TWI523971B - 自由基氣體產生系統 - Google Patents

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Description

自由基氣體產生系統
本發明係關於進行自由基氣體生成，可利用該自由基氣體進行處理之自由基氣體產生系統之發明，例如，可用於對被處理體形成高性能之絕緣膜之時。
包含半導體製造領域之多用途領域中，有著多機能且高品質之薄膜(例如，高絕緣薄膜、半導體薄膜、高介電體薄膜、發光薄膜、高磁性體薄膜，超硬薄膜等)之需求。
例如，於製造半導體裝置之場合，於半導體晶片內中係設有：相當於線路配線之低阻抗的高導電膜；具有線路之配線線圈機能與磁石機能之高磁性膜；具有線路之電容器機能之高介電體膜；以及具有電性漏電流少之高絕緣機能之高絕緣膜等。
就形成該等膜之習知技術而言，例如有使用熱CVD(化學氣相成長：Chemical Vapor Deposition)裝置、光CVD裝置或電漿CVD裝置，特別是常會使用電漿CVD裝置。這是因為例如相較於熱、光CVD裝置，電漿CVD裝置成膜溫度較低，且成膜速度較快而可進行短時間 之成膜處理之故。
例如，於半導體基板形成氮化膜(SiON、HfSiON等)、氧化膜(SiO2、HfO2)等之閘極絕緣膜時，一般上採用使用電漿CVD裝置之下列技術。
亦即，將NH3(氨)、N3、O2、O3(臭氧)等之氣體與矽或鉿等前驅體氣體，直接供給至實施CVD處理之處理腔裝置。於處理腔裝置內，使前驅體氣體解離，生成金屬粒子，藉由該金屬粒子與上述NH3(氨)等氣體之化學反應，於被處理體上形成氮化膜或氧化膜等薄膜。
另一方面，電漿CVD裝置係於處理腔裝置內，直接產生高頻率電漿、微波電漿等。因此，被處理體係曝照於自由基氣體、具有高能量之電漿離子(或電子)等之中。
此外，就揭示關於電漿CVD裝置之技術之先行技術文獻而言，例如存在有專利文獻1。
然而，於電漿CVD裝置內之成膜處理中，如上所述，被處理體會直接曝露於電漿中。因此，該被處理體會因電漿(離子、電子等)而大幅地受到使半導體機能之性能減低等之損傷。
另一方面，於使用熱、光CVD裝置之成膜處理中，被處理體不會受到來自電漿(離子、電子等)之損傷，而可形成高品質之氮化膜、氧化膜等膜。然而，該成膜處理中難以得到高濃度且多量的自由基氣體源，就結果而言，有著需要非常長的成膜時間之問題。
最近的熱、光CVD裝置係使用容易因熱或光之照射而解離之高濃度之NH3氣體或O3氣體作為原料氣體。進一步，於CVD腔裝置內設有加熱觸媒體。藉此，該熱、光CVD裝置可藉由觸媒作用，促進氣體的解離，使得氮化膜、氧化膜等亦能夠於短時間成膜。然而，該時間的縮短係有極限，要大幅度改善成膜時間仍有困難。
於是，存在有遠程電漿型成膜處理裝置，以作為可減輕電漿造成之對於被處理體之損傷，且可進一步縮短成膜時間之裝置(例如，參照專利文獻2)。
該專利文獻2之技術中，係藉由分隔壁(電漿封閉電極)將電漿生成區域與被處理材處理區域分離。具體而言，專利文獻2之技術中，係在高頻率施加電極與設置有被處理體之對向電極之間，設有該電漿封閉電極。藉此，專利文獻2之技術中，只有中性活性種會被供給至被處理體上。
另外，專利文獻3之技術中，係於遠程電漿源中，使原料氣體之一部份藉由電漿而活性化。在此，氣體的流路係於該遠程電漿源內循環。於遠程電漿源中生成之活性氣體係被排出而供給至存有被處理體之裝置側。
於專利文獻3般的薄膜技術中係利用氮、氧、臭氧氣或氫等各式各樣的原料氣體。而且，從該原料氣體生成經活性化之自由基氣體，利用該自由基氣體在被處理體上形成薄膜。
自由基氣體的反應性非常高。因此，藉由 使微量(約1%：10000ppm)以下濃度的自由基氣體與被處理體接觸，即可促進在被處理體之化學反應，而於短時間且有效率地作出氮化薄膜、氧化薄膜或氫還原薄膜(促進氫鍵結之金屬膜)等。
