TWI639724B - 活性氣體生成裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種活性氣體生成裝置，係可生成良質的活性氣體。然後，本發明係藉由以形成於活性氣體生成用電極群(301)的高壓側電極構成部(1A)與接地側電極構成部(2A)之間的放電空間(66)所進行的放電，來將所供給的原料氣體活性化以生成活性氣體。蓋體(31及32)的組合構造，係使放電空間(66)與交流電壓施加空間(R31)完全分離，且具有與交流電壓施加空間(R31)獨立且用以將從外部所供給的原料氣體導引至放電空間(66)的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路(31h、32h)。形成於金屬殼體(34)與蓋體(31及32)以及電極構成部設置台(33)之間的殼體接觸空間(R34)，係與交流電壓施加空間(R31)、放電空間(66)之各者完全分離。

Description

活性氣體生成裝置
本發明係關於一種平行地設置二個電極，並在兩電極間施加高電壓，利用使放電產生的能量來獲得活性氣體的活性氣體生成裝置。
平行地設置二個電極，並在兩電極間施加高電壓，利用使放電現象產生於兩電極間之放電空間的能量來獲得活性氣體的活性氣體生成裝置，一般是對一方的電極施加有交流的高電壓，另一方的電極則被設定在接地位準等的基準電壓。
如此的活性氣體生成裝置，係對作為高電壓之供電部的一方之電極施加數kVrms(Root Mean Square：均方根)的高電壓。又，在形成於一對電極間的放電空間以外的空間中，為了不使存在於該處的氣體絕緣破壞，就要充分地拉開與供電部/接地部(另一方的電極以及電性連接於該電極的零件部位)的距離。然而，在微觀下無論如何都不能避開藉由供電部的金屬零件之形狀或表面狀態而足以引起周邊氣體層之絕緣破壞的電場強度之集中。
然後，在放電空間以外已發生絕緣破壞的 情況下，會發生導致附近零件的構成元素之蒸發的現象，在附近零件為金屬製的情況下，上述現象在半導體成膜步驟中會成為金屬污染(metal contamination)的要因。
作為已考慮如此金屬污染的活性氣體生成裝置，例如有專利文獻1所揭示的電漿產生裝置或專利文獻2所揭示的電漿處理裝置。
專利文獻1所揭示的電漿產生裝置，係指在設置於相對向的高壓側電極構成部/接地側電極構成部間的放電部進行介電質屏蔽放電(dielectric barrier discharge)，且將原料氣體通過於該處，藉此來生成活性氣體的裝置。該裝置並未使放電部與交流電壓施加部分離，而是存在於同一空間，原料氣體係在通過交流電壓施加部之後供給至放電空間，最後供給至處理腔室(chamber)。
專利文獻2所揭示的電漿處理裝置，係使用將絕緣體插入、密閉於相對向的電極構成部之外緣部的構造。藉由形成如此的構造，來謀求抑制從放電部往設置有電極構成部的殼體(包含接地極)之異常放電。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許第5694543號公報
專利文獻2：日本特許第5328685號公報(第10圖)
然而，在專利文獻1所揭示的電漿產生裝置中，因原料氣體之絕緣破壞而致使的放電並非一定僅在放電部產生。從宏觀來看，係設計成藉由充分地取得絕緣距離來抑制放電部以外之不需要的放電。就不需要的放電而言，例如可考慮施加有交流電壓的高壓側電極構成部的金屬電極、與收納電極構成部的金屬殼體間的異常放電。
然而，從微觀來看時，在施加交流電壓的電流導入端子或與該電流導入端子連接的金屬零件等之表面係必然形成有凹凸，在該凸部周邊則會依場所而形成有強電場區域，結果，要將氣體的絕緣破壞，亦即產生異常放電的可能性設為“0”是非常困難的。
從而，專利文獻1所揭示的電漿產生裝置，係因上述的絕緣破壞來誘發設置於附近的零件構成元素之蒸發，此會混入於原料氣體中並往放電部、處理腔室供給，藉此有造成半導體之金屬污染的問題點。
