KR20170058418A - 방전 발생기와 그의 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대면적의 피처리체라도 균일한 라디칼 가스를 사용한 처리를 실시할 수 있는, 방전 발생기와 그의 전원 장치를 제공한다. 본 발명에 관한 방전 발생기와 그의 전원 장치(500)는, 라디칼 가스 생성 장치(100)와, 처리 챔버 장치(200)와, n상 인버터 전원 장치(9)를 구비하고 있다. 처리 챔버 장치(200)에는, 라디칼 생성 장치(100)가 인접 배치되고, 라디칼 가스 생성 장치(100)는, 복수(n개)의 방전 셀(70)을 갖는다. n상 인버터 전원 장치(9)는, n상의 교류 전압을 출력 제어할 수 있는 수단을 가진 전원 회로 구성으로 하고, 각 상의 교류 전압을 상기 방전 셀(70)의 설치 위치에 대응하여 가변 제어한다.

Description

방전 발생기와 그의 전원 장치{ELECTRICAL DISCHARGE GENERATOR AND POWER SUPPLY DEVICE THEREFOR}
본 발명은 라디칼 가스 생성을 행하고, 당해 라디칼 가스를 이용한 처리를 행할 수 있는, 전원 장치를 포함하는, 방전 발생기와 그의 전원 장치에 관한 발명이며, 예를 들어 피처리체에 대하여 고성능의 막을 성막할 때 사용하는 것이 가능하다.
반도체 제조 분야를 포함하는 다용도의 분야에 있어서, 다기능이며 고품질의 박막(예를 들어, 고절연 박막, 반도체 박막, 고유전체 박막, 발광 박막, 고자성체 박막, 초경 박막 등)이 요구되고 있다.
예를 들어, 반도체 장치의 제조 장면에 있어서는, 반도체 칩 내에 있어서, 회로 배선에 상당하게 되는 저임피던스의 고도전막, 회로의 배선 코일 기능이나 자석 기능을 갖는 고자성막, 회로의 콘덴서 기능을 갖는 고유전체막, 및 전기적인 누설 전류가 적은 고절연 기능을 갖는 고절연막 등이 설치되고 있다.
이들 막을 성막하는 종래 기술로서, 예를 들어 열 CVD(화학 기상 성장: Chemical Vapor Deposition) 장치, 광 CVD 장치 또는 플라즈마 CVD 장치가 사용되고 있으며, 특히 플라즈마 CVD 장치가 많이 사용되고 있다. 이것은, 예를 들어 열ㆍ광 CVD 장치보다, 플라즈마 CVD 장치 쪽이, 성막 온도가 낮고, 또한 성막 속도가 커서 단시간의 성막 처리가 가능하기 때문이다.
예를 들어, 질화막(SiON, HfSiON 등)이나 산화막(SiO2, HfO2) 등의 게이트 절연막을, 반도체 기판에 성막하는 경우에는, 플라즈마 CVD 장치를 사용한 이하의 기술이 일반적으로 채용되고 있다.
즉, NH3(암모니아)나 N3, O2, O3(오존) 등의 가스와, 실리콘이나 하프늄 등의 전구체 가스가, CVD 처리가 실시되는 처리 챔버 장치에 직접 공급된다. 처리 챔버 장치 내에서는, 전구체 가스를 해리시켜, 금속 입자를 생성하고, 당해 금속 입자와, 상술한 NH3(암모니아) 등의 가스의 화학 반응에 의해, 피처리체 상에 질화막 또는 산화막 등의 박막이 성막된다.
한편, 플라즈마 CVD 장치에서는, 처리 챔버 장치 내에서, 직접적으로 고주파 플라즈마나 마이크로파 플라즈마를 발생시키고 있었다. 따라서, 피처리체는, 라디칼 가스나, 고에너지를 가진 플라즈마 이온(또는 전자)에 노출된다.
또한, 플라즈마 CVD 장치에 관한 기술이 개시되어 있는 선행 문헌으로서, 예를 들어 특허문헌 1이 존재한다.
그러나, 플라즈마 CVD 장치 내의 성막 처리에서는, 상기와 같이 피처리체가 플라즈마에 직접 노출된다. 따라서, 당해 피처리체는, 플라즈마(이온이나 전자)에 의해, 반도체 기능의 성능을 저하시키는 등의 손상을 크게 받고 있었다.
다른 한편, 열ㆍ광 CVD 장치를 사용한 성막 처리에서는, 피처리체는 플라즈마(이온이나 전자)에 의한 손상을 받지 않고, 고품질의 질화막이나 산화막 등이 성막된다. 그러나, 당해 성막 처리로는, 고농도이면서 다량의 라디칼 가스원을 얻기가 곤란하며, 결과로서 성막 시간을 매우 길게 요한다고 하는 문제가 있다.
최근의 열ㆍ광 CVD 장치에서는, 원료 가스로서, 열이나 광의 조사에 의해 해리되기 쉬운, 고농도의 NH3 가스나 O3 가스를 사용하고 있다. 또한, CVD 챔버 장치 내에는, 가열 촉매체가 마련되어 있다. 이에 의해, 당해 열ㆍ광 CVD 장치에서는, 촉매 작용에 의해, 가스의 해리가 촉진되고, 질화막이나 산화막 등을 단시간에 성막하는 것도 가능하게 되어 있다. 그러나, 당해 시간의 단축화는 한정적이며, 대폭적인 성막 시간의 개선은 곤란하였다.
그래서, 플라즈마에 의한 피처리체에 대한 손상을 경감할 수 있고, 성막 시간의 더 한층의 단축화가 가능한 장치로서, 리모트 플라즈마형 성막 처리 장치가 존재한다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
당해 특허문헌 2에 관한 기술에서는, 플라즈마 생성 영역과 피처리재 처리 영역이, 격벽(플라즈마 봉입 전극)에 의해 분리되어 있다. 구체적으로, 특허문헌 2에 관한 기술에서는, 고주파 인가 전극과 피처리체가 설치된 대향 전극의 사이에, 당해 플라즈마 봉입 전극을 설치하고 있다. 이에 의해, 특허문헌 2에 관한 기술에서는, 중성 활성종만이 피처리체 상에 공급된다.
또한, 특허문헌 3에 관한 기술에서는, 리모트 플라즈마원에 있어서, 원료 가스의 일부를 플라즈마에 의해 활성화시키고 있다. 여기서, 가스의 유로는, 당해 리모트 플라즈마원 내에 있어서 주회되어 있다. 리모트 플라즈마원에 있어서 생성된 활성 가스는, 방출되어, 피처리체가 존재하는 장치측으로 공급된다.
특허문헌 3과 같은 박막 기술에 있어서는, 질소, 산소, 오존 또는 수소 등의 여러 가지 원료 가스가 이용되고 있다. 그리고, 당해 원료 가스로부터, 활성화된 라디칼 가스가 생성되고, 당해 라디칼 가스에 의해, 피처리체 상에 박막이 성막된다.
라디칼 가스는 매우 반응성이 높다. 따라서, 미량(약 1％: 10000ppm) 이하의 농도의 라디칼 가스를 피처리체에 쏘임으로써, 피처리체에서의 화학 반응을 촉진시켜, 질화 박막, 산화 박막 또는 수소 결합 박막 등을 단시간에 효율적으로 만들어 낼 수 있다.
라디칼 가스 생성 장치에서는, 방전 셀(발생기)이 배치되어 있고, 당해 방전 셀에 있어서, 대기압 플라즈마에 상당하는 유전체 배리어 방전에 의해, 고전계의 플라즈마를 실현시킨다. 이에 의해, 방전 셀의 플라즈마에 노출된 원료 가스로부터, 고품질의 라디칼 가스가 생성된다. 또한, 라디칼 가스 생성 장치에서는, 복수의 방전 셀을 배치하고, 다방면으로 생성된 라디칼 가스를 분출시켜, 당해 분출된 라디칼 가스를 이용하는 용도가 있다.