於自由基氣體生成裝置中係配設有放電單元，於該放電單元中，藉由相當於大氣壓電漿之介電體阻障放電，實現高電場之電漿。藉此，可從曝露於放電單元之電漿的原料氣體，生成高品質之自由基氣體。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-266489號公報
[專利文獻2]日本特開2001-135628號公報
[專利文獻3]日本特開2004-111739號公報
然而，以往之自由基氣體生成裝置無法生成反應性非常高之有效的自由基氣體。另外，亦難以取得多量的自由基氣體。而同時地，所生成之自由基氣體的壽命非常短。因此，從自由基氣體生成裝置到與該自由基氣體生成裝置分別設置之自由基氣體處理場(薄膜生成場、處理腔裝置)為止，要抑制濃度的減低並且引導自由基係極為困難。
例如，為了使從自由基氣體生成裝置噴出 之自由基氣體於短時間與處理腔裝置內之被處理體接觸，可考慮將自由基氣體的出口作為節流孔口狀(orifice)的方法。亦即，可考慮於從自由基氣體生成裝置連接至處理腔裝置之自由基氣體的傳送通路之開口部中，將該開口部之開口徑縮徑之方法。藉此，當處理腔裝置內的壓力成為減壓狀態(真空狀態)時，自由基氣體生成裝置內的壓力與處理腔裝置內的壓力將會產生壓力差，而能夠以高速度使自由基氣體噴出至處理腔裝置內。亦即，可於維持高濃度的狀態下，將自由基氣體從自由基氣體生成裝置導引至處理腔裝置內。
採用上述方法時，開口部之徑，例如需為數十mm左右。然而，採用該尺寸之開口部時，對於處理腔裝置內之被處理體，噴射自由基氣體之區域係受到限制。亦即，難以形成大面積(例如，200mm徑以上之被處理體)且均勻的薄膜。
於是，本發明之目的係提供一種自由基氣體產生系統，於自由基氣體生成裝置與處理腔裝置分別或鄰接配設之自由基氣體產生系統(遠程電漿型成膜處理系統)中，可將自由基氣體從自由基氣體生成裝置引導至處理腔裝置，並且，例如即便是大面積的被處理體，亦可均勻地實施使用自由基氣體的處理。
為達成上述目的，本發明之自由基氣體產生系統係具備：自由基氣體生成裝置，其係利用介電體阻 障放電，從原料氣體生成自由基氣體；以及處理腔裝置，其係連接至前述自由基氣體生成裝置，於內部配設有被處理體，而對該被處理體實施利用前述自由基氣體之處理，其中，前述處理腔裝置係具有：工作台，載置前述被處理體，並使該被處理體旋轉，前述自由基氣體生成裝置係具有：複數個放電單元，產生前述介電體阻障放電；以及原料氣體供給部，將前述原料氣體供給至該自由基氣體生成裝置內，前述放電單元係具有：第一電極部，具有第一電極構件；第二電極部，與前述第一電極部相對向配設，並具有第二電極構件；以及開口部，與前述處理腔裝置內連接，並面對配設於前述工作台上之前述被處理體，輸出藉由前述介電體阻障放電而從前述原料氣體生成之前述自由基氣體，俯視下，配設於愈遠離前述旋轉之中心位置之前述放電單元，愈使前述第一電極構件與前述第二電極構件相面對之區域，即相面對面積增大。
本發明之自由基氣體產生系統係具備：自由基氣體生成裝置，其係利用介電體阻障放電，從原料氣體生成自由基氣體；以及處理腔裝置，其係連接至前述自由基氣體生成裝置，於內部配設有被處理體，而對該被處理體實施利用前述自由基氣體之處理，其中，前述處理腔裝置係具有載置前述被處理體，並使該被處理體旋轉之工作台，前述自由基氣體生成裝置係具有：複數個放電單元，產生前述介電體阻障放電；以及原料氣體供給部，將前述 原料氣體供給至該自由基氣體生成裝置內，前述放電單元係具有：第一電極部，具有第一電極構件；第二電極部，與前述第一電極部相對向配設，並具有第二電極構件；以及開口部，與前述處理腔裝置內連接，並面對配設於前述工作台上之前述被處理體，輸出藉由前述介電體阻障放電而從前述原料氣體生成之前述自由基氣體，俯視下，配設於愈遠離前述旋轉之中心位置之前述放電單元，愈使前述第一電極構件與前述第二電極構件所面對之區域，即相面對面積增大。
