KR20100039887A - 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치 - Google Patents

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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

고에너지의 래디칼 가스를 고밀도이고, 또한 고효율로 취출하여, 피처리 물질에 공급할 수 있는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 제공한다. 이를 위해서, 평판 형상의 제 1 전극과 제 2 전극을 대향 위치에 배치하고, 양전극 간에 유전체를 배치한다. 또한, 제 1 전극 및 유전체의 사이에 방전 공간부를 설치하고, 제 1 전극 및 유전체의 간극 내에, 3방향이 가스 실드 되고 나머지 한쪽이 제 1 전극 및 유전체의 각 단면측으로 개구한 방전 공간부를 형성한다. 나아가, 적어도 제 1 전극을 냉각하는 냉각부와, 상기 방전 공간부에 원료 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비한다. 그리고, 제 1 전극 및 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여, 방전 공간부에 유전체 배리어 방전을 발생시킨다.

Description

유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치{APPARATUS FOR GENERATING DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE GAS}
본 발명은, 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에 관한 것으로, 특히, 방전 공극부에 산소, 산소 화합물 가스, 오존 가스, 질소 가스, 질소 화합물 가스 등을 공급하여, 고압 전극 및 저압 전극 간에 교류 전압을 인가시켜 유전체를 이용하는 유전체 배리어 방전(무성 방전)을 발생시키는 것에 의해, 고전계 중으로의 방전으로 생성된 래디칼 가스(여기 가스)를 유효하게 취출할 수 있는 것에 관한 것이다.
산소 종(種)이나 질소 종의 이온 및 래디칼 가스는, 피처리 물질과의 반응성이 상당히 높고, 양질의 산화막이나 질소막을 얻기 위한 수단이 될 수 있다. 이 때문에, 산소 종이나 질소 종의 이온 및 래디칼 가스는, 반도체 분야에 있어 절연막을 형성하는 박막 형성 수단이나, 가공공구 등의 고온하에서 내마모성 및 내부식성을 개선하는 박막 형성 수단으로서 주목받고 있다. 그렇지만, 이온 및 래디칼 가스는 불안정하여 상당히 수명이 짧다. 이 때문에, 생성된 이온 및 래디칼 가스는, 피처리 물질과 화학 반응을 일으키기까지의 사이에 소멸되는 것이 많아, 유효한 이용이 어렵다는 문제가 있다.
이온 및 래디칼 가스를 생성하는 방법으로서, 다음 2가지의 방법이 일반적으로 알려져 있다. 하나는, 산소 가스나 산소 화합물 가스, 오존 가스, 질소 가스, 질소 화합물 가스 등의 안정된 분자 가스를 반응로에 공급하여, 이 반응로에서 가스를 직접 방전시켜 이온 및 래디칼 가스를 생성하는 방법, 이른바 방전 플라즈마 법이다. 또 하나는, 가스에 레이저광이나 자외광을 조사하거나 분자 가스를 열분해하거나 함으로써, 빛에너지 또는 열에너지를 가스에 흡수시켜 래디칼 가스를 생성하는 방법, 이른바 광·열 흡수법이다.
상기 방전 플라즈마 법에는, 예를 들면, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:화학 증착)법이나, 이온 도금법이 있다. 각 방전 플라즈마 법에서는, 방전으로서, 수십 Pa(파스칼) 내지 수천 Pa 정도의 저기압 중에서의 고주파 플라즈마나 글로 방전이 이용되고 있다.
PECVD 법이나 이온 도금법에서는, 2.45GHz 정도의 고주파 플라즈마나, 직류 전압의 인가에 의한 저기압 글로 방전을 이용함으로써, 래디칼 가스를 생성한다. 또한, 피처리 물질인 기판면에 직접 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마 중의 이온 가스나 래디칼 가스에 의해 산화 박막이나 질화 박막을 형성한다. 이 때문에, 피처리 물질에 대해 이온 가스나 래디칼 가스 종을 많이 접촉시킬 수 있고, 성막 속도나 성막 두께를 크게 얻을 수 있는 이점이 있다.
한편, 광·열흡수법에 의한 래디칼 가스의 생성 방법 및 이용 방법에서는, 하기의 특허 문헌 1에 기재된 광 CVD 법이나, 특허 문헌 2에 기재된 열CVD 법이 제안되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 광 CVD 법에서는, 수백 Pa 내지 수천 Pa 정도의 저기압의 질소 플라즈마 원자를 갖는 분자의 가스에, 수 eV 내지 십수 eV 정도의 빛에너지를 갖는 자외광을 조사함으로써, 이중항(二重項) 상태의 질소 래디칼(N(2D), N(2P)) 가스, 또는 사중항 상태의 질소 래디칼(N(4S)) 가스를 생성한다. 그리고, 수백도로 가열한 산화 박막이 형성된 기판면에, 상기 질소 래디칼 종을 접촉시켜, 질화 박막을 형성한다.
또한, 특허 문헌 2에 기재된 열 CVD 법에서는, 반도체면에 실리콘 질화막을 형성함으로써 실리콘 질화 절연막을 형성하는 후, 이 실리콘 질화 절연막 상에, 드라이 산화에 의해 막두께 수nm 정도의 산화막을 형성한다. 또한, 이 드라이 산화는, 수백 Pa 내지 수천 Pa 정도의 저기압으로 한 CVD 챔버 내에, 수백도로 가열한 웨이퍼(피처리 물질)를 설치하고, 이 웨이퍼 면에 오존 가스를 분무하여 행해진다. 즉, 웨이퍼 면에 분무된 오존 가스는, 웨이퍼 면에서 열분해 되어 산소 래디칼 가스로 된다. 그리고, 이 산소 래디칼 가스가 웨이퍼 면인 실리콘과 접촉하여, 막두께 수nm의 양질인 실리콘 산화막이 형성된다.
또한, 상기 드라이 산화에 의해 양질인 실리콘 산화막을 형성하기 위해서는, 웨이퍼 면을 약 850℃까지 가열할 필요가 있다. 그러나, 웨이퍼 면의 온도가 지나치게 높아지면, 열분해에 의해 생성된 산소 래디칼 가스가, 웨이퍼 면에 접촉하기 전에 챔버 내의 중성 가스와 충돌하여, 산소 분자로 돌아와 버린다. 이 때문에, 웨이퍼 면에 접촉하는 산소 래디칼 가스량이 극단적으로 감소하고, 소정의 산화막 두께를 얻을 수 없게 된다. 특허 문헌 2에서는, 소정의 막두께를 얻는데 필요한 산소 래디칼 가스를 확보하기 위해, 20vol%(430g/m3)이상의 오존 가스 농도가 필요하다는 취지의 기재가 있다. 또한, 오존 가스가 분해하는 때에는, 삼중항의 산소 래디칼(3P) 가스나, 일중항의 산소 래디칼(1D) 가스의 산소 래디칼이 얻어지는 것으로, 일반적으로 말해지고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2003-142482호 공보
특허 문헌 1 : 일본 특개2005-347679호 공보
상술한 바와 같이, 지금까지도, 여러 가지의 이온 및 래디칼 가스 생성 장치가 개발되고 있다. 그러나, PECVD 법이나 이온 도금법에서는, 기판면이 직접 플라즈마에 노출되기 때문에, 반도체면에, 절연막으로 된 산화 박막이나 질화 박막을 보호막으로서 형성하는 경우에, 반도체의 성능을 열화(플라즈마 손상)시켜 버리는 문제가 있다. 즉, 산화 박막이나 질화 박막을 형성하는 때에, 플라즈마 중의 전자나 이온의 전하가 반도체면에 대전함으로써, 반도체면과 금속면 사이에 이온 전도가 생기고, 이 이온 전도에 의해 금속 입자가 반도체면으로 이동해 버리는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 광 CVD 법이나 특허 문헌 2에 기재된 열 CVD 법에서는, 양질인 산화 박막이나 질화 박막을 형성하는 것을 할 수 있는 것이지만, 그 성막 속도가 현저하게 느리다는 문제가 있다. 더욱, 광 CVD 법에서는, 고에너지를 갖는 자외광이나 레이저 광을 이용할 필요가 있기 때문에, 광원을 구비한 장치가 상당히 고가로 되고, 시스템 전체의 고비용을 초래하는 요인으로 되어 있다. 또한, 성막 속도를 빠르게 하기 위해, 래디칼 가스 종을 얻기 위한 분자 가스로서 비교적 분자의 결합력이 작은 수소화합물 가스를 이용하면, 산화 박막이나 질화 박막에 수소가 들어가, 박막의 품질을 저하시키는 문제도 있다. 한편, 열 CVD 법에서는, 성막 속도를 빠르게 하기 위해, 산소 래디칼 원천인 오존 가스의 고농도화가 필요해 진다.