일본 특허 공개 제2007-266489호 공보 일본 특허 공개 제2001-135628호 공보 일본 특허 공개 제2004-111739호 공보
그러나, 종래의 라디칼 가스 생성 장치는, 매우 반응성이 높은 유효한 라디칼 가스를 생성할 수 없었다. 또한, 다량의 라디칼 가스를 얻기가 곤란하고, 일방향으로부터 라디칼 가스를 공급하는 것이었다. 그것과 동시에, 생성된 라디칼 가스는 매우 수명이 짧다. 따라서, 라디칼 가스 생성 장치로부터, 당해 라디칼 가스 생성 장치와는 별도로 설치된 라디칼 가스 처리장(박막 생성장이며, 처리 챔버 장치)까지, 농도의 저하를 억제하면서, 라디칼을 유도하는 것은 곤란하였다.
예를 들어, 라디칼 가스 생성 장치로부터 분출시키는 라디칼 가스를, 단시간에, 처리 챔버 장치 내의 피처리체에 쏘이기 위해, 라디칼 가스의 출구를 오리피스상으로 하는 방법이 고려된다. 즉, 라디칼 가스 생성 장치로부터 처리 챔버 장치로 접속하는, 라디칼 가스의 전송로인 개구부에 있어서, 당해 개구부의 개구 직경을 좁히는 방법이 고려된다. 이에 의해, 처리 챔버 장치 내의 압력을 감압 상태(진공 상태)로 하면, 라디칼 가스 생성 장치 내의 압력과 처리 챔버 장치 내의 압력의 차가 발생하여, 고속도로, 라디칼 가스를 처리 챔버 장치 내로 분출시킬 수 있다. 즉, 고농도를 유지한 상태로, 라디칼 가스를, 라디칼 가스 생성 장치로부터 처리 챔버 장치 내로 유도할 수 있다.
상기 방법을 채용한 경우, 개구부의 직경을, 예를 들어 수십 mm 정도로 할 필요가 있다. 그러나, 당해 치수의 개구부를 채용하였을 때에는, 처리 챔버 장치 내의 피처리체에 대하여, 라디칼 가스가 조사되는 영역이 한정적이게 된다. 즉, 대면적(예를 들어, 200mm 직경 이상의 피처리체)이고, 균일한 박막을 성막하는 것은 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명은 라디칼 가스 생성 장치와 처리 챔버 장치가 별개로, 또한 인접하여 배치된 라디칼 가스 발생 시스템(리모트 플라즈마형 성막 처리 시스템, 방전 발생기와 그의 전원 장치)에 있어서, 라디칼 가스를, 라디칼 가스 생성 장치로부터 처리 챔버 장치로 유도할 수 있고, 타방면으로부터 임의의 라디칼 농도의 라디칼 가스를 처리 챔버 장치 내로 분출시킬 수 있도록 하고, 예를 들어 대면적의 피처리체라도, 균일한, 라디칼 가스를 사용한 처리를 실시할 수 있고, 고속으로 라디칼 가스를 사용한 처리를 실시할 수 있는, 방전 발생기와 그의 전원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 방전 발생기와 그의 전원 장치는, 유전체 배리어 방전을 이용하여, 원료 가스로부터 라디칼 가스를 생성하는 라디칼 가스 생성 장치와, 상기 라디칼 가스 생성 장치에 접속되어 있고, 내부에 피처리체가 배치되어 있고, 당해 피처리체에 대하여 상기 라디칼 가스를 이용한 처리가 실시되는 처리 챔버 장치와, 상기 라디칼 가스 생성 장치에, 교류 전압을 인가하는 전원 장치를 구비하고 있고, 상기 처리 챔버 장치는, 상기 피처리체가 적재되고, 당해 피처리체를 회전시키는 테이블을 갖고 있고, 상기 라디칼 가스 생성 장치는, 상기 유전체 배리어 방전을 발생시키는 복수의 방전 셀과, 상기 원료 가스를, 당해 라디칼 가스 생성 장치 내에 공급하는 원료 가스 공급부를 갖고 있고, 상기 방전 셀은, 제1 전극 부재를 갖는 제1 전극부와, 상기 제1 전극과 대향하여 배치되고, 제2 전극 부재를 갖는 제2 전극부와, 상기 처리 챔버 장치 내와 접속되고, 상기 테이블 상에 배치된 상기 피처리체와 면해 있고, 상기 유전체 배리어 방전에 의해 상기 원료 가스로부터 생성된 상기 라디칼 가스를 출력하는 개구부를 갖고 있고, 상기 전원 장치는, 하나의 교류 전압을 입력하고, 또한 n상의 교류 전압을 출력 제어할 수 있는 전원 회로 구성으로 하고, 각 상의 상기 교류 전압은, 각 상기 방전 셀에 인가되고, 상기 방전 셀에 인가하는 상기 교류 전압을, 상기 방전 셀의 설치 위치에 대응하여 가변 제어한다. 여기서, n은, 상기 방전 셀의 수에 대응한 수이다.
본 발명에 관한 방전 발생기와 그의 전원 장치는, 유전체 배리어 방전을 이용하여, 원료 가스로부터 라디칼 가스를 생성하는 라디칼 가스 생성 장치와, 상기 라디칼 가스 생성 장치에 접속되어 있고, 내부에 피처리체가 배치되어 있고, 당해 피처리체에 대하여 상기 라디칼 가스를 이용한 처리가 실시되는 처리 챔버 장치와, 상기 라디칼 가스 생성 장치에, 교류 전압을 인가하는 전원 장치를 구비하고 있고, 상기 처리 챔버 장치는, 상기 피처리체가 적재되고, 당해 피처리체를 회전시키는 테이블을 갖고 있고, 상기 라디칼 가스 생성 장치는, 상기 유전체 배리어 방전을 발생시키는 복수의 방전 셀과, 상기 원료 가스를, 당해 라디칼 가스 생성 장치 내에 공급하는 원료 가스 공급부를 갖고 있고, 상기 방전 셀은, 제1 전극 부재를 갖는 제1 전극부와, 상기 제1 전극과 대향하여 배치되고, 제2 전극 부재를 갖는 제2 전극부와, 상기 처리 챔버 장치 내와 접속되고, 상기 테이블 상에 배치된 상기 피처리체와 면해 있고, 상기 유전체 배리어 방전에 의해 상기 원료 가스로부터 생성된 상기 라디칼 가스를 출력하는 개구부를 갖고 있고, 상기 전원 장치는, 하나의 교류 전압을 입력하고, 또한 n상의 교류 전압을 출력 제어할 수 있는 전원 회로 구성으로 하고, 각 상의 상기 교류 전압은, 각 상기 방전 셀에 인가되고, 상기 방전 셀에 인가하는 상기 교류 전압을, 상기 방전 셀의 설치 위치에 대응하여 가변 제어한다. 여기서, n은, 상기 방전 셀의 수에 대응한 수이다.
따라서, 라디칼 가스를, 라디칼 가스 생성 장치로부터 처리 챔버 장치로 유도할 수 있고, 또한 저비용, 저설치 면적이면서, 대면적의 피처리체에 대하여, 균일한 라디칼 가스 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 라디칼 가스 생성 장치로부터 복수의 라디칼 가스를, 처리 챔버 장치로 유도할 수 있다. 또한, 하나의 교류 전원으로, 복수의 방전 셀로부터, 임의의 유량으로 생성된 라디칼 가스를 출력시킬 수 있고, 당해 라디칼 가스를 처리 챔버 장치로 유도할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 라디칼 발생 시스템은, 저비용으로, 작은 라디칼 가스 생성 장치에서, 대면적의 피처리체에 대하여, 균일한 라디칼 가스 처리를 비교적 단시간에 실시하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명에 관한 라디칼 발생 시스템(500)의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는, 본 발명에 관한 방전 셀(70)의 구성예를 도시하는 확대 단면도이다.