因此，可透過開口部，將於自由基氣體生成裝置所生成之自由基氣體，直接引導至處理腔裝置。另外，無需對於一個自由基氣體生成裝置配置複數個交流高電壓電源，使用一個交流高電壓電源即可控制從各放電單元噴出之自由基氣體的自由基氣體量(濃度)。因此，可對大面積的被處理體實施均勻的自由基氣體處理。
1‧‧‧低電壓電極
2‧‧‧第一介電體
3‧‧‧第二介電體
4‧‧‧間隔件
5‧‧‧高電壓電極塊
7、8‧‧‧端子
9‧‧‧交流高電壓電源
31‧‧‧高電壓電極
40‧‧‧放電空間
70‧‧‧放電單元
101‧‧‧原料氣體供給部
102‧‧‧開口部
100‧‧‧自由基氣體生成裝置
200‧‧‧處理腔裝置
201‧‧‧工作台
202‧‧‧被處理體
203‧‧‧氣體排出部
300‧‧‧真空泵
500‧‧‧自由基氣體產生系統
G1‧‧‧原料氣體
G2‧‧‧自由基氣體
第1圖係顯示本發明之自由基產生系統500之構成例之剖面圖。
第2圖係顯示本發明之放電單元70之構成例之擴大剖面圖。
如上所述，於遠程電漿型成膜處理系統中，就可於維持高濃度的狀態下，將自由基氣體從自由基氣體 生成裝置引導至處理腔裝置內之構成而言，本案之發明人等發現了使開口部之開口徑縮小之構成。
在此，以使自由基氣體生成裝置成為上段的方式，自由基氣體生成裝置與處理腔裝置係上下鄰接，而開口部係從自由基氣體生成裝置連接至處理腔裝置之自由基氣體之傳送路。另外，該開口部係配設有複數個。此外，各開口部係面對被處理體之主面。
然而，如上所述，採用該構成時，難以對處理腔裝置內之被處理體均勻地進行使用自由基氣體之處理(以下，就其一例而言，稱呼為成膜處理)。雖然可藉由增加開口部之數，或多或少解除不均性，但僅管如此，仍然尚有不均性的問題存在。
就解決上述之不均的成膜之手段而言，發明人等係思及於處理腔裝置內，使被處理體於俯視下旋轉之構成。然而，即使於該構成中，隨著於平面方向遠離旋轉中心，於該位置之被處理體的速度會變大(由於v(速度)=r(半徑)×ω(角速度))。從而，即便採用使被處理體旋轉之構成，並使自由基氣體從各開口部噴出至處理腔裝置內，仍難以完全地解決上述之所謂不均的成膜處理的問題。
就進一步解決成膜之不均性的方法而言，可考慮下列之構成。亦即，如上所述，有複數個作為自由基噴出部之開口部。對此，對應各開口部設置放電單元，並於各放電單元中，控制產生之自由基氣體量(自由基氣體濃度)之構成。
就以各放電單元改變自由基氣體量(自由基氣體濃度)之方法而言，可考慮於各放電單元設置交流電源，並且控制(改變)從交流電源所供給至各放電單元之電力之方法。然而，該方法必需設置複數個交流電源與複數個高電壓供給部。因此，會有自由基氣體產生系統整體變得大型化，高成本之問題點。
另外，就以各放電單元改變自由基氣體量之方法而言，亦可考慮於各放電單元改變開口部之開口徑(改變節流孔口之孔徑)之方法。然而，若使自由基氣體之開口部之開口徑變化(若改變節流孔口之孔徑)，於各放電單元中，從開口部噴出之自由基氣體的氣體流速本身亦會變化。該氣體流速的變化會成為防礙均勻的成膜的主要原因。
對此，本案發明人等完成了下述之發明作為以各放電單元改變自由基氣體量之構成。以下，基於顯示本發明實施型態之圖式，具體說明本發明。
<實施型態>
第1圖係顯示本實施型態之自由基產生系統500之構成例之剖面圖。另外，第2圖係顯示配設於自由基氣體生成裝置100內之放電單元70之構成例之擴大剖面圖。
以下，使用第1、2圖，說明本實施型態之自由基產生系統500之構成。
如第1圖所示，自由基氣體產生系統500係由自由基氣體生成裝置100、處理腔裝置200、交流高電 壓電源9以及真空泵30所構成。
自由基氣體產生系統500係將進行自由基氣體G2生成之自由基氣體生成裝置100，與進行使用所生成之自由基氣體G2之成膜處理等之處理腔裝置200分別設置之遠程電漿型成膜處理系統。
