M, 115L)를 갖고, 상기 단차부의 형성 높이에 의해 상기 방전 공간의 갭 길이가 규정되고,
    (3) 상기 제1 및 제2 전극용 유전체막은 각각 상기 방전 공간 형성 영역의 두께를, 상기 방전 공간외 영역보다 얇게 형성하고,
    (4) 상기 하우징은 공동부외의 상면에 있어서만, 상기 제1 보조 부재와 체결됨으로써, 상기 제1 보조 부재의 측면 및 상기 제2 보조 부재의 저면에 접촉하지 않고, 공동부 내에 상기 하우징 접촉 공간을 형성하며,
    (5) 상기 제1 및 제2 보조 부재는 모두 금속 재료로 구성되는,
    활성 가스 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 보조 부재는, 외부로부터 공급되는 냉각수를 상기 제2 보조 부재로 유도하는, 냉각수 유통 경로용 냉각수 경로(11w, 12w, 13w)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    활성 가스 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 부재는 외부로부터 원료 가스 이외의 제2 가스를 상기 교류 전압 인가 공간에 공급하는 제2 가스 공급구(11p)를 추가로 갖고, 상기 제2 가스 공급구는 상기 원료 가스 유로와 독립적으로 마련되는,
    활성 가스 생성 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 공간의 압력에 비하여, 상기 교류 전압 인가 공간의 압력을 높게 설정한 것을 특징으로 하는,
    활성 가스 생성 장치.
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