또한, 상술한 바와 같이, 래디칼 가스는 그 수명이 상당히 짧다. 이 때문에, 래디칼 가스를 다량으로 생성하는 것, 및 래디칼 가스를 유효하게 피처리면(기판 면)에 닿게 하는 것도, 상당히 곤란했다.
본 발명의 목적은, 상술한 종래의 과제를 해결할 수 있음과 동시에, 고에너지의 래디칼 가스를 고밀도이고, 또한 고효율로 취출하여, 피처리 물질에 공급할 수 있는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치는, 평판 형상의 제 1 전극과, 한 면이 제 1 전극의 한 면에 대해 대향 위치에 배치된 평판 형상의 제 2 전극과, 제 1 전극 및 제 2 전극의 사이에 설치되고, 그 한 면이, 제 1 전극의 한 면에 대해 소정의 약간의 간극을 갖고 대향하는 유전체와, 제 1 전극의 한 면을 냉각하는 냉각부와, 제 1 전극 및 유전체의 사이에 설치되고, 제 1 전극의 한 면 및 유전체의 한 면에 끼인 간극 내에, 3방향이 가스 실드 되고 나머지 한쪽이 제 1 전극 및 유전체의 각 단면측에 개구한 방전 공간부를 형성하는 방전 공간 형성부와, 방전 공간부에 원료 가스를 공급하는 가스 공급부와, 제 1 전극 및 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여, 방전 공간부에 유전체 배리어 방전을 발생시키는 교류 전원을 구비한 것이다.
본 발명에 의하면, 상술한 종래의 과제를 해결할 수 있음과 동시에, 고에너지의 래디칼 가스를 고밀도이고, 또한 고효율로 취출하여, 피처리 물질에 공급할 수 있게 된다.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는, 플라즈마를 이용한 장치의 가스 압력에 대한 단위 면적당의 가스 입자 밀도 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 플라즈마를 이용한 장치의 가스 압력에 대한 플라즈마의 전계 강도 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 이용한 박막 형성 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 7은, 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 나타내는 구성도이다.
도 8은, 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 나타내는 주요 부분의 사시도이다.
본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해, 첨부된 도면에 따라 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 또는 상응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 중복 설명은 적절하게 간략화 내지 생략한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 나타내는 구성도이다. 도 1에 있어서, 1은 장방형상을 나타내는 평판 형상의 접지 전극(제1 전극)이다. 이 접지 전극(1)은, 평판 형상의 2장의 SUS판(1a 및 1b)을 중합시켜 접합한 것으로 제작되어 있다. 2는 그 한 면이 SUS판(1a)의 한 면에 대해 대향 위치에 배치된 평판 형상의 고압 전극(제2 전극), 3은 접지 전극(1)과 고압 전극(2)의 사이에 설치되고, 세라믹스 판이나 유리판 등으로 된 유전체이다.
4는 접지 전극(1)과 유전체(3)의 사이에 설치된 스페이서(방전 공간 형성부)이다. 또한, 도 1에서는 설명을 용이하게 하기 위해, 유전체(3)와 스페이서(4)가 떨어진 위치에 그려져 있지만, 실제로는, 접지 전극(1), 스페이서(4), 유전체(3), 고압 전극(2)이 순서대로 중합되고, 층상으로 구성된다. 즉, 유전체(3)는, 스페이서(4)가 접지 전극(1)과의 사이에 배치된 것에 의해, 그 한 면이, SUS판(1a)의 상기 한 면에 대해 소정의 간극을 갖고 대향한다.
상기 스페이서(4)는, 접지 전극(1)과 유전체(3)의 사이에 배치된 것에 의해, SUS판(1a)의 한 면과 유전체(3)의 한 면 사이에 상기 간극을 형성함과 동시에, 이 간극 내에, 3방향이 가스 실드 되고 나머지 한쪽이 접지 전극(1) 및 유전체(3)의 일단면측으로 개구하는 방전 공간부를 형성한다. 예를 들면, 스페이서(4)는, 도 1에 나타낸 것 같은 ㄷ자 형상을 나타내는 판상 부재로 되고, 이 ㄷ자 형상부 내에, 상기 판상 부재의 두께를 갖는 장방형상의 방전 공간부를 형성한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 스페이서(4)의 일부를, 접지 전극(1)의 적어도 2개의 연부에 따라 배치함으로써, 방전 공간부를 보다 넓게 확보할 수 있게 된다.
또한, 이 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에는, 상기 방전 공간부에 원료 가스(5)를 공급하는 가스 공급부와, SUS판(1a)의 한 면을 냉각하는 냉각부가 구비된다. 도 1에서는, 일례로서, 접지 전극(1) 내에 상기 가스 공급부의 일부와 냉각부의 일부가 형성되어 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 접지 전극(1)을 구성하는 2장의 SUS판(1a 및 1b)은, 미리 그 접합면이 하프 에칭 등에 의해 불필요한 부분이 제거되어 있다. 그리고, 접지 전극(1)은, SUS판(1a 및 1b)이 중합됨으로써, 그 내부에, 원료 가스(5)가 통과하는 가스 통로(6)와, 냉각수(7)가 통과하는 냉각수 통로(8)가 형성된다(가스 통로(6)와 냉각수 통로(8)의 개요에 관해서는, 일본 특허 제3607905호 공보 참조).
