KR20220104227A - 활성 가스 생성 장치 - Google Patents

활성 가스 생성 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220104227A
KR20220104227A KR1020227021252A KR20227021252A KR20220104227A KR 20220104227 A KR20220104227 A KR 20220104227A KR 1020227021252 A KR1020227021252 A KR 1020227021252A KR 20227021252 A KR20227021252 A KR 20227021252A KR 20220104227 A KR20220104227 A KR 20220104227A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
gas
active gas
metal electrode
base flange
Prior art date
Application number
KR1020227021252A
Other languages
English (en)
Inventor
렌 아리타
겐스케 와타나베
Original Assignee
도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 filed Critical 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Publication of KR20220104227A publication Critical patent/KR20220104227A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32348—Dielectric barrier discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2437—Multilayer systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/03—Mounting, supporting, spacing or insulating electrodes
    • H01J2237/038—Insulating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 개시는, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스를 분출하는 구조의 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 개시의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1C)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6C) 사이에 있어서의 가스의 흐름이 분리되는 가스 분리 구조가 마련된다. 활성 가스 생성 장치(100C)는, 고전압 인가 전극부(1C)에 있어서의 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 마련되는 보조용 금속 전극(12)을 더 갖고 있다. 보조용 금속 전극(12)은, 평면으로 보아 활성 가스 유통 경로의 일부와 중복되도록 마련되고, 또한 접지 전위로 설정된다.

Description

활성 가스 생성 장치
본 개시는, 평행 평판 방식의 유전체 배리어 방전으로 활성 가스를 생성하고, 후단의 처리 공간에 활성 가스를 공급하는 활성 가스 생성 장치에 관한 것이다.
평행 평판 방식의 유전체 배리어 방전으로 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 활성 가스 생성 장치가 있다.
특허문헌 1에 개시된 종래의 활성 가스 생성 장치에서는, 장치 후단에 처리 챔버 등의 처리 공간이 존재한다.
종래의 활성 가스 생성 장치는, 유전체 배리어 방전을 이용하여, 질소 가스 등의 원료 가스로부터 질소 라디칼 등의 활성 가스를 생성하고, 활성 가스를 처리 공간에 분출하고 있다.
국제 공개 제2019/229873호
종래의 활성 가스 생성 장치는, 고전압측 전극에 마련된 고전압 인가용의 금속 전극 등이 노출되어 있는 고전압 급전부 공간을 경유한 가스가 방전 공간으로 유도되는 구조로 되어 있다. 이 경우, 고온이나 이상 방전에 의해 금속 전극의 성분 등이 증발되면 그 성분이 방전 공간에 그대로 혼입되어, 처리 공간에서 실행되는 반도체 성막 처리에 있어서의 파티클이나 메탈 콘타미네이션의 원인이 될 우려가 있었다.
즉, 종래의 활성 가스 생성 장치에서는 양질의 활성 가스를 출력할 수 없을 우려가 있다는 문제점이 있었다.
본 개시에서는, 상기와 같은 문제점을 해결하고, 전극 구성부 및 그 주변부의 형상·설치 구조를 연구함으로써, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스를 분출하는 구조의 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치이며, 제1 전극 구성부와 상기 제1 전극 구성부의 하방에 마련되는 제2 전극 구성부를 구비하고, 상기 제1 전극 구성부는, 제1 전극용 유전체막과 상기 제1 전극용 유전체막의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극을 갖고, 상기 제2 전극 구성부는, 제2 전극용 유전체막과 상기 제2 전극용 유전체막의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극을 갖고, 상기 제1 금속 전극에 교류 전압이 인가되고, 상기 제2 금속 전극이 접지 전위로 설정되고, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체막이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 전극이 평면으로 보아 중복되는 영역을 상기 방전 공간으로서 포함하고, 상기 제2 전극용 유전체막은, 상기 활성 가스를 하방으로 분출하기 위한 가스 분출 구멍을 갖고, 상기 방전 공간으로부터 상기 가스 분출 구멍에 이르는 경로가 활성 가스 유통 경로로서 규정되고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 도전성을 갖고, 단면 구조가 오목형이며, 중앙 저면 영역과, 상기 중앙 저면 영역의 외주를 따라서 마련되며 높이 방향으로 돌출된 주변 돌출부를 갖는 베이스 플랜지를 더 구비하고, 상기 제2 전극 구성부는 상기 중앙 저면 영역 상에 상기 제2 금속 전극이 접촉하는 양태로 마련되고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 상기 베이스 플랜지의 상기 주변 돌출부 상에 마련되며, 상기 제1 전극 구성부와 접촉하지 않고, 상기 제1 전극 구성부의 상방에 위치하며, 도전성을 갖는 도전성 구조체와, 상기 도전성 구조체와 상기 제1 전극 구성부 사이에 마련되며, 상면이 상기 도전성 구조체의 하면에 접촉하고, 또한 하면이 상기 제1 금속 전극의 상면에 접촉하는 절연재와, 상기 제1 전극 구성부를 하방으로부터 지지하도록, 상기 도전성 구조체의 하면 상에 마련되는 전극 지지 부재와, 상기 베이스 플랜지의 상기 주변 돌출부 상에 마련되며, 상기 도전성 구조체를 수용하는 하우징 내 공간을 갖는 금속제의 하우징을 더 구비하고, 상기 베이스 플랜지는, 외부로부터 상기 원료 가스를 받는 가스 공급구와, 상기 원료 가스를 상기 방전 공간에 공급하기 위한 가스 통과 경로와, 상기 가스 분출 구멍으로부터 분출되는 상기 활성 가스를 하방으로 분출하기 위한 베이스 플랜지용 가스 분출 구멍을 갖고, 상기 베이스 플랜지에는 접지 전위가 부여되고, 상기 도전성 구조체, 상기 전극 지지 부재 및 상기 제1 전극 구성부에 의해, 상기 하우징 내 공간과 상기 방전 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름이 분리되는 가스 분리 구조가 마련되고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 상기 제1 전극용 유전체막의 상면 상에 상기 제1 금속 전극과 독립하여 마련되는 제3 금속 전극을 더 갖고, 상기 제3 금속 전극은, 평면으로 보아 상기 활성 가스 유통 경로의 일부와 중복되도록 마련되고, 또한 접지 전위로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 활성 가스 생성 장치는 상기 가스 분리 구조를 가짐으로써, 하우징 내 공간에서 발생한 불순물이 방전 공간에 혼입되는 혼입 현상을 확실하게 피할 수 있다.
그 결과, 본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 제1 및 제2 전극용 유전체막을 손상시키지 않고, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스를 분출할 수 있다.
또한, 본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 접지 전위로 설정된 제3 금속 전극을 가짐으로써, 상기 활성 가스 유통 경로에 있어서의 전계 강도를 완화할 수 있다.
그 결과, 본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 가스 분출 구멍이나 베이스 플랜지용 가스 분출 구멍의 구조를 변경하지 않고, 베이스 플랜지용 가스 분출 구멍의 하방에 마련되는 처리 공간의 전계 강도를 의도적으로 약화시킬 수 있다.
게다가, 본 개시의 활성 가스 생성 장치는 상기 가스 분리 구조를 가짐으로써, 제1 및 제3 금속 전극 각각의 제1 전극용 유전체막의 상면에 대한 밀착도를 높일 필요성이 낮다. 이 때문에, 제1 및 제3 금속 전극으로서 제조가 비교적 용이한 벌크 금속을 사용할 수 있는 만큼, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
본 개시의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은 본 개시의 실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 도 1에서 도시한 고전압 인가 전극부의 상면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 3은 고전압 인가 전극부의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 1에서 도시한 접지 전위 전극부의 하면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 5는 접지 전위 전극부의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 1에서 도시한 베이스 플랜지의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 7은 베이스 플랜지의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 가스 버퍼 및 가스 확산 경로의 상세를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 1에서 도시한 절연판의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 10은 절연판의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 11은 도 1에서 도시한 전극 홀딩 부재의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 12는 전극 홀딩 부재의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 13은 도 1에서 도시한 냉각판의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 14는 냉각판의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 15는 실시 형태 2의 베이스 플랜지의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 16은 실시 형태 2의 베이스 플랜지의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 17은 가스 확산 경로의 형성 방향의 특징을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 18은 실시 형태 3인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.
도 19는 도 18에서 도시한 고전압 인가 전극부 및 보조용 금속 전극의 상면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 20은 고전압 인가 전극부 및 보조용 금속 전극의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 21은 도 18에서 도시한 접지 전위 전극부의 하면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 22는 접지 전위 전극부의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 23은 도 18에서 도시한 절연판의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 24는 절연판의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 25는 실시 형태 4인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.
도 26은 도 25에서 나타낸 고전압 인가 전극부 및 보조용 금속 전극의 상면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 27은 고전압 인가 전극부 및 보조용 금속 전극의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 28은 도 25에서 도시한 접지 전위 전극부의 하면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 29는 접지 전위 전극부의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.
도 30은 제1 비교용의 활성 가스 생성 장치의 전체 구조를 도시하는 단면도이다.
도 31은 제2 비교용의 활성 가스 생성 장치의 전체 구조를 도시하는 단면도이다.
<실시 형태 1>
(전체 구성)
도 1은 본 개시의 실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다. 도 1에 XYZ 직교 좌표계를 기재하고 있다. 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 방전 공간(6)에 공급된 원료 가스(5)(질소 가스 등)를 활성화하여 얻어지는 활성 가스(52)(질소 라디칼 등)를 생성하는 활성 가스 생성 장치이다.
활성 가스 생성 장치(100)는, 금속 하우징(3), 베이스 플랜지(4), 고전압 인가 전극부(1), 접지 전위 전극부(2), 절연판(7), 전극 홀딩 부재(8) 및 냉각판(9)을 주요 구성부로서 포함하고 있다.
베이스 플랜지(4)는 단면 구조가 오목형이며, 중앙 저면 영역(48)과, 중앙 저면 영역(48)의 외주를 따라서 마련되며 높이 방향(+Z 방향)으로 돌출된 주변 돌출부(46)를 갖고 있다. 그리고, 베이스 플랜지(4)는 접지 전위로 설정된다.
금속 하우징(3)은, 하방에 개구부를 갖는 금속제의 하우징이다. 금속 하우징(3)은 주로 냉각판(9)을 수용하는 하우징 내 공간(33)을 갖고 있다.
금속 하우징(3)은 금속제의 베이스 플랜지(4)를 저면으로 하는 양태로 베이스 플랜지(4)에 고정된다. 구체적으로는, 금속 하우징(3)은 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 고정된다. 따라서, 금속 하우징(3)의 개구부가 베이스 플랜지(4)에 의해 차폐되어, 금속 하우징(3) 및 베이스 플랜지(4)에 의해 하우징 내 공간(33)을 포함하는 차폐 공간이 형성된다. 또한, 금속 하우징(3)은 베이스 플랜지(4)를 통해 접지 전위로 설정된다.
활성 가스 생성 장치(100)에 있어서의 하우징 내 공간(33)의 저면부로서 냉각판(9)이 배치된다. 구체적으로는, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 상면에 냉각판(9)의 주변 단부가 접촉하는 양태로, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 상면 상에 냉각판(9)이 배치된다. 냉각판(9)은 금속판 등의 금속제의 도전성 구조체이며, 금속 하우징(3)과 접촉하지 않도록 배치된다.
한편, 베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48) 상에 제2 전극 구성부인 접지 전위 전극부(2)가 배치된다. 접지 전위 전극부(2)는, 제2 전극용 유전체막인 전극용 유전체막(21)과, 전극용 유전체막(21)의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극인 금속 전극(20)을 주요 구성부로서 갖고 있다. 따라서, 중앙 저면 영역(48)에 금속 전극(20)이 접촉하는 양태로 접지 전위 전극부(2)가 중앙 저면 영역(48) 상에 적재된다.
제1 전극 구성부인 고전압 인가 전극부(1)와, 제2 전극 구성부인 접지 전위 전극부(2)의 조합에 의해 내부에 방전 공간(6)을 갖는 전극쌍이 구성되고, 접지 전위 전극부(2)는 고전압 인가 전극부(1)의 하방에 마련된다.
고전압 인가 전극부(1)는, 제1 전극용 유전체막인 전극용 유전체막(11)과, 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극인 금속 전극(10)을 주요 구성부로서 갖고 있다.
금속 전극(10)과 금속 전극(20) 사이에 고주파 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가된다. 구체적으로는, 금속 전극(10)에는 고주파 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가되고, 금속 전극(20)은 베이스 플랜지(4)를 통해 접지 전위로 설정된다.
전극용 유전체막(11)과 전극용 유전체막(21)이 대향하는 유전체 공간이 되는 폐쇄 공간 내에 있어서, 금속 전극(10 및 20)이 평면으로 보아 중복되는 영역을 포함하여 방전 공간(6)이 마련된다.
전극용 유전체막(21)은 활성 가스(52)를 베이스 플랜지(4)의 가스 분출 구멍(43)을 통해 하방(후단)의 처리 공간(63)에 분출하기 위한, 가스 분출 구멍(23)을 갖고 있다.
베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48)의 중앙 부분에 있어서, 금속 전극(20)을 통하지 않고 전극용 유전체막(21)의 가스 분출 구멍(23)에 대응하는 위치에 가스 분출 구멍(43)(베이스 플랜지용 가스 분출 구멍)이 마련된다.
전술한 바와 같이, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 냉각판(9)이 고정되어 있다. 냉각판(9)의 하면 상에 절연판(7)이 마련되고, 고전압 인가 전극부(1)는 금속 전극(10)의 상면이 절연판(7)의 하면에 접촉하도록 배치된다.
냉각판(9)의 하면에 전극 지지 부재가 되는 전극 홀딩 부재(8)가 마련된다. 전극 홀딩 부재(8)는 절연판(7) 및 고전압 인가 전극부(1)의 외주 영역에 마련된다. 이하, 절연판(7) 및 고전압 인가 전극부(1)의 조합 구조를 「상부 전극군」이라 약칭하는 경우가 있다.
전극 홀딩 부재(8)는, 하방의 일부가 내측(상부 전극군의 형성 방향)으로 돌출되는 압박용 돌출부(8a)를 갖고 있다. 이 압박용 돌출부(8a)는, 상면이 전극용 유전체막(11)의 하면에 접촉하는 양태로 수평 방향(XY 평면)을 따라서 내측으로 돌출되어 마련된다.
전극 홀딩 부재(8)의 압박용 돌출부(8a)와 냉각판(9)에 의해, 상부 전극군을 집음으로써, 냉각판(9)의 하면 상에 상부 전극군을 고정하고 있다.
따라서, 전극 홀딩 부재(8)는, 고전압 인가 전극부(1)를 하방으로부터 지지하도록, 냉각판(9)의 하면 상에 마련되는 전극 지지 부재로서 기능한다.
전극 홀딩 부재(8)의 냉각판(9)에의 설치에 스테인리스제의 볼트가 사용되지만, 이 볼트가 후술하는 가스 중계 영역 R4에 있어서, 원료 가스(5)의 가스의 흐름(51)에 노출되면 스테인리스 성분의 불순물이 혼입될 가능성이 있다. 이 때문에, 볼트는 모두 하우징 내 공간(33)측으로부터 냉각판(9)을 경유하여 전극 홀딩 부재(8)를 향하도록 설치되어 있다. 또한, 볼트의 도시는 생략하였다. 이와 같이, 전극 홀딩 부재(8)는, 압박용 돌출부(8a)와 냉각판(9) 사이에 상부 전극군을 끼워 넣는 양태로, 냉각판(9)의 하면에 설치된다.