如第1圖所示，自由基氣體生成裝置100之底面側係與處理腔裝置200之上面側相接。此外，如後所述，自由基氣體生成裝置100內與處理腔裝置200內係透過開口部102而連接。如上所述，開口部102形成有複數個。
自由基氣體生成裝置100內係利用介電體阻障放電(Dielectric Barrier Discharge)，從原料氣體G1生成自由基氣體G2(原料氣體G1之一部份係藉由介電體阻障放電自由基化而生成自由基氣體G2)。
如第1圖所示，自由基氣體生成裝置100內係配設有複數個放電單元70。具體而言，各放電單元70係設於自由基氣體生成裝置100之底面上。
如第2圖所示，各放電單元70係由第一電極部1、2與第二電極部5、31、3所構成。第一電極部1、2係以預定的間隔隔開，並與第二電極部5、31、3對向。
亦即，於第一電極部1、2與第二電極部5、31、3之間形成產生介電體阻障放電之放電空間40。此外，為了將放電空間40之間距長度(於第2圖中，第一電極部1、2與第二電極部5、31、3之間之距離)維持一定，第一 電極部1、2與第二電極部5、31、3之間係配設有一個以上之間隔件4。
如第2圖所示，第一電極部1、2係由低電壓電極(可理解為第一電極構件)1與第一介電體2所構成。
在此，低電壓電極1係配設在自由基氣體生成裝置100之底面上，作為接地電位。另外，於全部的放電單元70係共有一個低電壓電極1。另外，第一介電體2係形成於低電壓電極1上。
另外，第二電極部5、31、3係由高電壓電極塊5、高電壓電極(可理解為第二電極構件)31以及第二介電體3所構成。
在此，於第二介電體3上係形成有高電壓電極31，於該高電壓電極31上係連接有高電壓電極塊5。於高電壓電極塊5供給有交流電壓之高電壓。另外，由於高電壓電極塊5與高電壓電極31係電性連接，故高電壓亦施加至高電壓電極31。
另外，如第1圖所示，於放電單元70中，穿設有發揮節流孔口機能之開口部102。
在此，開口部102係以貫通第一介電體2及低電壓電極1之方式形成。此外，開口部102係形成於第一介電體2之中央部。另外，開口部102係連接自由基氣體生成裝置100(更具體而言為放電空間40)內與處理腔裝置200內。因此，放電空間40內所生成之自由基氣體G2係透過該開口部102被輸出至處理腔裝置200內。此 外，開口部102係與配設於處理腔裝置200內之被處理體202之處理面相對面。
俯視時之放電單元70的輪廓形狀，就一實施例而言，係圓盤狀。亦即，第一介電體2與第二介電體3皆為圓盤狀，兩者2、3係平行配置(此外，高電壓電極31亦為圓盤狀)。從上面來看放電單元70時，第一介電體2之外周端與第二介電體3之外周端係對齊。此外，俯視時的放電單元70的輪廓形狀不需要為圓盤狀，只要可發揮同樣的效果，亦可為其他的形狀。
於各放電單元70中，該輪廓形狀係相同。例如，如上所述，若放電單元70之輪廓形狀係圓盤狀，則俯視時的放電單元70之輪廓尺寸係取決於第一介電體2(相同地第二介電體3)之直徑。
接著，參照第1圖，交流高電壓電源9係可對自由基氣體生成裝置100(更具體而言係各放電單元70)輸出放電用之交流高電壓。對各放電單元70施加交流高電壓時，於各放電單元70之放電空間40中發生介電體阻障放電。而且，藉由流通於各放電空間40內之原料氣體G1與介電體阻障放電之作用，於各放電空間40中生成自由基氣體G2。亦即，於自由基氣體生成裝置100內中，利用介電體阻障放電，生成自由基氣體G2(原料氣體G1之一部份藉由介電體阻障放電自由基化而生成自由基氣體G2)。
另外，原料氣體供給部101係配設在自由基氣體生成裝置100之上面部。從該原料氣體供給部101係 將作為自由基氣體G2之原料之原料氣體G1係供給至自由基氣體生成裝置100內。此外，從原料氣體供給部101供給之原料氣體G1係充滿自由基氣體生成裝置100內，從各放電單元70之外側以均勻量進入各放電單元70內而流通於各放電空間40內。