또한, 6a 및 6b는 접지 전극(1)에 형성된 가스 통로(6)의 입구와 출구, 8a 및 8b는 접지 전극(1)에 형성된 냉각수 통로(8)의 입구와 출구를 나타내고 있다. 가스 통로(6)의 입구(6a)와 냉각수 통로(8)의 입구(8a) 및 출구(8b)는, 접지 전극(1) 중, 방전 공간부의 개구부가 형성된 한 단부와는 반대측의 다른 단부에 나란하게 형성된다. 한편, 가스 통로(6)의 출구(6b)는, 방전 공간부 내에 있어 SUS판(1a)의 한 면에 형성된다. 즉, 원료 가스(5)는, 입구(6a)로부터 접지 전극(1) 내에 진입하여, 가스 통로(6)을 통과해서, 출구(6b)로부터 방전 공간부 내에 공급된다. 또한, 냉각수(7)는, 입구(8a)로부터 접지 전극(1) 내에 공급되고, 방전 공간부의 범위 전체에 걸쳐 형성된 냉각수 통로(8)를 통과하여, 출구(8b)로 배출된다. 또한, 냉각수(7)는, 방전 공간부 내의 가스 온도를 내리기 위해 접지 전극(1) 내에 공급되는 것이고, 새로운 냉각 기능이 필요한 경우에는, 예를 들면, 고압 전극(2) 내에도 냉각수 통로가 형성되어, 냉각수(7)가 공급된다.
상기는 접지 전극(1)의 SUS판(1a) 측의 구성이지만, 도 1에 나타낸 바와 같이, SUS판(1b) 측도 SUS판(1a) 측과 동일한 구성을 갖고 있다. 즉, SUS판(1b)의 한 면측에, 스페이서(9), 유전체(10), 고압 전극(11)이 중합되고, SUS판(1b)과 유전체(10)와의 사이에 형성된 간극 내에, 스페이서(9)에 의해 방전 공간부가 형성된다. 이상에 의해, 접지 전극(1)의 양측에 방전 공간부가 형성된 방전 셀(12)이 구성된다.
상기 방전 셀(12)은, 본체(13)에 의해 전체가 덮여 있다. 이 본체(13)는, 그 한 측벽(13a)이, 방전 공간부의 개구부에 대향하도록, 이 개구부에 근접하여 배치되어 있다. 또한, 본체(13)에는, 상기 한 측벽(13a) 중, 방전 공간부의 개구부에 대한 대향 위치에, 복수의 가스 분출구멍(14)이 형성되어 있다. 이 가스 분출구멍(14)은, 방전 공간부에 생성되고 개구부로부터 본체(13) 내로 분출된 래디칼 가스(15)(상세한 것은 후술한다)를, 본체(13)의 외측으로 취출하기 위한 것이고, 상기 래디칼 가스(15)가 방전 공간부의 개구부로부터 분출하는 방향에 맞추어, 구멍 방향이 설정되어 있다.
16은 고주파의 교류 전원을 나타내고 있다. 교류 전원(16)은, 도시되어 있지 않지만, 주로 컨버터부, 인버터부, 트랜스부로 구성된다. 그리고, 교류 전원(16)은, 접지 전극(1)과 고압 전극(2)(및 11) 사이에, 유전체(3)(및 10)를 이용하여 교류 고전압(예를 들면, 3kV, 10kHz)을 인가하고, 방전 공간부의 전면(全面)에, 균일한 고전계의 유전체 배리어 방전(무성 방전)을 발생시킨다.
또한, 이 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에는, 본체(13) 내의 압력을 소정의 일정한 값으로 유지하기 위한 기능이 갖춰져 있다. 구체적으로는, 본체(13)의 상기 한 측벽(13a) 이외의 벽면(도 1에서는 천정면)에, 가스 구멍(13b)이 형성된다. 또한, 이 가스 구멍(13b)을 이용하여 본체(13) 내의 가스를 배출하기 위해, 상기 벽면에 배출 배관(17)이 접속된다. 더욱, 본체(13) 내의 가스 압력을 검출하기 위한 가스 압력 검출기(18)가, 예를 들면, 본체(13) 내, 또는 원료 가스(5)를 본체(13)에 공급하기 위한 배관부에 설치된다. 그리고, 배출 가스 제어기(19)(APC:오토 프레셔 컨트롤러)는, 가스 압력 검출기(18)에 의해 검출된 가스 압력에 근거하여, 본체(13) 내로부터 배출하는 미소(微小)의 가스 유량을 제어하고, 본체(13) 내의 가스 압력을, 본체(13)의 외부보다도 높은 소정의 일정치로 유지한다.
다음에, 상기 구성을 갖는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치의 특징에 관하여, 종래의 플라즈마 장치와 비교하면서 구체적으로 설명한다.
평행 전극 사이에 유전체를 설치하고, 양 전극 간에 교류 고전압을 인가하면, 유전체를 이용한 고전계의 유전체 배리어 방전이 발생한다. 이와 같은 방전에서는, 방전 영역 내의 가스가 전자와 이온으로 분리된 플라즈마 상태로 된다. 이 방전 플라즈마 중에서는, 전자는 방전 전계에 의해 가속되고, 고에너지를 갖도록 된다. 그리고, 고에너지의 전자가 가스 분자와 충돌함으로써, 고에너지를 갖은 여기 가스(래디칼 가스)나, 이온화된 전하 입자(이온 입자)가 발생한다.
즉, 방전한 플라즈마 가스는, 전자와 이온 입자와 고에너지의 래디칼 가스가 혼재한 가스라고 말할 수 있다. 또한, 방전 플라즈마 중의 전자 및 이온 입자, 래디칼 가스가 가지는 에너지(Ep)는, 다음의 식으로 표시된다.
[수식 1]
Ep ∝ E/n ∝ E/P
여기에서, E는 플라즈마 중의 전계(V/cm), n은 플라즈마 중의 가스 밀도(개/㎤), P는 플라즈마 중의 가스 압력(Pa)이다. 즉, 에너지(Ep)는, 방전 전계(E)에 의해 가속된 전자가 가스 입자와 충돌하여, 에너지 수수(授受)한 횟수에 의존한다. 또한, 상기 [수식 1]로부터 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마 중의 전계(E)가 클수록, 또한 가스 밀도(n)(가스 압력(P))가 작을수록, 고에너지의 플라즈마를 얻을 수 있다.
또한, 플라즈마 중의 에너지(Ep)를 평가한 값으로서, E/P(V·㎠)가 있다. 또한, E/P가 큰 플라즈마 상태로 될수록, 고에너지를 갖는 플라즈마인 것을 나타내고 있다. 일반적으로, 방전의 플라즈마 상태는, E/P(Td)에 의해 평가된다. 여기에서, 1Td = 1×10-17(V·㎠)이다.
그리고, 방전 플라즈마에 의해 생성된, 고에너지의 전자 및 이온 가스, 래디칼 가스가 피처리 물질에 충돌함에 의해, 충돌면(접촉면)에 있어서 화학 반응이 촉진되고, 피처리 물질에, 산화막, 질화막, 표면 개질막(어닐링 막) 또는 에칭의 유니크를 형성할 수 있도록 된다.
도 2는 플라즈마를 이용한 장치의 가스 압력에 대한 단위 면적당의 가스 입자 밀도 특성을 나타내는 도면이고, 방전을 이용한 장치가 어느 정도의 입자 밀도 영역에서 사용되고 있는지를 나타낸 것이다. 도 2에 있어, 영역 C는, 고밀도 플라즈마를 형성함으로써, 방전에 의해 해리된 입자를 재결합시킨다, 즉, 원료 가스로부터 보다 고분자화 된 가스를 생성하는데에도 적합한 영역이다.