절연재인 판형의 절연판(7)은, 냉각판(9)과 고전압 인가 전극부(1) 사이에 마련되며, 상면이 냉각판(9)의 하면에 접촉하고, 또한 하면이 고전압 인가 전극부(1)의 금속 전극(10)의 상면에 접촉한다.
따라서, 냉각판(9)은, 절연판(7)을 개재시킴으로써, 고전압 인가 전극부(1)와 접촉하지 않고, 고전압 인가 전극부(1)의 상방에 위치하게 된다.
이와 같이, 활성 가스 생성 장치(100)에서는, 고전압 인가 전극부(1)는 접지 전위 전극부(2) 상에 스페이서를 통해 적재하는 것이 아니라, 상방의 냉각판(9)에 설치되어 있다고 하는, 설치 특징을 갖고 있다.
활성 가스 생성 장치(100)는 상기 설치 특징을 가짐으로써, 냉각판(9)의 높이 방향의 위치 결정을, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)와의 접촉면만으로 결정할 수 있다. 즉, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 상면의 형성 높이만에 의해, 냉각판(9)의 높이 방향을 위치 결정할 수 있다.
이 때문에, 활성 가스 생성 장치(100)는, 냉각판(9)의 형성 위치를 고정밀도로 설정함으로써, 냉각판(9)과 베이스 플랜지(4) 사이의 가스 누설의 차단이나 냉각수의 누설을 완전히 방지하는 것이 가능해진다.
베이스 플랜지(4)는, 주변 돌출부(46)의 일방측 면에 가스 공급구(34) 및 내부에 가스 통과 경로(35)를 갖고 있다. 외부로부터 공급되는 원료 가스(5)는 가스 공급구(34)로부터 가스 통과 경로(35)를 흐른다.
게다가, 베이스 플랜지(4)는, 중앙 저면 영역(48)의 상방(또한 주로 전극 홀딩 부재(8)의 하방)에, 가스 통과 경로(35)와 방전 공간(6)의 원료 가스(5)의 중계 영역이 되는 가스 중계 영역 R4를 갖고 있다.
따라서, 가스 통과 경로(35)를 흐르는 원료 가스(5)는, 최종적으로 가스 중계 영역 R4를 통해 방전 공간(6)에 공급된다. 또한, 정확하게는, 가스 통과 경로(35)와 가스 중계 영역 R4 사이에, 후술하는 가스 버퍼(41) 및 가스 확산 경로(42)가 존재한다.
이와 같이, 베이스 플랜지(4)는, 외부로부터 원료 가스(5)를 받는 가스 공급구(34)와, 원료 가스(5)를 방전 공간(6)에 공급하기 위한 가스 통과 경로(35)를 갖고 있다.
상술한 가스 중계 영역 R4는, 고전압 인가 전극부(1)(제1 전극 구성부), 절연판(7)(절연재), 전극 홀딩 부재(8) 및 냉각판(9)에 의해 하우징 내 공간(33)과 완전 분리되어 있다.
상기 완전 분리를 행하기 위해, 냉각판(9)과 베이스 플랜지(4)의 접촉면, 냉각판(9)과 전극 홀딩 부재(8)의 접촉면, 전극 홀딩 부재(8)와 고전압 인가 전극부(1)의 접촉면 각각에 O링에 의한 시일이 이루어져 있다(각 O링은 도시하지 않음).
따라서, 적어도 전극 홀딩 부재(8), 냉각판(9) 및 고전압 인가 전극부(1)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6) 사이에 있어서의 가스의 흐름이 분리되어 있다.
즉, 가스 중계 영역 R4를 흐르는 원료 가스(5)가 하우징 내 공간(33)에 혼입되지 않고, 반대로, 하우징 내 공간(33)에 존재하는 불순물 등이 가스 중계 영역 R4를 통해 방전 공간(6)에 혼입되는 일은 없다.
베이스 플랜지(4)는, 주변 돌출부(46)의 일방측 면에 대향하는 타방측 면에, 냉각수 공급구(44)를 갖고 있다. 외부로부터 공급되는 냉각 매체인 냉각수는 주변 돌출부(46)의 내부를 흘러 냉각수 통과구(451)로부터 냉각판(9)에 공급된다.
냉각판(9)은 내부에, 냉각수 통과구(451)를 통해 공급되는 냉각수를 유통시키는 냉각 매체 경로가 되는 냉각수 경로(90)를 갖고 있다. 따라서, 냉각판(9)은, 냉각수 경로(90)에 냉각수를 흘림으로써, 절연판(7)을 통해 고전압 인가 전극부(1)(전극용 유전체막(11))를 냉각하는 냉각 기능을 갖고 있다.
이와 같이, 베이스 플랜지(4)는, 냉각 매체인 냉각수를 받는 냉각 매체 공급구인 냉각수 공급구(44)와, 냉각수를 냉각판(9)에 공급하기 위한 냉각 매체 통과구인 냉각수 통과구(451)를 갖고 있다.
이하, 상술한 구조를 갖는 활성 가스 생성 장치(100)의 설치 수순을 간단하게 설명한다.
(1) 냉각판(9)을 뒤집어, 냉각판(9)의 상면과 하면의 관계를 반대로 한다.
(2) 냉각판(9)의 하면 상에 절연판(7)을 적재한다.
(3) 절연판(7) 상에 고전압 인가 전극부(1)를 금속 전극(10) 및 전극용 유전체막(11)의 순으로 적재한다.
(4) 냉각판(9)의 하면 상에 전극 홀딩 부재(8)를 적재하고, 냉각판(9)과 전극 홀딩 부재(8) 사이를 볼트 체결한다. 그 결과, 냉각판(9)의 하면 상에 상부 전극군이 설치된다. 이때, 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 간, 고전압 인가 전극부(1), 전극 홀딩 부재(8) 간이 시일된다.
(5) 베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48) 상에 접지 전위 전극부(2)를 적재한다.
(6) 상부 전극군이 설치된 냉각판(9)을 원래의 상하 관계로 되돌린다.
(7) 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 냉각판(9)을 적재하여, 냉각판(9), 베이스 플랜지(4) 간을 볼트 체결한다. 이때, 냉각판(9), 베이스 플랜지(4) 간의 시일이 이루어진다.
이와 같이, 설치하는 수순 (1) 내지 (7)을 거쳐, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)를 조립할 수 있다.
상술한 바와 같이 조립된 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 일방측 면에 마련한 가스 공급구(34)로부터 원료 가스(5)가 베이스 플랜지(4) 내에 공급된다.
베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 내에 있어서, 원료 가스(5)의 가스의 흐름(51)은, 가스 통과 경로(35)로부터 후술하는 가스 버퍼(41) 및 가스 확산 경로(42)를 경유하여 가스 중계 영역 R4를 향한다. 가스의 흐름(51)은, 가스 중계 영역 R4로부터 고전압 인가 전극부(1)와 접지 전위 전극부(2) 사이의 방전 공간(6)을 향한다. 방전 전력이 인가된 방전 공간(6)에 원료 가스(5)가 통과함으로써, 원료 가스(5)가 활성화되어 활성 가스(52)가 얻어진다. 활성 가스(52)는, 가스 분출 구멍(23) 및 가스 분출 구멍(43)을 통해 하방의 처리 공간(63)에 공급된다. 여기서, 방전 공간(6)으로부터 가스 분출 구멍(23)에 이르는 경로가 활성 가스 유통 경로로서 규정된다.
이때, 하우징 내 공간(33)은 100kPa 전후의 대기압 근방으로부터 1×10-1Pa 내지 1×10-3Pa 정도의 고진공까지의 넓은 압력 범위로 설정이 가능하다. 특히 하우징 내 공간(33)을 고진공으로 한 경우, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6) 사이에서 아주 약간의 누설이 발생하였다고 해도, 모두 하우징 내 공간(33)측으로의 누설의 흐름이 되기 때문에, 피처리물에 대한 영향은 발생하지 않는 이점이 있다.
실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 냉각판(9), 절연판(7), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6) 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6)의 가스의 흐름의 분리는, 적어도 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1)를 마련함으로써 실현할 수 있다.
실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는 상술한 가스 분리 구조를 가짐으로써, 하우징 내 공간(33)에서 발생한 불순물이 방전 공간(6)에 혼입되는 혼입 현상을 확실하게 피할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 전극용 유전체막(11 및 21)을 손상시키지 않고, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스(52)를 분출할 수 있다.
또한, 냉각 매체 경로가 되는 냉각수 경로(90)를 갖는 냉각판(9)의 냉각 기능에 의해, 절연판(7)(절연재)을 통해 고전압 인가 전극부(1)를 냉각할 수 있다. 이 때문에, 방전 공간(6)을 형성하는 하면을 갖는 전극용 유전체막(11)(제1 전극용 유전체막)에 발생하는 유전체막 내 영역간 온도차를 최소한으로 억제할 수 있다.
이하, 유전체막 내 영역간 온도차에 대하여 설명한다. 방전 공간(6)에서의 방전 현상에 의한 열팽창이 전력 밀도의 상한을 결정한다. 고전압 인가 전극부(1)의 전극용 유전체막(11)에 있어서, 방전 공간(6)과 평면으로 보아 중복되는 방전 영역(금속 전극(10)이 형성된 영역)과 그 이외의 비방전 영역 사이에 온도차가 발생한다. 전극용 유전체막(11) 내에 있어서의, 상술한 온도차가 유전체막 내 영역간 온도차가 된다.
유전체막 내 영역간 온도차가 커지면 열팽창에 차가 발생하기 때문에, 전극용 유전체막(11)의 파손 리스크가 높아진다. 그래서, 냉각판(9)에 의해, 절연판(7) 및 금속 전극(10)을 통해 전극용 유전체막(11)을 냉각함으로써, 가능한 한 유전체막 내 영역간 온도차를 극소화할 수 있으면, 보다 높은 방전 전력을 인가하는 것이 가능해진다.
따라서, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 상기 유전체막 내 영역간 온도차를 억제하는 만큼, 방전 공간(6)에 인가하는 방전 전력을 높게 할 수 있기 때문에, 활성 가스(52)의 생성량을 증가시킬 수 있다.
또한, 냉각판(9)과 금속 전극(10) 사이에 절연판(7)을 마련함으로써, 금속 전극(10)과 냉각판(9)이 전기적으로 접속되는 단락 현상을 확실하게 피할 수 있다.
이하, 상기 효과에 대하여 설명한다. 고전압 인가 전극부(1)의 금속 전극(10)에는 고주파 전원(50)으로부터 고전위가 인가되고, 냉각판(9)은 베이스 플랜지(4)를 통해 접지되어 있다. 따라서, 냉각판(9)과 금속 전극(10)이 직접 접촉하는 단락 현상을 피할 필요가 있다.
그래서, 절연물로 형성된 절연판(7)에 의해, 고전압 인가 전극부(1)의 금속 전극(10)과 냉각판(9) 사이의 단락 현상을 확실하게 방지하고 있다.
(고전압 인가 전극부(1))
도 2는 도 1에서 도시한 고전압 인가 전극부(1)의 상면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 3은 고전압 인가 전극부(1)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2의 A-A 단면이 도 3이 된다. 도 2 및 도 3 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 고전압 인가 전극부(1)의 전극용 유전체막(11)은 평면으로 보아 원형을 나타내고 있다.
금속 전극(10)은 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 마련되며, 중심부에 원형의 개구부(15)를 갖는 원환형으로 형성된다.
(접지 전위 전극부(2))
도 4는 도 1에서 도시한 접지 전위 전극부(2)의 하면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 5는 접지 전위 전극부(2)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 4의 B-B 단면이 도 5가 된다. 도 4 및 도 5 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 1, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 접지 전위 전극부(2)의 전극용 유전체막(21)은 평면으로 보아 원형을 나타내고 있다.
금속 전극(20)은 전극용 유전체막(21)의 하면 상에 마련되며, 중심부에 원형의 개구부(25)를 갖는 원환형으로 형성된다.
금속 전극(20)은 평면으로 보아 금속 전극(10)을 모두 포함하도록 형성되어 있기 때문에, 금속 전극(20)과 금속 전극(10)이 평면으로 보아 중복되는 방전 공간(6)은, 실질적으로 금속 전극(10)의 형성 영역에 의해 규정된다. 따라서, 방전 공간(6)은 금속 전극(10)과 같이 평면으로 보아, 가스 분출 구멍(23)을 중심으로 하여 원환형으로 형성된다.
접지 전위 전극부(2)는, 방전 공간(6)에서 생성된 활성 가스(52)를 하방으로 분출하기 위한 가스 분출 구멍(23)을 중심 위치에 갖고 있다. 가스 분출 구멍(23)은 전극용 유전체막(21)을 관통하여 형성된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 가스 분출 구멍(23)은, 평면으로 보아, 금속 전극(20)과 중복되지 않고, 금속 전극(20)의 개구부(25)의 중심 위치에 마련된다.
또한, 가스 분출 구멍(23)의 구멍 직경을 충분히 작게 설정함으로써, 가스 분출 구멍(23)에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「오리피스 기능」이란, 가스 통과부(가스 분출 구멍(23))의 통과 전후의 영역에 관해, 통과 후의 영역의 압력을 통과 전의 영역의 압력보다 저하시키는 기능을 의미하고 있다.
구체적으로는, 가스 분출 구멍(23)의 직경의 길이 φ를 0.69㎜, 형성 깊이를 1㎜로 하여, 원료 가스(5)의 가스 유량 1slm으로 하면, 가스 분출 구멍(23)의 하류 측압 266Pa(절대압)에 비해, 그 상류(방전 공간(6))를 30kPa 정도로 설정할 수 있다.
이와 같이, 접지 전위 전극부(2)에는 오리피스 기능을 갖는 가스 분출 구멍(23)이 형성되어 있다. 이 때문에, 활성 가스 생성 장치(100)의 하류측과 상류측의 방전 공간(6)은 압력차가 발생하고, 방전 공간(6)의 압력은 10kPa 내지 30kPa 전후로 유지된다.
(베이스 플랜지(4))
도 6은 도 1에서 도시한 베이스 플랜지(4)의 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 7은 베이스 플랜지(4)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 8은 후술하는 가스 버퍼(41) 및 가스 확산 경로(42)의 상세를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 6의 C-C 단면이 도 7이 된다. 도 6 내지 도 8 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
금속제이고 도전성을 갖는 베이스 플랜지(4)에 접지 전위가 부여된다. 도 1, 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 베이스 플랜지(4)는 평면으로 보아 원형을 나타내고, 단면으로 보아 오목형 구조를 나타내고 있다. 베이스 플랜지(4)는, 평면으로 보아 원형의 중앙 저면 영역(48)과 중앙 저면 영역(48)의 외주를 따라서 마련되며, 상방(+Z 방향)으로 돌출된 평면으로 보아 원환형의 주변 돌출부(46)를 갖고 있다.
베이스 플랜지(4)는 중앙 저면 영역(48)의 중심 위치에 가스 분출 구멍(43)(베이스 플랜지용 가스 분출 구멍)을 갖고 있다. 가스 분출 구멍(43)은 베이스 플랜지(4)를 관통하고 있다.