도 3은, 각 인버터 소자(902)를 구동시키기 위한 구동 펄스 주기와, 펄스폭 신호 파형과 방전 셀(70)에 출력하는 교류 전압 파형을 도시하는 도면이다.
상기한 바와 같이, 리모트 플라즈마형 성막 처리 시스템에 있어서, 하나의 교류 전원으로, 라디칼 가스 생성 장치로부터, 고농도를 유지한 상태로, 복수의 라디칼 가스를 처리 챔버 장치 내로 유도할 수 있는 구성으로서, 본 발명자들은, 대향 전극을 배치한 방전 공간에서, 라디칼 가스를 생성하고, 또한 분출시키는 라디칼 가스의 개구부의 개구 직경을 작게 하는 방전 셀의 구성을 알아냈다.
여기서, 라디칼 가스 생성 장치가 상단으로 되도록, 라디칼 가스 생성 장치와 처리 챔버 장치는, 상하로 인접하고 있고, 개구부는, 라디칼 가스 생성 장치로부터 처리 챔버 장치로 접속하는, 라디칼 가스의 전송로이다. 또한, 당해 개구부는 복수 배치되어 있다. 또한, 각 개구부는 피처리체의 주면에 면해 있다.
그러나, 상기한 바와 같이, 당해 구성을 채용한 경우에는, 처리 챔버 장치 내의 피처리체에 대하여, 라디칼 가스를 사용한 처리(이하, 일례로서 성막 처리라고 칭함)를 균일하게 행하기가 곤란하다. 개구부의 수를 많게 함으로써, 불균일성은 다소 해소되지만, 그래도 또한 불균일성의 문제는 존재한다.
상기와 같은 불균일한 성막을 해소하는 수단으로서, 처리 챔버 장치 내에 있어서, 피처리체를 평면에서 보아 회전시키는 구성으로 하고 있다. 그러나, 당해 구성에 있어서도, 회전 중심으로부터 평면 방향으로 이격됨에 따라, 당해 위치에 있어서의 피처리체의 속도는 커진다(v(속도)=r(반경)×ω(각속도)로부터). 따라서, 피처리체를 회전시키는 구성을 채용하고, 각 개구부로부터 처리 챔버 장치 내로 라디칼 가스를 분출시켰다고 해도, 완전히는 상기 불균일한 성막 처리라고 하는 문제를 해결하는 것은 곤란하다.
성막의 불균일성을 더 해소하는 방법으로서, 다음의 구성도 고려된다. 즉, 상기한 바와 같이 라디칼의 분출부인 개구부는 복수이다. 따라서, 각 개구부에 대응하여 방전 셀을 설치하고, 각 방전 셀에 있어서, 발생하는 라디칼 가스양(라디칼 가스 농도)을 컨트롤하는 구성이다.
각 방전 셀에서, 라디칼 가스양(라디칼 가스 농도)을 바꾸는 방법으로서는, 방전 셀마다 교류 전원을 설치하고, 방전 셀마다 교류 전원으로부터 공급되는 전력을 제어하는(바꾸는) 방법이 고려된다. 그러나, 당해 방법에서는, 복수개의 교류 전원을 설치하지 않으면 안된다. 따라서, 라디칼 가스 발생 시스템 전체가 대형화되어, 고비용으로 된다는 문제점이 있었다.
또한, 각 방전 셀에서, 라디칼 가스양을 바꾸는 방법으로서, 각 방전 셀에서, 개구부의 개구 직경을 바꾸는(오리피스의 구멍의 직경을 바꾸는) 방법도 고려된다. 그러나, 라디칼 가스의 개구부의 개구 직경을 변화시키면(오리피스의 구멍의 직경을 바꾸면), 각 방전 셀에 있어서, 개구부로부터 분출되는 라디칼 가스의 가스 유속 자체도 변화해 버린다. 당해 가스 유속의 변화는, 균일한 성막을 방해하는 요인이다.
그래서, 본 발명자들은, 각 방전 셀에서 라디칼 가스양을 바꾸는 구성으로서, 하기의 하나의 전원에 있어서, 인버터 소자에 의해, 출력하는 교류 전압을 독립된 n상의 위상을 가질 수 있는 인버터 전원의 구성으로 하였다. 출력되는 n상의 교류 전압의 주파수는, 일정 주파수이다. 그리고, 진폭값 E만을, 각 상에 있어서, 임의로 설정할 수 있도록 하였다. 당해 전원을, n상 인버터 전원 장치라고 칭한다. 이하, 본 발명을 그의 실시 형태를 도시하는 도면에 기초하여 구체적으로 설명한다.
<실시 형태>
도 1은, 전원 장치를 구비하는, 본 실시 형태에 관한 라디칼 가스 발생 시스템(방전 발생기와 그의 전원 장치)(500)의 구성예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 2는, 본 발명에 관한 방전 셀(70)의 구성예를 도시하는 확대 단면도이다. 또한, 도 3은, n개의 출력 교류 전압을 출력시키는 수단을 가진, n상 인버터 전원 장치(9)에 있어서의 각 인버터 소자(902)를 구동시키기 위한, 구동 펄스 주기와 펄스폭 신호 파형과 방전 셀(70)에 출력하는 교류 전압 파형을 도시하는 일 실시예의 도면이다.
이하, 도 1, 도 2, 도 3을 사용하여, 본 실시 형태에 관한 라디칼 발생 시스템(500)의 구성에 대하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 라디칼 가스 발생 시스템(500)은, 라디칼 가스 생성 장치(100), 처리 챔버 장치(200), n상 교류 전압을 출력할 수 있는 하나의 n상 인버터 전원 장치(9) 및 진공 펌프(300)를 포함하고 있다.
여기서, n상의 「n」은, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내에 배치되어 있는, 방전 셀(70)의 수인 「n」과 동일하다.
라디칼 가스 발생 시스템(500)은, 라디칼 가스(G2)의 생성을 행하는 라디칼 가스 생성 장치(100)와, 생성된 라디칼 가스(G2)를 사용한 성막 처리 등을 행하는 처리 챔버 장치(200)가 별개로 설치되어 있는, 리모트 플라즈마형 성막 처리 시스템이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 저면측과 처리 챔버 장치(200)의 상면측은 접해 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 개구부(102)를 통하여, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내와 처리 챔버 장치(200) 내는 접속되어 있다. 상기한 바와 같이, 개구부(102)는 복수 형성되어 있다.
라디칼 가스 생성 장치(100) 내에서는, 유전체 배리어 방전을 이용하여, 원료 가스(G1)로부터, 당해 원료 가스(G1)의 일부가 방전에 의해 라디칼 가스화한, 라디칼 가스(G2)가 생성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내에는, 복수의 방전 셀(70)이 배치되어 있다. 구체적으로, 각 방전 셀(70)은, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 저면 상에 설치되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 각 방전 셀(70)은, 제1 전극부(1, 2)와 제2 전극부(5, 31, 3)를 포함하고 있다. 제1 전극부(1, 2)는, 소정의 간격만큼 이격하여, 제2 전극부(5, 31, 3)와 대면하고 있다.