又，即便是在專利文獻2所揭示的電漿處理裝置中，作為已產生異常放電時的金屬污染混入防止處置，仍是不充分。這是因為放電部和交流電壓施加部依然是存在於同一空間內，且經由交流電壓施加部後的原料氣體會進入至放電部，藉此來生成活性氣體，如此的構造並無變化之故。亦即，專利文獻2所揭示的電漿處理裝置，係與專利文獻1所揭示的電漿產生裝置同樣無法避免金屬污染的發生，因此這部分會有使所生成的活性氣體之品質劣化的問題點。
在本發明中，其目的係在於提供一種解決如上述的問題點，且可生成良質之活性氣體的活性氣體生成裝置。
本發明的活性氣體生成裝置係具備：活性氣體生成用電極群，係具有第一電極構成部、及設置於前述第一電極構成部之下方的第二電極構成部；交流電源部，係對前述第一及第二電極構成部施加交流電壓，以使前述第一電極構成部成為高電壓，藉由以前述交流電源部所進行的前述交流電壓之施加，在前述第一及第二電極構成部間形成放電空間，且從設置於前述第二電極構成部的氣體噴出口噴出將供給至前述放電空間的原料氣體活性化所得的活性氣體；第一輔助構件，係設置成使其與前述第一電極構成部之間形成與前述放電空間分離的交流電壓施加空間；第二輔助構件，係由非金屬材料所構成，且從前述第二電極構成部側來支撐前述活性氣體生成用電極群，前述第二輔助構件係具有供從前述氣體噴出口所噴出的活性氣體通過的輔助構件用氣體排出口；以及金屬製的殼體，係收容前述活性氣體生成用電極群及前述第二輔助構件的全部、及前述第一輔助構件的至少一部分，前述殼體係具有將通過輔助構件用氣體排出口的活性氣體排出至外部的殼體用氣體排出口，在前述殼體與前述第一及第二輔助構件之間係設置有與前述放電空間分離的殼體接觸空間；前述第一輔助構件係具有與前述交流電壓施加空間及 前述殼體接觸空間之各者獨立，且用以將從外部所供給的原料氣體導引至前述放電空間的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路，藉此來分離前述放電空間與前述交流電壓施加空間的氣體之流動，且分離前述放電空間與前述殼體接觸空間的氣體之流動。
在實施態樣1所記載之作為本案發明的活性氣體生成裝置中，交流電壓施加空間係從放電空間分離所設置，且第一輔助構件係具有與交流電壓施加空間獨立且用以將從外部所供給的原料氣體導引至前述放電空間的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路，藉此來分離放電空間與交流電壓施加空間的氣體之流動。
因此，可確實地避免在交流電壓施加空間已產生異常放電的情況下所生成的第一電極構成部之構成材料等的蒸發物質，直接或是經由原料氣體供給路徑而混入於放電空間的第一混入現象。
此外，在實施態樣1所記載的本案發明中，殼體接觸空間係從放電空間分離地設置，且第一輔助構件係具有與殼體接觸空間獨立的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路，藉此來分離放電空間與殼體接觸空間的氣體之流動。
因此，亦可確實地避免在殼體接觸空間所生成的蒸發物質混入於放電空間的第二混入現象。
結果，實施態樣1所記載之本案發明的活性 氣體生成裝置，係能達成確實地避免上述的第一及第二混入現象，並將良質的活性氣體排出至外部的功效。
本發明之目的、特徵、態樣及優點，係能藉由以下的詳細說明和附圖而更加明瞭。
1A、81‧‧‧高壓側電極構成部
2A、82‧‧‧接地側電極構成部
5‧‧‧高頻電源
8、88‧‧‧氣體的流動
31、32、41‧‧‧蓋體
31c、32c‧‧‧中空區域
31h、32h、41h、42h‧‧‧原料氣體流路
31e、41e‧‧‧沖洗氣體排出口
31p、41p‧‧‧沖洗氣體供給口
33、43‧‧‧電極構成部設置台
33b、43s、84b‧‧‧主要面
33i、43i‧‧‧活性氣體通過口