베이스 플랜지(4)의 가스 분출 구멍(43)은 가스 분출 구멍(23)에 대응하고, 상면에 있어서 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)에 합치하는 위치에 형성된다. 즉, 가스 분출 구멍(23)의 바로 아래에 가스 분출 구멍(43)이 마련된다.
가스 분출 구멍(43)의 구멍 직경을 충분히 작게 설정함으로써, 가스 분출 구멍(43)에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다. 이 경우, 「오리피스 기능」이란, 가스 통과부인 가스 분출 구멍(43)의 통과 전후의 영역에 관해, 통과 후의 영역의 압력을 통과 전의 영역의 압력보다 저하시키는 기능을 의미하고 있다.
단, 방전 공간(6)에서 생성되는 활성 가스(52)는 압력이 낮은 쪽이 장수명이 되기 때문에, 가스 분출 구멍(43)과 비교하여, 방전 공간(6)에 보다 가까운 가스 분출 구멍(23)에 오리피스 기능을 갖게 하는 쪽이 바람직하다.
베이스 플랜지(4)의 중심 위치로부터 주변에 걸쳐, 중앙 저면 영역(48), 주변 돌출부(46)가 마련되고, 주변 돌출부(46)의 내주 영역에 복수의 가스 확산 경로(42) 및 가스 버퍼(41)가 마련된다.
가스 내부 유로인 가스 버퍼(41)는 가스 통과 경로(35)에 연결되어 있고, 가스 중계 영역 R4를 둘러싸고 평면으로 보아 환형으로 형성된다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 가스 버퍼(41)는 단면으로 보아 홈이 형성되는 홈 구조를 갖고 있기 때문에, 원료 가스(5)를 일시적으로 수용할 수 있다.
가스 내부 유로가 되는 가스 버퍼(41)와 가스 중계 영역 R4 사이에 복수의 가스 확산 경로(42)가 이산적으로 마련된다. 따라서, 복수의 가스 확산 경로(42)를 통해 가스 버퍼(41)로부터 가스 중계 영역 R4에 걸쳐 원료 가스(5)가 흐른다.
도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 가스 확산 경로(42)는 가스 버퍼(41)의 형성 방향(원주 방향)을 따라서 등간격으로 서로 이산되어 마련된다.
각 가스 확산 경로(42)의 형성 폭 및 형성 깊이를 충분히 작게 설정함으로써, 가스 확산 경로(42)에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다. 이 경우, 「오리피스 기능」이란, 가스 확산 경로(42)의 통과 전후의 영역에 관해, 통과 후의 가스 중계 영역 R4의 압력을 통과 전의 가스 버퍼(41)의 압력보다 저하시키는 기능을 의미하고 있다.
구체적으로는, 가스 진행 방향에 대하여 각 가스 확산 경로(42)의 폭 1㎜, 높이 0.4㎜ 및 형성 길이(깊이 길이) 3.6㎜의 구조로 설정하고, 각각이 상기 구조를 갖는 총계 24개의 가스 확산 경로(42)에 대해, 원료 가스(5)의 가스 유량을 1slm으로 설정하는 사용예가 생각된다.
이 사용예에서는, 가스 확산 경로(42)의 하류 측압 30kPa(절대압)에 비해, 그 상류인 가스 버퍼(41) 내의 압력을 70Pa 이상 높게 할 수 있다.
베이스 플랜지(4) 내에 공급된 원료 가스(5)는, 방전 공간(6)을 향하여 외주 360° 전부로부터 균등하게 유입시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 원료 가스(5)가 불균등한 상태로 방전 공간(6)에 유입된 경우, 가스의 흐름에 비례한 압력차가 방전 공간(6)에 발생하고, 그것에 의해 방전이 불균일화됨으로써 활성 가스(52)의 생성 효율이 저하되기 때문이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 베이스 플랜지(4)에 있어서, 가스 공급구(34)로부터 공급된 원료 가스(5)는 가스 통과 경로(35)를 통과한다. 그 후, 일주(一周) 둘러싸도록 평면으로 보아 원환형으로 이루어진 홈인 가스 버퍼(41)의 전체 둘레 전부에 원료 가스(5)를 일시적으로 체류시킬 수 있다.
그리고, 가스 버퍼(41)에 일시적으로 체류된 원료 가스(5)는, 복수의 가스 확산 경로(42)를 경유하여 중심 방향으로 흐른다. 이때, 복수의 가스 확산 경로(42)는 각각 오리피스 기능을 갖고 있기 때문에, 복수의 가스 확산 경로(42)의 상류측과 하류측 사이의 압력차를 발생시키고, 그 압력차 때문에 가스 버퍼(41)에 전체 둘레에 걸쳐 균등하게 원료 가스(5)가 공급되는 것이 가능해진다. 이때, 상류측과 하류측 사이의 압력차는, 적어도 70Pa 이상 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 활성 가스 생성 장치(100)는, 가스 내부 유로인 가스 버퍼(41)의 압력이 가스 중계 영역 R4의 압력보다 높아지도록, 각 가스 확산 경로(42)를 비교적 작은 치수로 형성하는 것을 특징으로 한다.
실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 상기 특징을 가짐으로써, 환형의 가스 버퍼(41)의 전체 둘레에 걸쳐 균등하게 원료 가스(5)를 흘릴 수 있다.
그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 가스 버퍼(41)에 균등하게 흐르고 있는 원료 가스를, 복수의 가스 확산 경로(42) 및 가스 중계 영역 R4를 통해, 비교적 치우침이 적은 상태에서 방전 공간(6)에 공급할 수 있다. 이 때문에, 활성 가스 생성 장치(100)는, 비교적 높은 생성 효율로 활성 가스(52)를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 금속 전극(10 및 20)은 평면으로 보아 원환형으로 형성되어 있기 때문에, 방전 공간(6)은 가스 중계 영역 R4를 통해 가스 버퍼(41)의 내측에 원환형으로 형성되게 된다. 그리고, 가스 분출 구멍(23)은 방전 공간(6)의 더 내측에 마련되게 된다.
서로 이산 배치된 복수의 가스 확산 경로(42)는, 가스 버퍼(41)의 형성 방향을 따라서 균등 간격으로 마련되어 있다. 이 때문에, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 가스 중계 영역 R4를 경유하여 소정의 양의 원료 가스(5)를 방전 공간(6)에 안정성 높게 공급할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 가스 분출 구멍(23) 및 가스 분출 구멍(43)을 통해 소정의 생성량의 활성 가스를 안정성 높게 외부의 처리 공간(63)에 출력할 수 있다.
(절연판(7))
도 9는 도 1에서 도시한 절연판(7)의 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 10은 절연판(7)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 9의 D-D 단면이 도 10이 된다. 도 9 및 도 10 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 절연재인 절연판(7)은 평면으로 보아 원형으로 형성되어 있고, 일부에 절연판(7)을 관통하는 통전 구멍(71)을 갖고 있다. 통전 구멍(71)은 고주파 전원(50)으로부터 금속 전극(10)에 교류 전압을 인가하는 전선의 통과구로 되어 있다.
절연판(7)은, 알루미나나 샤팔, 질화알루미늄 등의 절연체로 형성되어 있다. 절연판(7)은 고전압 인가 전극부(1)의 금속 전극(10)과 밀착함으로써, 고전압 인가 전극부(1)에 발생한 방전열이 냉각판(9)으로 제거되는 구조로 되어 있다.
후술하는 바와 같이, 절연판(7)은 평면으로 보아 냉각판(9)의 냉각 매체 경로인 냉각수 경로(90)와 중복되는 영역을 갖고 있다.
활성 가스 생성 장치(100)의 절연판(7)은 평면으로 보아 냉각판(9)의 냉각수 경로(90)와 중복되는 영역을 갖기 때문에, 냉각판(9)은 절연판(7)을 통해 제1 전극 구성부인 고전압 인가 전극부(1)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
(전극 홀딩 부재(8))
도 11은 도 1에서 도시한 전극 홀딩 부재(8)의 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 12는 전극 홀딩 부재(8)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 11의 E-E 단면이 도 12가 된다. 도 11 및 도 12 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 금속제의 전극 지지 부재인 전극 홀딩 부재(8)는 고전압 인가 전극부(1) 및 절연판(7)을 포함하는 상부 전극군을 하방으로부터 누르기 위한 부재이며, 평면으로 보아 원환형을 나타내고 있다. 전극 홀딩 부재(8)는 하방에 내주 영역을 향하여 돌출된 압박용 돌출부(8a)를 갖고 있다. 즉, 압박용 돌출부(8a)는 평면으로 보아 원환형을 나타내고 있다.
도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 전극 홀딩 부재(8)의 압박용 돌출부(8a)는, 전극용 유전체막(11)의 내측을 향하여 소정의 돌출 길이로 돌출되어 있고, 압박용 돌출부(8a)의 상면이 전극용 유전체막(11)의 하면의 일부에 접촉하도록 마련된다. 도 12에 도시한 바와 같이, 압박용 돌출부(8a)의 돌출 방향은 수평면(XY 평면)에 평행한 방향으로 되어 있다.
(냉각판(9))
도 13은 도 1에서 도시한 냉각판(9)의 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 14는 냉각판(9)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 13의 F-F 단면이 도 14가 된다. 도 13 및 도 14 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 1, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 도전성 구조체인 냉각판(9)은 내부에 냉각수 경로(90)를 갖고 있다. 냉각수 경로(90)는 냉각수 공급구(92)로부터 유입되는 냉각수가 통과하는 영역이며, 냉각수 배출구(93)로부터 냉각수가 배출된다.
또한, 냉각판(9)은 일부에 냉각판(9)을 관통하는 통전 구멍(91)을 갖고 있다. 통전 구멍(91)은 냉각판(9)을 관통하여, 고주파 전원(50)으로부터 금속 전극(10)에 교류 전압을 인가하는 전선의 통과구로 되어 있다. 따라서, 고주파 전원(50)으로부터, 냉각판(9)의 통전 구멍(91) 및 절연판(7)의 통전 구멍(71)을 통해 금속 전극(10)에 전선을 접속할 수 있다. 또한, 통전 구멍(91)은 전선과 냉각판(9)이 전기적 접속 관계를 갖지 않도록 충분히 넓은 개구를 갖고 있다.
냉각수 공급구(92)는 냉각수 통과구(451)로부터 공급되는 냉각수를 유입 가능한 위치에 마련된다. 또한, 냉각수 배출구(93)는 냉각수 경로(90)가 배출되는 냉각수를 베이스 플랜지(4)의 냉각수 통과구(452)에 제공 가능한 위치에 마련된다.
따라서, 베이스 플랜지(4)에 있어서, 냉각수 통과구(451)는 냉각수를 냉각판(9)의 냉각수 경로(90)에 공급하기 위한 통과구가 되고, 냉각수 통과구(452)는 냉각판(9)로부터 냉각수를 베이스 플랜지(4)를 통해 외부로 배출하기 위한 통과구가 된다.
도 1, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 냉각판(9)은 통전 구멍(91)을 제외한 대부분의 영역이 냉각수 경로(90)로 되어 있다. 따라서, 절연판(7)은 평면으로 보아 냉각판(9)의 냉각수 경로(90)의 대부분과 중복되는 영역을 갖게 된다.
이와 같이, 활성 가스 생성 장치(100)의 절연판(7)은 평면으로 보아 냉각판(9)의 냉각수 경로(90)의 대부분과 중복되는 영역을 갖기 때문에, 냉각판(9)은, 냉각수 경로(90)를 흐르는 냉각수에 의해 절연판(7)을 통해 고전압 인가 전극부(1)를 효율적으로 냉각하는 냉각 기능을 발휘할 수 있다.
(다른 장치와의 비교)
도 30은 제1 비교 장치인 활성 가스 생성 장치(100X)의 전체 구조를 도시하는 단면도이고, 도 31은 제2 비교 장치인 활성 가스 생성 장치(100Y)의 전체 구조를 도시하는 단면도이다. 도 30 및 도 31 각각에 XYZ 좌표계를 기재한다.
도 30에 도시한 바와 같이, 제1 비교용의 활성 가스 생성 장치(100X)는, 베이스 플랜지(104)의 중앙 저면 영역 상에 접지 전위 전극부(102)(금속 전극(120)+전극용 유전체막(121))를 배치하고, 베이스 플랜지(104)의 주변 돌출부 상에 고전압 인가 전극부(101)(금속 전극(110)+전극용 유전체막(111))를 배치하고 있다. 이때, 고전압 인가 전극부(101)와 베이스 플랜지(104)의 접촉면에서 시일하고 있다.
그리고, 베이스 플랜지(104)의 주변 돌출부의 측면에 마련된 가스 공급구(140)로부터 방전 공간(6)을 향하여 원료 가스(105)를 공급하고 있다.
활성 가스 생성 장치(100X)에 있어서, 가스 공급구(140)로부터 공급되는 원료 가스(105)는, 방전 공간(106)에 공급된다. 그리고, 전극용 유전체막(121)의 가스 분출 구멍(123) 및 베이스 플랜지(104)의 가스 분출 구멍(143)을 통해 활성 가스(152)로서 출력된다.
활성 가스 생성 장치(100X)에 있어서도, 고전압 인가 전극부(101)의 전극용 유전체막(111)에 의해, 금속 하우징(103) 내의 하우징 내 공간(133)과 방전 공간(106) 사이에서 원료 가스(105)의 가스의 흐름(151)을 분리하고 있다.
그러나, 활성 가스 생성 장치(100X)에서는, 냉각판(9)에 상당하는 냉각 수단을 갖고 있지 않기 때문에, 방전 공간(6)에 있어서의 방전 전력 밀도를 일정 이상으로 높일 수 없다. 이 때문에, 활성 가스(152)의 생성량을 높일 수 없는 문제점이 있다.
도 31에 도시한 바와 같이, 제2 비교용의 활성 가스 생성 장치(100Y)에 있어서, 베이스 플랜지(204)의 중앙 저면 영역 상에 접지 전위 전극부(202)(금속 전극(220)+전극용 유전체막(221))를 배치하고 있다. 베이스 플랜지(204)의 중간 돌출 영역 상에 고전압 인가 전극부(201)(금속 전극(210)+전극용 유전체막(211))를 배치하고 있다. 이때, 고전압 인가 전극부(201)와 베이스 플랜지(204)의 접촉면에서 시일하고 있다. 또한 고전압 인가 전극부(201) 상에 절연판(207)을 배치하고 있다.
또한, 베이스 플랜지(204)의 단부 돌출 영역 상에 냉각판(209)을 마련하고 있다. 이와 같이, 베이스 플랜지(204)는 단면으로 보아 중심으로부터 주변부에 걸쳐 계단형으로 형성되어 있다.
그리고, 베이스 플랜지(204)의 일방측 면에 마련된 가스 공급구(240)로부터 원료 가스(205)를 공급하고, 베이스 플랜지(204)의 타방측 면에 마련된 냉각수 공급구(244)로부터 냉각판(209)에 냉각수를 공급하고 있다.
활성 가스 생성 장치(100Y)에 있어서, 가스 공급구(240)로부터 공급되는 원료 가스(205)는, 방전 공간(206)에 공급된다. 그리고, 전극용 유전체막(221)의 가스 분출 구멍(223) 및 베이스 플랜지(204)의 가스 분출 구멍(243)을 통해 활성 가스(252)로서 출력된다.