즉, 제1 전극부(1, 2)와 제2 전극부(5, 31, 3)의 사이에는, 유전체 배리어 방전이 발생하는, 방전 공간(40)이 형성되어 있다. 또한, 방전 공간(40)에 있어서의 갭 길이(도 2에 있어서, 제1 전극부(1, 2)와 제2 전극부(5, 31, 3)의 사이의 거리)를 일정하게 유지하기 위해, 제1 전극부(1, 2)와 제2 전극부(5, 31, 3)의 사이에는, 1 이상의 스페이서(4)가 배치되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 전극부(1, 2)는, 저전압 전극(제1 전극 부재라고 파악할 수 있음)(1)과 제1 유전체(2)를 포함하고 있다.
여기서, 저전압 전극(1)은, 접지 전위로 되어, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 저면 상에 배치되어 있다. 또한, 모든 방전 셀(70)에 있어서, 하나의 저전압 전극(1)을 공유하고 있다. 또한, 제1 유전체(2)는, 저전압 전극(1) 상에 형성되어 있다.
또한, 제2 전극부(5, 31, 3)는, 고전압 전극 블록(5), 고전압 전극(제2 전극 부재라고 파악할 수 있음)(31) 및 제2 유전체(3)를 포함하고 있다.
여기서, 제2 유전체(3) 상에는, 고전압 전극(31)이 형성되어 있고, 당해 고전압 전극(31) 상에는, 고전압 전극 블록(5)이 접속되어 있다. 고전압 전극 블록(5)에는, 교류 전압의 고전압이 공급된다. 또한, 고전압 전극 블록(5)과 고전압 전극(31)은 전기적으로 접속되어 있으므로, 고전압은 고전압 전극(31)에도 인가된다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 방전 셀(70)에는, 오리피스로서 기능하는 개구부(102)가 뚫려 형성되어 있다.
여기서, 개구부(102)는, 제1 유전체(2) 및 저전압 전극(1)을 관통하도록 형성되어 있다. 또한, 개구부(102)는, 제1 유전체(2)의 중앙부에 형성되어 있다. 또한, 개구부(102)는, 라디칼 가스 생성 장치(100)(보다 구체적으로는, 방전 공간(40)) 내와, 처리 챔버 장치(200) 내를 접속하고 있다. 따라서, 방전 공간(40) 내에서 생성된 라디칼 가스(G2)는, 당해 개구부(102)를 통하여, 처리 챔버 장치(200) 내에 출력된다. 또한, 개구부(102)는, 처리 챔버 장치(200) 내에 배치된 피처리체(202)의 처리면에 면해 있다.
평면에서 보았을 때의 방전 셀(70)의 윤곽 형상은, 일 실시예로서, 원반상 혹은 동축상의 원추상이다. 즉, 제1 유전체(2)와 제2 유전체(3)는, 모두 원반 혹은 원추 형상이며, 양자(2, 3)는 평행 혹은 동축상으로 대향 배치되어 있다(또한, 고전압 전극(31)도 원반 혹은 원추 형상임). 방전 셀(70)을 상면에서 보았을 때, 제1 유전체(2)의 외주단과 제2 유전체(3)의 외주단은 정렬되어 있다. 또한, 평면에서 보았을 때의 방전 셀(70)의 윤곽 형상은, 원반상 혹은 원추일 필요는 없으며, 마찬가지의 효과를 발휘하는 한, 다른 형상이어도 된다.
각 방전 셀(70)에 있어서, 당해 윤곽 형상은 동일하다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, 방전 셀(70)의 윤곽 형상이 원반상이면, 평면에서 보았을 때의 방전 셀(70)의 윤곽 치수는, 제1 유전체(2)(마찬가지로, 제2 유전체(3))의 직경에 의해 결정된다.
n상 인버터 전원 장치(9)는, 정류 회로(901), n개의 인버터 소자(902), n개의 한류 리액터(903), n개의 트랜스(904), 각 인버터 소자(902)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(906), 각 인버터 소자(902)의 ON-OFF 명령 신호를 구동하는 게이트 회로(905) 및 n상 인버터 전원 장치(9)를 제어하는 제어 회로(907)를 갖는다.
도 1을 참조하여, n상 인버터 전원 장치(9)에 있어서, 상용의 3상 교류 전압(도시한 것은 3상 교류 전압인 것을 나타내었지만, 단상 교류 전압이어도 됨)이 정류 회로(901)에 입력된다. 이에 의해, 정류 회로(901)의 출력 전압은, 정류되어, 직류화된 직류 전압으로 변환된다. 이 직류 전압은, 복수개(n개)의 병렬 인버터 소자(902)에 인가된다.
인버터 소자(902)는, 파워 트랜지스터 등의 2개의 스위칭 소자가 직렬로 배치됨으로써 구성되어 있다. 2개의 스위칭 소자의 게이트에는, 게이트 회로(905)로부터 교대로 ON-OFF 변화한 신호로 입력된다. 당해 신호의 입력에 의해, 한류 리액터(903)에는, 직류 전압이 ON-OFF됨으로써 생성된 교류 펄스 전압이 입력된다. 당해 교류 펄스 전압은, 한류 리액터(903)를 거쳐, 트랜스(904)의 1차측에 입력된다.
n개의 트랜스(904)의 1차측에서는, n개의 트랜스가 Δ 결선으로 결합되어 있다. 각 트랜스에 입력된 1차 전압에 의해, 트랜스(904)의 2차측 전압은 고전압으로 승압되어, 출력된다. 트랜스(904)의 2차측은, n개의 트랜스의 일단을 공통으로 한 Y 결선으로 함으로써, 저압 전압(LV)의 전압을 공통으로 하고 있다. 다른 일단의 각 트랜스(904)의 2차측 단자에는, 각각 위상이 상이한 교류 고전압(HV)이 출력된다. 이 위상이 상이한 교류 고전압(HV)은, 각 방전 셀(70)에 대하여, 각각 인가된다.
그런데, 도 1을 참조하여, n상 인버터 전원 장치(9)는, 라디칼 가스 생성 장치(100)(보다 구체적으로는, 각 방전 셀(70))에 대하여, 방전을 하게 하기 위한 복수의 교류 고전압을 출력할 수 있다. 각 방전 셀(70)에 대하여 복수의 교류 고전압이 인가되면, 각 방전 셀(70)의 방전 공간(40)에 있어서, 유전체 배리어 방전이 발생한다. 그리고, 각 방전 공간(40) 내에 통과하는 원료 가스(G1)와 유전체 배리어 방전의 작용에 의해, 각 방전 공간(40)에 있어서 라디칼 가스(G2)가 생성된다. 즉, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내에 있어서, 유전체 배리어 방전을 이용하여, 원료 가스(G1)의 일부가 방전에 의해 라디칼 가스화한 가스(G2)가 생성된다.
또한, 원료 가스 공급부(101)는, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 상면부에 배치되어 있다. 당해 원료 가스 공급부(101)로부터는, 라디칼 가스(G2)의 원료로 되는 원료 가스(G1)가, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내로 공급된다. 또한, 원료 가스 공급부(101)로부터 공급된 원료 가스(G1)는, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내에 충만되고, 각 방전 셀(70)의 외측으로부터 각 방전 셀(70) 내로 균일량 침입하여, 각 방전 공간(40) 내에 흐른다.
처리 챔버 장치(200) 내에는, 라디칼 가스 생성 장치(100)에서 생성된 라디칼 가스(G2)가 분출된다. 처리 챔버 장치(200)에서는, 당해 라디칼 가스를 이용하여, 피처리체(202)에 주면에 대하여, 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
예를 들어, 라디칼 가스 생성 장치(100)에, 원료 가스(G1)로서, 질소 가스가 공급되었다고 하자. 이 경우에는, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 각 방전 셀(70) 내에 있어서, 당해 질소 가스로부터, 라디칼 가스(G2)로서, 질소 라디칼 가스가 생성된다. 따라서, 처리 챔버 장치(200)에서는, 라디칼 가스 생성 장치(100)로부터 분출되는 질소 라디칼 가스(G2)를 이용하여, 피처리체(202)에 대하여, 질화막이 성막된다.