處理腔裝置200內係噴出於自由基氣體生成裝置100生成之自由基氣體G2。處理腔裝置200中係利用該自由基氣體，對被處理體202之主面實施薄膜形成等處理。
例如，於自由基氣體生成裝置100供給氮氣作為原料氣體G1。此時，於自由基氣體生成裝置100之各放電單元70內，由該氮氣生成氮自由基氣體以作為自由基氣體G2。從而，於處理腔裝置200中，利用從自由基氣體生成裝置100噴出之氮自由基氣體G2，對被處理體202形成氮化膜。
另外，對於自由基氣體生成裝置100供給臭氧氣或者是氧氣作為原料氣體G1。此時，於自由基氣體生成裝置100之各放電單元70內，由該臭氧氣或者是該氧氣生成氧自由基氣體以作為自由基氣體G2。從而，於處理腔裝置200中，利用從自由基氣體生成裝置100噴出之氧自由基氣體G2，對被處理體202形成氧化膜。
另外，於自由基氣體生成裝置100供給氫氣或者是水蒸氣作為原料氣體G1。此時，於自由基氣體生成裝置100之各放電單元70內，由該氫氣生成氫自由基氣體 以作為自由基氣體G2。或是，於自由基氣體生成裝置100之各放電單元70內，由該水蒸氣生成OH自由基氣體(羥基自由基氣體)以作為自由基氣體G2。從而，於處理腔裝置200中，利用從自由基氣體生成裝置100噴出之氫自由基氣體G2或者是OH自由基氣體G2，對被處理體202形成氫還原膜(促進氫鍵結之金屬膜)。
另外，在處理腔裝置200之下方側面，配設有與真空泵300連接之氣體排出部203。藉由利用該真空泵300之氣體釋氣，使處理腔裝置200內之壓力維持在約數torr至數十torr(數kPa)左右。另外，亦藉由真空泵300形成從自由基氣體生成裝置100到處理腔裝置200之氣體流。此外，開口部102係發揮作為節流孔口之機能，故可以在自由基氣體生成裝置100內與處理腔裝置200內之間形成壓力區分。
如第1圖所示，處理腔裝置200係配設有工作台201。而且，於該工作台201上載置有被處理體202。從自由基氣體生成裝置100之開口部102噴出之自由基氣體G2係接觸於該被處理體202。而且，於被處理體202實施利用自由基氣體G2之處理(例如，形成薄膜)。此外，工作台201係在載置被處理體202之狀態下，俯視時沿順時鐘或反時鐘方向旋轉。藉由該工作台201之旋轉，被處理體202亦同樣地旋轉。
此外，如上所述，各放電單元70之輪廓係相同。另外，形成於各放電單元70之開口部102之開口徑 亦相同。因此，因氣體流動造成之壓力損失，於各放電單元70以及開口部102中係相同。從而，於各放電單元70中，氣體係均等地流動，噴出至處理腔裝置200內之自由基氣體G2之噴出速度亦幾乎一定。
如第1圖所示，交流高電壓電源9之一側端係透過端子8連接至低電壓電極1。此外，如上所述，於各放電單元70中，低電壓電極1係為共通之接地電位。另外，交流高電壓電源9之另一側端係透過端子7，各別連接至各放電單元70之高電壓電極塊5。藉由該連接關係，交流高電壓電源9可對各放電單元70施加交流之高電壓。
如上所述，對各放電單元70係使用一個交流高電壓電源9。另外，低電壓電極1內及高電壓電極塊5內係形成有能夠以冷卻水等冷卻而將產生的熱冷卻之構造，但因圖式簡略化之觀點，於第2圖中係省略關於該冷卻之構造之圖示。
接著，於各放電單元70中，高電壓電極31與低電壓電極1面對之區域係成為放電空間40。低電壓電極1係施加有交流高電壓電源9之低電壓電位，交流高電壓電源9之高電壓電位係經由端子7與各高電壓電極塊5而施加於各高電壓電極31。於低電壓電極1與各高電壓電極31之間施加有交流高電壓時，於各放電空間40產生介電體阻障放電。而且，如上所述，藉由原料氣體G1與該介電體阻障放電，於各放電空間40中生成自由基氣體G2(原料氣體G1之一部分藉由介電體阻障放電自由基化而生 成自由基氣體G2)。