활성 가스 생성 장치(100Y)에 있어서도, 고전압 인가 전극부(201), 절연판(207) 및 냉각판(209)에 의해, 금속 하우징(203) 내의 하우징 내 공간(233)과 방전 공간(206) 사이에서 원료 가스(205)의 가스의 흐름(251)을 분리하고 있다. 또한, 활성 가스 생성 장치(100Y)는 냉각판(209)에 의해 고전압 인가 전극부(201)를 냉각하고 있다.
그러나, 활성 가스 생성 장치(100Y)는, 실시 형태 1의 전극 홀딩 부재(8)에 상당하는 수단을 갖지 않기 때문에, 냉각판(209)의 베이스 플랜지(204)에의 설치가, 고전압 인가 전극부(201)와 절연판(207)을 사이에 두고 실시되는 구조로 되어 있다.
이 경우, 냉각판(209)의 높이 방향의 위치 결정을 베이스 플랜지(204)의 단부 돌출 영역의 형성 높이(제1 치수)에 맞추어 행하고, 또한 고전압 인가 전극부(201)와 절연판(207)의 중첩된 부재의 조합 막 두께(제2 치수)에 맞추어 행할 필요가 있다.
따라서, 제1 및 제2 치수간에 어긋남이 발생하면, 냉각수나 원료 가스(205)의 누설이 발생할 우려가 생긴다고 하는 문제점이 있었다.
이하, 상기 문제점을 상세하게 설명한다. 여기서, 제1 치수를 단차 D1, 제2 치수를 두께 D2라 한다.
두께 D2가 단차 D1보다 작은 경우에 가스 누설이 발생한다. 냉각판(9)을 베이스 플랜지(4)에 볼트로 설치할 때, 고전압 인가 전극부(201)는 절연판(207)을 통해 베이스 플랜지(204)에 압박된다. 그 결과, 고전압 인가 전극부(201)와 베이스 플랜지(204) 간의 O링(도시하지 않음)이 찌부러져 시일된다.
이와 같이, 고전압 인가 전극부(201)는 베이스 플랜지(204)에 직접 설치되어 있지 않다. 왜냐하면, 고전압 인가 전극부(201)를 전용의 체결 볼트로 베이스 플랜지(204)에 직접 설치하면, 체결 볼트의 배치 스페이스를 확보하기 위해 고전압 인가 전극(201) 및 베이스 플랜지(204)의 외경이 보다 한층 더 커져 버리므로, 실용적이지 않기 때문이다.
그러나, 두께 D2가 단차 D1보다도 작은 경우에는, 고전압 인가 전극부(1)의 베이스 플랜지(4)에 대한 압박이 충분하지 않고, 결과로서 그 사이의 O링이 충분히 찌부러지지 않게 된다. 또한, 절연판(207)과 냉각판(209) 사이에 간극이 발생할 가능성이 높아진다.
그 결과, 고전압 인가 전극부(1)와 베이스 플랜지(4) 사이, 절연판(207)과 냉각판(209) 사이에 간극이 발생할 가능성이 높아지기 때문에, 냉각수나 원료 가스(205)의 누설이 발생할 우려가 있다.
이와 같이, 실시 형태 1의 절연판(7), 전극 홀딩 부재(8) 및 냉각판(9) 중, 적어도 하나가 존재하지 않는 제1 및 제2 비교 구조에서는, 문제점이 발생해 버려, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)와 같은 효과를 발휘할 수는 없다.
<실시 형태 2>
도 15는 실시 형태 2의 베이스 플랜지(4B)의 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 16은 베이스 플랜지(4B)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 17은 가스 확산 경로(42B)의 확산 경로 형성 방향의 특징을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한, 도 15의 G-G 단면이 도 16이 된다. 도 15 및 도 16 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 베이스 플랜지(4)가 베이스 플랜지(4B)로 치환되는 점을 제외하고, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)와 마찬가지의 구조이다. 이하, 베이스 플랜지(4B)를 중심으로 설명한다.
(베이스 플랜지(4B))
도 15 내지 도 17에 도시한 바와 같이, 베이스 플랜지(4B)는 베이스 플랜지(4)와 마찬가지로, 평면으로 보아 원형을 나타내고, 베이스 플랜지(4B)는 중앙에 가스 분출 구멍(43)(베이스 플랜지용 가스 분출 구멍)을 갖고 있다. 가스 분출 구멍(43)은 베이스 플랜지(4B)를 관통하고 있다. 또한, 금속제이고 도전성을 갖는 베이스 플랜지(4B)에 접지 전위가 부여된다.
가스 내부 유로인 가스 버퍼(41)는 가스 통과 경로(35)에 연결되어 있고, 가스 중계 영역 R4를 둘러싸고 평면으로 보아 환형으로 형성된다. 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 가스 버퍼(41)는 단면으로 보아 홈이 형성되는 홈 구조를 갖고 있기 때문에, 원료 가스(5)를 일시적으로 수용할 수 있다.
가스 내부 유로가 되는 가스 버퍼(41)와 가스 중계 영역 R4 사이에 복수의 가스 확산 경로(42B)가 이산적으로 마련된다. 따라서, 복수의 가스 확산 경로(42B)를 통해 가스 버퍼(41)로부터 가스 중계 영역 R4에 걸쳐 원료 가스(5)가 흐른다.
도 15에 도시한 바와 같이, 복수의 가스 확산 경로(42B)는 가스 버퍼(41)의 형성 방향(원주 방향)을 따라 등간격으로 이산하여 마련된다.
가스 확산 경로(42B)의 형성 폭 및 형성 깊이를 충분히 작게 설정함으로써, 가스 확산 경로(42)와 마찬가지로, 가스 확산 경로(42B)에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 베이스 플랜지(4B)에 있어서, 가스 공급구(34)로부터 들어간 원료 가스(5)는 가스 통과 경로(35)를 통과한다. 그 후, 일주 둘러싸도록 평면으로 보아 원환형으로 형성된 홈인 가스 버퍼(41)의 전체 둘레 전부에 원료 가스(5)는 공급된다.
그리고, 가스 버퍼(41)에 일시적으로 체류된 원료 가스(5)는, 복수의 가스 확산 경로(42B)를 경유하여 가스 중계 영역 R4에 흐른다. 이때, 복수의 가스 확산 경로(42B)를 오리피스적인 작은 홈으로서 형성함으로써, 가스 확산 경로(42B)의 상류측과 하류측 사이의 압력차를 발생시키고, 그 압력차 때문에 가스 버퍼(41)에 전체 둘레에 걸쳐 균등하게 가스가 공급되는 것이 가능해진다. 이때, 상류측과 하류측 사이의 압력차는, 적어도 70Pa 이상 있는 것이 바람직하다.
여기서, 환형의 가스 버퍼(41)의 중심 위치를 가상 중심점 PC라 하자. 가상 중심점 PC는 가스 분출 구멍(43)의 중심점이 된다. 또한, 도 17에 도시한 바와 같이, 각 가스 확산 경로(42B)의 가스 버퍼(41)와의 접속 위치 P41로부터 가상 중심점 PC를 향하는 선을 가상 중심선 LC라 하자.
실시 형태 2에 있어서, 복수의 가스 확산 경로(42B) 각각의 확산 경로 형성 방향 D42는, 가상 중심선 LC에 대한 경로 각도 θ42가, 30° 내지 60°의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 경로 각도 θ42는 복수의 가스 확산 경로(42B) 간에서 동일 각도로 설정하는 것이 바람직하다.
실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는 상기 특징을 가짐으로써, 복수의 가스 확산 경로(42B) 각각으로부터 가스 중계 영역 R4에 공급되는 원료 가스(5)는 와권형이 되어, 가스 중계 영역 R4 내에서 치우침을 발생시키지 않고 원료 가스(5)를 균등하게 방전 공간(6)에 공급할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는 보다 높은 생성 효율로 활성 가스(52)를 생성할 수 있다.
이하, 상기 효과에 대하여 상세하게 설명한다. 도 6에 도시한 실시 형태 1의 가스 확산 경로(42)와 같이, 가상 중심점 PC를 향하는 방향을 확산 경로 형성 방향으로 한 가스 확산 경로(42)를 마련한 경우, 즉, 가상 중심선 LC에 대한 확산 경로 형성 방향의 경로 각도가 0°인 경우, 가스 확산 경로(42)로부터 가스 중계 영역 R4에 원료 가스(5)가 공급될 때, 원료 가스(5)의 가스의 흐름에 불균일이 발생해 버린다.
이 불균일이 방전 공간(6)까지 해소되지 않는 경우, 방전 공간(6)에 있어서 활성 가스(52)의 생성 효율이 열화될 우려가 있다.
한편, 도 15 및 도 17에 도시한 가스 확산 경로(42B), 가상 중심선 LC에 대하여 45°±15°의 범위에서 경로 각도 θ42가 설정되어 있기 때문에, 원료 가스(5)의 흐름이 와류 상태가 되어 방전 공간(6)으로 보다 균등하게 되어 흐르기 때문에, 원료 가스(5)의 가스의 흐름에 불균일이 발생하는 일은 없다.
또한, 경로 각도 θ42는 45°인 경우, 원료 가스(5)의 가스의 흐름에 불균일이 발생할 가능성을 최소한으로 할 것이 기대된다.
또한, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 적어도 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6) 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조를 갖고 있다.
실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는 상기 가스 분리 구조를 가짐으로써, 실시 형태 1과 마찬가지로, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스(52)를 분출할 수 있다.
또한, 활성 가스 생성 장치(100B)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 절연판(7) 및 냉각판(9)을 구비하기 때문에, 활성 가스(52)의 생성량을 증가시킬 수 있다.
게다가, 활성 가스 생성 장치(100B)의 베이스 플랜지(4B)는, 실시 형태 1과 마찬가지의 특징을 갖는 가스 버퍼(41)를 구비하고 있다.
이 때문에, 활성 가스 생성 장치(100B)는, 복수의 가스 확산 경로(42B) 및 가스 중계 영역 R4를 통해, 와류로 한, 치우침이 없는 원료 가스(5)를 방전 공간(6)에 공급할 수 있기 때문에, 높은 생성 효율로 활성 가스(52)를 생성할 수 있다.
또한, 서로 이산 배치된 복수의 가스 확산 경로(42B)는, 가스 버퍼(41)의 형성 방향을 따라서 균등 간격으로 마련되어 있기 때문에, 실시 형태 1과 마찬가지로, 가스 분출 구멍(23) 및 가스 분출 구멍(43)을 통해 소정의 생성량의 활성 가스를 안정성 높게 외부에 출력할 수 있다.
<실시 형태 3>
(실시 형태 1의 제1 과제)
실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 방전 공간(6)과 가스 분출 구멍(23)이 비교적 짧은 거리를 이격하여 배치되어 있다. 이 때문에, 가스 분출 구멍(23)과 베이스 플랜지(4) 사이에서 절연 파괴가 발생하여, 베이스 플랜지(4)를 구성하는 원소가 기화되어, 오염원이 된다는 제1 과제가 있었다. 왜냐하면, 전극용 유전체막(11 및 21)의 구성 재료인 세라믹과 비교하여, 베이스 플랜지(4)의 구성 재료인 금속은, 방전에 노출되면 용이하게 원소가 기화되기 때문이다.
상술한 실시 형태 1에 있어서의 제1 과제의 해소를 목적으로 한 것이 이하에서 설명하는 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)이다.
(전체 구성)
도 18은 본 개시의 실시 형태 3인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다. 도 18에 XYZ 직교 좌표계를 기재하고 있다. 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 방전 공간(6C)에 공급된 원료 가스(5)를 활성화하여 얻어지는 활성 가스(52)를 생성하는 활성 가스 생성 장치이다.
활성 가스 생성 장치(100C)는, 금속 하우징(3), 베이스 플랜지(4), 고전압 인가 전극부(1C), 접지 전위 전극부(2C), 절연판(7C), 전극 홀딩 부재(8), 냉각판(9) 및 보조용 금속 전극(12)을 주요 구성부로서 포함하고 있다.
베이스 플랜지(4)는 단면 구조가 오목형이며, 중앙 저면 영역(48)과, 중앙 저면 영역(48)의 외주를 따라서 마련되며 높이 방향(+Z 방향)으로 돌출된 주변 돌출부(46)를 갖고 있다. 그리고, 베이스 플랜지(4)는 접지 전위로 설정된다.
금속 하우징(3)은, 하방에 개구부를 갖는 금속제의 하우징이다. 금속 하우징(3)은 주로 냉각판(9)을 수용하는 하우징 내 공간(33)을 갖고 있다.
금속 하우징(3)은 금속제의 베이스 플랜지(4)를 저면으로 하는 양태로 베이스 플랜지(4)에 고정된다. 구체적으로는, 금속 하우징(3)은 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 고정된다. 따라서, 금속 하우징(3)의 개구부가 베이스 플랜지(4)에 의해 차폐되어, 금속 하우징(3) 및 베이스 플랜지(4)에 의해 하우징 내 공간(33)을 포함하는 차폐 공간이 형성된다. 또한, 금속 하우징(3)은 베이스 플랜지(4)를 통해 접지 전위로 설정된다.
활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서의 하우징 내 공간(33)의 저면부로서 냉각판(9)이 배치된다. 구체적으로는, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 상면에 냉각판(9)의 주변 단부가 접촉하는 양태로, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 상면 상에 냉각판(9)이 배치된다. 이때, 냉각판(9)은 금속 하우징(3)과 접촉하지 않도록 배치된다. 냉각판(9)은 금속제로 도전성을 갖는 도전성 구조체이다.
한편, 베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48) 상에 제2 전극 구성부인 접지 전위 전극부(2C)가 배치된다. 접지 전위 전극부(2C)는, 제2 전극용 유전체막인 전극용 유전체막(21)과, 전극용 유전체막(21)의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극인 금속 전극(20C)을 주요 구성부로서 갖고 있다. 따라서, 중앙 저면 영역(48)에 금속 전극(20C)이 접촉하는 양태로 접지 전위 전극부(2C)가 중앙 저면 영역(48) 상에 적재된다.
제1 전극 구성부인 고전압 인가 전극부(1C)와, 제2 전극 구성부인 접지 전위 전극부(2C)의 조합에 의해 내부에 방전 공간(6C)을 갖는 전극쌍이 구성되고, 접지 전위 전극부(2C)는 고전압 인가 전극부(1C)의 하방에 마련된다.
고전압 인가 전극부(1C)는, 제1 전극용 유전체막인 전극용 유전체막(11)과, 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극인 금속 전극(10C)을 주요 구성부로서 갖고 있다.
금속 전극(10C)과 금속 전극(20C) 사이에 고주파 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가된다. 구체적으로는, 금속 전극(10C)에는 고주파 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가되고, 금속 전극(20C)은 베이스 플랜지(4)를 통해 접지 전위로 설정된다.
전극용 유전체막(11)과 전극용 유전체막(21)이 대향하는 유전체 공간이 되는 폐쇄 공간 내에 있어서, 금속 전극(10C 및 20C)이 평면으로 보아 중복되는 영역을 포함하여 방전 공간(6C)이 마련된다.