또한, 라디칼 가스 생성 장치(100)에, 원료 가스(G1)로서, 오존 가스 혹은 산소 가스가 공급되었다고 하자. 이 경우에는, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 각 방전 셀(70) 내에 있어서, 당해 오존 가스 혹은 당해 산소 가스로부터, 라디칼 가스(G2)로서, 산소 라디칼 가스가 생성된다. 따라서, 처리 챔버 장치(200)에서는, 라디칼 가스 생성 장치(100)로부터 분출되는 산소 라디칼 가스(G2)를 이용하여, 피처리체(202)에 대하여, 산화막이 성막된다.
또한, 라디칼 가스 생성 장치(100)에, 원료 가스(G1)로서, 수소 가스 혹은 수증기 가스가 공급되었다고 하자. 이 경우에는, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 각 방전 셀(70) 내에 있어서, 당해 수소 가스로부터, 라디칼 가스(G2)로서, 수소 라디칼 가스가 생성된다. 또는 라디칼 가스 생성 장치(100)의 각 방전 셀(70) 내에 있어서, 당해 수증기 가스로부터, 라디칼 가스(G2)로서, OH 라디칼 가스(히드록시 라디칼 가스)가 생성된다. 따라서, 처리 챔버 장치(200)에서는, 라디칼 가스 생성 장치(100)로부터 분출되는 수소 라디칼 가스(G2) 혹은 OH 라디칼 가스(G2)를 이용하여, 피처리체(202)에 대하여, 수소 환원막(수소 결합을 촉진시킨 금속막)이 성막된다.
또한, 처리 챔버 장치(200)의 하방측면에는, 진공 펌프(300)와 연결되는 가스 배출부(203)가 배치되어 있다. 당해 진공 펌프(300)에 의한 가스의 배기에 의해, 처리 챔버 장치(200) 내의 압력은, 약 수 torr 내지 수십 torr(수 kPa) 정도로 유지되어 있다. 또한, 진공 펌프(300)에 의해, 라디칼 가스 생성 장치(100)로부터 처리 챔버 장치(200)로의 가스의 흐름도 형성되어 있다. 또한, 개구부(102)는, 오리피스로서 기능하므로, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내와 처리 챔버 장치(200) 내의 사이에서, 압력 구분을 형성할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 챔버 장치(200)에는, 테이블(201)이 배치되어 있다. 그리고, 당해 테이블(201) 상에는, 피처리체(202)가 적재된다. 당해 피처리체(202)에 대하여, 라디칼 가스 생성 장치(100)의 개구부(102)로부터 분출된 라디칼 가스(G2)가 쏘여진다. 그리고, 피처리체(202)에는, 라디칼 가스(G2)를 이용한 처리가 실시된다(예를 들어, 박막이 형성됨). 또한, 테이블(201)은, 피처리체(202)가 적재되어 있는 상태에서, 평면에서 보아, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 당해 테이블(201)의 회전에 의해, 피처리체(202)도 마찬가지로 회전한다.
또한, 상기한 바와 같이, 각 방전 셀(70)의 윤곽은 동일하다. 또한, 각 방전 셀(70)에 형성되어 있는 개구부(102)의 개구 직경도 동일하다. 그 때문에, 가스가 흐르는 것에 따른 압력 손실은, 각 방전 셀(70) 및 개구부(102)에 있어서 동일하다. 따라서, 각 방전 셀(70)에 있어서 균등하게 가스가 흘러, 처리 챔버 장치(200) 내로 분출되는 라디칼 가스(G2)의 분출 속도도 일정해진다.
도 1에 도시하는 바와 같이, n상 인버터 전원 장치(9)의 LV 출력 단자는, 단자(8)를 통하여, 저전압 전극(1)에 접속되어 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 각 방전 셀(70)에 있어서, 저전압 전극(1)은 공통이며, 접지 전위이다. 또한, n상 인버터 전원 장치(9)의 각 HV 출력 단자는, n개의 단자(7a, 7b, … 7n)를 통하여, 각 방전 셀(70)의 고전압 전극 블록(5)에 각각 접속되어 있다. 당해 접속 관계에 의해, n상 인버터 전원 장치(9)는, 각 방전 셀(70)에 대하여, n상의 교류의 고전압을 인가할 수 있다.
상기한 바와 같이, 하나의 n상 인버터 전원 장치(9)는, 각 방전 셀(70)에 대하여, 위상이 상이한 복수의 교류 고전압(HV)을 인가하고 있다. 또한, 저전압 전극(1) 내 및 고전압 전극 블록(5) 내에는, 냉각수 등으로 냉각하여, 발생하는 열을 냉각할 수 있는 구조가 형성되어 있지만, 도면의 간략화의 관점에서, 당해 냉각에 관한 구성은 도시를 생략하였다.
그런데, 각 방전 셀(70)에 있어서, 고전압 전극(31)과 저전압 전극(1)이 대면하고 있는 영역이, 방전 공간(40)으로 된다. 저전압 전극(1)에는, n상 인버터 전원 장치(9)의 LV 출력 단자가 접속되고, n상 인버터 전원 장치(9)의 각 HV 출력 단자는, 각 단자(7a, 7b, … 7n)와 각 고전압 전극 블록(5)을 경유하여, 각 고전압 전극(31)에 접속된다. 그리고, 저전압 전극(1)과 각 고전압 전극(31)의 사이에 교류 고전압이 인가되면, 각 방전 공간(40)에서 유전체 배리어 방전이 발생한다. 그리고, 상기한 바와 같이, 원료 가스(G1)와 당해 유전체 배리어 방전에 의해, 각 방전 공간(40)에 있어서 원료 가스(G1)의 일부가 방전에 의해 라디칼 가스화한 가스(G2)가 생성된다.
또한, 상기한 바와 같이, 생성된 라디칼 가스(G2)는, 각 개구부(102)를 통하여, 처리 챔버 장치(200) 내의 피처리체(202)에 대하여 분출된다. 여기서, 처리 챔버 장치(200) 내에 분출되는 라디칼 가스(G2)의 농도는, 통상 1％(10000ppm) 미만이며, 남은 대부분을 차지하는 가스는, 원료 가스(G1)이다. 따라서, 원료 가스(G1)는, 생성된 라디칼화한 라디칼 가스(G2)를, 각 방전 셀(70)로부터 처리 챔버 장치(200) 내로 단시간에 운반하는, 캐리어 가스의 역할을 하고 있다.
즉, 각 방전 셀(40)의 개구부(102)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 분출 속도는, 원료 가스(G1)에 의해 결정된다. 따라서, 당해 분출 속도가 느려지면, 라디칼 가스(G2)가 피처리체(202)에 도달할 때까지의 시간이 걸리고, 생성된 라디칼 가스(G2)의 일부가 소멸될 가능성이 높아지고, 라디칼 가스양(라디칼 가스 농도)이 낮은 라디칼 가스(G2)가 피처리체(202)에 쏘이게 된다. 이것은, 피처리체(202)에 대한 라디칼 가스(G2)를 사용한 처리 효율이 저하됨을 의미한다.
이상의 점에서, 각 방전 셀(40)의 개구부(102)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 분출 속도를 일정 이상으로 확보할 필요가 생기며, 개구부(102)의 개구 직경을 작은 오리피스 형상으로 하는 것이 바람직하다.
그런데, 개구부(102)의 개구 직경을 작게 하면, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도가 증가하고, 라디칼 가스(G2)의 소멸을 억제할 수 있다. 그러나, 피처리체(202)에 있어서의, 라디칼 가스(G2)가 조사되는 면적이 한정된다. 개구부(102)는, 각 방전 셀(70)에 있어서 형성되어 있는데, 라디칼 가스(G2)가 조사되는 영역이 한정되면, 피처리체(202)에 대하여 균일하게 라디칼 가스(G2)를 조사하는 것은 곤란하다.