另外，如上所述，所生成之自由基氣體G2係透過各開口部102被噴出至處理腔裝置200內的被處理體202。在此，被噴出至處理腔裝置200內之自由基氣體G2之濃度通常未達1%(10000ppm)，而幾乎占有其餘部分之氣體係原料氣體G1。從而，原料氣體G1係扮演了將所生成之自由基化自由基氣體G2以短時間從至各放電單元70運載至處理腔裝置200內之載體氣體之角色。
亦即，從各放電單元40之開口部102所噴出之自由基氣體G2的噴出速度係取決於原料氣體G1。從而，若該噴出速度變慢，則自由基氣體G2到達被處理體202為止之會花上時間，生成之自由基氣體G2之一部份消滅的可能性提高。亦即，氣體量(氣體濃度)低之自由基氣體G2會接觸到被處理體202。這意味者對被處理體202之使用自由基氣體G2的處理效率降低。
由以上事實，產生了確保從各放電單元40開口部102所噴出之自由基氣體G2之噴出速度為一定以上之必要，而期望開口部102之開口徑為小節流孔口形狀
接著，若使開口部102之開口徑縮小時，可增加自由基氣體G2之噴出速度，抑制自由基氣體G2之消滅。然而，於被處理體202之被自由基氣體G2噴射之面積會受到限制。開口部102雖然被形成於各放電單元70，但當被自由基氣體G2噴射之區域受到限制時，則難以均勻地對被處理體202噴射自由基氣體G2。
另一方面，於各放電單元70中，期望自由基氣體G2之噴出速度為固定。而且，為了使自由基氣體G2之噴出速度為固定，係於複數個放電單元70中，使放電單元70之輪廓形狀相同，而且，使各開口部102之開口徑亦相同。
亦即，於各放電單元70中，不希望改變自由基氣體G2之噴出速度。另一方面，為了自由基氣體G2之高速噴出而有必要使開口部102之開口徑變小，但當開口徑變小時，則變得難以廣範圍地進行均勻的自由基氣體處理。
對此，本發明係藉由以下的構成而可於各放電單元70中，使自由基氣體G2噴出速度維持在一定的高速，並且可對被處理體202廣範圍地進行均勻的自由基氣體處理。
首先，噴射自由基氣體G2時，藉由工作台201使被處理體202以一定速度旋轉。在此，自由基氣體生成裝置100中係配設有複數個放電單元70，於各放電單元70中係配設有開口部102。該開口部102之位置係固定。
從而，若使自由基氣體G2從各開口部102噴出，且旋轉被處理體202時，則可進行比被處理體202更廣的範圍之自由基氣體處理。然而，由於被處理體202的旋轉，對應於被處理體202距旋轉中心的位置，圓周速度係不同。若從放電單元70噴出之自由基氣體G2之流量相同，而圓周速度不同時，對應於被處理體202距旋轉中 心的距離，對於被處理體202之自由基氣體處理能力會有不同的結果。
對此，有必要以被處理體202之旋轉中心為起點，變化、調整從各放電單元70噴出之自由基氣體G2之流量。換言之，從對於被處理體202之自由基氣體處理的均勻性之觀點，有必要對應被處理體202(工作台201)之旋轉的圓周速度，控制從各放電單元70噴出之自由基氣體G2之自由基化之流量成分。
在本發明中，於俯視下，配設於愈遠離被處理體202之旋轉中心位置的放電單元70，愈使高電壓電極31與低電壓電極1相對面之區域，即相面對面積增大，以控制該自由基氣體G2之流量。具體而言，配設於愈遠離被處理體202之旋轉中心位置的放電單元70，愈使形成於第二介電體3之高電壓電極31之面積增大。
藉此，對應放電單元70之配設位置，放電空間40之大小係相異，而自由基氣體G2之生成量亦相異。從而，可對應放電單元70之配設位置，改變自由基氣體G2之自由基化之流量成分。
由於距被處理體202之旋轉中心遠的位置之圓周速度較快，故自由基氣體G2之噴射時間較短。另一方面，距被處理體202之旋轉中心近的位置之圓周速度較慢，故自由基G2之噴射時間較長。在此，被處理體202之旋轉速度(角速度)係固定。高電壓電極31係密著或接合於第二介電體3，藉此，以反比於由放電單元70之配設位 置所決定之噴射時間之方式來增加放電單元70所產生之自由基氣體量(自由基氣體濃度)，然而，亦可由下述之高電壓電極31之構成，改變放電空間40之大小。