영역 C의 플라즈마를 이용한 장치로서, 예를 들면, 오존 가스 발생 장치가 있다. 이 오존 가스 발생 장치에서는, 가스 압력이 0.1MPa 이상의 고기압 플라즈마를 유전체 배리어 방전이나 연면(沿面) 방전에 의해 발생시키고, 산소 가스 등으로부터 오존 가스를 생성한다. 즉, 플라즈마 광이나 광촉매 물질과 원료 가스와의 화학 반응에 의해 해리된 산소 원자 가스가 3체 충돌에 의한 재결합을 함으로써, 오존 가스가 생성된다. 또한, 생성하는 오존 양을 많이 하기 위해서는, 해리된 입자에 의한 상기 3체 충돌을 촉진시킬 필요가 있다. 그를 위해서는, 입자 밀도로서, 1010(개/㎤) 이상의 고밀도가 유효하다.
한편, 플라즈마 CVD 장치는, 고에너지의 전자나 이온, 입자에 의한 표면화학 반응을 이용한다. 이 때문에, 플라즈마 CVD 장치에서는, 비교적 용이하게 고에너지 입자를 얻을 수 있다 0.0005MPa 이하의, 상당히 가스 밀도가 낮은 저기압 플라즈마를, 마이크로파 방전이나 고주파 방전, 저기압 글로 방전에 의해 발생시킨다. 그리고, 생성된 플라즈마를 웨이퍼에 맞힘으로써, 반도체면에 기능성이 우수한 박막을 형성한다(영역 A).
또한, 도 3은 플라즈마를 이용한 장치의 가스 압력에 대한 플라즈마의 전계 강도 특성을 나타내는 도면이고, 방전을 이용한 장치가 어느 정도의 전계 강도의 플라즈마를 이용하고 있는지를 나타낸 것이다. 도 3에 있어서, 오존 가스 발생 장치로 이용되고 있는 영역(C)에서는, 가스 압력을 0.1MPa 이상, 플라즈마를 얻기 위한 방전 갭 길이를 0.2mm 이하로 하여, 100Td 이상의 전계 강도를 갖는 유전체 배리어 방전을 실현하고, 고농도의 오존 가스를 생성하고 있다.
한편, 플라즈마 CVD 장치로 이용되고 있는 영역(A)에서는, 0.0005MPa 이하의 상당히 가스 밀도가 낮은 저기압 플라즈마를, 마이크로파 방전이나 고주파 방전, 저기압 글로 방전에 의해 생성함으로써, 300 내지 600Td의 전계 강도를 갖는 고전계 플라즈마를 생성하고, 플라즈마 중의 고에너지 입자를 얻고 있다.
이것에 대해, 본 발명에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에서는, 상기 영역 C나 A가 아니라, 중기압(0.001M 내지 0.1MPa) 플라즈마 영역(영역 B)을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 생성된 래디칼 입자를 수백Pa 이하의 저기압 반응 챔버로 분출시키고, 피처리 물질의 피처리면에 대한 성막이나 에칭 가공에 이용한다.
구체적으로는, 도 1에 도시된 것에 있어서, 방전 갭 길이(접지 전극(1)과 유전체(3)(및 10)와의 거리)을 0.1 내지 수mm(예를 들면, 2mm)로 설정(도 3 참조)하여, 방전 공간부에 유전체 배리어 방전을 발생시켜 플라즈마를 형성한다. 이때의 플라즈마 전계 강도는 수백 내지 1000Td로 되고, 방전 공간부에는 고전계 플라즈마가 형성된다. 그리고, 이 고전계 플라즈마로부터 고에너지를 갖는 래디칼 가스(15)를 생성하고, 생성된 래디칼 가스(15)를 저기압 CVD 챔버 내에 유효하게 공급한다. 즉, 본 발명에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치는, 방전 공간부에서 발생한 이온, 전자가 짧은 갭의 전극 간의 전계에 의해 속박되기 때문에, 전하를 갖고 있지 않는 래디칼 가스(15)이고, 반도체 소자 내의 기능막 생성에 기여하는 가스를 유효하게 생성하여, 취출하기 위한 구성을 갖는다.
상기 구성은, 플라즈마의 발생 구조나 가스의 공급 방법, 방전 공간에 있어서 가스의 흐름 방향 및 플라즈마 가스의 취출 구조를 궁리함으로써 실현된다. 본 발명에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에서는, 방전 갭 길이를 단축하여 전극면을 냉각함과 동시에, 방전 공간부에, 유전체 배리어 방전에 의해, 미소(微小) 방전으로 미소 시간 지속하는 플라즈마를 균일하게 형성하고 있다. 또한, 이 고전계의 플라즈마에 의해, 고밀도, 고에너지의 전자, 이온 가스, 래디칼 가스(15)를 생성하고, 방전 공간부나 그 개구부, 가스 분출구멍(14), 본체(13)의 내외 압력 차등을 적절하게 구성하여, 중성인 래디칼 가스(15)만을 유효하게 본체(13)의 외측으로 취출할 수 있도록 하고 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 이하에, 도 4에 근거하여 유전체 배리어 방전의 방전 형태와 특징을, 도 4 및 도 5에 근거하여, 미소 방전 1개에서 생긴 플라즈마로 생성된 가스 종(種) 메커니즘과 그 특징을 설명한다.
도 4 및 도 5에 있어서, 대향하여 배치된 접지 전극(1)과 고압 전극(2)은, 각 내부에 냉각수(7)가 유통되는 것에 의해, 각 한 면이 냉각되고 있다. 이러한 상태에서, 교류 전원(16)에 의해 접지 전극(1) 및 고압 전극(2) 사이에 교류 전압이 인가되면, 유전체(3)는, 인가된 교류 전압에 대해 90도 위상이 빗나간 상태에서, 그 양면에 전하가 분극되어 야기된다(도 6은, 고압 전극(2)에 +전위가 인가된 경우의 모식도를 나타내고 있다).
즉, 접지 전극(1) 및 고압 전극(2) 사이에 교류 전압(V)이 인가되면, 방전 공간부에서는, (dV/dt)의 값이 최대로 된 시점에서, 최대의 분극 전하(Qmax)가 축적된다. 즉, 방전 갭 길이(dg) = 0.1mm로 한 방전 공간부에는, 최대의 전계 강도(Emax)가 인가되도록 된다. 여기에서, 방전 공간부에 있어 절연 파괴가 생기는 전계 강도(Ec)를 Emax보다도 작게 하면, 전계 강도(Ec)로 된 분극 전하(Qc)의 시점에서, 방전 공간부의 미소 부분에서 부분 절연 파괴가 생기고, 유전체(3)에 축적된 분극 전하(Qc)가, 소정의 방전 전압(Vj)으로 접지 전극(1)으로 방전된다. 그리고, 유전체(3)로부터 분극 전하(Qc)가 없어지면, 즉석에서 방전이 정지되고, 상기 부분 절연 파괴는 회복된다. 또한, 유전체(3)가 방전 후에 다시 한번 충전되어 분극 전하(Qc)에 이르면, 재차 부분 절연 파괴가 생긴다. 이상의 현상에 의해, 방전 전압(Vj)의 방전이 반복된다. 또한, 방전 공간에 있어 부분 절연 파괴(방전)와 절연 회복을 반복하는 ON - OFF 방전을, 유전체 배리어 방전이라고 한다.
