KR102510329B1 - 활성 가스 생성 장치 및 성막 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장치 구성의 간략화 및 소형화를 도모하고, 또한, 활성 가스가 실활하는 현상을 억제할 수 있는 활성 가스 생성 장치의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명은 전극 유닛 베이스(2)에 마련되는 가스 통과 홈(24), 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)은 평면으로 보아 나선형을 나타내고 있다. 고압 전극(11)이 고압 전극용 홈(21)에 매립되어, 접지 전극(12)이 접지 전극용 홈(22)에 매립된다. 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)는, 전극 유닛 베이스(2)의 일부 및 가스 통과 홈(24)을 사이에 두고 서로 대향하도록, 전극 유닛 베이스(2) 내의 가스 통과 홈(24)의 양측면측에 배치되고, 가스 통과 홈(24)과 함께 평면으로 볼 때 나선형으로 마련된다.

Description

활성 가스 생성 장치 및 성막 처리 장치
본 발명은 반도체 성막 장치에 사용하는 병행 평판 전극형의 전극 구조를 갖고, 유전체 배리어 방전을 이용한 활성 가스 생성 장치에 관한 것이다.
병행 평판 전극형의 전극 구조를 갖고, 유전체 배리어 방전을 이용한 활성 가스 생성 장치의 설치 위치의 하나로서, 웨이퍼 등의 처리 대상물의 상방에 배치하는 양태가 있다. 이 양태의 경우, 활성 가스를 처리 대상물 전체에 균등하게 분사할 필요가 있기 때문에, 활성 가스 생성 장치와 처리 대상물의 사이에 가스 균등분사용 샤워 플레이트를 배치하는 것이 일반적이었다.
그러나, 샤워 플레이트 내의 활성 가스 통과 영역은 유전체 배리어 방전에 관여하지 않는 비방전 공간으로 되기 때문에, 샤워 플레이트 내의 활성 가스 통과 영역을 활성 가스가 통과하는 시간대는, 활성 가스가 실활하는 시간대로 된다. 이 때문에, 활성 가스 생성 장치가 질소 라디칼 등의 극단 수명의 활성 가스를 생성하는 경우, 샤워 플레이트 통과 중에 라디칼의 실활이 현저하게 촉진되어 버린다.
이와 같이, 활성 가스 생성 장치에 샤워 플레이트를 사용하면, 활성 가스가 실활하는 현상을 증장시켜 버리기 때문에, 바람직하지 않다.
샤워 플레이트를 사용하지 않는 종래의 활성 가스 생성 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 대기압 플라스마 반응 장치가 있다.
특허문헌 1에서 개시된 제1 종래 기술에서는, 대향 배치된 평판형의 전극을 종형으로 배치하고, 전극간의 방전으로 생성된 활성 가스를 기판에 분사하는 전극 구조를 채용하고 있다. 제1 종래 기술은, 대면적 기판에 대한 처리 대응으로서 전극 구조를 복수 세트 배치하고 있다.
이와 같이, 제1 종래 기술에서는, 전극 구조의 수를 늘려, 복수의 전극 구조를 채용함으로써, 기판 면적에 따른 대응이 용이하게 가능해진다.
샤워 플레이트를 사용하지 않는 다른 활성 가스 생성 장치로서, 예를 들어 특허문헌 2에 개시된 플라스마 처리 장치가 있다.
특허문헌 2에서 개시된 제2 종래 기술에서는, 수평 방향으로 대향 배치된 평판형 전극의 한쪽에 복수개의 가스 분출 구멍을 마련함으로써, 샤워 플레이트를 요하지 않게 하고, 또한, 대형 기판에 대한 처리를 가능하게 하고 있다.
특허문헌 2의 단락[0022], 도 1 및 도 2에 제1 기본 구성이 개시되어 있다. 구체적인 구성은 이하와 같다. 부언하면, ()안의 숫자는, 특허문헌 2에서 사용된 참조 부호이다.
제1 기본 구성은, 도전성을 갖지 않는 고압 전극(8)의 표면에 도전층(12)을 형성하고, 고압 전극(8)의 하방에 위치하며 도전성을 갖지 않는 접지 전극(7)에, 접지된 금속판(2)을 접촉시키는 구조를 채용하고 있다.
또한, 특허문헌 2의 단락[0063] 및 도 9에 제2 기본 구성이 개시되어 있다. 구체적인 구성은 이하와 같다. 부언하면, ()안의 숫자는, 특허문헌 2에서 사용된 참조 부호이다.
제2 기본 구성에서는, 제1 기본 구성에 추가하여, 접지 도전층(41)을 접지 전극(7) 내부에 매설한 구조를 채용하고 있다.
일본 특허 제2537304호 공보 일본 특허 제5328685호 공보
특허문헌 1에서 개시된 제1 종래 기술에서는, 복수의 전극 구조를 채용함으로써, 비교적 큰 면적의 처리 대상물에 대응 가능한 장치를 실현할 수 있다.
그러나, 제1 종래 기술에서 복수의 전극 구조를 채용하면, 복수의 전극 구조 각각에 고압 전극 및 접지 전극을 마련하지 않으면 안되어, 그만큼, 장치 구조가 복잡화된다. 또한, 제1 종래 기술에서는, 원료 가스의 통과 방향이 종방향이기 때문에 활성 가스의 농도 증가를 위해서는, 전극 구조를 구성하는 고압 전극 및 접지 전극의 종방향의 형성 길이를 충분히 길게 하는 것이 필요해지고, 필연적으로 장치 높이가 높아져, 장치의 대형화를 초래해 버린다.
이와 같이, 특허문헌 1에서 개시된 제1 종래 기술에서는, 장치 구조의 복잡화, 대형화를 초래해 버린다고 하는 문제점이 있었다.
다음에, 특허문헌 2에서 개시된 제2 종래 기술에 대하여 검토한다. 부언하면, ()안의 숫자는, 특허문헌 2에서 사용된 참조 부호이다.
상술한 제1 기본 구성에서는, 도전층(12)의 단부 등의 표면에 있어서의 전계 강도가 매우 높아지기 때문에, 방전부(3)의 가스층에 절연 파괴가 생기고, 그에 의해 금속의 도전층(12)에 이상 방전이 발생함으로써, 방전부(3)에 파티클이나 금속 증기가 생성된다. 즉, 도전층(12)의 이상 방전에 수반하여, 도전층(12), 챔버(1) 혹은 칸막이 판(2)으로부터 증발한 물질이 오염원으로 된다.