33k、34k、43k、44k‧‧‧活性氣體排出口
33x、84x‧‧‧外周突出部
34、44、84‧‧‧金屬殼體
34b‧‧‧底面
34d、44d‧‧‧側面
37‧‧‧間隔件
37h‧‧‧貫通口
42‧‧‧氣封單元蓋體
43d‧‧‧段差部
51‧‧‧楔形段差形狀部
51s‧‧‧菱形單體部
51t‧‧‧三角形單體部
52A、52B‧‧‧直線形段差形狀部
55‧‧‧氣體噴出口
66、86‧‧‧放電空間
70‧‧‧O環
84h‧‧‧原料供給口
84k‧‧‧活性氣體排出口
84y‧‧‧流路
85‧‧‧氣體噴出口
101H、101L、201H、201L‧‧‧金屬電極
111、211、812‧‧‧介電質電極
D1‧‧‧放電
D2、D3、D4‧‧‧異常放電
R31、R41、R81‧‧‧交流電壓施加空間
R33‧‧‧側面空間
R34、R44‧‧‧殼體接觸空間
301‧‧‧活性氣體生成用電極群
第1圖係示意性地顯示作為本發明之實施形態1的活性氣體生成裝置之剖面構造的說明圖。
第2圖係在已將實施形態1的活性氣體生成裝置之主要構成部分解後的狀態下所顯示的說明圖。
第3圖係示意性地顯示作為本發明之實施形態2的活性氣體生成裝置之剖面構造的說明圖。
第4圖係示意性地顯示習知的活性氣體生成裝置之一般構造的說明圖。
<活性氣體生成裝置的概要>
針對在以下所述的實施形態1至實施形態3所共通的活性氣體生成裝置之特徵部位加以說明。藉由使高壓側電極構成部及接地側電極構成部分離達間隙長度而對向地配置一對，而作為介電質屏蔽放電的活性氣體生成用電極群。在活性氣體生成用電極群中，形成於高壓側電極構成部及接地側電極構成部間的空間係成為放電空間。
該活性氣體生成用電極群係收納於金屬製 的殼體內，包含活性氣體生成用電極群及殼體的活性氣體生成裝置係設置於成膜處理矽晶圓的處理腔室之正上方。在活性氣體生成用電極群的介電質電極表面之一部分，係對金屬電極進行金屬化(metallization)處理，藉此能一體形成介電質電極和金屬電極。金屬化處理係使用印刷燒製方法或濺鍍(sputtering)處理、蒸鍍處理等所形成。
在金屬電極部係連接有高頻電源。接地側電極構成部係與殼體一起接地，且固定於基準電位。從高頻電源對活性氣體生成用電極群施加10kHz至100kHz、2kV至10kV的交流電壓V0p(0峰值)，藉此在活性氣體生成用電極群的放電空間產生介電質屏蔽放電。
在活性氣體生成裝置係從外部經由氣體供給口(原料氣體流路)來供給氮或氧、稀有氣體類或氫、氟類的原料氣體。此等原料氣體係經由設置活性氣體生成用電極群之外周部的原料氣體供給路徑而進入至電極內部的放電空間，在內部的放電空間活性化，包含該活性氣體在內的氣體係從設置於接地側電極構成部的氣體噴出口往殼體外部的處理腔室噴出，且進行成膜處理。
<實施形態1>
第1圖係示意性地顯示作為本發明之實施形態1的活性氣體生成裝置之剖面構造的說明圖。第2圖係在已將實施形態1的活性氣體生成裝置之主要構成部予以分解後的狀態下所顯示的說明圖。再者，在第1圖及第2圖以及後 述的第3圖及第4圖之各圖中顯示XYZ正交座標系。
如第2圖(b)及(c)所示，活性氣體生成用電極群301，係具有高壓側電極構成部1A(第一電極構成部)以及設置於高壓側電極構成部1A之下方的接地側電極構成部2A(第二電極構成部)。
接地側電極構成部2A係具有介電質電極211和金屬電極201H及201L，介電質電極211係形成將X方向作為長邊方向、將Y方向作為短邊方向的長方形狀之平板構造。
有關介電質電極211，係在中央沿著X方向設置有複數個氣體噴出口55。複數個氣體噴出口55係分別從介電質電極211之上表面貫通至下表面而設置。
更且，楔形段差形狀部51在俯視觀察下，係不重疊於複數個氣體噴出口55，而是在俯視觀察下以Y方向的形成寬度隨著越靠近複數個氣體噴出口55之各者而變得越短的方式形成。具體而言，在五個氣體噴出口55間形成為俯視觀察時呈菱形狀，且藉由相互地離散的四個菱形單體部51s、及設置於五個氣體噴出口55中之兩端的氣體噴出口55之外側的俯視觀察時呈大致二等邊三角形狀之二個三角形單體部51t的集合體來形成楔形段差形狀部51。