유전체(3)에는, 접지 전극(1)의 한 면에 대향하는 한 면 전체에, 균등하게 전하가 축적된다. 이 때문에, 유전체 배리어 방전은 무질서한 ON - OFF 방전이지만, 방전 공간부에 있어 유전체(3)의 한 면 전체에서는, 방전이 균일하게 생기는 특징을 갖고 있다. 또한, 유전체 배리어 방전은, 유전체(3)의 미소 표면에 축적된 전하에 의해 생기기 때문에, 미소한 방전이고, 또한, 단시간밖에 지속하지 않는 방전이라는 특징도 갖고 있다. 여기에서, 유전체 배리어 방전의 1개의 방전경(徑)은, 방전 공간부의 가스 압력(P)이나 가스 온도, 가스 종 등에 의존하여, 약 수십μm 정도로 되고, 그 방전 단면은 수 nm2정도가 되는 것으로 말해지고 있다. 또한, 방전 갭 길이(dg)나 가스 압력(P)이 작을수록, 방전 공간부의 방전 임피던스는 작아지고, 유전체 배리어 방전 1개의 지속 시간(Tg)은, 방전 갭 길이(dg) = 0.1mm, 가스 압력(P) = 0.1MPa 정도에서, 통상 n(나노)sec 정도로 된다.
이와 같이, 유전체 배리어 방전은, 미소 방전으로, 또한, 상당히 단시간의 지속 방전이, 시간적으로 및 공간적으로 무수(無數) 개 단속하여 반복하는 것이라고 정의할 수 있다. 이 때문에, 유전체 배리어 방전은, 장시간의 지속 방전 또는 연속 지속 방전인 글로 방전이나 열전자 방출 형태의 아크 방전과 비교하여, 수배 내지 수십배의 고전계 강도를 갖는 플라즈마를 실현할 수 있는 특징이 있다. 또한, 유전체에 차지 업 된 전하에 의한 방전이기 때문에, 외부에서 인가된 전압(V)에 대응하여, 유전체의 전극면에는, 전하가 균일하게 차지 업 된다. 따라서 하나하나의 방전이 시간적 및 공간적으로 무질서로 발생하였어도, 유전체 배리어 방전군(群) 전체로서 보면 방전이 안정되게 발생하고 있고, 균일 공간을 용이하게 형성할 수 있다. 이 때문에, 유전체 배리어 방전에서는, 지속 방전인 글로 방전이나 아크 방전에서는 실현할 수 없는 전자 온도가 높은 비평형 플라즈마가 실현될 수 있고, 고에너지를 갖는 전자 및 이온 가스, 및 상당히 활성된 래디칼 가스를 포함한 플라즈마 상태를 실현할 수 있다는 특징도 있다.
이하에, 상기 특징을 갖는 유전체 배리어 방전의 메커니즘에 관하여, 도 6을 기초로 설명한다. 접지 전극(1)과 고압 전극(2)의 사이에 전압(V)이 인가되면, 유전체(3) 사이에 Va, 방전 공간부 사이에 Vb의 분압된 전위가 작용한다. 또한, 상기 소정의 방전 전압(Vj)으로, 무수한 방전이, nsec 오더의 단시간의 점멸로 반복된다. 이 때문에, 방전 공간부 사이에 걸리는 전압(Vb)은, 상기 방전 전압(Vj)과 거의 같은 값을 취한다.
또한, 이 방전의 전계(E)는, 다음의 식으로 표시된다.
[수식 2]
E = Vb/(d·n) [V·㎠]
여기에서, n은 입자 밀도(1/㎤)를 나타내고 있다. 또한, 이 입자 밀도(n)의 공간에 있어서 입자의 평균 자유 행정(λ) 은, λ ∝ 1/n로 표시된다. 이 때문에, 방전 공간부의 가스 압력이 낮을수록, 입자 간의 충돌 횟수가 저하되고, 입자 간의 에너지 수수가 적어진다. 따라서 고에너지를 갖는 전자수가 많아지고, 고에너지를 갖는 이온 입자, 래디칼 입자수도 많아진다.
또한, 유전체(3)의 한 면의 미소 공간에 대전한 전하(Q)로부터, 미소 방전이, Tg(nsec)의 지속 시간으로 발생하면, 이 1개의 미소 방전에서 발생하는 방전 운동 에너지(J)는, 다음 식에 의해 주어진다.
[수식 3]
J = △I × Vj × Tg [J]
즉, 미소 시간(Tg) 동안, 미소 방전 공간 기둥(20)에는, 수 nJ 정도의 방전 운동 에너지가 집중적으로 주입된다. 이 때문에, 미소 방전 공간(20) 내에서는, 전계(E)로 가속된 고에너지 전자가 플라즈마 중의 입자와 충돌하여, 고에너지 입자(이온이나 래디칼 입자)가 발생한다.
또한, 상기 고에너지 입자를 갖는 미소 방전 공간(20)은, nsec 오더의 단시간으로 방전이 정지된 것, 및 양전극(1 및 2) 내를 흐르는 냉각수(7)에 의해 적절하게 냉각된 것의 쌍방에 의해, 내부의 가스가 가열되는 일은 없다. 이 때문에, 미소 방전 공간(20)은, 상온에서 플라즈마 상태가 유지된다. 이와 같은 가스 온도가 낮은 플라즈마 상태에서는, 방전 기간에 얻어진 고에너지 입자의 열운동이 억제되고, 이 열운동에 의한 입자간 충돌에 기인한 에너지 로스를 적게 할 수 있다. 즉, 결과적으로, 고에너지 입자를 많이 만들어 내는 것이 가능해진다.
또한, 방전 공간부의 방전 갭 길이는 상당히 짧고(예를 들면, dg =0.1mm), 이 방전 공간부만으로 플라즈마가 형성되기 때문에, 방전에 의해 생성된 고에너지 입자 중, 전하를 갖는 전자나 이온 입자는, 그 대부분이, 양전극(1 및 2) 사이의 전계에 의해 방전 공간부 내에 구속된다. 또한, 방전 공간부의 외부로 유출된 약간의 전자나 이온 입자는, 본체(13)의 외부로 취출되기 전에, 가스와 재결합함으로써 중성화 한다. 이 때문에, 전하를 갖고 있지 않는 고에너지의 래디칼 가스(15)를 고밀도, 고효율로 출력시킬 수 있게 되고, 종래의 플라즈마 발생 장치와 비교하여, 전하를 갖는 전자나 이온 입자의 비율을 대폭적으로 감소시키는 것이 가능해진다.
또한, 방전 공간부는, 접지 전극(1), 유전체(3), 스페이서(4)에 의해, 한쪽만으로 개구한 직방체 형상을 나타내고, 방전 갭을 짧게 하여 방전 공간부의 개구부(갭 단면부)의 단면적을 작게 하고 있다. 이 때문에, 속도가 빠른 지향성을 갖는 래디칼 가스(15)를 방전 공간부의 개구부로부터 출력시키는 것이 가능해지고, 래디칼 가스(15)를 고밀도, 고효율로 가스 분출구멍(14)으로부터 분사시킬 수 있다. 또한, 피처리 물질이 들어간 반응 챔버의 기압을, 본체(13)의 기압(1k 내지 0.1MPa)보다도 낮은 수백Pa로 하기 때문에, 이 압력차에 의해, 래디칼 가스(15)를 보다 고밀도, 고효율로 본체(13)의 외측으로 취출하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시의 형태 1에 의하면, 고에너지의 래디칼 가스(15)를 고밀도이고, 또한 고효율로 취출하여, 피처리 물질에 공급할 수 있도록 된다.