도전층(12)의 표층과 전극간의 방전장(공극(9))은 연결되어 있기 때문에, 방전장으로 가스를 수송하는 과정에서 도전층(12)의 증발 분자가 활성 가스 중에 혼입, 기판(15)을 오염시킬 우려가 있었다.
이와 같이, 제2 종래 기술의 제1 기본 구성에서는, 방전부(3)에 파티클이나 금속 증기가 생성되어, 기판(15)을 오염시킬 우려가 있다고 하는 문제점이 있었다.
상술한 기판(15)을 오염시킬 우려를 확실하게 방지하기 위해서는 방전부(3)에 있어서의 절연 거리를 충분히 크게 취할 필요가 있다. 그러나, 절연 거리를 크게 취하면 필연적으로 장치의 구성의 대형화를 초래하기 때문에, 바람직하지 않다.
한편, 상술한 특허문헌 2의 제2 기본 구성에서는, 고압 전극(8)의 도전층(12)은, 제1 기본 구성과 마찬가지로, 전극 표면에 노출된 구조이다. 고압 전극도 접지 전극과 마찬가지의 처치를 강구함으로써 고압측ㆍ접지측 양쪽의 도전층을 노출시키지 않는 것으로 하는 것이 이론적으로 가능하게 된다.
도 15는 제2 종래 기술에 있어서의 제2 기본 구성의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 동 도면에 도시하는, 공극(109)이 공극(9)에 대응하고, 제1 전극(107)이 한편 접지 전극(7)에 대응하고, 세공(110)이 세공(10)에 대응하고, 접지 도전층(141)이 접지 도전층(41)에 대응하고, 접지 간극(142)이 접지 간극(42)에 대응한다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 접지 도전층(141)의 개구 영역 H141은 세공(110)을 포함하고, 세공(110)보다 넓은 형상으로 형성되어 있기 때문에, 전극 유닛(100)과 접지 도전층(141) 사이에 접지 간극(142)이 생겼다. 이 접지 간극(142)은, 접지 도전층(141)이 형성되어 있지 않다.
따라서, 전극간의 방전장이 되는 공극(109)에 있어서, 접지 간극(142)의 상방 영역은 비방전 공간으로 되고, 이 비방전 공간을 가스가 통과할 때에는 활성 가스가 실활만 하게 되어, 활성 가스의 농도 저하를 초래해 버린다.
다음에, 접지 도전층(141)을 개량하여, 접지 간극(142)이 없는 상태(세공(110)과 본체 폴부의 개구 영역 H141의 개구 영역을 동일한 크기로 함)로 변경하는 변형예를 생각한다.
도 16은, 제2 종래 기술에 있어서의 제2 기본 구성의 변형예의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 16에서 나타내는 영역은, 도 15의 주목 영역 R7 및 그의 근방 영역을 확대해 나타낸 영역에 상당한다.
제2 기본 구성의 변형예에서는, 세공(110)을 단면 방향으로 관찰하면 접지 도전층(141)이 세공(110)에 노출된 상태로 되어 있다. 이 때문에, 접지 도전층(141)의 노출부 근방의 세공(110)에서 절연 파괴가 발생하였을 때에는, 접지 도전층(141)의 도전층 성분이 오염물이 되어 외부로 방출되게 된다.
이와 같이, 제2 종래 기술의 제2 기본 구성(도 15)에서는, 활성 가스의 농도 저하를 초래하는 문제가 있고, 제2 기본 구성의 변형예(도 16)에서는, 오염물이 발생해 버리는 문제점이 있었다.
본 발명에서는, 상기와 같은 문제점을 해결하여, 장치 구성의 간략화 및 소형화를 도모하고, 또한, 활성 가스가 실활하는 현상을 억제할 수 있는 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 활성 가스 생성 장치는, 유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치이며, 제1 및 제2 전극을 갖는 전극 유닛과, 상기 전극 유닛에 교류 전압을 공급하는 교류 전원을 구비하고, 상기 전극 유닛은, 유전체로 구성되는 전극 본체부와, 상기 전극 본체부 내에 형성되고, 각각이 도전성을 갖는 상기 제1 및 제2 전극과, 상기 전극 본체부에 형성되고, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 받는 가스 흡입구와, 상기 전극 본체부 내에 형성되고, 상기 가스 흡입구로부터 유입된 원료 가스가 통과하는 가스 내부 유로를 포함하고, 상기 가스 내부 유로는 평면으로 보아 나선형으로 마련되고, 상기 제1 및 제2 전극은, 상기 전극 본체부의 일부 및 상기 가스 내부 유로를 사이에 두고 서로 대향하도록, 상기 가스 내부 유로의 양측면측에 배치되어, 상기 가스 내부 유로와 함께 평면으로 볼 때 나선형으로 마련되고, 상기 제1 및 제2 전극간에 있어서의 상기 가스 내부 유로 내의 영역이 상기 방전 공간이 되고, 상기 교류 전원으로부터 상기 교류 전압을 인가함으로써 상기 방전 공간에 유전체 배리어 방전이 발생되고, 상기 전극 유닛은, 상기 방전 공간의 하방에 상기 가스 내부 유로에 연통되어 마련되는 복수의 가스 분출구를 더 포함하고, 상기 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스가, 상기 복수의 가스 분출구로부터 분출된다.
청구항 1 기재의 본원 발명인 활성 가스 생성 장치의 전극 유닛은, 평면으로 보아 나선형으로 마련되는 가스 내부 유로와, 방전 공간의 하방에 가스 내부 유로에 연통되어 마련되는 복수의 가스 분출구를 포함하고 있다.
따라서, 청구항 1 기재의 본원 발명인 활성 가스 생성 장치는, 복수의 가스 분출구와 방전 공간의 사이에, 유전체 배리어 방전에 관여하지 않는 비방전 공간이 형성되지 않기 때문에, 활성 가스가 실활하는 현상을 효과적으로 억제하는 효과를 발휘한다.
또한, 전극 본체부에 가스 흡입구, 복수의 가스 분출구, 제1 및 제2 전극 그리고 가스 내부 유로를 마련한다고 하는 비교적 간단한 구성으로 전극 유닛을 얻을 수 있기 때문에, 활성 가스 생성 장치의 장치 구성의 간략화를 도모할 수 있다.