此外，介電質電極211係更具有朝向上方突出而形成於X方向之兩端側的直線形段差形狀部52A及52B。直線形段差形狀部52A及52B係俯視觀察時沿著Y 方向且遍及於介電質電極211之短邊方向的全長而形成，且一同藉由楔形段差形狀部51的形成高度與直線形段差形狀部52A及52B的形成高度，來規定放電空間66中的間隙長度。
如第2圖(b)所示，金屬電極201H及201L係形成於介電質電極211的下表面上，且俯視觀察時隔著介電質電極211的中央區域而相互地對向配置。金屬電極201H及201L係俯視觀察時呈大致長方形狀，且將X方向作為長邊方向，將與X方向交叉成直角的Y方向作為相互地對向的方向。
再者，金屬電極201H及201L係藉由在介電質電極211的下表面進行金屬化處理而形成，結果，介電質電極211和金屬電極201H及201L係一體地形成而構成接地側電極構成部2A。可考慮使用印刷燒製方法或濺鍍處理、蒸鍍處理等的處理，來作為金屬化處理。
另一方面，高壓側電極構成部1A的介電質電極111係與介電質電極211同樣地，形成將X方向作為長邊方向、將Y方向作為短邊方向的長方形狀之平板構造。再者，介電質電極111及介電質電極211，例如是將陶瓷作為構成材料。
又，金屬電極101H及101L係形成於介電質電極111的上表面上，且俯視觀察時隔著與介電質電極211之中央區域對應的同形狀之中央區域而相互地對向配置。此時，金屬電極101H及101L係與金屬電極201H及 201L同樣地，俯視觀察時呈大致長方形狀，且將X方向作為長邊方向，將與X方向交叉成直角的Y方向作為相互地對向的方向。金屬電極101H及101L亦可與金屬電極201H及201L同樣地藉由金屬化處理而形成於介電質電極111的上表面上。
然後，如第2圖(c)所示，藉由在接地側電極構成部2A上配置高壓側電極構成部1A，就可組裝活性氣體生成用電極群301。此時，一邊使高壓側電極構成部1A中的介電質電極111之中央區域、及接地側電極構成部2A中的介電質電極211之中央區域以俯視觀察時重疊的方式來定位，一邊將高壓側電極構成部1A堆積組合於接地側電極構成部2A上，藉此最後可完成活性氣體生成用電極群301。
再者，在沿著活性氣體生成用電極群301之X方向的兩側面之直線形段差形狀部52A及52B間設置有一對間隔件(spacer)37。一對間隔件37係設置於高壓側電極構成部1A、接地側電極構成部2A間，且與上述的楔形段差形狀部51、直線形段差形狀部52A及52B，一同藉由其形成高度，來規定放電空間66中的間隙長度。間隔件37係由非金屬材料所構成，較佳是由與介電質電極111及211相同的材質所形成。
更且，在一對間隔件37係設置有沿著Y方向延伸的複數個貫通口37h，且可從活性氣體生成用電極群301之外部，透過複數個貫通口37h將原料氣體供給至 高壓側電極構成部1A及接地側電極構成部2A間的放電空間66內。
在構成活性氣體生成用電極群301的介電質電極111與介電質電極211所對向的介電值空間內，將金屬電極101H及101L與金屬電極201H及201L俯視觀察時重疊的區域規定為放電空間。
在金屬電極101H及101L以及金屬電極201H及201L，係連接於(高壓)高頻電源5(交流電源部)。具體而言，接地側電極構成部2A的金屬電極201H及201L，係透過選擇性地設置於金屬殼體34及電極構成部設置台33之內部的金屬零件(未圖示)而接地，在本實施形態中，係從高頻電源5將0峰值固定在2kV至10kV，並將頻率設定在10kHz至100kHz的交流電壓施加於金屬電極101H及101L、金屬電極201H及201L間。再者，電極構成部設置台33係除了上述金屬零件以外，其餘是由具有絕緣性的構成材料所形成，例如是將陶瓷作為構成材料。又，就上述金屬零件的設置態樣而言，係考慮如後述的活性氣體排出口33k般地設置複數個上下貫通電極構成部設置台33的鑽孔，且將接地側電極構成部2A的金屬電極201H及201L和金屬殼體44電性連接於複數個鑽孔內之各者的方式，來設置上述金屬零件等的態樣。