일반적으로, 피처리 물질에 조사한 고에너지 입자(이온, 래디칼 입자)는, 고에너지이면 일수록, 피처리 물질에 대해 고활성 반응을 기대할 수 있다. 그 때문에, 반도체 분야에서는, 피처리 물질면과 고에너지 입자 간의 화학 반응면에 주목하여, 예를 들면, 피처리 물질의 전기, 자기, 광 특성에 우수한 결정막 성장을 할 수 있는 등의 유니크 특성을 갖는 산화막이나 질화막을 형성하는 것, 종래에서는 실현할 수 없었던 에칭 작용이나 어닐링을 가능하게 한 것, 성막 속도를 향상한 것 등을 실현할 수 있는 매력있는 래디칼 가스를 요구하고 있다.
더욱, 반도체 분야에서는, 중성인 래디칼 가스에 의해 화학 반응을 발생시키고, 선택적으로 표면 개질이 가능한 것을 요구하고 있다. 즉, 전하를 갖는 전자나 이온 입자는, 전자가 반도체면에 차지 되거나 이온 전류가 흐르거나 하는 것에 의해 금속 이온 원자를 이송시켜, 반도체에 손상(플라즈마 손상)을 준다.
본 발명의 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에 의하면, 종래의 마이크로파 방전 장치나 고주파 방전 장치, 저기압 글로 방전 장치와는 달리, 피처리 물질에 직접 플라즈마를 맞히는 일 없이, 고밀도이고 또한 고효율로 중성인 래디칼 가스(15)만을 취출할 수 있다. 이 때문에, 상기 반도체 분야의 여러 가지의 요구에도 대응할 수 있게 된다.
실시의 형태 2.
도 6은 본 발명에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 이용한 박막 형성 시스템을 나타내는 구성도이다. 도 6에 있어서, 21a는 산소 봄베, 21b는 질소 봄베, 22a 및 22b는 가스 레귤레이터, 23a 및 23b는 원료 가스용의 매스 플로 컨트롤러(MFC), 24는 오존 발생기, 25는 오존 발생기(24) 내의 압력을 일정하게 유지하기 위한 자동 압력 컨트롤러(APC), 26a 및 26b는 오존 가스나 질소 가스를 ON - OFF 하기 위한 공압 밸브이다.
또한, 27은 피처리 물질(28)(예를 들면, 반도체의 웨이퍼 등)이 내부에 설치된 반응 챔버 이다. 이 반응 챔버(27) 내의 피처리 물질(28)은, 그 처리면이, 본체(13)에 형성된 가스 분출구멍(14)에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 반응 챔버(27)에는, 피처리 물질(28)을 가열하기 위한 가온기, 가스 유량이나 내부 압력을 조정하는 진공 펌프 등의 여러 가지의 설비(도시하지 않음)가 갖춰져 있다. 또한, 29는 배기 조절 밸브, 30은 배기 가스 분해기이다.
상기 구성을 갖는 박막 형성 시스템에서는, 우선, 가스 레귤레이터(22a)를 조절하여 산소 가스를 산소 봄베(21a)로부터 오존 발생기(24)에 공급하여, 오존을 발생시킨다. 그리고, 생성된 오존 가스를 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치인 본체(13) 내, 즉 방전 공간부에 공급한다. 이때, 본체(13) 내의 압력을 배출 가스 제어기(19)에 의해 소정의 값(예를 들면, 50kPa)으로 유지해 두고, 이러한 상태에서, 유전체 배리어 방전을 발생시킨다. 그리고, 방전에 의해 오존 가스를 해리시켜, 산소 원자의 래디칼 가스 입자를 생성한다. 방전 공간부에서 생성된 이 래디칼 가스 입자는, 본체(13) 내의 압력과 반응 챔버(27) 내의 압력의 차이에 의해, 가스 분출구멍(14)으로부터 반응 챔버(27) 내로 분출된다. 즉, 피처리 물질(28)의 처리면에, 가스 분출구멍(14)으로부터 분출된 래디칼 가스 입자가 충돌하여, 상기 처리면에 산화 화학 반응이 생기고, 산화막이 형성된다.
또한, 피처리 물질(28)에 산화막이 형성된 후, 공압밸브(26a)를 닫고, 공압밸브(26b)를 열게 한다. 그러면, 본체(13) 내에 공급되는 가스가 오존 가스로부터 질소 가스로 바뀌어, 질소 플라즈마가 형성된다. 따라서 방전 공간부에서는, 질소 원자의 래디칼 가스 입자가 생성되어, 상기와 동일한 작용에 의해, 가스 분출구멍(14)으로부터 질소 래디칼 가스 입자가 분출된다. 즉 질화 화학 반응에 의해, 피처리 물질(28)에 형성된 산화막의 위에, 질화막이 형성된다. 본 설명에서는, 시계열적으로 2종의 원료 가스를 공급하여, 산화막, 질소막을 형성하는 것에 대해 언급했지만, 복수의 원료 가스를 동시에 공급하여, 성막하여도 좋다.
본 발명의 실시의 형태 2에 의하면, 피처리 물질(28)이 설치된 반응 챔버(27)에 근접하여 본체(13)가 설치되고, 생성된 래디칼 가스를, 본체(13) 및 반응 챔버(27)의 차압으로, 상기 피처리 물질(28)에 대해 샤워 형상으로 분출시킬 수 있기 때문에, 양질인 산화막 및 질화막을 형성할 수 있도록 된다.
또한, 공압밸브(26a 및 26b)의 개폐에 의해, 본체(13)에 공급하는 원료 가스를 오존 가스(산소 가스)로부터 질소 가스에 용이하게 바꿀 수 있기 때문에, 산화막과 질화막을 용이하게 층상으로 형성할 수 있다. 더욱, 본체(13) 내의 압력이나 전극(1 및 2) 사이에 인가한 교류 전압값, 전류값, 주파수를 가변으로 함으로써, 원료 가스 종에 따라 최적인 방전 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 반응 챔버(27) 내의 압력이나 피처리 물질(28)의 온도를 변경하지 않고, 여러 가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 래디칼 입자를 피처리 물질(28)의 처리면에 유효하게 분사할 수 있고, 양질의 성막을 기대할 수 있다. 또한, 저온에서 성막이 가능해지거나, 성막 속도를 향상시키는 것도 가능해진다.
또한, 실시의 형태 2에 있어서는, 산화막과 질화막을 형성하기 위해 원료 가스로서 오존 가스(산소 가스)와 질소 가스를 채용한 경우에 관하여 설명했지만, 피처리 물질(28)에 부여하는 기능에 따라, 여러 가지의 원료 가스를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 원료 가스로서 불소 가스나 불소 화합물 가스, 또는 수소 가스나 수소화합물 가스를 채용하여, 본 장치의 방전에 의해 불소 래디칼 가스나 수소 래디칼 가스를 생성해도 좋다. 이러한 경우에는, 피처리 물질(28)의 처리면을 유효하게 에칭 가공하는 것이 가능해진다.
또한, 원료 가스로서 아르곤 가스 등의 희(希)가스를 채용하여, 본 장치의 방전에 의해 희가스의 래디칼 가스를 생성함으로써, 피처리 물질(28)의 처리면에, 고품질의 어닐링을 행하는 것도 가능하다. 희가스의 래디칼 가스는 화학 반응을 발생시키는 것은 아니지만, 피처리 물질(28)의 처리면에, 고에너지를 갖는 희가스의 래디칼 가스를 충돌시킴으로써, 상기 처리면의 열처리가 가능해진다.