게다가, 청구항 1 기재의 본원 발명에 있어서, 가스 내부 유로는 평면으로 보아 나선형으로 마련되기 때문에, 전극 유닛 자체의 면적을 크게 하지 않고, 복수의 가스 분출구로부터 가스 농도가 포화된 상태에서 활성 가스를 분출할 수 있기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치에 사용되는 전극 유닛의 구성 개략을 도시하는 설명도이다.
도 2는 도 1에서 나타내는 전극 유닛 베이스를 상방으로부터 본 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 1에서 나타내는 전극 유닛 베이스의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 1에서 나타내는 전극 유닛 베이스를 하방에서 본 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 5는 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치를 상방으로부터 본 평면 구조를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 6은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 7은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치를 사용한 성막 처리 장치의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 1에서 나타내는 전극 유닛 베이스를 상방으로부터 본 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 9는 도 8의 주목 영역을 확대하여 도시하는 설명도이다.
도 10은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치로 사용되는 전극 유닛의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 11은 도 10의 주목 영역을 확대하여 도시하는 설명도이다.
도 12는 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치에 있어서의 전극의 단면 구조를 확대하여 도시하는 설명도이다.
도 13은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치에 있어서의 전극의 단면 구조를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 14는 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 15는 제2 종래 기술에 있어서의 제2 기본 구성의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 16은 제2 종래 기술에 있어서의 제2 기본 구성의 변형예의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
<실시 형태 1>
실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 유전체 배리어 방전을 행하기 위한 전극 유닛(100)을 내부에 수납하고 있다.
도 1은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에 사용되는 전극 유닛(100)의 구성 개략을 도시하는 설명도이다. 도 1에 XYZ 직교 좌표계를 나타내고 있다. 이하에 도시하는 도 2 내지 도 14에 있어서도, 도 1과 마찬가지로, XYZ 직교 좌표계를 나타내고 있다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 전극 유닛(100)은, 각각이 유전체로 구성되는 전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)를 주요 구성부로서 갖고 있다. 전극 유닛 덮개(1)는 전극 유닛 베이스(2)의 상면 상에 마련되고, 전극 유닛 베이스(2)의 측면에 원료 가스 공급용 가스 흡입구(4)가 마련된다. 전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)의 조합 구조가 전극 본체부가 된다.
도 2는 전극 유닛 베이스(2)를 상방으로부터 본 평면 구조를 도시하는 평면도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 전극 유닛 베이스(2)에는 가스 통과 홈(24), 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)이 각각 전극 유닛 베이스(2)의 표면으로부터 파여 있다. 가스 통과 홈(24), 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)은 평면으로 보아 나선형으로 형성된다.
도 3은 전극 유닛 베이스(2)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2의 A-A 단면이 도 3으로 된다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 가스 통과 홈(24), 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)은, 각각의 저면이 전극 유닛 베이스(2)의 저면보다 약간 높은 위치가 되도록 파여 있다. 가스 통과 홈(24), 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)의 표면으로부터의 형성 깊이는 동일한 깊이 D2로 설정되어 있다.
이와 같이, 전극 유닛 베이스(2)는, 표면으로부터 동일한 형성 깊이로 마련되는 제1 및 제2 전극용 홈인 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)을 갖고 있다.
또한, 전극 유닛 베이스(2)는, 표면으로부터 깊이 D2(소정의 형성 깊이)로 홈형으로 형성되는 가스 통과 홈(24)을 갖고 있다.
고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)은, 전극 유닛 베이스(2)의 일부 및 가스 통과 홈(24)을 사이에 두고 서로 대향하도록, 전극 유닛 베이스(2) 내의 가스 통과 홈(24)의 양측면측에 배치되어, 가스 통과 홈(24)과 함께 평면으로 볼 때 나선형으로 마련된다.
그리고, 제1 전극인 고압 전극(11)이 고압 전극용 홈(21)에 매립되고, 제2 전극인 접지 전극(12)이 접지 전극용 홈(22)에 매립되어 있다. 이때, 고압 전극(11)은, 고압 전극용 홈(21)에 간극이 생기지 않고 고압 전극용 홈(21)의 전체에 걸쳐 매립되고, 접지 전극(12)은 접지 전극용 홈(22)에 간극이 생기지 않고 접지 전극용 홈(22)의 전체에 걸쳐 매립된다.
따라서, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)은, 전극 유닛 베이스(2)의 일부 및 가스 통과 홈(24)을 사이에 두고 서로 대향하도록, 전극 유닛 베이스(2) 내의 가스 통과 홈(24)의 양측면측에 배치되고, 가스 통과 홈(24)과 함께 평면으로 볼 때 나선형으로 마련된다. 그리고, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12) 사이에 있어서의 가스 통과 홈(24) 내의 영역이 방전 공간이 된다.
도 4는 전극 유닛 베이스(2)를 하방으로부터 본 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 가스 통과 홈(24)의 저면 하의 전극 유닛 베이스(2)의 영역을 관통하는 복수의 가스 분출구(6)가 서로 이산하여 선택적으로 마련되어 있다. 복수의 가스 분출구(6)는, 방전 공간의 하방에 가스 통과 홈(24)의 저면에 연결되어 마련된다. 즉, 복수의 가스 분출구(6)는 가스 통과 홈(24)에 연통되어 있다. 따라서, 가스 통과 홈(24) 내에서 생성된 활성 가스를 복수의 가스 분출구(6)로부터 외부로 분출할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 받는 가스 흡입구(4)가 전극 유닛 베이스(2)의 일 측면에 마련되고, 가스 흡입구(4)에 연통되어 가스 통과 홈(24)이 마련된다. 따라서, 가스 통과 홈(24)은 가스 흡입구(4)로부터 유입된 원료 가스가 통과한다.
전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)는 각각 알루미나 등의 유전체로 구성된다.
도 5는 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)를 상방으로부터 본 평면 구조를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도 6은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 5의 B-B 단면이 도 6으로 된다. 또한, 도 5에서는 설명의 편의상, 전극 유닛 덮개(1)가 없는 상태로 나타내고 있다.
이들이 나타내는 바와 같이, 전극 유닛(100)은 장치 케이스(30) 내에 수납되어 있다. 장치 케이스(30)는 알루미늄 합금 등의 금속으로 형성되며, 상면에 원료 가스 공급용 가스 공급구(34)가 마련된다.
장치 케이스(30)는, 저면의 일부 위에 전극 유닛(100)을 적재함과 함께, 저면의 중앙에 개구부 H30을 마련하고 있다. 개구부 H30은 평면으로 보아 복수의 가스 분출구(6)의 모두와 중복되도록 마련된다.