例如，注目於兩個放電單元70。一個放電單元70係於俯視下距被處理體202之旋轉中心第一距離。相對於此，另一個放電單元70係於俯視下距被處理體202之旋轉中心距離第二距離。在此，第一距離係小於第二距離。此時，使另一個放電單元70之高電壓電極31之面積比一個放電單元70之高電壓電極31之面積增大。藉此，可使從另一個放電單元70之開口部102所噴出之自由基氣體G2之自由基化流量成分，比從另一個放電單元70之開口部102所噴出之自由基氣體G2之自由基化之流量成分增大。
在此，自由基氣體G2之噴出速度，主要是對應介電體2、3之外形而決定。因此，雖然從自由基氣體G2之噴出速度相同之觀點來考量，說明了期望各放電單元70中有相同的輪廓外形，但於各放電單元70中，若介電體2、3之外形相同，即便改變高電壓電極31的外形，亦可使從各放電單元70噴出之自由基氣體G2之噴出速度幾乎相同。
如上所述，本實施型態之自由基氣體產生系統500中，係於自由基氣體生成裝置100內配設複數個放電單元70，並對於各放電單元70配設開口部102。另外，透過開口部102，將自由基氣體G2從自由基氣體生成裝置 100導引至處理腔裝置200。而且，使被處理體202旋轉。進一步，於各放電單元70中，對應距被處理體202之旋轉中心之距離，改變放電空間40之大小。
因此，可透過開口部102，使由自由基氣體生成裝置100所生成之自由基氣體G2(原料氣體G1之一部分藉由介電體阻障放電而自由基化之自由基氣體G2)直接導引至處理腔裝置200。另外，對於一個自由基氣體生成裝置100，無需配設複數個交流高電壓電源9，而可使用1個交流高電壓電源9來控制從各放電單元70噴出之自由基氣體G2之自由基氣體量(濃度)。因此，對大面積的被處理體202，亦可均勻地實施使用自由基氣體的處理。
另外，僅使高電壓電極31之面積(電極相對向面積)改變，而其他之複數個放電單元70之輪廓外形(特別是介電體2、3之外形)，於各放電單元70中係相同，而各開口部102之開口徑，於各放電單元70中亦為相同。從而，於放電空間40生成之自由基量(濃度)為近乎未達1%之可變控制，故從開口部102噴出之氣體速度幾乎可維持相同狀態，同時可對應放電單元70之配設位置，控制自由基量(濃度)。
另外，由於使被處理體202旋轉，故可縮小噴出自由基氣體G2之開口部102之開口徑，而可使自由基氣體G2高速化。從而，可使自由基氣體G2以短時間到達被處理體202，而可抑制自由基氣體G2於到達被處理體202前消滅。
此外，於各放電單元70中，面對放電空間40所配設之各介電體2、3可由單結晶藍寶石或石英所構成。
由於放電空間40產生介電體阻障放電，介電體2、3會因該介電體阻障放電而受到放電損傷。對此，若各介電體2、3為單結晶藍寶石製或石英製者，則可提升介電體2、3之放電耐性，結果，可抑制介電體阻障放電造成之從介電體2、3析出之粒子量。
另外，於自由基氣體生成裝置100中，為了藉由放電空間40中之介電體阻障放電而生成優良的自由基氣體G2，必須使放電空間40為高電場電漿狀態。放電空間40之電場係取決於放電空間40之氣體壓力與放電空間40之間距長之乘積，為了成為高電場電漿狀態，「P‧d(kPa‧cm)」之乘積係要求在預定之值以下。在此，P係自由基氣體生成裝置100內之壓力，d係各放電單元70之間距長(第一介電體2至第二介電體3為止之距離，於各放電單元70中係均一)。
於自由基氣體之情況，P‧d乘積為相同值時，於大氣壓+短間距長度之條件(以下稱為前者之情況)與減壓+長間距長度之條件(以下稱為後者之情況)之情況，後者之情況在下述點較有利。亦即，後者之情況下，提高了放電空間40中流動的氣體流速，並且，間距長度(放電面之壁)變廣，使自由基氣體G2對壁之撞擊量造成的損失受到抑制(亦即，可抑制產生之自由基氣體量(自由基濃度) 的分解)。