然後，如第1圖所示，實施形態1的活性氣體生成裝置係使用蓋體31、蓋體32及電極構成部設置台33來將上述構成的活性氣體生成用電極群301(包含高壓側 電極構成部1A、接地側電極構成部2A)收容於金屬殼體34內。
如前所述，設置有對活性氣體生成用電極群301施加交流電壓以使高壓側電極構成部1A成為高電壓的高頻電源5(交流電源部)。藉由以高頻電源5所進行的交流電壓之施加，在高壓側電極構成部1A及接地側電極構成部2A間形成有放電空間66，且從設置於接地側電極構成部2A的複數個氣體噴出口朝向下方噴出將供給至該放電空間66的原料氣體活性化所得的活性氣體。
由蓋體31及32之組合構造所構成的第一輔助構件，係設置於高壓側電極構成部1A的上方，以在其與高壓側電極構成部1A之間形成與放電空間66分離的交流電壓施加空間R31。
另一方面，作為第二輔助構件的電極構成部設置台33，係將接地側電極構成部2A的下表面整面配置於其主要面33b(參照第2圖(b))上，且從接地側電極構成部2A側支撐活性氣體生成用電極群301。又，電極構成部設置台33的外周部係具有比主要面33b更朝向上方(+Z方向)突出的外周突出部33x，藉由外周突出部33x來包圍活性氣體生成用電極群301整體，外周突出部33x與間隔件37之間係成為側面空間R33(參照第1圖、第2圖(c))。
又，如第1圖及第2圖(d)所示，電極構成部設置台33係具有：使從複數個氣體噴出口55所噴出的活性氣體通過，且導引至下方的複數個活性氣體通過口33i 及複數個活性氣體排出口33k。複數個活性氣體通過口33i係以俯視觀察時與複數個氣體噴出口55一致的方式配置，且在複數個活性氣體通過口33i的下方分別設置有複數個活性氣體排出口33k。藉由活性氣體通過口33i及活性氣體排出口33k的組合，而構成使從對應的氣體噴出口55噴出的活性氣體通過的輔助構件用氣體排出口。
如第2圖(a)所示，構成第一輔助構件之一部分的蓋體32，係俯視觀察時形成為矩形環狀，且配置於高壓側電極構成部1A的端部及電極構成部設置台33的外周突出部33x上。作為蓋體32之內周區域的中空區域32c係俯視觀察時比高壓側電極構成部1A的形狀還小，且以收納於高壓側電極構成部1A內的方式配置於高壓側電極構成部1A上。另一方面，電極構成部設置台33的外周區域，係俯視觀察時比高壓側電極構成部1A還大，且以包含高壓側電極構成部1A整體的方式配置。
更且，如第1圖及第2圖(a)所示，蓋體32係具有將蓋體32貫通於上下方向(Z方向)的原料氣體流路32h。原料氣體流路32h係在朝蓋體32之X方向延伸的長邊區域，於中央部朝X方向延伸而形成為直線狀。然後，在原料氣體流路32h的下方設置有側面空間R33。
更且，在蓋體32上配置有蓋體31。蓋體31係使下部在俯視觀察時形成為與蓋體32相同的矩形環狀，且使上部在俯視觀察時形成為矩形狀，上部的端部係配置於金屬殼體34的上表面上。作為蓋體31之內周區域 的中空區域31c係俯視觀察時形成與蓋體32之中空區域32c同一之形狀。然後，蓋體31的上部之端部係使用螺栓等的固定手段來固定於金屬殼體34的上表面。
如第1圖所示，蓋體31係具有貫通於上下方向的原料氣體流路31h，原料氣體流路31h係形成為圓柱形，原料氣體流路32h的一部分係位於原料氣體流路31h的下方。再者，亦可將原料氣體流路31h與原料氣體流路32h同樣地，在延伸於蓋體31之X方向的長邊區域，於中央部朝X方向延伸而形成為直線狀，且使原料氣體流路32h的整體位於原料氣體流路31h的下方。