전극 유닛 덮개(1)는 전극 유닛 베이스(2) 상면 상에 O링 등의 시일 부재를 개재하여 밀착되어 있다.
이와 같이, 전극 유닛 베이스(2) 상면 상에 전극 유닛 덮개(1)를 밀착시키고 있기 때문에, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)은, 전극 본체부인 전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)의 조합 구조로부터 노출되지 않고, 전극 본체부 내에 마련되게 된다.
전극 유닛 베이스(2) 상에 전극 유닛 덮개(1)가 밀착하여 마련되어 있기 때문에, 전극 유닛(100)의 완성 단계에서는, 가스 통과 홈(24)은 상부가 노출되지 않고 밀봉된 가스 내부 유로로 된다. 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 전극 유닛 덮개(1)를 마련하기 전의 전극 유닛 베이스(2)의 단계, 전극 유닛(100)의 완성 단계를 포함하여 「가스 통과 홈(24)」이라고 표기한다.
이러한 구성의 활성 가스 생성 장치(10)는, 가스 흡입구(4)로부터 전극 유닛(100)의 내부로 진입한 가스는, 도 5의 파선의 화살표로 나타내는 가스의 흐름(8)을 따라, 나선형으로 형성되는 가스 통과 홈(24) 내를 진행하고, 가스 통과 홈(24)의 저면 아래에 마련된 복수의 가스 분출구(6)로부터 방출된다.
도 7은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)를 사용한 성막 처리 장치의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 활성 가스 생성 장치(10)의 바로 아래에 성막 처리 챔버(50)가 배치된다. 즉, 활성 가스 생성 장치(10)의 바로 아래에 있어서의 복수의 가스 분출구(6)로부터 활성 가스가 분출되는 외부 영역이 장치 하류 영역으로 되며, 이 장치 하류 영역을 포함하도록 성막 처리 챔버(50)가 배치된다.
성막 처리 챔버(50)는 상부에 개구부(58)를 갖고, 개구부(58)는 평면으로 보아 개구부 H30과 합치하도록 마련된다.
성막 처리 챔버(50)는 내부에 성막 처리 공간(60)을 갖고, 저면 상에 마련된 적재 테이블(51) 상에 성막 처리 대상물인 웨이퍼(55)가 적재되어 있다.
따라서, 활성 가스 생성 장치(10)의 복수의 가스 분출구(6)로부터 분출되는 활성 가스는, 개구부 H30 및 개구부(58)를 통하여 성막 처리 챔버(50)의 성막 처리 공간(60)의 웨이퍼(55)에 공급된다. 즉, 활성 가스 생성 장치(10)로부터 분출되는 활성 가스는 샤워 플레이트를 통하지 않고 웨이퍼(55)에 직접 공급된다.
그리고, 성막 처리 장치가 성막 처리를 실행할 때, 성막 처리 챔버(50)의 성막 처리 공간(60)의 압력은 수 kPa 이하로, 전극 유닛(100)의 가스 통과 홈(24) 내의 압력은, 수 kPa 내지 대기압(=101.33kPa)으로 되도록 압력 설정된다.
복수의 가스 분출구(6)는 각각 평면으로 보아 미소한 직경을 갖는 원형으로 형성된다. 이 때문에, 복수의 가스 분출구(6)는, 가스 통과 홈(24) 내와 성막 처리 챔버(50)의 성막 처리 공간(60) 내의 사이에, 압력차를 마련하기 위한 오리피스로서 기능할 수 있다.
즉, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에 있어서, 복수의 가스 분출구(6)는, 가스 통과 홈(24) 내의 압력이 상기 장치 하류 영역을 포함하도록 배치된 성막 처리 공간(60) 내의 압력보다 높아지도록, 비교적 작은 치수로 형성된다.
이와 같이, 복수의 가스 분출구(6)를 비교적 작은 치수로 형성하여, 가스의 유로를 좁히고 있다. 따라서, 가스 통과 홈(24) 내에 가득히 활성 가스가 충만되고, 가스 통과 홈(24) 및 성막 처리 챔버(50) 사이의 압력차에 따라, 복수의 가스 분출구(6) 각각으로부터 균등하게 활성 가스를 분출할 수 있다.
이와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 복수의 가스 분출구(6)를 오리피스로서 기능시킴으로써, 가스 통과 홈(24) 내의 압력이 장치 하류 영역을 포함하는 영역에 존재하는 성막 처리 공간(60)의 압력보다 높아지도록 설정하고 있다.
이 때문에, 가스 통과 홈(24) 및 성막 처리 공간(60)(성막 처리 챔버(50)) 사이의 압력차에 따라, 복수의 가스 분출구(6) 각각으로부터 균등하게 활성 가스를 분출할 수 있는 효과를 발휘한다.
활성 가스 생성 장치(10)에 있어서, 가스 통과 홈(24) 내의 압력은 10kPa 내지 대기압 사이에 설정되고, 성막 처리 공간(60) 압력은 가스 통과 홈(24) 내의 압력 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.
활성 가스 생성 장치(10)는, 가스 통과 홈(24) 내의 압력을 10kPa 내지 대기압 사이(10kPa 이상, 대기압 이하)로 설정함으로써, 가스 내부 유로인 가스 통과 홈(24) 내에 형성되는 방전 공간의 압력을 적절하게 설정할 수 있다.
성막 처리 챔버(50)는, 성막 처리 공간(60) 내의 압력을 가스 통과 홈(24) 내의 압력 미만으로 설정함으로써, 활성 가스 생성 장치(10)의 가스 통과 홈(24) 내에 활성 가스가 충만한 상태에서, 복수의 가스 분출구(6)로부터 활성 가스가 분출된다.
따라서, 활성 가스 생성 장치(10)는, 복수의 가스 분출구(6) 사이에서 분출 속도가 균등해지도록, 복수의 가스 분출구로부터 활성 가스를 분출할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)와 성막 처리 챔버(50)에 의해 구성되는 상기 성막 처리 장치는, 고정밀도로 성막 처리를 행할 수 있다.
또한, 전극 유닛 베이스(2)의 측면에 마련한 가스 흡입구(4)에 관해, 활성 가스 생성 장치(10) 내에서 특별한 배관 접속 등을 필요로 하지 않는다. 단순히, 가스 흡입구(4)를 통하여 활성 가스 생성 장치(10)에 가스를 공급하기만 하면, 가스 흡입구(4)로부터 가스 통과 홈(24)의 내부에 걸쳐, 충만된 가스가 자연스럽게 흘러 간다는 매우 단순한 구성으로 되어 있다.