전극용 유전체막(21)은, 활성 가스(52)를 베이스 플랜지(4)의 가스 분출 구멍(43)을 통해 하방(후단)의 처리 공간(63)에 분출하기 위한, 가스 분출 구멍(23)을 갖고 있다. 따라서, 방전 공간(6C)으로부터 가스 분출 구멍(23)에 이르는 경로가 활성 가스 유통 경로로서 규정된다.
또한, 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 제3 금속 전극이 되는 보조용 금속 전극(12)이 마련된다. 보조용 금속 전극(12)은, 금속 전극(10C)과 독립하여 마련된다. 이 때문에, 보조용 금속 전극(12)은 금속 전극(10)과의 사이에서 전기적 접속 관계를 갖지 않는다.
보조용 금속 전극(12)은, 평면으로 보아 상기 활성 가스 유통 경로의 일부와 중복되도록 마련된다. 또한, 보조용 금속 전극(12)은, 후에 상세하게 설명하는 바와 같이 접지 전위로 설정된다.
베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48)의 중앙 부분에 있어서, 금속 전극(20C)을 통하지 않고 전극용 유전체막(21)의 가스 분출 구멍(23)에 대응하는 위치에 가스 분출 구멍(43)(베이스 플랜지용 가스 분출 구멍)이 마련된다.
전술한 바와 같이, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 냉각판(9)이 고정되어 있다. 냉각판(9)의 하면 상에 절연판(7C)이 마련되고, 고전압 인가 전극부(1C)는 금속 전극(10C)의 상면이 절연판(7C)의 하면에 접촉하도록 배치된다.
냉각판(9)의 하면에 전극 지지 부재가 되는 전극 홀딩 부재(8)가 마련된다. 전극 홀딩 부재(8)는 절연판(7C) 및 고전압 인가 전극부(1C)의 외주 영역에 마련된다. 실시 형태 3에 있어서, 절연판(7C), 고전압 인가 전극부(1C) 및 보조용 금속 전극(12)의 조합 구조를 「상부 전극군」이라 약칭하는 경우가 있다.
전극 홀딩 부재(8)는, 하방의 일부가 내측(상부 전극군의 형성 방향)으로 돌출되는 압박용 돌출부(8a)를 갖고 있다. 이 압박용 돌출부(8a)는, 상면이 전극용 유전체막(11)의 하면에 접촉하는 양태로 수평 방향(XY 평면)을 따라서 내측으로 돌출되어 마련된다.
전극 홀딩 부재(8)의 압박용 돌출부(8a)와 냉각판(9)에 의해, 상부 전극군을 집음으로써, 냉각판(9)의 하면 상에 상부 전극군을 고정하고 있다.
따라서, 전극 홀딩 부재(8)는, 고전압 인가 전극부(1C)를 하방으로부터 지지하도록, 냉각판(9)의 하면 상에 마련되는 전극 지지 부재로서 기능한다.
이와 같이, 전극 홀딩 부재(8)는, 압박용 돌출부(8a)와 냉각판(9) 사이에 상부 전극군을 끼워 넣는 양태로, 냉각판(9)의 하면에 설치된다. 또한, 실시 형태 1과 마찬가지로, 전극 홀딩 부재(8)의 냉각판(9)에 대한 설치에 스테인리스제의 볼트가 사용된다.
절연재인 판형의 절연판(7C)은, 냉각판(9)과 고전압 인가 전극부(1C) 및 보조용 금속 전극(12) 사이에 마련되며, 상면이 냉각판(9)의 하면에 접촉하고, 또한 하면이 고전압 인가 전극부(1C)의 금속 전극(10C)과 접촉한다.
따라서, 냉각판(9)은, 절연판(7C)을 개재시킴으로써, 고전압 인가 전극부(1C)와 접촉하지 않고, 고전압 인가 전극부(1C)의 상방에 위치하게 된다.
이와 같이, 활성 가스 생성 장치(100C)에서는, 고전압 인가 전극부(1C)는 접지 전위 전극부(2C) 상에 스페이서를 통해 적재하는 것이 아니라, 상방의 냉각판(9)에 설치되어 있다고 하는, 설치 특징을 갖고 있다.
활성 가스 생성 장치(100C)는 상기 설치 특징을 가짐으로써, 냉각판(9)의 높이 방향의 위치 결정을, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)와의 접촉면만으로 결정할 수 있다. 즉, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 상면의 형성 높이만에 의해, 냉각판(9)의 높이 방향을 위치 결정할 수 있다.
이 때문에, 활성 가스 생성 장치(100C)는, 냉각판(9)의 형성 위치를 고정밀도로 설정함으로써, 냉각판(9)과 베이스 플랜지(4) 사이의 가스 누설의 차단이나 냉각수의 누설을 완전히 방지하는 것이 가능해진다.
절연판(7C)은, 통전 구멍(71)에 더하여, 냉각판(9)과 보조용 금속 전극(12)을 전기적으로 접속하기 위한 관통 구멍(72)을 더 갖고 있다. 관통 구멍(72)은 평면으로 보아 보조용 금속 전극(12)과 중복되는 영역에 마련된다. 따라서, 보조용 금속 전극(12)은 관통 구멍(72)을 통해 냉각판(9)과의 전기적으로 접속을 비교적 간단하게 도모할 수 있다.
구체적으로는, 관통 구멍(72) 내에, 절연판(7)과 보조용 금속 전극(12)을 전기적으로 접속하기 위한 전기적 접속 부재를 마련하는 것이 생각된다. 예를 들어, 관통 구멍(72) 내에 금속제의 스프링 등, 도전성을 갖는 스프링(도시하지 않음)을 배치하고, 스프링의 상단을 냉각판(9)의 하면에 접촉시키고, 스프링의 하단을 보조용 금속 전극(12)의 상면에 접촉시킨다. 그 결과, 전기적 접속 부재인 스프링에 의해, 냉각판(9)과 보조용 금속 전극(12)의 전기적 접속을 도모할 수 있다. 이와 같이, 절연판(7C)의 관통 구멍(72) 내에 도전성을 갖는 스프링 등의 전기적 접속 부재를 마련함으로써, 냉각판(9)과 보조용 금속 전극(12)을 전기적으로 접속할 수 있다.
베이스 플랜지(4)는, 주변 돌출부(46)의 일방측 면에 가스 공급구(34) 및 내부에 가스 통과 경로(35)를 갖고 있다. 외부로부터 공급되는 원료 가스(5)는 가스 공급구(34)로부터 가스 통과 경로(35)를 흐른다.
게다가, 베이스 플랜지(4)는, 중앙 저면 영역(48)의 상방(또한 주로 전극 홀딩 부재(8)의 하방)에, 가스 통과 경로(35)와 방전 공간(6C)의 원료 가스(5)의 중계 영역이 되는 가스 중계 영역 R4를 갖고 있다.
따라서, 가스 통과 경로(35)를 흐르는 원료 가스(5)는, 최종적으로 가스 중계 영역 R4를 통해 방전 공간(6C)에 공급된다. 또한, 정확하게는, 가스 통과 경로(35)와 가스 중계 영역 R4 사이에, 가스 버퍼(41) 및 가스 확산 경로(42)가 존재한다.
이와 같이, 베이스 플랜지(4)는, 외부로부터 원료 가스(5)를 받는 가스 공급구(34)와, 원료 가스(5)를 방전 공간(6C)에 공급하기 위한 가스 통과 경로(35)를 갖고 있다.
상술한 가스 중계 영역 R4는, 고전압 인가 전극부(1C)(제1 전극 구성부), 절연판(7C)(절연재), 전극 홀딩 부재(8) 및 냉각판(9)에 의해 하우징 내 공간(33)과 완전 분리되어 있다.
상기 완전 분리를 행하기 위해, 냉각판(9)과 베이스 플랜지(4)의 접촉면, 냉각판(9)과 전극 홀딩 부재(8)의 접촉면, 전극 홀딩 부재(8)와 고전압 인가 전극부(1C)의 접촉면 각각에 O링에 의한 시일이 이루어져 있다(각 O링은 도시하지 않음).
따라서, 적어도 전극 홀딩 부재(8), 냉각판(9) 및 고전압 인가 전극부(1C)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6C) 사이에 있어서의 가스의 흐름이 분리되어 있다.
즉, 가스 중계 영역 R4를 흐르는 원료 가스(5)가 하우징 내 공간(33)에 혼입되지 않고, 반대로, 하우징 내 공간(33)에 존재하는 불순물 등이 가스 중계 영역 R4를 통해 방전 공간(6C)에 혼입되는 일은 없다.
베이스 플랜지(4)는, 주변 돌출부(46)의 일방측 면에 대향하는 타방측 면에, 냉각수 공급구(44)를 갖고 있다. 외부로부터 공급되는 냉각 매체인 냉각수는 주변 돌출부(46)의 내부를 흘러 냉각수 통과구(451)로부터 냉각판(9)에 공급된다.
냉각판(9)은 내부에, 냉각수 통과구(451)를 통해 공급되는 냉각수를 유통시키는 냉각 매체 경로가 되는 냉각수 경로(90)를 갖고 있다. 따라서, 냉각판(9)은, 냉각수 경로(90)에 냉각수를 흘림으로써, 절연판(7C)을 통해 고전압 인가 전극부(1C)(전극용 유전체막(11))를 냉각하는 냉각 기능을 갖고 있다.
이와 같이, 베이스 플랜지(4)는, 냉각 매체인 냉각수를 받는 냉각 매체 공급구인 냉각수 공급구(44)와, 냉각수를 냉각판(9)에 공급하기 위한 냉각 매체 통과구인 냉각수 통과구(451)를 갖고 있다.
이하, 상술한 구조를 갖는 활성 가스 생성 장치(100C)의 설치 수순을 간단하게 설명한다.
(1) 냉각판(9)을 뒤집어, 냉각판(9)의 상면과 하면의 관계를 반대로 한다.
(2) 냉각판(9)의 하면 상의 중앙에 절연판(7C)을 배치한다.
(3) 냉각판(9)의 하면 상의 중앙부에 도전성을 갖는 스프링(도 18에서는 도시 생략)을, 절연판(7C)의 관통 구멍(72)을 통과시켜 배치한다.
(4) 상기 스프링 상에 보조용 금속 전극(12)을 배치한다.
(5) 절연판(7C) 상에 고전압 인가 전극부(1C)를 금속 전극(10C) 및 전극용 유전체막(11)의 순으로 적재한다.
(6) 냉각판(9)의 하면 상에 전극 홀딩 부재(8)를 적재하고, 냉각판(9)과 전극 홀딩 부재(8) 사이를 볼트 체결한다. 그 결과, 냉각판(9)의 하면 상에 상부 전극군이 설치된다. 이때, 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 간, 고전압 인가 전극부(1C), 전극 홀딩 부재(8) 간이 시일된다.
(7) 베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48) 상에 접지 전위 전극부(2C)를 적재한다.
(8) 상부 전극군이 설치된 냉각판(9)을 원래의 상하 관계로 되돌린다.
(9) 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 냉각판(9)을 적재하여, 냉각판(9), 베이스 플랜지(4) 간을 볼트 체결한다. 이때, 냉각판(9), 베이스 플랜지(4) 간의 시일이 이루어진다.
이와 같이, 설치하는 수순 (1) 내지 (9)를 거쳐, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)를 조립할 수 있다. 또한, 수순 (3)이 가능하도록, 절연판(7C)의 관통 구멍(72)은, 보조용 금속 전극(12)과 냉각판(9)을 전기적으로 접속하기 위한 상기 스프링의 직경보다 넓은 형상을 나타내고 있다.
상술한 바와 같이 조립된 활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46)의 일방측 면에 마련한 가스 공급구(34)로부터 원료 가스(5)가 베이스 플랜지(4) 내에 공급된다.
베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 내에 있어서, 원료 가스(5)의 가스의 흐름(51)은, 가스 통과 경로(35)로부터 후술하는 가스 버퍼(41) 및 가스 확산 경로(42)를 경유하여 가스 중계 영역 R4를 향한다. 가스의 흐름(51)은, 가스 중계 영역 R4로부터 고전압 인가 전극부(1C)와 접지 전위 전극부(2C) 사이의 방전 공간(6C)을 향한다. 방전 전력이 인가된 방전 공간(6C)에 원료 가스(5)가 통과함으로써, 원료 가스(5)가 활성화되어 활성 가스(52)가 얻어진다. 활성 가스(52)는, 가스 분출 구멍(23) 및 가스 분출 구멍(43)을 통해 하방의 처리 공간(63)에 공급된다.
이때, 하우징 내 공간(33)은 100kPa 전후의 대기압 근방으로부터 1×10-1Pa 내지 1×10-3Pa 정도의 고진공까지의 넓은 압력 범위로 설정이 가능하다. 특히 하우징 내 공간(33)을 고진공으로 한 경우, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6C) 사이에서 아주 약간의 누설이 발생하였다고 해도, 모두 하우징 내 공간(33)측으로의 누설의 흐름이 되기 때문에, 피처리물에 대한 영향은 발생하지 않는 이점이 있다.
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 냉각판(9), 절연판(7C), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1C)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6C) 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6C)의 가스의 흐름의 분리는, 적어도 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1C)를 마련함으로써 실현할 수 있다.
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는 실시 형태 1과 마찬가지로, 가스 분리 구조를 가짐으로써, 하우징 내 공간(33)에서 발생한 불순물이 방전 공간(6C)에 혼입되는 혼입 현상을 확실하게 피할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 전극용 유전체막(11 및 21)을 손상시키지 않고, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스(52)를 분출할 수 있다.
또한, 도전성 구조체인 냉각판(9)은 냉각 매체 경로가 되는 냉각수 경로(90)를 갖고, 냉각 기능을 구비하고 있다. 냉각판(9)의 냉각 기능에 의해, 절연판(7C)(절연재)을 통해 고전압 인가 전극부(1C)를 냉각할 수 있다. 이 때문에, 방전 공간(6C)을 형성하는 하면을 갖는 전극용 유전체막(11)(제1 전극용 유전체막)에 발생하는 유전체막 내 영역간 온도차를 최소한으로 억제할 수 있다.
따라서, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 상기 유전체막 내 영역간 온도차를 억제하는 만큼, 방전 공간(6C)에 인가하는 방전 전력을 높게 할 수 있기 때문에, 활성 가스(52)의 생성량을 증가시킬 수 있다.
또한, 냉각판(9)과 금속 전극(10C) 사이에 절연판(7C)을 마련함으로써, 실시 형태 1과 마찬가지로, 금속 전극(10C)과 냉각판(9)이 전기적으로 접속되는 단락 현상을 확실하게 피할 수 있다.
(고전압 인가 전극부(1C))
도 19는 도 18에서 도시한 고전압 인가 전극부(1C) 및 보조용 금속 전극(12)의 상면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 20은 고전압 인가 전극부(1C) 및 보조용 금속 전극(12)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 19의 H-H 단면이 도 20이 된다. 도 19 및 도 20 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 18 내지 도 20에 도시한 바와 같이, 고전압 인가 전극부(1C)의 전극용 유전체막(11)은 평면으로 보아 원형을 나타내고 있다.
금속 전극(10C)은 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 마련되며, 중심부에 원형의 개구부(15C)를 갖는 원환형으로 형성된다. 금속 전극(10C)의 개구부(15C)는, 실시 형태 1의 금속 전극(10)의 개구부(15)보다도 직경이 짧은 만큼, 금속 전극(10C)의 형성 영역은, 실시 형태 1의 금속 전극(10)과 비교하여 넓게 되어 있다.