更且，蓋體31係在上部具有貫通於上下方向之作為沖洗氣體(purge gas)用之第二氣體供給口的沖洗氣體供給口31p和作為第二氣體排出口的沖洗氣體排出口31e，該沖洗氣體係作為原料氣體以外的第二氣體。沖洗氣體供給口31p及沖洗氣體排出口31e係分別設置成圓柱狀。沖洗氣體供給口31p及沖洗氣體排出口31e係皆以下方到達中空區域31c的方式設置。又，沖洗氣體供給口31p及沖洗氣體排出口31e係與原料氣體流路31h獨立地設置，而不會使沖洗氣體和原料氣體混合在一起。再者，就從沖洗氣體供給口31p所供給的沖洗氣體而言，係可使用氮氣或是惰性氣體。又，沖洗氣體供給口31p及沖洗氣體排出口31e係亦與放電空間66及後述的殼體接觸空間R34獨立地形成。
利用藉由蓋體31及32之組合構造所構成的 第一輔助構件，在高壓側電極構成部1A的上方，設置有由蓋體31之中空區域31c和蓋體32之中空區域32c所構成的交流電壓施加空間R31。
如前所述，因蓋體31及32係皆在俯視觀察時形成為矩形環狀，故交流電壓施加空間R31係藉由高壓側電極構成部31A、蓋體31及32，成為與其他空間完全分離的獨立空間。側面空間R33亦能藉由蓋體32的底面與電極構成部設置台33的主要面33b之端部區域與外周突出部33x，從除了放電空間66及原料氣體流路31h及32h以外的其他空間完全地分離。
此外，藉由原料氣體流路31h、原料氣體流路32h、側面空間R3及設置於間隔件37的複數個貫通口37h，來形成從作為原料氣體流路31h之上方的外部連接於放電空間66的原料氣體供給路徑。此時，原料氣體流路31h及32h係與中空區域31c及32c獨立地設置。
從而，藉由原料氣體流路31h及32h、側面空間R3以及間隔件37的複數個貫通口37h，從原料氣體流路31h之上方導引至放電空間66的原料氣體供給路徑，係從交流電壓施加空間R31獨立地形成。
結果，由於交流電壓施加空間R31與放電空間66在空間並未透過原料氣體供給路徑而連接，因此交流電壓施加空間R31係可完全地分離與放電空間66的氣體之流動。
再者，蓋體32係將非金屬材料作為構成材 料。蓋體32較佳是以即便在原料氣體流路32h內產生異常放電仍能夠對應的方式，將與介電質電極111及211之構成材料同一之材料作為構成材料。又，蓋體31係將金屬材料作為構成材料的金屬製。為了將蓋體31設置於電場強度較低的區域，蓋體32的形成高度係設定成能從作為高電壓施加區域的金屬電極101H及101L確保充分的距離。
又，亦可依藉由活性氣體所生成的生成裝置而將即便混入仍沒有問題的絕緣物質、例如石英或氮化矽等作為蓋體32的構成材料。在此情況下，即便在原料氣體供給路徑(例如蓋體32及間隔件37)產生異常放電而使該構成元素蒸發，且混入於原料氣體中，在成膜處理上仍完全沒有問題。
如此，藉由從設置於距離屬於強電場區域之高壓側電極構成部1A較近之位置的原料氣體供給路徑將金屬材料完全地排出，就能夠防止來自金屬零件的金屬污染。
屬於金屬製之殼體的金屬殼體34，係將活性氣體生成用電極群301(高壓側電極構成部1A、接地側電極構成部2A)、蓋體32及電極構成部設置台33的全部、和蓋體31的下部收容於內部的空洞部內。
在金屬殼體34的空洞部之底面34b上配置有電極構成部設置台33，此時，活性氣體排出口34k(殼體用氣體排出口)係位於活性氣體排出口33k的下方。從而，從氣體噴出口55所噴出的活性氣體，係沿著氣體之流動 8，透過活性氣體通過口33i、活性氣體排出口33k及活性氣體排出口34k，而朝向設置於下方的外部之處理腔室等噴出。
又，在金屬殼體34的空洞部之側面34d與電極構成部設置台33、蓋體32、及蓋體31之下部的側面區域、以及蓋體31之上部的底面區域之一部分之間設置有殼體接觸空間R34。如此，在蓋體31及32以及電極構成部設置台33之外部，與金屬殼體34之間設置有殼體接觸空間R34。殼體接觸空間34R係主要是為了確保活性氣體生成用電極群301之與金屬電極101H及101L的絕緣距離所設置。