또한, 전극 유닛(100)의 저면과 장치 케이스(30)의 저면 사이에는 O링 등의 시일 부재를 사용하여 밀착되어 있고, 활성 가스 생성 장치(10) 내의 가스는, 가스 흡입구(4), 가스 통과 홈(24) 및 복수의 가스 분출구(6)로 이루어지는 가스 유통 경로 이외에 외부로의 방출 경로를 갖지 않는다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 전극 유닛 베이스(2) 내에 판 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)은, 가스 통과 홈(24)과 비교하여, 그 형성폭(X 방향의 길이)이 상당히 좁은 홈으로 되어 있다.
고압 전극(11) 및 접지 전극(12)의 형성 방법으로서, 고압 전극용 홈(21) 내에 금속박이나 금속판을 삽입함으로써 고압 전극(11)을 구성하고, 접지 전극용 홈(22) 내에 금속박이나 금속판을 삽입함으로써 접지 전극(12)을 구성하는 제1 방법이 고려된다.
그러나, 금속박이나 금속판에서는 홈(21 및 22) 사이에 간극이 생기기 쉽고, 그 간극에 고전계 강도 영역이 발생하면 용이하게 절연 파괴가 생겨 버린다. 이 때문에, 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)을 간극 없이 완전히 밀폐하도록, 홈(21 및 22) 내에 금속 페이스트 등을 유입시켜 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)을 형성하는 제2 방법을 상기 제1 방법 대신에 채용하는 것이 바람직하다.
고압 전극(11) 및 접지 전극(12)은 고주파 전원인 교류 전원(5)이 접속된다. 구체적으로는, 교류 전원(5)으로부터 고압 단자 P11을 통하여 고압 전극(11)에 고전압으로 되는 교류 전압이 인가되고, 접지 전극(12)은 접지 단자 P12를 통하여 접지 레벨로 설정된다.
도 8은 전극 유닛 베이스(2)를 상방으로부터 본 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 9는 도 8의 주목 영역 R2를 확대하여 도시하는 설명도이다.
도 10은 전극 유닛(100)의 단면 구조를 도시하는 단면도이며, 도 11은 도 10의 주목 영역 R100을 확대하여 도시하는 설명도이다.
전극 유닛 베이스(2) 자체는 유전체로 구성되기 때문에, 교류 전원 5 내지 10㎑ 내지 100㎑, V0p(0 피크값): 2 내지 10kV의 교류 전압을 인가함으로써, 고압 전극(11)과 접지 전극(12) 사이에 끼워진 가스 통과 홈(24) 내의 영역인 방전 공간에 유전체 배리어 방전(16)을 발생시킬 수 있다.
가스 흡입구(4)로부터 전극 유닛 베이스(2)의 내부 가스 통과 홈(24)으로 진입한 원료 가스는, 가스 통과 홈(24) 내의 방전 공간을 통과하면서, 나선형의 가스 통과 홈(24)을 중심 방향으로 진행함으로써 활성화되어 활성 가스가 생성된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 성막 처리 장치에 있어서의 활성 가스 생성 장치(10)는, 성막 처리 챔버(50)의 성막 처리 공간(60) 내의 웨이퍼(55)의 바로 위에 설치되어 있기 때문에, 전극 유닛(100) 내에서 생성된 활성 가스가 복수의 가스 분출구(6)를 경유하여 웨이퍼(55)를 향하여 분출된다.
이와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)를 사용한 성막 처리 장치는, 장치 하류 영역을 포함하는 영역에 마련되고, 복수의 가스 분출구(6)로부터 활성 가스를 직접 받는 성막 처리 공간(60)을 갖는 성막 처리 챔버(50)를 구비하고 있다.
상기 구성의 성막 처리 장치는, 활성 가스 생성 장치(10)로부터 생성되는 활성 가스가 비교적 수명이 짧은 활성 가스여도, 활성 가스의 감쇠를 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 성막 처리 공간(60) 내에 있어서의 성막 속도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 전극 본체부를 구성하는 전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)는 각각 알루미나 등의 유전체로 구성된다. 이 때문에, 가스 통과 홈(24) 내에 형성되는 방전 공간에 유전체 배리어 방전을 일으킬 수 있다.
또한, 전극 본체부의 구성 재료가 될 수 있는 유전체로서, 알루미나 이외에 예를 들어, 석영, 질화규소, 질화알루미늄 및 질화붕소가 고려된다. 따라서, 전극 본체부는, 알루미나, 석영, 질화규소, 질화알루미늄 및 질화붕소 중 적어도 하나를 구성 재료로 하면 된다.
또한, 원료 가스로서, 질소나 산소, 희가스류나 수소, 불소류 등을 사용함으로써 웨이퍼(55)에 대한 다양한 처리에 사용하는 것이 가능하게 된다.
원료 가스는, 질소, 산소, 불소 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 가스라면 이하의 효과를 발휘할 수 있다.
이하, 이 점을 상세하게 설명한다. 질소나 산소를 원료 가스로 하면 질화막이나 산화막의 절연막을 성막할 수 있다. 불소나 염소 가스를 원료 가스로 하면, 활성화한 불화 가스나 염소 가스를 에칭 가스나 세정 가스로서 이용할 수 있다. 수소나 질소를 원료 가스로 하면, 활성화한 수소 가스나 질화 가스에 의해 웨이퍼(55) 등의 처리 대상물의 표면을 수소화, 질화하여 표면 개질 처리를 행할 수 있다.
오리피스가 되는 가스 분출구(6)에 가능한 한 가까운 영역까지 방전장(방전 공간)으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 방전장 내지 오리피스간의 경로에 방전에 관여하지 않는 비방전 공간이 존재하면, 비방전 공간에서는 활성 가스가 생성되지 않고 실활만 하는 데드 스페이스가 되어 버리기 때문이다.
복수의 가스 분출구(6)의 상류에 위치하는 가스 통과 홈(24) 내는 고압 영역이기 때문에, 활성 가스 실활 속도가 특히 높다. 이 때문에, 방전장 내지 오리피스간의 경로에 약간의 비방전 공간이 존재해도 활성 가스 농도의 현저한 저하를 초래해 버린다.
전술한 바와 같이, 특허문헌 2에서 개시된 제2 종래 기술의 제2 기본 구성은, 접지 간극(142)의 상방에 존재하는 공극(109)에 비방전 공간이 반드시 존재하는 구조(도 15 참조)이기 때문에, 비방전 공간에서의 활성 가스의 실활은 피할 수 없다.