보조용 금속 전극(12)은, 전극용 유전체막(11)의 상면 상의 중심 위치에 마련되며, 작은 원형으로 형성된다. 이때, 보조용 금속 전극(12)과 금속 전극(10C) 사이에는 개구부(15C)가 존재하고 있기 때문에, 보조용 금속 전극(12)과 금속 전극(10C)은 전기적으로 독립된 관계를 유지하고 있다.
(접지 전위 전극부(2C))
도 21은 도 18에서 도시한 접지 전위 전극부(2C)의 하면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 22는 접지 전위 전극부(2C)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 21의 I-I 단면이 도 22가 된다. 도 21 및 도 22 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 18, 도 21 및 도 22에 도시한 바와 같이, 접지 전위 전극부(2C)의 전극용 유전체막(21)은 평면으로 보아 원형을 나타내고 있다.
금속 전극(20C)은 전극용 유전체막(21)의 하면 상에 마련되며, 중심부에 원형의 개구부(25C)를 갖는 원환형으로 형성된다. 금속 전극(20C)의 개구부(25C)는, 실시 형태 1의 금속 전극(20)의 개구부(25)보다도 직경이 짧은 만큼, 금속 전극(20C)의 형성 영역은, 실시 형태 1의 금속 전극(20)과 비교하여 넓게 되어 있다.
금속 전극(20C)은 평면으로 보아 금속 전극(10C)을 모두 포함하도록 형성되어 있기 때문에, 금속 전극(20C)과 금속 전극(10C)이 평면으로 보아 중복되는 방전 공간(6C)은, 실질적으로 금속 전극(10C)의 형성 영역에 의해 규정된다.
따라서, 방전 공간(6C)은 금속 전극(10C)과 같이 평면으로 보아, 가스 분출 구멍(23)을 중심으로 하여 원환형으로 형성된다. 방전 공간(6C)은, 실시 형태 1의 방전 공간(6)과 비교하여, 가스 분출 구멍(23)에 보다 가까운 위치까지 연장되어 형성되어 있기 때문에, 방전 공간(6)보다 넓은 공간 체적을 갖고 있다.
접지 전위 전극부(2C)는, 방전 공간(6C)에서 생성된 활성 가스(52)를 하방으로 분출하기 위한 가스 분출 구멍(23)을 중심 위치에 갖고 있다. 가스 분출 구멍(23)은 전극용 유전체막(21)을 관통하여 형성된다.
도 21에 도시한 바와 같이, 가스 분출 구멍(23)은, 평면으로 보아, 금속 전극(20C)과 중복되지 않고, 금속 전극(20C)의 개구부(25C)의 중심 위치에 마련된다.
따라서, 제3 금속 전극인 보조용 금속 전극(12)은, 개구부(15C) 내에 있어서, 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)과 중복되는 영역에 마련되게 된다.
게다가, 금속 전극(10C)은, 실시 형태 1의 금속 전극(10)과 비교하여, 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)과의 거리의 단축화가 도모되어 있다. 마찬가지로, 금속 전극(20C)은, 실시 형태 1의 금속 전극(20)과 비교하여, 가스 분출 구멍(23)과의 거리의 단축화가 도모되어 있다.
따라서, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서, 방전 공간(6C)이 방전 공간(6)보다 가스 분출 구멍(23)의 근처까지 연장되어 형성되어 있는 만큼, 방전 공간(6C)으로부터 가스 분출 구멍(23)에 이르는 활성 가스 유통 경로의 거리인 활성 가스 유통 거리가 짧게 되어 있다.
또한, 가스 분출 구멍(23)의 구멍 직경을 충분히 작게 설정함으로써, 실시 형태 1과 마찬가지로, 가스 분출 구멍(23)에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다.
(베이스 플랜지(4))
베이스 플랜지(4)의 구조는, 도 6 내지 도 8에서 도시한 실시 형태 1의 베이스 플랜지(4)와 마찬가지이다.
(절연판(7C))
도 23은 도 18에서 도시한 절연판(7C)의 평면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 24는 절연판(7C)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 23의 J-J 단면이 도 24가 된다. 도 23 및 도 24 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 23에 도시한 바와 같이, 절연재인 절연판(7C)은 평면으로 보아 원형으로 형성되어 있고, 일부에 절연판(7C)을 관통하는 통전 구멍(71) 및 관통 구멍(72)을 갖고 있다. 통전 구멍(71)은 고주파 전원(50)으로부터 금속 전극(10C)에 교류 전압을 인가하는 전선의 통과구로 되어 있다.
평면으로 보아 원형의 관통 구멍(72)은, 절연판(7C)의 중심을 관통하여 마련되며, 상술한 바와 같이, 내부에 도전성을 갖는 스프링 등의 전기적 접속 부재를 배치하기 위해 마련된다. 전술한 바와 같이, 관통 구멍(72)의 직경은, 보조용 금속 전극(12)과 냉각판(9)을 전기적으로 접속하기 위한 스프링 직경보다도 길어지도록 설정된다.
절연판(7C)은, 알루미나나 샤팔, 질화알루미늄 등의 절연체로 형성되어 있다. 절연판(7C)은 고전압 인가 전극부(1C)의 금속 전극(10C)과 밀착됨으로써, 고전압 인가 전극부(1C)에 발생한 방전열이 냉각판(9)으로 제거되는 구조로 되어 있다.
실시 형태 1과 마찬가지로, 절연판(7C)은 평면으로 보아 냉각판(9)의 냉각 매체 경로인 냉각수 경로(90)와 중복되는 영역을 갖고 있다.
(전극 홀딩 부재(8))
전극 홀딩 부재(8)의 구조는, 도 11 및 도 12에서 도시한 실시 형태 1의 전극 홀딩 부재(8)와 마찬가지이다.
(냉각판(9))
도전성 구조체인 냉각판(9)의 구조는, 도 13 및 도 14에서 도시한 실시 형태 1의 냉각판(9)과 마찬가지이다.
(효과)
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 상술한 실시 형태 1과 마찬가지의 효과에 더하여, 이하의 효과를 발휘한다.
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 접지 전위로 설정된 보조용 금속 전극(12)을 갖고 있다. 이 때문에, 보조용 금속 전극(12)의 주변의 전위가 저하된다. 보조용 금속 전극(12)은 활성 가스 유통 경로에 근접하고 있기 때문에, 활성 가스 유통 경로의 전위를 저하시킬 수 있다.
따라서, 활성 가스 생성 장치(100C)는, 상기 활성 가스 유통 경로에 있어서의 전계 강도를 완화할 수 있기 때문에, 방전 공간(6C)과 가스 분출 구멍(23) 사이의 거리가 짧은 경우에도, 베이스 플랜지(4)에 절연 파괴가 발생하는 일은 없다.
그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 가스 분출 구멍(23)이나 가스 분출 구멍(43)의 배치 및 구조를 변경하지 않고, 가스 분출 구멍(43)의 하방에 마련되는 처리 공간(63)의 전계 강도를 의도적으로 약화시킬 수 있다.
이하, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서의 상기 효과에 대하여 상세하게 설명한다. 전술한 바와 같이, 활성 가스 생성 장치(100C)는 이하의 특징 (1) 및 (2)를 갖고 있다.
(1) 보조용 금속 전극(12)은 평면으로 보아 상기 활성 가스 유통 경로의 일부와 중복되도록 마련된다.
(2) 보조용 금속 전극(12)은 접지 전위로 설정되어 있다.
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 상기 특징 (1) 및 특징 (2)를 가짐으로써, 접지 전위로 설정된 제3 금속 전극인 보조용 금속 전극(12)에 의해, 상기 활성 가스 유통 경로에 있어서의 전계 강도를 완화할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 오리피스부가 되는 가스 분출 구멍(23)이나 가스 분출 구멍(43)의 구조를 변경하지 않고, 가스 분출 구멍(43)의 하방에 마련되는 처리 공간(63)의 전계 강도를 의도적으로 약화시킬 수 있다고 하는 주요 효과를 발휘한다. 또한, 상기 주요 효과에 수반하여, 이하의 제1 내지 제4 부차적 효과를 얻을 수 있다.
제1 부차적 효과: 처리 공간(63)에서의 이상 방전의 발생이 억제되어, 처리 공간(63) 내에서의 메탈 콘타미네이션의 발생을 억제하여, 처리 공간(63)에 있어서의 웨이퍼 등의 처리 대상물에 대한 대미지의 저감화를 도모할 수 있다.
제2 부차적 효과: 활성 가스 유통 경로의 거리인 활성 가스 유통 거리가 보다 짧아지도록 금속 전극(10C 및 20C)을 배치할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 처리 공간(63)에서의 전계 강도를 높이지 않고 효율적으로 활성 가스(52)를 처리 공간(63)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 활성 가스 유통 거리를 짧게 하는 만큼, 활성 가스 생성 장치(100C)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 활성 가스 유통 거리를 짧게 하는 방법으로서, 실시 형태 3에서는, 금속 전극(10C)에 있어서의 개구부(15C)의 직경을 짧게 하여 금속 전극(10C)의 내주부를 보다 중심에 근접시키는 구조를 채용하고 있다.
제3 부차적 효과: 오리피스부가 되는 가스 분출 구멍(23)이나 가스 분출 구멍(43)의 형성 길이의 단축화를 도모할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 처리 공간(63)에서의 전계 강도를 높이지 않고, 효율적으로 활성 가스(52)를 처리 공간(63)에 공급할 수 있다. 또한, 가스 분출 구멍(23)이나 가스 분출 구멍(43)의 형성 길이를 단축하는 만큼, 활성 가스 생성 장치(100C)의 소형화를 도모할 수 있다.
제4 부차적 효과: 고주파 전원(50)으로부터 인가하는 교류 전압을 보다 고전압으로 할 수 있다. 그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 처리 공간(63)에서의 전계 강도를 높이지 않고, 대용량의 활성 가스(52)를 처리 공간(63)에 공급할 수 있다.
게다가, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는 상기 가스 분리 구조를 가짐으로써, 금속 전극(10C) 및 보조용 금속 전극(12) 각각의 전극용 유전체막(11)의 상면에 대한 밀착도를 높일 필요성이 낮다. 왜냐하면, 벌크 금속으로 구성되는 금속 전극(10C)의 하면에 변형 등이 발생하여, 금속 전극(10C)의 하면과 전극용 유전체막(11)의 상면 사이에 미소 공간이 발생해도, 이 미소 공간에 방전 현상이 발생하는 일은 없기 때문이다.
보조용 금속 전극(12)에 벌크 금속을 사용하는 경우, 보조용 금속 전극(12)은, 상술한 설치 수순의 수순 (3)과 같이, 전기적 접속 수단이 되는 스프링 상에 보조용 금속 전극(12)을 배치하는 처리를 비교적 간단하게 실행할 수 있다.
마찬가지로 금속 전극(10C)에 벌크 금속을 사용하는 경우, 금속 전극(10C)은, 상술한 설치 수순의 수순 (5)와 같이, 절연판(7C) 상에 금속 전극(10C)을 적재하는 처리를 비교적 간단하게 실행할 수 있다.
이와 같이, 금속 전극(10C) 및 보조용 금속 전극(12)으로서 제조가 비교적 용이한 벌크 금속을 사용할 수 있는 만큼, 활성 가스 생성 장치(100C)의 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 실시 형태 3에서는, 활성 가스 유통 경로의 활성 가스 유통 거리를 비교적 짧게 설정하고 있다.
이 때문에, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 활성 가스 유통 경로의 공간 체적을, 실시 형태 1에 있어서의 활성 가스 유통 경로의 공간 체적보다 작게 함으로써, 활성 가스가 시간적으로 감쇠(소실)되어 실활하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서, 냉각판(9)과 금속 전극(10C) 사이에 절연판(7C)을 마련함으로써, 금속 전극(10C)과 냉각판(9)이 전기적으로 접속되는 단락 현상을 확실하게 피할 수 있다.
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서, 보조용 금속 전극(12)은, 절연판(7C)의 관통 구멍(72)을 통해 도전성 구조체인 냉각판(9)과 전기적으로 접속되기 때문에, 베이스 플랜지(4) 및 냉각판(9)을 통해, 보조용 금속 전극(12)을 안정적으로 접지 전위로 설정할 수 있다.
구체적으로는, 상술한 바와 같이, 관통 구멍(72) 내에 도전성을 갖는 스프링을 마련하고, 보조용 금속 전극(12)과 냉각판(9)의 전기적 접속을 도모함으로써, 스프링, 냉각판(9) 및 베이스 플랜지(4)를 통해 보조용 금속 전극(12)을 접지 전위로 설정할 수 있다. 상술한 스프링이 전기적 접속 부재가 된다.
실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)에 있어서, 원형의 보조용 금속 전극(12)은 금속 전극(10C)의 개구부(15C) 내에 있어서, 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)과 중복되는 영역에 마련되어 있다.
즉, 개구부(15C)의 중심 위치와 보조용 금속 전극(12)의 중심 위치가 일치하도록, 보조용 금속 전극(12)은 배치되어 있다. 이 때문에, 보조용 금속 전극(12)과 금속 전극(10C)의 전기적 독립을 도모하고, 또한 형상을 비교적 넓게 확보할 수 있다.
왜냐하면, 개구부(15C)의 중심 위치가 금속 전극(10C)의 내주부로부터 가장 이격된 위치가 되기 때문이다.
그 결과, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)는, 상기 활성 가스 유통 경로에 있어서의 전계 강도의 완화 효과를 최대한으로 발휘할 수 있다.
<실시 형태 4>
(실시 형태 1의 제2 과제)
실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 방전 공간(6)과 가스 분출 구멍(23) 사이에 활성 가스 유통 경로가 존재하고 있다.
활성 가스 유통 경로의 공간 체적의 크기에 비례하여, 활성 가스가 활성 가스 유통 경로를 통과하는 시간이 길어지기 때문에, 활성 가스가 시간적으로 감쇠(소실)되어 실활하는 현상을 완전히 억제하는 것은 어렵다는 제2 과제가 있었다.
상술한 실시 형태 1의 제2 과제를 적극적으로 극복한 것이 이하에서 설명하는 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)이다. 또한, 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)에서는, 활성 가스 유통 거리를 짧게 함으로써 제2 과제의 해소를 도모하고 있다.
(전체 구성)
도 25는 본 개시의 실시 형태 4인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다. 도 25에 XYZ 직교 좌표계를 기재하고 있다. 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 방전 공간(6)에 공급된 원료 가스(5)를 활성화하여 얻어지는 활성 가스(52)를 생성하는 활성 가스 생성 장치이다.
활성 가스 생성 장치(100D)는, 금속 하우징(3), 베이스 플랜지(4), 고전압 인가 전극부(1), 접지 전위 전극부(2D), 절연판(7C), 전극 홀딩 부재(8), 냉각판(9) 및 보조용 금속 전극(12)을 주요 구성부로서 포함하고 있다.
또한, 고전압 인가 전극부(1), 금속 하우징(3), 베이스 플랜지(4), 전극 홀딩 부재(8) 및 냉각판(9)은, 도 1 내지 도 3, 도 6 내지 도 8, 도 13 및 도 14에서 도시한 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)와 마찬가지이다. 따라서, 동일 부호를 붙이고 설명을 적절히 생략한다.