本案之發明人等由以上之情事，並從可安定地驅動介電體阻障放電而可得到良好的自由基氣體之觀點來考量，發現自由基氣體生成裝置100以滿足以下之條件為較佳。
亦即，於自由基氣體生成裝置100中，將內部之氣體壓力P約設定為10kPa至30kPa左右，將放電空間40之間距長d設定為約0.3至3mm，藉以使P‧d乘積成為約0.3至9(kPa‧cm)為較佳。
7、8‧‧‧端子
9‧‧‧交流高電壓電源
70‧‧‧放電單元
100‧‧‧自由基氣體生成裝置
101‧‧‧原料氣體供給部
200‧‧‧處理腔裝置
201‧‧‧工作台
202‧‧‧被處理體
203‧‧‧氣體排出部
300‧‧‧真空泵
500‧‧‧自由基氣體產生系統
G1‧‧‧原料氣體

Claims (6)

  1. 一種自由基氣體產生系統，係具備：自由基氣體生成裝置(100)，其係利用介電體阻障放電，從原料氣體(G1)生成自由基氣體(G2)；以及處理腔裝置(200)，其係連接至前述自由基氣體生成裝置，於內部配設有被處理體(202)，而對該被處理體實施利用前述自由基氣體之處理，其中，前述處理腔裝置係具有：工作台(201)，載置前述被處理體，並使該被處理體旋轉，前述自由基氣體生成裝置係具有：複數個放電單元(70)，產生前述介電體阻障放電；以及原料氣體供給部(101)，將前述原料氣體供給至該自由基氣體生成裝置內，前述放電單元係具有：第一電極部(3、5、31)，具有第一電極構件(5、31)；第二電極部(1、2)，與前述第一電極部相對向配設，並具有第二電極構件(1)，以及開口部(102)，與前述處理腔裝置內連接，並面對配設於前述工作台上之前述被處理體，輸出藉由前述介電體阻障放電而從前述原料氣體生成之前述自由基氣體， 俯視下，配設於愈遠離前述旋轉之中心位置之前述放電單元，愈使前述第一電極構件與前述第二電極構件相面對之區域，即相面對面積增大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自由基氣體產生系統，其中，前述放電單元係進一步具有面對產生前述介電體阻障放電之放電空間而配設之介電體(2、3)，前述介電體係由單結晶藍寶石或石英所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之自由基氣體產生系統，其中，於前述自由基氣體生成裝置中，內部之氣體壓力係10kPa至30kPa，前述第一電極部與前述第二電極部之距離係0.3至3mm。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之自由基氣體產生系統，其中，前述原料氣體係氮氣，前述自由基氣體生成裝置係自前述氮氣生成氮自由基氣體作為前述自由基氣體，前述處理腔裝置係利用前述氮自由基氣體，對前述被處理體形成氮化膜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之自由基氣體產生系統，其中，前述原料氣體係臭氧氣或氧氣， 前述自由基氣體生成裝置係從前述臭氧氣或氧氣生成氧自由基氣體作為前述自由基氣體，前述處理腔裝置係利用前述氧自由基氣體，對前述被處理體形成氧化膜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之自由基氣體產生系統，其中，前述原料氣體係氫氣或水蒸氣，前述自由基氣體生成裝置係從前述氫氣或水蒸氣生成氫自由基氣體或OH自由基氣體作為前述自由基氣體，前述處理腔裝置係利用前述氫自由基氣體或OH自由基氣體，對於前述被處理體形成促進氫鍵結之金屬膜。
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