또한, 제2 기본 구성의 변형예에서는, 세공(110)에 단부가 노출된 접지 도전층(141)의 오염물 혼입의 문제점이 생겨 버린다(도 16 참조).
한편, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 오리피스인 복수의 가스 분출구(6) 각각의 입구까지, 방전(16)이 발생되는 방전장(방전 공간)이 형성되어 있고, 방전장 내지 가스 분출구(6)에 이르는 경로에 있어서의 활성 가스의 흐름(18)에 데드 스페이스가 되는 비방전 공간은 존재하지 않는다.
이와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에 있어서의 전극 유닛(100)은, 평면으로 보아 나선형으로 마련되는 가스 내부 유로인 가스 통과 홈(24)과, 방전 공간의 하방에 가스 통과 홈(24)에 연통되어 마련되는 복수의 가스 분출구(6)를 포함하고 있다.
따라서, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 복수의 가스 분출구(6)와 방전 공간의 사이에, 유전체 배리어 방전에 관여하지 않는 비방전 공간이 형성되지 않기 때문에, 활성 가스가 실활하는 현상을 효과적으로 억제하는 효과를 발휘한다.
또한, 상기 효과는, 가스 분출구(6)가 하나인 경우에도 발휘할 수 있다. 따라서, 상기 효과에 관해, 활성 가스 생성 장치(10)는, 적어도 하나의 가스 분출구(6)를 마련하면 된다.
또한, 전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)의 조합 구조인 전극 본체부에 가스 흡입구(4), 복수의 가스 분출구(6), 고압 전극(11), 접지 전극(12) 및 가스 통과 홈(24)을 마련한다고 하는 비교적 간단한 구성으로 전극 유닛(100)을 얻을 수 있기 때문에, 활성 가스 생성 장치(10)의 장치 구성의 간략화를 도모할 수 있다.
따라서, 전극 유닛 베이스(2) 내에 있어서, 고압 전극(11)은 고압 전극용 홈(21) 내에 매립되고, 접지 전극(12)은 접지 전극용 홈(22) 내에 매립되고, 또한, 전극 유닛 베이스(2) 상면 상에 전극 유닛 덮개(1)가 밀착하여 마련되어 있다.
따라서, 전극 유닛(100)의 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)은, 활성 가스가 흐르는 가스 내부 유로인 가스 통과 홈(24)이나 복수의 가스 분출구(6)로 연결되는 가스 유로가 존재하지 않기 때문에, 가령 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)에 이상 방전이 발생해도, 가스 통과 홈(24)이나 가스 분출구(6)에 오염물이 혼입되는 문제는 기본적으로 생기지 않는다.
이와 같이, 활성 가스 생성 장치(10)의 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)은, 전극 유닛 덮개(1) 및 전극 유닛 베이스(2)의 조합 구조인 전극 본체부로부터 노출되지 않고, 가스 통과 홈(24) 내에 형성되는 방전 공간과는 완전 분리되어 형성되어 있다.
이 때문에, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)의 어느 것에 이상 방전이 발생해도, 이상 방전을 원인으로 하여 생기는 오염물이 방전 공간에 혼입되는 문제를 확실하게 회피할 수 있다.
방전장으로 되는 가스 통과 홈(24)에 진입한 원료 가스는, 가스 통과 홈(24) 내에 있어서 활성 가스의 생성과 소멸(실활)을 반복한다. 일정 시간 이상의 방전장 체재 시간을 마련하면, 활성 가스의 생성량과 실활량이 평형을 이루기 때문에 활성 가스가 일정 농도를 이룬다. 이것이 활성 가스 농도의 포화이다.
웨이퍼(55)에 대해 성막 처리를 행할 때에는 처리 시간 등의 사정에 의해 활성 가스 농도는 높은 쪽이 바람직하고, 복수의 가스 분출구(6)로부터 분출되는 활성 가스 농도가 모두 포화에 달하게 되면, 처리 시간뿐만 아니라 활성 가스 농도의 균등화의 관점에서도 바람직하다.
특허문헌 2에서 개시된 제2 종래 기술에서는 원료 가스는 원반형 전극의 외주로부터 내부로 진행하는 것으로 되어 있다. 이 경우, 가장 방전장 체재 시간이 짧은 것이 최외주에 있는 세공(이하, 「최외주 세공」이라고 약기함)을 통하여 외부로 방출되는 가스의 흐름으로 된다.
원반형 전극의 외주로부터 최외주 세공에 이르는 최단 가스 유로를 통과하여 발생하는 활성 가스에 있어서도, 활성 가스 농도가 모두 포화에 달한 포화 활성 가스로 하기 위해서는, 최외주 세공과 원반형 전극의 외주부 사이의 거리를 포화 가스 형성 거리로 설정할 필요가 있다. 또한, 포화 가스 형성 거리는, 활성 가스 농도가 포화 상태로 되기 위해 필요한 거리이다.
이 경우, 원반형 전극의 외주로부터 포화 가스 형성 거리에 이르기까지 세공을 마련할 수 없기 때문에, 복수의 세공을 마련하는 영역인 세공 분포 영역과 비교하여 상당히 큰 면적의 원반형 전극을 마련할 필요가 있다.
세공 분포 영역은 처리 대상물이 되는 웨이퍼의 사이즈로 결정된다. 따라서, 예를 들어 직경 300㎜의 웨이퍼를 처리하는 경우, 중심으로부터 적어도 직경 300㎜ 정도의 영역에 최외주 세공을 배치할 필요가 생긴다.
따라서, 세공 분포 영역의 최외주 세공으로부터 직경 방향으로 상기 포화 가스 형성 거리만큼, 더욱 연장시킨 위치가 외주로 되는 원반형 전극을 마련할 필요가 있고, 처리 대상물이 되는 웨이퍼와 비교하여 매우 큰 면적의 원반형 전극을 마련할 필요가 생긴다.