한편으로, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도를, 각 방전 셀(70)에 있어서, 일정하게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도를 일정하게 하기 위해, 복수의 방전 셀(70)에 있어서, 방전 셀(70)의 윤곽 형상을 동일하게 하고, 또한 각 개구부(102)의 개구 직경도 동일하게 하였다.
즉, 각 방전 셀(70)에 있어서, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도를 바꾸는 것은 바람직하지 않다. 다른 한편, 라디칼 가스(G2)의 고속 분출을 위해, 개구부(102)의 개구 직경을 작게 할 필요가 있지만, 개구 직경이 작아지면, 균일한 라디칼 가스 처리가 곤란하게 된다.
따라서, 본 발명에서는, 이하의 구성에 의해, 각 방전 셀(70)에 있어서, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도를 고속으로 일정하게 유지하면서, 피처리체(202)에 대한 균일한 라디칼 가스 처리를 가능하게 한다.
우선, 라디칼 가스(G2)의 조사 시에, 테이블(201)에 의해 피처리체(202)를 일정 속도로 회전시킨다. 여기서, 라디칼 가스 생성 장치(100)에는, 복수의 방전 셀(70)이 배치되어 있고, 각 방전 셀(70)에 있어서 개구부(102)가 배치되어 있다. 당해 개구부(102)의 위치는 고정이다.
따라서, 각 개구부(102)로부터 라디칼 가스(G2)를 분출시키고 있는 한편, 피처리체(202)를 회전시키면, 피처리체(202)의 보다 넓은 범위에서의 라디칼 가스 처리가 가능하게 된다. 그러나, 피처리체(202)의 회전에 의해, 피처리체(202)의 회전 중심으로부터의 위치에 따라, 주속도가 상이하다. 방전 셀(70)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 유량이 동일하고, 주속도가 상이하면, 피처리체(202)의 회전 중심으로부터 거리에 따라, 피처리체(202)에 대한 라디칼 가스 처리가 상이한 결과로 된다.
따라서, 피처리체(202)의 회전 중심을 기점으로 하여, 각 방전 셀(70)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 유량을 변화ㆍ조정시킬 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 피처리체(202)에 대한 라디칼 가스 처리의 균일성의 관점에서, 피처리체(202)(테이블(201))의 회전의 주속도에 따라, 각 방전 셀(70)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 라디칼화된 유량 성분을 제어할 필요가 있다.
당해 라디칼 가스(G2)의 유량 제어를, 본 발명에서는, 평면에서 보아, 피처리체(202)의 회전 중심 위치로부터 멀리 배치되어 있는 방전 셀(70)일수록, 고전압 전극(31)과 저전압 전극(1)의 사이에, 보다 전압이 높은 교류 전압 파형을 인가시킨다. 이러한 전압 인가를 행함으로써, 방전 공간(40)에 공급할 수 있는 부하 전류가 증가하고, 방전 셀(70)에 공급하는 방전 전력이 높아지고, 라디칼 가스(G2)의 생성량도 증가한다. 따라서, 방전 셀(70)의 배치 위치에 따라, 라디칼 가스(G2)의 라디칼화된 유량 성분을 변화시킬 수 있다.
피처리체(202)의 회전 중심으로부터 먼 위치에서는, 주속도가 빨라지므로, 라디칼 가스(G2)의 조사 시간은 짧아진다. 한편, 피처리체(202)의 회전 중심으로부터 가까운 위치에서는, 주속도가 느려지므로, 라디칼(G2)의 조사 시간이 길어진다. 여기서, 피처리체(202)의 회전 속도(각속도)는 일정하다. 방전 셀(70)의 배치 위치로 결정되는 조사 시간에 반비례하여, 방전 셀(70)에서 발생하는 라디칼 가스양(라디칼 가스 농도)이 변화하도록, 각 방전 셀(70)에 인가시키는 교류 전압값을 변화시킨다.
예를 들어, 2개의 방전 셀(70)에 착안한 것으로 한다. 한쪽 방전 셀(70)은, 평면에서 보아, 피처리체(202)의 회전 중심으로부터 제1 거리만큼 이격되어 있다. 이에 비해, 다른 쪽 방전 셀(70)은, 평면에서 보아, 피처리체(202)의 회전 중심으로부터 제2 거리만큼 이격되어 있다. 여기서, 제1 거리는 제2 거리보다 작다.
이 경우, n상 인버터 전원 장치(9)는, 다른 쪽 방전 셀(70)에 있어서의 고전압 전극(31)과 저전압 전극(1) 사이에 인가하는 교류 전압값을, 한쪽 방전 셀(70)에 있어서의 고전압 전극(31)과 저전압 전극(1) 사이에 인가하는 교류 전압값보다 높은 것을 인가한다. 이에 의해, 다른 쪽 방전 셀(70)에 주입되는 방전 전력량을, 한쪽 방전 셀(70)에 주입되는 방전 전력량보다 늘리고, 방전으로 생성되는 라디칼 가스양(라디칼 가스 농도)이, 한쪽 방전 셀(70)보다, 다른 쪽 방전 셀(70)에 있어서 늘어난다. 즉, 다른 쪽 방전 셀(70)의 개구부(102)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 유량 성분을, 한쪽 방전 셀(70)의 개구부(102)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 유량 성분보다 크게 할 수 있다.
상기에 의해 알 수 있는 바와 같이, 방전 셀(70)의 상기 회전 중심으로부터의 위치에 따라, 방전 공간(40) 내에서 생성되는 라디칼 가스(G2)의 농도를 변화시키기 위해, n상 인버터 전원 장치(9)는, 방전 셀(70)의 상기 회전 중심으로부터의 위치에 따라, 상이한 전압값의 교류 전압을, 각 방전 셀(70)에 인가시키고 있다. 이러한 전압 인가를 행할 수 있는 n상 인버터 전원 장치(9)의 구성 및 동작을, 도 1, 도 3을 사용하여, 이하에서 설명한다.
도 1에 도시한 n상 인버터 전원 장치(9)에 있어서, 입력측의 상용 교류 전원(예를 들어, 60Hz, 3상 200V)을 정류 회로(901)에서 일단 직류화하고, 직류화한 전압을, 병렬 접속되어 있는 n개의 인버터 소자(902)에, 각각 입력시킨다. 한편, 각 인버터 소자(902)에서는, 각 게이트 회로(905)로부터의 ON-OFF 구동 신호에 의해, n개의 인버터 소자(902)로부터, 임의의 펄스 전압을 출력할 수 있도록 되어 있다. 당해 출력된 펄스 전압은, 각 한류 리액터(903)를 통하여 각 트랜스(904)에 입력된다. 그리고, 각 트랜스(904)에서는, 각 인버터 소자(902)로부터의 펄스 전압에 따른 교류 전압이 승압된다. 그리고, 각 승압된 교류 고전압은, 각 방전 셀(70)에 인가된다.
각 인버터 소자(902)에 입력되는, 각 게이트 회로(905)로부터의 ON-OFF 구동 신호를, 도 3에 도시한 a, b, c, d … n과 같이 하면, 각 트랜스(904)의 출력부에서는, 상이한 진폭의 교류 전압을 출력할 수 있다(도 3의 최하단에 도시하는 n상 교류 전압 파형 참조).
전원의 제어 회로(907)에 있어서, ON-OFF하는 펄스 주기 T는 각 신호에서 거의 일정값으로 설정한다(인버터의 출력 주파수 f(=1/T)를 고정으로 함). 그리고, 각 펄스의 ON 주기(위상)를, 각 위상 2π에 대하여, n 분할한 위상(=2ㆍπ/n) 어긋나게 한다. 이에 의해, 상기 ON-OFF 구동 신호는, 도 3에 도시한 a, b, c, d … n으로 나타내는 각 펄스 신호로 된다.