如前所述，交流電壓施加空間R31係藉由高壓側電極構成部1A、蓋體31及32，以成為從其他空間完全地獨立後的內部空間的方式構成，放電空間66亦是除了原料氣體供給路徑以外以成為從其他空間獨立後的內部空間的方式構成。因此，殼體接觸空間R34係與交流電壓施加空間R31及放電空間66分離所設置。
更且，藉由將原料氣體供給路徑用之原料氣體流路31h、32h與殼體接觸空間R34獨立地設置，因達到放電空間66之上述的原料氣體供給路徑亦以成為從其他空間獨立後的內部空間的方式構成，故能完全地分離放電空間66與殼體接觸空間R34的氣體之流動。
如此，包含交流電壓施加空間R31、放電空間66、以及原料氣體流路31h及32h的原料氣體供給路徑， 係分別以使氣體之流動在與殼體接觸空間R34之間分離的方式，從殼體接觸空間R34獨立地設置。
又，在蓋體31與蓋體32之接觸面以包圍原料氣體流路31h及32h的方式設置有O環70。同樣地，在蓋體32與電極構成部設置台33之接觸面以包圍原料氣體流路32h及側面空間R33的方式設置有O環70。藉由此等的O環70來提高原料氣體供給路徑之與其他空間之間的密封程度。
又，在接地側電極構成部2A與電極構成部設置台33之接觸面，以包圍活性氣體通過口33i的方式設置有O環70，且在電極構成部設置台33與金屬殼體34之接觸面以包圍活性氣體排出口33k及34k的方式設置有O環70。藉由此等O環70來提高活性氣體通過口33i、活性氣體排出口33k及活性氣體排出口34k之與其他空間之間的密封程度。又，在第1圖中，較小的圓圈符號皆係顯示O環70。
第4圖係示意性地顯示習知的活性氣體生成裝置之一般構造的說明圖。如第4圖所示，在金屬殼體84內收納有由高壓側電極構成部81及接地側電極構成部82所構成的活性氣體生成用電極群。高壓側電極構成部81係在介電質電極811上設置於金屬電極801而形成，接地側電極構成部82係在介電質電極下設置於金屬電極而形成。
然後，在高壓側電極構成部81的金屬電極 801與金屬殼體84之間設置有高頻電源5，接地位準係透過金屬殼體84而電性連接於接地側電極構成部82的金屬電極。
藉由以高頻電源5所進行的高電壓之施加，在高壓側電極構成部81與接地側電極構成部82之間形成有放電空間86。從設置於接地側電極構成部82的氣體噴出口85朝向下方噴出活性氣體。
又，在金屬殼體84的空洞部之底面具有：主要面84b；以及沿著主要面84b之外周朝比主要面84b還靠上方(+Z方向)突出的外周突出部84x。在主要面84b上配置有接地側電極構成部82，在外周突出部84x上配置有高壓側電極構成部81的介電質電極812之端部。
又，在金屬殼體84之上部係設置有原料供給口84h，在下部係設置有位於氣體噴出口85之下方的活性氣體排出口84k。從而，從氣體噴出口55所噴出的活性氣體，係沿著氣體之流動88，透過活性氣體排出口84k而排出至外部。
另一方面，藉由高壓側電極構成部81和金屬殼體84而形成有交流電壓施加空間R81，交流電壓施加空間R81係經由設置於外周突出部84x的流路84y而連接於放電空間86。
以下，針對實施形態1的活性氣體生成裝置之功效，與第4圖所示的習知之活性氣體生成裝置做比對說明。
在實施形態1的活性氣體生成裝置中，交流電壓施加空間R31係從放電空間66分離所設置，藉由蓋體31及32所構成的第一輔助構件，係具有與交流電壓施加空間R31獨立且用以將從外部所供給的原料氣體導引至放電空間66的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路31h及32h，藉此來完全分離放電空間66與交流電壓施加空間R31的氣體之流動。
因此，可避免在交流電壓施加空間R31已產生異常放電D2的情況下所生成的高壓側電極構成部1A(尤其是金屬電極101H及101L)之構成材料等的蒸發物質，直接或經由原料氣體供給路徑而混入於放電空間66的第一混入現象。