한편, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에서는, 나선형의 가스 내부 유로가 되는 가스 통과 홈(24)은 하나 마련하면 충분하기 때문에, 가스 통과 홈(24)에 있어서의 방전 공간의 형성 길이를 길게 해도, 전극 유닛(100)의 형성 면적은 그만큼 큰 증대로 연결되지 않는다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 가스의 흐름(18)에 따라, 원료 가스가 가스 통과 홈(24) 내의 방전 공간에 진입하고 나서 최초의 가스 분출구(6S)에 도달할 때까지의 영역이, 활성 가스 농도 증가 존 Z24가 된다. 활성 가스 농도 증가 존 Z24에 있어서의 가스의 흐름(18)에 따라, 방전 공간의 입구로부터 최초의 가스 분출구(6S)에 이르는 나선형의 거리가 제1 활성 가스 생성 거리가 된다. 이 제1 활성 가스 생성 거리가 상기 포화 가스 형성 거리를 만족시키도록 설정하면, 최초의 가스 분출구(6S) 이후에 마련되는 가스 분출구(6)에 있어서도 가스 농도가 포화된 상태에서 활성 가스를 분출시킬 수 있다.
이하, 활성 가스 농도 증가 존 Z24 내의 제1 활성 가스 생성 거리의 구체예를 나타낸다. 예를 들어, 가스 통과 홈(24)의 형성폭(X 방향의 길이)이 3㎜, 가스 통과 홈(24)의 형성 높이(Z 방향의 길이)가 50㎜인 경우를 생각한다. 또한, 고압 전극용 홈(21) 및 접지 전극용 홈(22)도 가스 통과 홈(24)과 같은 깊이 D2로 형성되어 있기 때문에, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)의 형성 높이도 50㎜로 된다.
이 때, 가스 통과 홈(24) 내의 압력을 30kPa로 설정하고, 가스 흡입구(4)로부터 공급하는 원료 가스의 가스 유량: 10slm이라 하면, 제1 활성 가스 생성 거리를 70㎜ 이상으로 설정하면 된다. 즉, 상기 포화 가스 형성 거리는 70㎜로 된다.
상술한 바와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10) 내에 있어서, 방전 공간을 형성하는 가스 통과 홈(24)은 평면으로 보아 나선형으로 마련되기 때문에, 전극 유닛(100) 자체의 면적을 그다지 크게 하지 않고, 복수의 가스 분출구(6)로부터 가스 농도가 포화된 상태에서 활성 가스를 분출할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 전극 유닛(100)의 형성 면적을 웨이퍼(55) 등의 처리 대상물과 동등한 형성 면적으로 억제할 수 있기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)은 평면으로 보아 나선형으로 형성되어 있기 때문에, 특허문헌 2에서 개시된 제2 종래 기술과 비교한 경우, 전극 면적의 증대를 현저하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에서는, 전극 유닛(100) 내에 있어서, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)에 관해, 평면으로 보아 전극 유닛 베이스(2)의 최외주에 접지 전극(12)이 위치하도록 배치되어 있다.
이 때문에, 고전압이 인가되는 고압 전극(11)으로부터 전극 유닛 베이스(2)의 외주부를 향하는 전계 벡터를, 고압 전극(11)보다 외주에 존재하는 접지 전극(12)에 의해 반드시 흡수할 수 있다.
따라서, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 고압 전극(11)에 기인하여 외부의 장치 케이스(30)에 이상 방전이 생길 가능성을 확실하게 억제할 수 있다.
따라서, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 제2 종래 기술의 제1 기본 구성과 같이, 고압 전극을 구성하는 도전층에 있어서의 이상 방전에 기인하여 방전부에 파티클이나 금속 증기가 생성되어, 처리 대상물을 오염시킬 우려는 없다. 또한, 활성 가스 생성 장치(10)는 장치 케이스(30) 내의 내부 공간은 특히 절연 거리를 고려할 필요는 없기 때문에, 장치가 대형화될 일도 없다.
또한, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 복수의 가스 분출구(6)는 평면으로 보아 나선형으로 이산 배치되는 특징을 갖고 있다.
이 때문에, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)는, 복수의 가스 분출구(6)로부터 활성 가스를 분출하는 것보다, 비교적 큰 처리 대상물에 대해서도 균등하게 활성 가스를 분출할 수 있다.
<실시 형태 2>
도 12는 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(10)에 있어서의 전극의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 13은 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(10)에 있어서의 전극의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 실시 형태 2에 있어서는, 고압 전극용 홈(21)의 상방에 공간 영역이 잔존하도록, 고압 전극용 홈(21) 내의 일부에 고압 전극(11L)이 매립된다. 한편, 접지 전극용 홈(22) 내에 매립되는 접지 전극(12)은, 실시 형태 1과 마찬가지로, 접지 전극용 홈(22)에 간극을 마련하지 않고 전체에 걸쳐 매립된다.
따라서, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(10)는, 고압 전극(11L)의 형성 높이를 접지 전극(12)의 형성 높이에 비하여, 낮게 설정하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 고압 전극(11) 및 접지 전극(12)의 형성 높이가 동일한 실시 형태 1에서는, 고압 전극(11)의 최상부와 접지 전극(12)의 최상부 사이에서 이상 방전 경로(96)가 생성될 우려가 있다. 왜냐하면, 전극 유닛 베이스(2) 상에 전극 유닛 덮개(1)를 밀착하여 마련해도, 전극 유닛 베이스(2)와 전극 유닛 덮개(1) 사이에 미세한 간극이 생길 가능성이 있기 때문이다.
이상 방전 경로(96)에 이상 방전이 발생하였을 때, 전극 유닛 덮개(1)와 전극 유닛 베이스(2) 사이에 미세하게라도 간극이 생긴 경우, 그 미세한 간극을 경유하여, 고압 전극(11) 혹은 접지 전극(12)의 전극 성분이 오염 물질로 되어 가스 내부 유로인 가스 통과 홈(24)에 혼입될 우려가 있다.
한편, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(10)는, 고압 전극(11L)의 형성 높이를 접지 전극(12)보다 낮게 함으로써, 고압 전극(11L)의 최상부와 접지 전극(12)의 최상부 사이에 있어서의 최상부 전극간 거리를, 실시 형태 1에 비하여 길게 설정할 수 있는 만큼, 이상 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(10)는, 고압 전극(11)이 고압 전극(11L)으로 치환된 점을 제외하고, 실시 형태 1과 마찬가지의 구성을 나타내고 있기 때문에, 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 함께 발휘한다.
<실시 형태 3>
도 14는 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(10B)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 활성 가스 생성 장치(10B)는 전극 유닛(100B)을 갖고 있다. 전극 유닛(100B)은, 전극 유닛 덮개(1)의 상면 상에 유전체로 구성되는 냉각 핀(40)을 마련한 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 다른 구성은 실시 형태 1과 마찬가지이기 때문에, 동일 부호를 붙이고, 설명을 적절하게 생략한다.