또한, 도 3에 도시한 a, b, c, d … n으로 나타내는 각 펄스 신호의 펄스폭 τ를 상마다 크게 함으로써, 각 n상의 교류 전압의 진폭을 변화시킬 수 있다.
또한, 방전 셀(70)의 분위기 온도, 공급하는 원료 가스 유량, 방전 셀(70) 내의 가스 압력 및 처리 챔버 압력 등에 의해, 부하 조건이 바뀌어도 소정의 방전 전력을 각 방전 셀(70)에 출력시키기 위해, 전류 검출기(906)는, 교류 전압마다 전류값 등을 검출한다. 그리고, 전류 검출기(906)는, 당해 검출 결과를 제어 회로(907)에 피드백한다. 제어 회로(907) 내에서는, 당해 검출 결과를 사용하여, 설정한 펄스폭 τ 혹은 펄스 주기 T에 대하여, PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어가 실시된다. 이에 의해, 각 상에 공급하는 전력량을 보다 안정화시킬 수 있다.
즉, 제어 회로(907)에 있어서, 피드백된 전류값과 목표로 하는 각 상에서의 전류값과의 편차량에 따라, 펄스폭 τ의 PID 제어가 실행된다. 당해 PID 제어에 의해, 상마다 공급하는 전력량을 고정밀도로 제어할 수 있다.
각 인버터 소자(902)에서 n상으로 분할한 펄스 전압은, 한류 리액터(903)를 통하여, 복수개의 트랜스(904)의 1차측에 공급된다. 복수개의 트랜스(904)의 1차측은, 예를 들어 Δ 결선 혹은 Y 결선되어, 2차측 권선과 자기 결합되고, 1차 권취수와 2차 권취수비로, 1차측에 입력된 전압이 승압된다. 2차측의 출력은, 저전압값 LV는 공통으로 하고, 고전압 HV만 독립된 위상이 상이한 고전압으로 하기 때문에, 트랜스의 2차측 결선으로서는, Y 결선으로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도는, 주로, 도 2에 있어서, 유전체(2, 3)의 외형에 따라 결정된다. 따라서, 도 2에 있어서, 각 방전 셀(70)에 있어서 동일한 윤곽 외형인 것이, 라디칼 가스(G2)의 분출 속도 동일의 관점에서 바람직하다고 설명하였지만, 각 방전 셀(70)에 있어서, 유전체(2, 3)의 외형이 동일하면, 고전압 전극(31)의 외형을 변화시켜도, 각 방전 셀(70)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 분출 속도를 동일하게 할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 라디칼 가스 발생 시스템(500)에서는, 라디칼 가스 생성 장치(100) 내에는, 복수의 방전 셀(70)이 배치되어 있고, 각 방전 셀(70)에 대하여, 개구부(102)가 배치되어 있다. 또한, 개구부(102)를 통하여, 복수의 라디칼 가스(G2)를, 라디칼 가스 생성 장치(100)로부터 처리 챔버 장치(200)로 유도하고 있다. 그리고, 피처리체(202)를 회전시키고 있다. 또한, 각 방전 셀(70)에 대하여, 1대의 n상 인버터 전원 장치(9)는, 독립된 n상의 위상이 상이한 교류 고전압 전압을 출력하고, 피처리체(202)의 회전 중심으로부터의 거리에 따라 방전 셀(70)에 인가시키는 교류 전압의 진폭을 변화시키고, 방전 공간(40)에 투입하는 방전 전력 밀도를 변화시키고 있다.
따라서, 상기와 같이 방전 전력 밀도를 변화시킴으로써, 개구부(102)를 통하여, 라디칼 가스 생성 장치(100)에서 생성된 라디칼 가스(G2)의 라디칼양(라디칼 가스 농도)을 변화시킬 수 있다. 또한, 하나의 라디칼 가스 생성 장치(100)에 대하여, 복수의 교류 고전압 전원을 배치하지 않고, 1대의 n상 인버터 전원 장치(9)를 사용하여, 각 방전 셀(70)로부터 분출되는 라디칼 가스(G2)의 라디칼 가스양(농도)을 제어할 수 있다. 따라서, 저비용, 저설치 면적이면서, 대면적의 피처리체(202)에 대하여, 균일한 라디칼 가스 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 2에 있어서, 복수의 방전 셀(70)의 윤곽 외형(특히, 유전체(2, 3)의 외형)은, 각 방전 셀(70)에 있어서 동일하며, 각 개구부(102)의 개구 직경도, 각 방전 셀(70)에 있어서 동일하게 하고 있다. 따라서, 방전 공간(40)에서 생성되는 라디칼양(농도)은, 겨우 1％ 미만에서의 가변 제어로 되기 때문에, 개구부(102)로부터 분출하는 가스 속도를 거의 동일 상태로 유지하면서, 방전 셀(70)의 배치 위치에 따라, 라디칼양(농도)을 제어할 수 있다.
또한, 각 방전 셀(70)의 온도나 가스 유량이나 가스 압력 등의 방전 부하 상태가 다소 가변된 경우라도, 각 상에서 검출한 전류값을 피드백하여, 제어 회로(907)에서는, PID 제어가 실시되고 있다. 이에 의해, 보다 안정적인 교류 전압의 인가가 가능하게 되고, 각 방전 셀(70)에 공급 전력량을 제어할 수 있다.
또한, 피처리체(202)를 회전시키고 있으므로, 라디칼 가스(G2)가 분출되는 개구부(102)의 개구 직경을 작게 할 수 있고, 라디칼 가스(G2)의 보다 고속화가 가능하게 된다. 따라서, 라디칼 가스(G2)를, 단시간에 피처리체(202)에 도달시킬 수 있고, 피처리체(202)에 도달할 때까지 라디칼 가스(G2)가 소멸되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 각 방전 셀(70)에 있어서, 방전 공간(40)에 면하여 배치되어 있는 각 유전체(2, 3)는, 단결정 사파이어 또는 석영을 포함하고 있어도 된다.
방전 공간(40)에서는, 유전체 배리어 방전이 발생하고, 당해 유전체 배리어 방전에 의해, 유전체(2, 3)가 방전 손상을 받는다. 따라서, 각 유전체(2, 3)를 단결정 사파이어제 또는 석영제로 하면, 유전체(2, 3)의 방전 내성은 향상되고, 결과로서, 유전체 배리어 방전에 의해 유전체(2, 3)로부터 석출되는 파티클 입자량을 억제할 수 있다.
그런데, 라디칼 가스 생성 장치(100)에 있어서, 방전 공간(40)에서의 유전체 배리어 방전에 의해, 양질의 라디칼 가스(G2)를 생성하기 위해서는, 방전 공간(40)을 고전계 플라즈마 상태로 할 필요가 있다. 방전 공간(40)의 전계는, 방전 공간(40)의 가스 압력과 방전 공간(40)에서의 갭 길이의 곱의 값에 의존하고 있으며, 고전계 플라즈마 상태로 하기 위해서는, 「Pㆍd(kPaㆍ㎝)」의 곱의 값이, 소정의 값 이하로 될 것이 요구된다. 즉, P는 라디칼 가스 생성 장치(100) 내의 압력에 대응하고 있고, d는 각 방전 셀(70)에 있어서의 갭 길이(제1 유전체(2)로부터 제2 유전체(3)까지의 거리)이며, 각 방전 셀(70)에 있어서 균일하다.