또한, 절연판(7C) 및 보조용 금속 전극(12)은, 도 18, 도 23 및 도 24에서 도시한 실시 형태 3의 활성 가스 생성 장치(100C)와 마찬가지이다. 따라서, 동일 부호를 붙이고 설명을 적절히 생략한다.
이하, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)의 특징 개소를 중심으로 설명한다.
베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48) 상에 제2 전극 구성부인 접지 전위 전극부(2D)가 배치된다. 접지 전위 전극부(2D)는, 제2 전극용 유전체막인 전극용 유전체막(21D)과, 전극용 유전체막(21D)의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극인 금속 전극(20)을 주요 구성부로서 갖고 있다. 따라서, 중앙 저면 영역(48)에 금속 전극(20)이 접촉하는 양태로 접지 전위 전극부(2D)가 중앙 저면 영역(48) 상에 적재된다.
제1 전극 구성부인 고전압 인가 전극부(1)와, 제2 전극 구성부인 접지 전위 전극부(2D)의 조합에 의해 내부에 방전 공간(6)을 갖는 전극쌍이 구성되고, 접지 전위 전극부(2D)는 고전압 인가 전극부(1)의 하방에 마련된다.
고전압 인가 전극부(1)는, 제1 전극용 유전체막인 전극용 유전체막(11)과, 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극인 금속 전극(10)을 주요 구성부로서 갖고 있다.
금속 전극(10)과 금속 전극(20) 사이에 고주파 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가된다. 구체적으로는, 금속 전극(10)에는 고주파 전원(50)으로부터 교류 전압이 인가되고, 금속 전극(20)은 베이스 플랜지(4)를 통해 접지 전위로 설정된다. 또한, 보조용 금속 전극(12)은, 실시 형태 3과 마찬가지로, 베이스 플랜지(4), 냉각판(9) 및 절연판(7C)의 관통 구멍(72) 내에 마련된 전기적 접속 부재를 통해 접지 전위로 설정된다.
전극용 유전체막(11)과 전극용 유전체막(21)이 대향하는 유전체 공간이 되는 폐쇄 공간 내에 있어서, 금속 전극(10 및 20)이 평면으로 보아 중복되는 영역을 포함하여 방전 공간(6)이 마련된다.
전극용 유전체막(21D)은, 활성 가스(52)를 베이스 플랜지(4)의 가스 분출 구멍(43)을 통해 하방(후단)의 처리 공간(63)으로 분출하기 위한, 가스 분출 구멍(23D)을 갖고 있다. 따라서, 방전 공간(6)으로부터 가스 분출 구멍(23D)에 이르는 경로가 활성 가스 유통 경로로서 규정된다.
전극용 유전체막(21D)은, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하도록, 높이 방향으로 돌출되는 유전체 돌출부가 되는 돌출부(21a)를 갖고 있다. 따라서, 상기 활성 가스 유통 경로는, 돌출부(21a)의 상면과 전극용 유전체막(11)의 하면 사이의 좁은 경로로 협소화된다.
또한, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 실시 형태 3과 마찬가지로, 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 제3 금속 전극이 되는 보조용 금속 전극(12)을 마련하고 있다. 보조용 금속 전극(12)은, 금속 전극(10)과 독립하여 형성된다.
보조용 금속 전극(12)은, 평면으로 보아 상기 활성 가스 유통 경로의 일부와 중복되도록 마련된다. 또한, 보조용 금속 전극(12)은, 실시 형태 3과 마찬가지로 접지 전위로 설정된다.
베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48)의 중앙 부분에 있어서, 금속 전극(20)을 통하지 않고 전극용 유전체막(21D)의 가스 분출 구멍(23D)에 대응하는 위치에 가스 분출 구멍(43)(베이스 플랜지용 가스 분출 구멍)이 마련된다.
전술한 바와 같이, 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 냉각판(9)이 고정되어 있다. 냉각판(9)의 하면 상에 절연판(7C)이 마련되고, 고전압 인가 전극부(1)는 금속 전극(10)의 상면이 절연판(7C)의 하면에 접촉하도록 배치된다.
냉각판(9)의 하면에 전극 지지 부재가 되는 전극 홀딩 부재(8)가 마련된다. 전극 홀딩 부재(8)는 절연판(7C) 및 고전압 인가 전극부(1)의 외주 영역에 마련된다. 실시 형태 4에 있어서, 절연판(7C), 고전압 인가 전극부(1) 및 보조용 금속 전극(12)의 조합 구조를 「상부 전극군」이라 약칭하는 경우가 있다.
절연재인 판형의 절연판(7C)은, 냉각판(9)과 고전압 인가 전극부(1) 사이에 마련되며, 상면이 냉각판(9)의 하면에 접촉하고, 또한 하면이 고전압 인가 전극부(1)의 금속 전극(10)의 상면에 접촉한다. 절연판(7C)은, 실시 형태 3과 마찬가지로, 통전 구멍(71)에 더하여, 냉각판(9)과 보조용 금속 전극(12)을 전기적으로 접속하기 위한 관통 구멍(72)을 더 갖고 있다.
이하, 상술한 구조를 갖는 활성 가스 생성 장치(100D)의 설치 수순을 간단하게 설명한다.
(1) 냉각판(9)을 뒤집어, 냉각판(9)의 상면과 하면의 관계를 반대로 한다.
(2) 냉각판(9)의 하면의 중앙부에 금속제로 도전성을 갖는 스프링(도 25에서는 도시 생략)을 배치한다.
(3) 상기 스프링 상에 보조용 금속 전극(12)을 배치한다.
(4) 냉각판(9)의 하면 상에 절연판(7C)을 배치한다. 이때, 절연판(7C)의 관통 구멍(72) 내를 보조용 금속 전극(12)이 통과하고, 절연판(7C)에 마련된 관통 구멍(72) 내에 상기 스프링이 위치하도록 한다.
(5) 절연판(7C) 상에 고전압 인가 전극부(1)를 금속 전극(10) 및 전극용 유전체막(11)의 순으로 적재한다.
(6) 냉각판(9)의 하면 상에 전극 홀딩 부재(8)를 적재하고, 냉각판(9)과 전극 홀딩 부재(8) 사이를 볼트 체결한다. 그 결과, 냉각판(9)의 하면 상에 상부 전극군이 설치된다. 이때, 냉각판(9), 전극 홀딩 부재(8) 간, 고전압 인가 전극부(1), 전극 홀딩 부재(8) 간이 시일된다.
(7) 베이스 플랜지(4)의 중앙 저면 영역(48) 상에 접지 전위 전극부(2D)를 적재한다.
(8) 상부 전극군이 설치된 냉각판(9)을 원래의 상하 관계로 되돌린다.
(9) 베이스 플랜지(4)의 주변 돌출부(46) 상에 냉각판(9)을 적재하여, 냉각판(9), 베이스 플랜지(4) 간을 볼트 체결한다. 이때, 냉각판(9), 베이스 플랜지(4) 간의 시일이 이루어진다.
이와 같이, 설치하는 수순 (1) 내지 (9)를 거쳐, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)를 조립할 수 있다.
실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 냉각판(9), 절연판(7C), 전극 홀딩 부재(8) 및 고전압 인가 전극부(1)에 의해, 하우징 내 공간(33)과 방전 공간(6) 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는 실시 형태 1과 마찬가지로, 가스 분리 구조를 가짐으로써, 전극용 유전체막(11 및 21D)을 손상시키지 않고, 불순물을 포함하지 않는 양질의 활성 가스(52)를 분출할 수 있다.
(고전압 인가 전극부(1))
도 26은 도 25에서 도시한 고전압 인가 전극부(1) 및 보조용 금속 전극(12)의 상면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 27은 고전압 인가 전극부(1) 및 보조용 금속 전극(12)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 26의 K-K 단면이 도 27이 된다. 도 26 및 도 27 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 25 내지 도 27에 도시한 바와 같이, 고전압 인가 전극부(1)의 전극용 유전체막(11)은 평면으로 보아 원형을 나타내고 있다.
금속 전극(10)은 전극용 유전체막(11)의 상면 상에 마련되며, 실시 형태 1과 마찬가지로, 중심부에 원형의 개구부(15)를 갖는 원환형으로 형성된다.
보조용 금속 전극(12)은, 전극용 유전체막(11)의 상면 상의 중심 위치에 마련되며, 작은 원형으로 형성된다. 이때, 보조용 금속 전극(12)과 금속 전극(10) 사이에는 개구부(15)가 존재하고 있기 때문에, 보조용 금속 전극(12)과 금속 전극(10)은 전기적으로 독립된 관계를 유지하고 있다.
(접지 전위 전극부(2D))
도 28은 도 25에서 도시한 접지 전위 전극부(2D)의 하면 구조를 도시하는 평면도이고, 도 29는 접지 전위 전극부(2D)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다. 도 28의 L-L 단면이 도 29가 된다. 도 28 및 도 29 각각에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.
도 25, 도 28 및 도 29에 도시한 바와 같이, 접지 전위 전극부(2D)의 전극용 유전체막(21D)은 평면으로 보아 원형을 나타내고 있다.
금속 전극(20)은 전극용 유전체막(21D)의 하면 상에 마련되며, 실시 형태 1과 마찬가지로, 중심부에 원형의 개구부(25)를 갖는 원환형으로 형성된다.
금속 전극(20)은 평면으로 보아 금속 전극(10)을 모두 포함하도록 형성되어 있기 때문에, 금속 전극(20)과 금속 전극(10)이 평면으로 보아 중복되는 방전 공간(6)은 실질적으로 금속 전극(10)의 형성 영역에 의해 규정된다. 따라서, 방전 공간(6)은, 금속 전극(10)과 같이 평면으로 보아, 가스 분출 구멍(23D)을 중심으로 하여 원환형으로 형성된다.
도 29에 도시한 바와 같이, 전극용 유전체막(21D)은, 평면으로 보아 금속 전극(20)의 개구부(25)에 대응하는 영역에 있어서, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하도록, 높이 방향(+Z 방향)으로 돌출되는 돌출부(21a)를 갖고 있다.
도 29에 도시한 바와 같이, 전극용 유전체막(21D)에 있어서, 돌출부(21a)가 형성되어 있는 영역을 돌출부 형성 영역 RT라 하고, 돌출부 형성 영역 RT를 제외한 영역을 유전체막 주요 영역 RM이라 한다. 또한, 돌출부(21a)에 있어서, 유전체막 주요 영역 RM의 상면으로부터 높이 방향(+Z 방향)으로 돌출된 길이를, 돌출부(21a)의 돌출 길이라 한다.
돌출부(21a)의 돌출 길이는, 전극용 유전체막(11)의 하면과 전극용 유전체막(21D)에 있어서의 유전체막 주요 영역 RM의 상면 사이의 거리(갭 길이)보다도 조금 짧게 설정된다. 이 때문에, 이 돌출부(21a)의 상면과 고전압 인가 전극부(1)의 전극용 유전체막(11)의 하면 사이에 약간의 간극(이하, 「활성 가스 유통용 간극」이라 약기하는 경우 있음)이 마련된다.
이와 같이, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)에 있어서, 전극용 유전체막(21D)의 돌출부(21a)는, 상기 유전체 공간 내에 있어서, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하여, 상기 활성 가스 유통 경로의 적어도 일부를 협소한 상기 활성 가스 유통용 간극으로 제한하고 있다.
즉, 돌출부(21a)는, 유전체 공간 내에 있어서, 방전 공간(6)과 가스 분출 구멍(23) 사이에, 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하도록 마련되는 활성 가스용 보조 구조로서 기능한다.
접지 전위 전극부(2D)는, 방전 공간(6)에서 생성된 활성 가스(52)를 하방으로 분출하기 위한 가스 분출 구멍(23D)을 중심 위치에 갖고 있다. 가스 분출 구멍(23D)은 전극용 유전체막(21D)에 있어서의 돌출부(21a)를 관통하여 형성된다. 가스 분출 구멍(23D)은 돌출부(21a)를 관통하여 형성되어 있기 때문에, 실시 형태 1의 가스 분출 구멍(23)에 비해 긴 형성 길이를 갖고 있다.
도 28에 도시한 바와 같이, 가스 분출 구멍(23D)은, 평면으로 보아, 금속 전극(20)과 중복되지 않고, 금속 전극(20)의 개구부(25)의 중심 위치에 마련된다.
따라서, 제3 금속 전극인 보조용 금속 전극(12)은, 개구부(15) 내에 있어서, 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23D)과 중복되는 영역에 마련되게 된다.
또한, 가스 분출 구멍(23D)의 구멍 직경을 충분히 작게 설정함으로써, 실시 형태 1과 마찬가지로, 가스 분출 구멍(23D)에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다.
(베이스 플랜지(4))
베이스 플랜지(4)의 구조는, 도 6 내지 도 8에서 도시한 실시 형태 1의 베이스 플랜지(4)와 마찬가지이다.
(절연판(7C))
절연판(7C)의 구조는, 도 23 및 도 24에서 도시한 실시 형태 3의 절연판(7C)과 마찬가지이다.
따라서, 절연판(7C)은 통전 구멍(71) 및 관통 구멍(72)을 갖고 있다. 그리고, 관통 구멍(72)은, 절연판(7C)의 중심을 관통하여 마련되며, 내부에 도전성을 갖는 스프링 등의 전기적 접속 부재를 배치하기 위해 마련된다.
(전극 홀딩 부재(8))
전극 홀딩 부재(8)의 구조는, 도 11 및 도 12에서 도시한 실시 형태 1의 전극 홀딩 부재(8)와 마찬가지이다.
(냉각판(9))
도전성 구조체인 냉각판(9)의 구조는, 도 13 및 도 14에서 도시한 실시 형태 1의 냉각판(9)과 마찬가지이다.
(효과)
실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 실시 형태 3과 마찬가지로, 접지 전위로 설정된 보조용 금속 전극(12)을 갖고 있다. 이 때문에, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 가스 분출 구멍(23D)이나 가스 분출 구멍(43)의 배치 및 구조를 변경하지 않고, 가스 분출 구멍(43)의 하방에 마련되는 처리 공간(63)의 전계 강도를 의도적으로 약화시킬 수 있다.
게다가, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 상기 가스 분리 구조를 가짐으로써, 실시 형태 3과 마찬가지로, 금속 전극(10) 및 보조용 금속 전극(12)으로서 제조가 비교적 용이한 벌크 금속을 사용할 수 있는 만큼, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)에 있어서, 보조용 금속 전극(12)은, 절연판(7C)의 관통 구멍(72)을 통해 도전성 구조체인 냉각판(9)과 전기적으로 접속되기 때문에, 실시 형태 3과 마찬가지로, 보조용 금속 전극(12)을 안정적으로 접지 전위로 설정할 수 있다.
실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)에 있어서, 원형의 보조용 금속 전극(12)은 금속 전극(10)의 개구부(15) 내에 있어서, 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23D)과 중복되는 영역에 마련되어 있다. 이 때문에, 보조용 금속 전극(12), 금속 전극(10)의 전기적 독립을 도모하고, 또한 형상을 비교적 넓게 확보할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 실시 형태 3과 마찬가지로, 상기 활성 가스 유통 경로에 있어서의 전계 강도의 완화 효과를 최대한으로 발휘할 수 있다.