전극 유닛은, 방전 공간에 있어서의 유전체 배리어 방전의 발생에 수반하여 열을 생성하고, 활성 가스 생성 장치에 있어서의 금속제 장치 케이스와 유전체로 구성되는 전극 본체부(전극 유닛 덮개(1)+전극 유닛 베이스(2))와의 사이의 열 팽창 차이로 변형이 생길 우려가 있다.
금속제 수랭 유닛에서 전극 유닛을 둘러싸는 냉각 방법은, 수랭 유닛에 이상 방전이 생길 가능성이 있기 때문에 실용에는 적합하지 않다.
그래서, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(10B)는, 세라믹이나 유리 등의 유전체로 구성된 냉각 핀(40)을 전극 유닛 덮개(1)의 상면 상에 밀착시킴으로써, 전극 유닛(100B) 내의 전극 유닛 베이스(2)의 열 제거를 행하고 있다.
따라서, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(10B)는, 이상 방전을 발생시키지 않고, 냉각 핀(40)에 의해 전극 유닛(100B)을 냉각할 수 있다.
또한, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(10B)는, 냉각 핀(40)이 추가된 점을 제외하고, 실시 형태 1과 마찬가지의 구성을 나타내고 있기 때문에, 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 함께 발휘한다. 또한, 고압 전극(11)을 실시 형태 2의 고압 전극(11L)(도 12 참조)으로 치환함으로써, 실시 형태 2와 마찬가지의 효과를 함께 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.
1: 전극 유닛 덮개
2: 전극 유닛 베이스
4: 가스 흡입구
6: 가스 분출구
6S: 최초의 가스 분출구
10: 활성 가스 생성 장치
11, 11L: 고압 전극
12: 접지 전극
21: 고압 전극용 홈
22: 접지 전극용 홈
30: 장치 케이스
50: 성막 처리 챔버
60: 성막 처리 공간
100, 100B: 전극 유닛

Claims (11)

  1. 유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치(10, 10B)이며,
    제1 전극(11, 11L) 및 제2 전극(12)을 갖는 전극 유닛(100, 100B)과,
    상기 전극 유닛에 교류 전압을 공급하는 교류 전원(5)을 구비하고,
    상기 전극 유닛은,
    유전체로 구성되는 전극 본체부(1, 2)와,
    상기 전극 본체부 내에 형성되고, 각각이 도전성을 갖는 상기 제1 및 제2 전극과,
    상기 전극 본체부의 측면에 형성되고, 외부로부터 공급되는 원료 가스를 받는 가스 흡입구(4)와,
    상기 전극 본체부 내에 형성되고, 상기 가스 흡입구로부터 유입된 원료 가스가 통과하는 가스 내부 유로(24)를 포함하고, 상기 가스 흡입구는 상기 가스 내부 유로의 입구가 되며, 상기 가스 내부 유로는 평면으로 보아 나선형으로 마련되고,
    상기 제1 및 제2 전극은, 상기 전극 본체부의 일부 및 상기 가스 내부 유로를 사이에 두고 서로 대향하도록, 상기 가스 내부 유로의 양측면측에 배치되어, 상기 가스 내부 유로와 함께 평면으로 볼 때 나선형으로 마련되고, 상기 제1 및 제2 전극간에 있어서의 상기 가스 내부 유로 내의 영역이 상기 방전 공간이 되고, 상기 교류 전원으로부터 상기 교류 전압을 인가함으로써 상기 방전 공간에 유전체 배리어 방전이 발생되고,
    상기 전극 유닛은, 상기 방전 공간의 하방에 상기 가스 내부 유로에 연통되어 마련되는 복수의 가스 분출구(6)를 더 포함하고, 상기 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스가, 상기 복수의 가스 분출구로부터 분출되는, 활성 가스 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은, 상기 전극 본체부로부터 노출되지 않고 형성되며, 상기 가스 내부 유로와 분리되어 형성되는, 활성 가스 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극이 접지 레벨로 설정되고, 상기 제1 전극에 상기 교류 전압이 인가되고,
    상기 제1 및 제2 전극은, 평면으로 보아 상기 전극 본체부의 최외주에 상기 제2 전극이 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 활성 가스 생성 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 본체부는,
    전극 유닛 베이스(2)와,
    상기 전극 유닛 베이스의 표면 상에 마련되는 전극 유닛 덮개(1)를 포함하고,
    상기 전극 유닛 베이스는 표면으로부터 동일한 형성 깊이로 마련되는 제1 및 제2 전극용 홈(21, 22)을 갖고,
    상기 가스 내부 유로는, 상기 전극 유닛 베이스의 표면으로부터 소정의 형성 깊이를 갖고 홈형으로 형성되고,
    상기 제1 및 제2 전극은 제1 및 제2 전극용 홈(21, 22)에 매립되고,
    상기 제1 전극(11L)의 형성 높이를 상기 제2 전극(12)의 형성 높이보다 낮게 설정한 것을 특징으로 하는, 활성 가스 생성 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분출구의 바로 아래에 위치하고, 상기 복수의 가스 분출구로부터 활성 가스가 분출되는 외부 영역이 장치 하류 영역으로서 규정되고, 상기 복수의 가스 분출구는, 상기 가스 내부 유로 내의 압력이 상기 장치 하류 영역의 압력보다 높아지도록, 비교적 작은 치수로 형성되는 것을 특징으로 하는, 활성 가스 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 가스 분출구는 평면으로 보아 나선형으로 이산 배치되는 것을 특징으로 하는, 활성 가스 생성 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체로 구성되고, 상기 전극 유닛에 밀착되어 마련되는 냉각 핀을 더 구비하는, 활성 가스 생성 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 본체부는, 알루미나, 석영, 질화규소, 질화알루미늄 및 질화붕소 중 적어도 하나를 구성 재료로 하고 있는, 활성 가스 생성 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스는, 질소, 산소, 불소 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 가스인, 활성 가스 생성 장치.
  10. 제6항에 기재된 활성 가스 생성 장치와,
    상기 장치 하류 영역을 포함하는 영역에 마련되고, 상기 복수의 가스 분출구로부터 활성 가스를 직접 받는 성막 처리 공간을 갖는 성막 처리 챔버(50)를 구비하는, 성막 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가스 내부 유로 내의 압력은 10kPa 내지 대기압 사이로 설정되고,
    상기 성막 처리 공간 내의 압력이 상기 가스 내부 유로 내의 압력 미만으로 설정되는, 성막 처리 장치.
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