실시의 형태 3.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 나타내는 구성도, 도 8은 본 발명의 실시의 형태 3에 있어서 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치를 나타내는 주요 부분 사시도이다. 도 7 및 도 8에 있어서, 31은 본체(13)에 형성된 원료 가스(5)의 입구, 32는 본체(13)에 형성된 냉각수(7)의 입구, 33은 전극 셀, 34는 전극 적층 모듈이다.
도 7 및 도 8에 나타내는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에서는, 본체(13) 내에 방전 셀(12)을 복수 단(段)으로 적층함과 동시에, 각 방전 셀(12)에 대해 교류 전원(16)을 병렬 접속하고 있다. 이러한 구성에 의해, 본체(13)의 한 측벽(13a)으로부터, 고에너지의 래디칼 가스를 평면적으로 분사할 수 있게 된다. 즉, 각 방전 공간부는 스페이서(4) 분의 두께밖에 없기 때문에, 1개의 방전 공간부에 대해, 복수의 가스 분출구멍(14)을 직선 형상으로만 배치하는 것은 가능하지 않다. 그래서, 방전 공간부의 개구부의 길이 방향으로 직교한 방향에 방전 셀(12)을 적층하여, 가스 분출구멍(14)을 2차원적으로 형성하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 본체(13)의 한 측벽(13a)의 소정의 범위로부터 래디칼 가스를 분출시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 실시의 형태 3에 의하면, 방전 셀(12)을 다단(多段)으로 적층하고, 가스 분출구멍(14)을 각 방전 셀(12)의 방전 공간부의 개구부에 대응하여 형성함으로써, 반응 챔버(27)로 분출시키는 래디칼 가스의 유량이나 농도를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 래디칼 가스를 평면적으로 분사할 수 있기 때문에, 소정의 면적을 갖는 피처리 물질(28)의 처리면에, 균일한 산화막을 형성하는 것도 가능해진다.
또한, 본 발명의 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치는, 방전 공간의 1 전극면에 유전체를 장착한 장치로 설명했지만, 본 생성 장치는, 당연히, 2 전극면의 양면에 유전체를 장착해도 동일한 효과를 이룬다.
(산업상 이용가능성)
이상과 같이, 본 발명에 관련된 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치에 의하면, 고에너지의 래디칼 가스를 고밀도이고, 또한 고효율로 취출하여, 피처리 물질에 공급하는 것이 가능해진다.
따라서 반도체 제조에 있어서 웨이퍼 면의 박막 성막이나, 에칭이나 어닐링 공정에의 이용에 매우 적합하다. 또한, 액정이나 태양전지 등의 플랫 패널 면의 박막 성막, 에칭이나 어닐링 공정에도 이용할 수 있다. 더욱, 산업 분야에서 많이 사용된 금속 표면 처리에도, 환경을 배려한 적용이 가능하다. 즉, 금속 부품의 표면에 산화막이나 질화막을 형성함으로써, 금속 표면의 부식 촉진을 방지할 수 있다.
1 접지 전극(제1 전극) 1a SUS 판 1b SUS 판
2 고압 전극(제2 전극) 3 유전체
4 스페이서(방전 공간 형성부)
5 원료 가스
6 가스 통로 6a 입구 6b 출구
7 냉각수
8 냉각수 통로 8a 입구 8b 출구
9 스페이서 10 유전체
11 고압 전극 12 방전 셀
13 본체 13a 한 측 벽 13b 가스 구멍
14 가스 분출 구멍 15 래디칼 가스 16 교류 전원
17 배출 배관 18 가스 압력 검출기
19 배출 가스 제어기 20 미소 방전 공간 기둥
21a 산소 봄베 21b 질소 봄베
22a 가스 레귤레이터 22b 가스 레귤레이터
23a MFC 23b MFC
24 오존 발생기 25 APC
26a 공압밸브 26b 공압밸브
27 반응 챔버 28 피처리 물질
29 배기 조절 밸브 30 배기 가스 분해기
31 입구 32 입구
33 전극 셀 34 전극 적층 모듈

Claims (7)

  1. 평판 형상의 제 1 전극과,
    한 면이 상기 제 1 전극의 한 면에 대한 대향 위치에 배치된 평판 형상의 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 사이에 설치되고, 그 한 면이, 상기 제 1 전극의 상기 한 면에 대해 소정의 약간의 간극을 갖고 대향하는 유전체와,
    상기 제 1 전극의 상기 한 면을 냉각하는 냉각부와,
    상기 제 1 전극 및 상기 유전체의 사이에 설치되고, 상기 제 1 전극의 상기 한 면 및 상기 유전체의 상기 한 면에 끼인 상기 간극 내에, 3방향이 가스 실드 되고 나머지 한쪽이 상기 제 1 전극 및 상기 유전체의 각 단면측으로 개구하는 방전 공간부를 형성하는 방전 공간 형성부와,
    상기 방전 공간부에 원료 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여, 상기 방전 공간부에 유전체 배리어 방전을 발생시키는 교류 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    방전 공간 형성부는, ㄷ자 형상을 나타내는 판상 부재로 되고, 제 1 전극 및 유전체의 사이에 배치됨으로써, 상기 제 1 전극의 한 면 및 상기 유전체의 한 면에 끼인 간극 내에, 상기 판상 부재의 두께를 갖는 장방형상의 방전 공간부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    한 측벽이 방전 공간부의 개구부에 근접하여 배치되고, 상기 방전 공간부를 덮는 본체를 더 구비하고,
    상기 본체는, 상기 한 측벽의 상기 개구부에 대한 대향 위치에, 상기 방전 공간부에서 발생한 래디칼 가스를 상기 본체의 외측으로 취출하기 위해 복수의 가스 분출 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    본체 내의 가스 압력을 검출하기 위한 가스 압력 검출기와,
    상기 본체 내의 가스를 배출하기 위해, 상기 본체의 한 측벽 이외의 벽면에 접속된 배출 배관과,
    상기 가스 압력 검출기에 의해 검출된 가스 압력에 근거하여, 상기 본체 내에서 배출하는 가스 유량을 제어하여, 상기 본체 내의 가스 압력을, 상기 본체의 외부의 압력보다도 높은 일정한 값으로 유지하는 배출 가스 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    방전 공간부에 있어서 제 1 전극의 한 면 및 유전체의 한 면 사이의 거리를, 0.1 내지 2,0㎜의 범위로 하고, 상기 방전 공간부에 있어서 가스 압력을 1.0k 내지 0.1MPa 의 범위로 한 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 공급부는, 산소 및 질소, 산화 가스, 질소 화합물 가스, 불화 화합물 가스 중 어느 하나를 원료 가스로서 방전 공간부에 공급하는 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전극, 방전 공간 형성부, 유전체, 제 2 전극을 포함한 방전 셀이 복수 설치되고.