또한, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)에 있어서의 전극용 유전체막(21D)은, 고유의 특징으로서 유전체 돌출부인 돌출부(21a)를 갖고 있다. 이 돌출부(21a)는, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하는 활성 가스용 보조 구조로서 기능한다.
따라서, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 돌출부(21a)로 매립하는 만큼, 상기 활성 가스 유통 경로에 있어서의 공간 체적을 좁게 하여, 활성 가스가 상기 활성 가스 유통 경로를 통과하는 시간을, 활성 가스가 실활하지 않을 정도로 충분히 짧게 할 수 있다.
그 결과, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 활성 가스의 실활량을 필요 최소한으로 억제할 수 있는 효과를 발휘한다.
또한, 실시 형태 4에서는, 돌출부(21a)를 전극용 유전체막(21D)의 일부로서 형성하고 있기 때문에, 구성 요소를 증가시키지 않고, 활성 가스용 보조 구조를 실현하고 있다.
이 때문에, 실시 형태 3과 실질적으로 동일한 설치 수순으로, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)를 제조할 수 있다. 따라서, 실시 형태 4의 활성 가스 생성 장치(100D)는, 제조 공정을 복잡화하지 않고, 활성 가스의 실활량을 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 돌출부(21a)의 상면 상에 형성되는 상기 활성 가스 유통용 간극을 충분히 좁게 하여, 즉, 상기 원료 가스 유통용 간극의 높이 방향(Z 방향)에 있어서의 길이를 충분히 짧게 함으로써, 상기 활성 가스 유통용 간극에 오리피스 기능을 갖게 할 수 있다. 상기 활성 가스 유통용 간극에 오리피스 기능을 갖게 함으로써, 활성 가스 생성 장치(100D)의 후단(하방)의 처리 공간(63)과 방전 공간(6) 사이에 압력차를 갖게 하여, 처리 공간(63)의 압력을 충분히 낮게 할 수 있다.
이때, 처리 공간(63)은, 충분히 낮은 전계 강도로 설정되어 있기 때문에, 비교적 낮은 압력 환경 하의 처리 공간(63)에 있어서도 절연 파괴를 방지할 수 있다.
<기타>
또한, 상술한 실시 형태에서는, 냉각수 경로(90)에 공급하는 냉각 매체로서 물을 나타냈지만, 이외에 가르덴 등의 냉각 매체를 사용해도 된다.
또한, 실시 형태 4에서는, 전극용 유전체막(21D)의 일부로서 돌출부(21a)를 마련하였지만, 전극용 유전체막(21)과 다른 별도 부재로서 유전체 보조 부재를 사용해도 된다. 예를 들어, 돌출부(21a)를 갖지 않는 전극용 유전체막(21)의 상면에 있어서, 평면으로 보아 개구부(15)에 대응하는 영역 상에 유전체 보조 부재를 배치하는 변형예가 생각된다.
변형예에 있어서, 유전체 보조 부재의 막 두께는, 전극용 유전체막(11 및 21) 간의 거리(갭 길이)보다도 짧게 설정된다. 따라서, 유전체 보조 부재의 상면과 고전압 인가 전극부(1)의 전극용 유전체막(11)의 하면 사이에 상기 활성 가스 유통용 간극이 마련된다.
이와 같이, 전극용 유전체막(21)의 상면 상에 유전체 보조 부재를 마련함으로써, 유전체 공간 내에 있어서, 방전 공간(6)과 가스 분출 구멍(23) 사이에, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하여, 상기 활성 가스 유통용 간극으로 제한할 수 있다.
그 결과, 유전체 보조 부재는, 돌출부(21a)와 마찬가지로, 유전체 공간 내에 있어서, 방전 공간(6)과 가스 분출 구멍(23) 사이에, 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하도록 마련되는 활성 가스용 보조 구조로서 기능한다.
단, 유전체 보조 부재는 전극용 유전체막(21)과 별도 부재이기 때문에, 구성 요소가 증가하게 된다. 이 때문에, 변형예에서는, 구성 요소가 증가하는 만큼, 도 25 내지 도 29에서 도시한 실시 형태 4와 비교하여 제조 공정이 복잡화되게 된다.
본 개시는 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서, 예시이며, 본 개시가 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것으로 이해된다.
1, 1C: 고전압 인가 전극부
2, 2C, 2D: 접지 전위 전극부
3: 금속 하우징
4, 4B: 베이스 플랜지
5: 원료 가스
6, 6C: 방전 공간
7, 7C: 절연판
8: 전극 홀딩 부재
9: 냉각판
10, 10C, 20, 20C: 금속 전극
11, 21, 21D: 전극용 유전체막
12: 보조용 금속 전극
21a: 돌출부
23, 23D, 43: 가스 분출 구멍
34: 가스 공급구
35: 가스 통과 경로
41: 가스 버퍼
42, 42B: 가스 확산 경로
44: 냉각수 공급구
50: 고주파 전원
52: 활성 가스
72: 관통 구멍
90: 냉각수 경로
451, 452: 냉각수 통과구
R4: 가스 중계 영역

Claims (6)

  1. 방전 공간에 공급된 원료 가스를 활성화하여 얻어지는 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치이며,
    제1 전극 구성부와
    상기 제1 전극 구성부의 하방에 마련되는 제2 전극 구성부를 구비하고,
    상기 제1 전극 구성부는, 제1 전극용 유전체막과 상기 제1 전극용 유전체막의 상면 상에 형성되는 제1 금속 전극을 갖고, 상기 제2 전극 구성부는, 제2 전극용 유전체막과 상기 제2 전극용 유전체막의 하면 상에 형성되는 제2 금속 전극을 갖고, 상기 제1 금속 전극에 교류 전압이 인가되고, 상기 제2 금속 전극이 접지 전위로 설정되고, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체막이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 전극이 평면으로 보아 중복되는 영역을 상기 방전 공간으로서 포함하고,
    상기 제2 전극용 유전체막은, 상기 활성 가스를 하방으로 분출하기 위한 가스 분출 구멍을 갖고, 상기 방전 공간으로부터 상기 가스 분출 구멍에 이르는 경로가 활성 가스 유통 경로로서 규정되고,
    상기 활성 가스 생성 장치는,
    도전성을 갖고, 단면 구조가 오목형이며, 중앙 저면 영역과, 상기 중앙 저면 영역의 외주를 따라서 마련되며 높이 방향으로 돌출된 주변 돌출부를 갖는 베이스 플랜지를 더 구비하고, 상기 제2 전극 구성부는 상기 중앙 저면 영역 상에 상기 제2 금속 전극이 접촉하는 양태로 마련되고,
    상기 활성 가스 생성 장치는,
    상기 베이스 플랜지의 상기 주변 돌출부 상에 마련되며, 상기 제1 전극 구성부와 접촉하지 않고, 상기 제1 전극 구성부의 상방에 위치하며, 도전성을 갖는 도전성 구조체와,
    상기 도전성 구조체와 상기 제1 전극 구성부 사이에 마련되며, 상면이 상기 도전성 구조체의 하면에 접촉하고, 또한 하면이 상기 제1 금속 전극의 상면에 접촉하는 절연재와,
    상기 제1 전극 구성부를 하방으로부터 지지하도록, 상기 도전성 구조체의 하면 상에 마련되는 전극 지지 부재와,
    상기 베이스 플랜지의 상기 주변 돌출부 상에 마련되며, 상기 도전성 구조체를 수용하는 하우징 내 공간을 갖는 금속제의 하우징을 더 구비하고,
    상기 베이스 플랜지는,
    외부로부터 상기 원료 가스를 받는 가스 공급구와,
    상기 원료 가스를 상기 방전 공간에 공급하기 위한 가스 통과 경로와,
    상기 가스 분출 구멍으로부터 분출되는 상기 활성 가스를 하방으로 분출하기 위한 베이스 플랜지용 가스 분출 구멍을 갖고,
    상기 베이스 플랜지에는 접지 전위가 부여되고,
    상기 도전성 구조체, 상기 전극 지지 부재 및 상기 제1 전극 구성부에 의해, 상기 하우징 내 공간과 상기 방전 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름이 분리되는 가스 분리 구조가 마련되고,
    상기 활성 가스 생성 장치는,
    상기 제1 전극용 유전체막의 상면 상에 상기 제1 금속 전극과 독립하여 마련되는 제3 금속 전극을 더 갖고,
    상기 제3 금속 전극은, 평면으로 보아 상기 활성 가스 유통 경로의 일부와 중복되도록 마련되고, 또한 접지 전위로 설정되는 것을 특징으로 하는, 활성 가스 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연재는 관통 구멍을 갖고, 상기 관통 구멍은 평면으로 보아 상기 제3 금속 전극과 중복되는 영역에 마련되고,
    상기 제3 금속 전극은 상기 관통 구멍을 통해 상기 도전성 구조체와 전기적으로 접속되는, 활성 가스 생성 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속 전극은, 평면으로 보아 중심에 개구부를 갖는 원환형으로 형성되고,
    상기 제3 금속 전극은 평면으로 보아 원형으로 형성되고,
    상기 제3 금속 전극은 상기 개구부 내에 있어서, 평면으로 보아 상기 가스 분출 구멍과 중복되는 영역에 마련되는, 활성 가스 생성 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 공간 내에 있어서, 상기 방전 공간과 상기 가스 분출 구멍 사이에, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하도록 마련되는 활성 가스용 보조 구조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 활성 가스 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전극용 유전체막은, 상기 활성 가스 유통 경로의 일부를 매립하도록, 높이 방향으로 돌출된 유전체 돌출부를 갖고,
    상기 유전체 돌출부는, 상기 활성 가스용 보조 구조로서 기능하는, 활성 가스 생성 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 플랜지는,
    외부로부터 냉각 매체를 받는 냉각 매체 공급구와,
    상기 냉각 매체를 상기 도전성 구조체에 공급하기 위한 냉각 매체 통과구를 더 갖고,
    상기 도전성 구조체는,
    상기 냉각 매체 통과구를 통해 공급되는 상기 냉각 매체를 내부에 유통시키는 냉각 매체 경로를 내부에 갖는, 활성 가스 생성 장치.
KR1020227021252A 2020-12-07 2021-06-25 활성 가스 생성 장치 KR20220104227A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPPCT/JP2020/045380 2020-12-07
PCT/JP2020/045380 WO2022123615A1 (ja) 2020-12-07 2020-12-07 活性ガス生成装置
PCT/JP2021/024082 WO2022123814A1 (ja) 2020-12-07 2021-06-25 活性ガス生成装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220104227A true KR20220104227A (ko) 2022-07-26

Family

ID=81974288

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227021253A KR20220104228A (ko) 2020-12-07 2020-12-07 활성 가스 생성 장치
KR1020227021252A KR20220104227A (ko) 2020-12-07 2021-06-25 활성 가스 생성 장치

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227021253A KR20220104228A (ko) 2020-12-07 2020-12-07 활성 가스 생성 장치

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20230034041A1 (ko)
EP (2) EP4258822A1 (ko)
JP (2) JP7114212B1 (ko)
KR (2) KR20220104228A (ko)
CN (2) CN114916255A (ko)
TW (2) TWI788034B (ko)
WO (2) WO2022123615A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113170567B (zh) 2019-11-12 2023-11-28 东芝三菱电机产业系统株式会社 活性气体生成装置
EP3886540B1 (en) * 2019-11-27 2023-05-03 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Active gas generation device
KR20210127087A (ko) * 2020-04-10 2021-10-21 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 기체 공급 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019229873A1 (ja) 2018-05-30 2019-12-05 東芝三菱電機産業システム株式会社 活性ガス生成装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4579522B2 (ja) * 2003-09-29 2010-11-10 株式会社イー・スクエア プラズマ表面処理装置
JP2007294229A (ja) * 2006-04-25 2007-11-08 Sharp Corp 大気圧プラズマ生成用電極
JP5349341B2 (ja) * 2007-03-16 2013-11-20 ソースル シーオー エルティディー プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
TWI406600B (zh) * 2007-04-30 2013-08-21 K C Tech Co Ltd 電漿產生裝置
CN101835339B (zh) * 2010-05-20 2012-05-23 大连理工大学 常压下平板电极射频电容耦合氩氧/氩氮等离子体发生器
CN103782663B (zh) * 2011-09-08 2016-05-11 东芝三菱电机产业系统株式会社 等离子体产生装置、cvd装置及等离子体处理粒子生成装置
CN104103484B (zh) * 2013-04-15 2017-07-25 中微半导体设备(上海)有限公司 气体供应装置及等离子体处理装置
US10450654B2 (en) * 2014-07-25 2019-10-22 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Radical gas generation system
JP6239483B2 (ja) * 2014-10-29 2017-11-29 東芝三菱電機産業システム株式会社 窒素ラジカル生成システム
JP6661283B2 (ja) * 2015-05-14 2020-03-11 東京エレクトロン株式会社 クリーニング方法及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
US10971338B2 (en) * 2017-09-06 2021-04-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Active gas generating apparatus
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
JP7153574B2 (ja) * 2019-01-17 2022-10-14 東京エレクトロン株式会社 上部電極構造、プラズマ処理装置、及び上部電極構造を組み立てる方法
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019229873A1 (ja) 2018-05-30 2019-12-05 東芝三菱電機産業システム株式会社 活性ガス生成装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022123814A1 (ja) 2022-06-16
CN114916255A (zh) 2022-08-16
TWI788034B (zh) 2022-12-21
WO2022123615A1 (ja) 2022-06-16
JP7218478B2 (ja) 2023-02-06
EP4072249A4 (en) 2024-01-03
TWI803076B (zh) 2023-05-21
US20230013017A1 (en) 2023-01-19
JPWO2022123814A1 (ko) 2022-06-16
CN114916256A (zh) 2022-08-16
KR20220104228A (ko) 2022-07-26
TW202222425A (zh) 2022-06-16
JP7114212B1 (ja) 2022-08-08
US20230034041A1 (en) 2023-02-02
JPWO2022123615A1 (ko) 2022-06-16
TW202228842A (zh) 2022-08-01
EP4072249A1 (en) 2022-10-12
EP4258822A1 (en) 2023-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220104227A (ko) 활성 가스 생성 장치
US11129267B2 (en) Active gas generation apparatus
CN112053988A (zh) 具有独立隔离的加热器区域的晶片载体
JP2019212910A (ja) 基板支持台座
KR102465845B1 (ko) 활성 가스 생성 장치
US20060037702A1 (en) Plasma processing apparatus
TW201637065A (zh) 載置台及電漿處理裝置
KR102524433B1 (ko) 활성 가스 생성 장치
US20190006152A1 (en) Plasma generating unit and plasma processing apparatus
KR20190077488A (ko) 활성 가스 생성 장치
KR20210082215A (ko) 활성 가스 생성 장치
KR20080005360A (ko) 플라즈마 처리 장치
US11309167B2 (en) Active gas generation apparatus and deposition processing apparatus
CN114982382A (zh) 活性气体生成装置
WO2020116250A1 (ja) プラズマ処理装置
KR20210080275A (ko) 플라스마 처리 장치
US20230029817A1 (en) Plasma processing apparatus
JP7481786B1 (ja) 活性ガス生成装置
KR20030030291A (ko) 백사이드 가스 라인에 설치되는 오리피스 세트