라디칼 가스인 경우에 있어서, Pㆍd의 곱의 값이 동일한 값일 때, 대기압+짧은 갭 길이의 조건(전자의 경우라고 칭함)과, 감압+긴 갭 길이의 조건(후자의 경우라고 칭함)인 경우에는, 하기의 점에서 유익하다. 즉, 후자의 경우 쪽이, 방전 공간(40) 내에 흐르는 가스 유속이 높아지고, 또한 갭 길이(방전면의 벽)가 넓어져, 라디칼 가스(G2)의 벽에 대한 충돌량에 의한 손실이 억제된다(즉, 발생한 라디칼 가스양(라디칼 농도)의 분해를 억제할 수 있음).
이상과 같은 점에서, 유전체 배리어 방전을 안정적으로 구동할 수 있고, 양호한 라디칼 가스가 얻어진다고 하는 관점에서, 라디칼 가스 생성 장치(100)는 이하의 조건을 충족하는 것이 바람직하다는 것을, 본 발명자들은 알아냈다.
즉, 라디칼 가스 생성 장치(100)에 있어서, 내부의 가스 압력 P를, 약 10kPa 내지 30kPa 정도로 설정하고, 방전 공간(40)의 갭 길이 d를, 약 0.3 내지 3mm로 설정함으로써, Pㆍd 곱의 값을 약 0.3 내지 9(kPaㆍ㎝)로 하는 것이 바람직하다.
상기에서는, 피처리체(202)를 회전시킨 처리 챔버 장치(200)에, 라디칼 가스 생성 장치(100)를 설치하고 있었다. 그리고, 당해 라디칼 가스 생성 장치(100) 내에는, 복수의 방전 셀(70)이 배치되어 있다. 각 방전 셀(70)의 개구부(102)로부터 분출시키는 라디칼 가스 발생량을, 피처리체(202)의 회전 각속도 위치에 대응하여 변화시킴으로써, 광범위한 피처리체(202)의 면에, 균일한 막을 단시간에 성막시키고 있다. 한편으로, 처리 챔버 장치(200)에, 복수의 방전 셀(70)을 설치한 라디칼 가스 생성 장치(100)를 설치하고, 복수의 방전 셀(70)에 임의의 교류 전압을 인가할 수 있도록 한, 전원 장치를 갖는, 라디칼 가스 발생 시스템에도 적용할 수 있다.
일 실시예로서, 전원 장치를 포함시킨 성막을 위한 라디칼 발생 시스템에 대하여 설명하였지만, 다른 라디칼 발생기 용도나 방전 발생기의 전원 장치에도 적용할 수 있다.
1: 저전압 전극
2: 제1 유전체
3: 제2 유전체
4: 스페이서
5: 고전압 전극 블록
9: n상 인버터 전원 장치
31: 고전압 전극
40: 방전 공간
70: 방전 셀
101: 원료 가스 공급부
102: 개구부
100: 라디칼 가스 생성 장치
200: 처리 챔버 장치
201: 테이블
202: 피처리체
203: 가스 배출부
300: 진공 펌프
500: 라디칼 가스 발생 시스템
901: 정류 회로
902: 인버터 소자
903: 한류 리액터
904: 트랜스
905: 게이트 회로
906: 전류 검출기
907: 제어 회로
G1: 원료 가스
G2: 라디칼 가스

Claims (8)

  1. 유전체 배리어 방전을 이용하여, 원료 가스(G1)로부터 라디칼 가스(G2)를 생성하는 라디칼 가스 생성 장치(100)와,
    상기 라디칼 가스 생성 장치에 접속되어 있고, 내부에 피처리체(202)가 배치되어 있고, 당해 피처리체에 대하여 상기 라디칼 가스를 이용한 처리가 실시되는 처리 챔버 장치(200)와,
    상기 라디칼 가스 생성 장치에, 교류 전압을 인가하는 전원 장치(9)를 구비하고 있고,
    상기 처리 챔버 장치는,
    상기 피처리체가 적재되고, 당해 피처리체를 회전시키는 테이블(201)을 갖고 있고,
    상기 라디칼 가스 생성 장치는,
    상기 유전체 배리어 방전을 발생시키는 복수의 방전 셀(70)과,
    상기 원료 가스를, 당해 라디칼 가스 생성 장치 내에 공급하는 원료 가스 공급부(101)를 갖고 있고,
    상기 방전 셀은,
    제1 전극 부재(5, 31)를 갖는 제1 전극부(3, 5, 31)와,
    상기 제1 전극과 대향하여 배치되고, 제2 전극 부재(1)를 갖는 제2 전극부(1, 2)와,
    상기 처리 챔버 장치 내와 접속되고, 상기 테이블 상에 배치된 상기 피처리체와 면해 있고, 상기 유전체 배리어 방전에 의해 상기 원료 가스로부터 생성된 상기 라디칼 가스를 출력하는 개구부(102)를 갖고 있고,
    상기 전원 장치는,
    하나의 교류 전압을 입력하고, 또한 n상의 교류 전압을 출력 제어할 수 있는 전원 회로 구성으로 하고, 각 상의 상기 교류 전압은, 각 상기 방전 셀에 인가되고, 상기 방전 셀에 인가하는 상기 교류 전압을, 상기 방전 셀의 설치 위치에 대응하여 가변 제어하며,
    여기서, n은, 상기 방전 셀의 수에 대응한 수인 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버 장치는,
    상기 피처리체를 회전시키는 테이블(201)을 갖고 있고,
    상기 전원 장치의 전원 회로 구성은,
    n상 인버터와 n상 트랜스를 포함하고,
    각 상의 상기 교류 전압은, 각 상기 방전 셀에 인가되고, 상기 피처리체의 평면에서 보아, 상기 회전의 중심 위치로부터 멀리 배치되어 있는 상기 방전 셀일수록, 당해 방전 셀에 인가하는 상기 교류 전압을 높이는 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전원 장치는,
    각 상으로 분할한 직류 전류를 검출하고, 당해 검출 결과를 사용하여, 상기 인버터의 펄스폭 혹은 펄스 주기를 PID 제어하는 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방전 셀은,
    상기 유전체 배리어 방전이 발생하는 방전 공간에 면하여 배치되어 있는 유전체(2, 3)를 더 갖고 있고,
    상기 유전체는,
    단결정 사파이어 또는 석영을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 라디칼 가스 생성 장치에 있어서,
    내부의 가스 압력은,
    10kPa 내지 30kPa이고,
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부의 거리는,
    0.3 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스는,
    질소 가스이고,
    상기 라디칼 가스 생성 장치는,
    상기 질소 가스로부터, 상기 라디칼 가스로서, 질소 라디칼 가스를 생성하고,
    상기 처리 챔버 장치는,
    상기 질소 라디칼 가스를 이용하여, 상기 피처리체에 대하여, 질화막을 성막시키는 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스는,
    오존 가스 혹은 산소 가스,
    상기 라디칼 가스 생성 장치는,
    상기 오존 가스 혹은 산소 가스로부터, 상기 라디칼 가스로서, 산소 라디칼 가스를 생성하고,
    상기 처리 챔버 장치는,
    상기 산소 라디칼 가스를 이용하여, 상기 피처리체에 대하여, 산화막을 성막시키는 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 원료 가스는,
    수소 가스 혹은 수증기 가스이고,
    상기 라디칼 가스 생성 장치는,
    상기 수소 가스 혹은 수증기 가스로부터, 상기 라디칼 가스로서, 수소 라디칼 가스 혹은 OH 라디칼 가스를 생성하고,
    상기 처리 챔버 장치는,
    상기 수소 라디칼 가스 혹은 OH 라디칼 가스를 이용하여, 상기 피처리체에 대하여, 수소 결합을 촉진시킨 금속막을 성막시키는 것을 특징으로 하는 방전 발생기와 그의 전원 장치.
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