    상기 방전 셀은, 방전 공간부의 개구부의 길이 방향으로 직교하는 방향에, 다단으로 적층된 것을 특징으로 하는 유전체 배리어 방전 가스의 생성 장치.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2223704A1 (en) * 2009-02-17 2010-09-01 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Treating device for treating a body part of a patient with a non-thermal plasma
CN102148150A (zh) * 2010-02-09 2011-08-10 中国科学院微电子研究所 一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法
JP5813388B2 (ja) * 2011-06-21 2015-11-17 東芝三菱電機産業システム株式会社 プラズマ発生装置およびｃｖｄ装置
KR101823678B1 (ko) * 2011-06-21 2018-03-14 엘지이노텍 주식회사 증착 장치 및 증착 방법
US20130306573A1 (en) 2011-07-19 2013-11-21 Jacob G. Appelbaum System and method for cleaning hyrocarbon contaminated water
JP5694543B2 (ja) * 2011-09-08 2015-04-01 東芝三菱電機産業システム株式会社 プラズマ発生装置、ｃｖｄ装置およびプラズマ処理粒子生成装置
WO2013035375A1 (ja) * 2011-09-09 2013-03-14 東芝三菱電機産業システム株式会社 プラズマ発生装置およびｃｖｄ装置
TWI486996B (zh) * 2013-12-04 2015-06-01 Ind Tech Res Inst 電漿裝置及電漿裝置的操作方法
US20150167160A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-18 Applied Materials, Inc. Enabling radical-based deposition of dielectric films
US9498637B2 (en) * 2014-05-30 2016-11-22 Plasmology4, Inc. Wearable cold plasma system
KR101913978B1 (ko) 2014-07-25 2018-10-31 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 라디칼 가스 발생 시스템
WO2016067380A1 (ja) * 2014-10-29 2016-05-06 東芝三菱電機産業システム株式会社 放電発生器とその電源装置
CN107075676B (zh) * 2014-10-29 2019-08-02 东芝三菱电机产业系统株式会社 针对成膜装置的气体喷射装置
CN107075677B (zh) 2014-10-29 2019-08-02 东芝三菱电机产业系统株式会社 气体喷射装置
US10793953B2 (en) 2016-01-18 2020-10-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Activated gas generation apparatus and film-formation treatment apparatus
JP6789562B2 (ja) * 2016-02-26 2020-11-25 国立大学法人 大分大学 誘電体バリア放電による金属表層の硬化方法
CN105800561B (zh) * 2016-03-02 2018-01-05 北京天择昌宁环境技术股份有限公司 板式臭氧发生器的基础单元构件、臭氧发生器模块及大型板式模块化臭氧发生器机组
JP6474943B2 (ja) 2016-05-27 2019-02-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 活性ガス生成装置
JP6645921B2 (ja) * 2016-07-07 2020-02-14 キオクシア株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
EP3550594B1 (en) * 2016-12-05 2021-06-23 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Active gas generation device
CN107493648A (zh) * 2017-01-12 2017-12-19 中金瑞峰资本管理有限公司 一种用于消毒的放电电极及其制作方法
US10262836B2 (en) * 2017-04-28 2019-04-16 Seongsik Chang Energy-efficient plasma processes of generating free charges, ozone, and light
CN109207965B (zh) * 2017-07-04 2020-11-10 上海稷以科技有限公司 平板电极结构和等离子体沉积设备
JP6728502B2 (ja) * 2017-09-06 2020-07-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 活性ガス生成装置
CN111527796B (zh) * 2018-01-10 2022-08-19 东芝三菱电机产业系统株式会社 活性气体生成装置
WO2019164884A1 (en) * 2018-02-20 2019-08-29 Dobrynin Danil V Method of generation of planar plasma jets
JP7030604B2 (ja) * 2018-04-19 2022-03-07 三菱電機株式会社 ウエハボートおよびその製造方法
JP6574994B1 (ja) * 2018-10-22 2019-09-18 春日電機株式会社 表面改質装置
WO2020165964A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20 東芝三菱電機産業システム株式会社 活性ガス生成装置
CN110049611B (zh) * 2019-03-04 2024-10-18 山东师范大学 一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置
KR20210047808A (ko) * 2019-10-21 2021-04-30 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 막을 선택적으로 에칭하기 위한 장치 및 방법
WO2022270347A1 (ja) * 2021-06-21 2022-12-29 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
CN114455547B (zh) * 2022-03-03 2023-03-14 浙江大学 一种功率自适应的介质阻挡放电电极相变冷却装置和方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH660474A5 (de) * 1984-06-27 1987-04-30 Bbc Brown Boveri & Cie Roehrenozonisator mit gekuehlter innenelektrode.
US5376212A (en) * 1992-02-18 1994-12-27 Tokyo Electron Yamanashi Limited Reduced-pressure processing apparatus
US5538695A (en) 1992-07-03 1996-07-23 Ebara Corporation Ozonizer
DE19781244D2 (de) 1996-11-02 1999-09-23 Ehmer Karin Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung und Verwendung von Ozon
JPH10212106A (ja) 1997-01-28 1998-08-11 Nippon Alum Co Ltd オゾン発生器
EP1162646A3 (en) * 2000-06-06 2004-10-13 Matsushita Electric Works, Ltd. Plasma treatment apparatus and method
JP4371543B2 (ja) * 2000-06-29 2009-11-25 日本電気株式会社 リモートプラズマｃｖｄ装置及び膜形成方法
CH694949A5 (de) * 2000-09-22 2005-09-30 Tetra Laval Holdings & Finance Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Oberflaechen mit Hilfe eines Glimmentladungs-Plasmas.
JP2003036996A (ja) 2001-07-23 2003-02-07 Kikuchi Jun 平行平板容量結合型微小プラズマ発生装置
JP2003142482A (ja) 2001-10-31 2003-05-16 Toshiba Corp 酸窒化膜の製造方法及び半導体装置の製造方法
JP3672252B2 (ja) * 2001-11-22 2005-07-20 東芝三菱電機産業システム株式会社 オゾン発生器
JP3607890B2 (ja) * 2001-11-22 2005-01-05 東芝三菱電機産業システム株式会社 オゾン発生器
US7056416B2 (en) * 2002-02-15 2006-06-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Atmospheric pressure plasma processing method and apparatus
US6664737B1 (en) * 2002-06-21 2003-12-16 Axcelis Technologies, Inc. Dielectric barrier discharge apparatus and process for treating a substrate
JP2004115896A (ja) * 2002-09-27 2004-04-15 Sekisui Chem Co Ltd 放電プラズマ処理装置及び放電プラズマ処理方法
JP3607905B2 (ja) * 2002-10-22 2005-01-05 東芝三菱電機産業システム株式会社 オゾン発生器
AU2003292678A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-29 Adtec Plasma Technology Co., Ltd. Plasma generator, ozone generator, substrate processing apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
ATE451823T1 (de) * 2003-01-31 2009-12-15 Dow Corning Ireland Ltd Plasmaerzeugungselektrodenbaugruppe
JP4158913B2 (ja) * 2004-03-05 2008-10-01 東芝三菱電機産業システム株式会社 オゾン発生器
US7220462B2 (en) * 2004-04-27 2007-05-22 Praxair Technology, Inc. Method and electrode assembly for non-equilibrium plasma treatment
JP4477422B2 (ja) 2004-06-07 2010-06-09 株式会社ルネサステクノロジ 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
JP2006319192A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Sharp Corp 電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置
JP2009505342A (ja) * 2005-08-11 2009-02-05 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー．ファオ プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
US7662253B2 (en) * 2005-09-27 2010-02-16 Lam Research Corporation Apparatus for the removal of a metal oxide from a substrate and methods therefor

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CN101765902A (zh) 2010-06-30
US20100193129A1 (en) 2010-08-05

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