另一方面，在第4圖所示之習知的活性氣體生成裝置中，因交流電壓施加空間R81與放電空間86係透過流路84y而空間性連接，故無法避免在交流電壓施加空間R31所生成的上述蒸發物質混入於作為原料氣體供給路徑的流路84y的第一混入現象。
此外，在實施形態1的活性氣體生成裝置中，殼體接觸空間R34係從放電空間66分離而設置，由蓋體31及32所構成的第一輔助構件，係具有與殼體接觸空間R34獨立的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路31h及32h，藉此來完全分離放電空間66與殼體接觸空間R34的氣體之流動。
因此，亦可確實地避免藉由殼體接觸空間 R34中之異常放電D3等所生成的蒸發物質混入於放電空間66的第二混入現象。
另一方面，在習知的活性氣體生成裝置中，係考慮通過高壓側電極構成部81及接地側電極構成部82而從交流電壓施加空間R81，朝向金屬殼體84產生異常放電D4後的情況。在此情況下，接地側電極構成部82並未配置於上部，且無法避免在上部所露出的主要面84b上之空間(相當於實施形態1之殼體接觸空間R34的空間)所生成的蒸發物質混入於放電空間86的第二混入現象。
結果，因實施形態1的活性氣體生成裝置，係可確實地避免在習知的活性氣體生成裝置中所無法避免之上述的第一及第二混入現象，故能夠達成可將良質的活性氣體排出至外部的功效。
更且，實施形態1的活性氣體生成裝置，係可將沖洗氣體作為原料氣體以外的第二氣體從沖洗氣體供給口31p供給至交流電壓施加空間R31內。因此，可將在交流電壓施加空間R31內已產生異常放電的情況下所生成的蒸發物質從沖洗氣體排出口31e往外部去除。
再者，因上述的原料氣體供給路徑係與交流電壓施加空間R31獨立地設置，故原料氣體不會因沖洗氣體之供給而受到影響。
<實施形態2>
第3圖係示意性地顯示作為本發明之實施形態2的活 性氣體生成裝置之剖面構造的說明圖。
包含高壓側電極構成部1A、接地側電極構成部2A及間隔件37的活性氣體生成用電極群之構成係與實施形態1的活性氣體生成用電極群301相同。
又，構成第一輔助構件的蓋體41及氣封單元蓋體(gas seal unit cover)42，係對應於實施形態1的蓋體31及蓋體32。形成於蓋體41的原料氣體流路41h、沖洗氣體供給口41p(第二氣體供給口)及沖洗氣體排出口41e(第二氣體排出口)，係對應於形成於蓋體31的原料氣體流路31h、沖洗氣體供給口31p及沖洗氣體排出口31e。
又，形成於氣封單元蓋體42的原料氣體流路42h，係對應於形成於蓋體32的原料氣體流路32h。
作為第二輔助構件的電極構成部設置台43，係對應於實施形態1的電極構成部設置台33，活性氣體通過口43i及活性氣體排出口43k，係對應於活性氣體通過口33i及活性氣體排出口33k。藉由活性氣體通過口43i及活性氣體排出口43k來構成輔助構件用氣體排出口。
金屬殼體44係對應於實施形態1的金屬殼體34，活性氣體排出口44k係對應於活性氣體排出口34k。
又，交流電壓施加空間R41係對應於交流電壓施加空間R31，殼體接觸空間R44係對應於殼體接觸空間R34。
以下，將實施形態2的特徵部分作為中心來加以說明。再者，因同一符號、或具有上述對應關係的部 位，係除了以下所說明的內容以外，其餘具有與實施形態1同樣的特徵，故省略說明。
氣封單元蓋體42係以從上下夾住高壓側電極構成部1A及接地側電極構成部2A之各者的外周部的方式來保持。亦即，氣封單元蓋體42係具有作為單獨保持活性氣體生成用電極群301的電極群保持構件的功能。
又，在氣封單元蓋體42中，原料氣體流路42h係在途中朝向間隔件37的方向屈曲而設置，且以與間隔件37之複數個貫通口37h直接連結的方式設置。
電極構成部設置台43係在上部的主要面43s上配置接地側電極構成部2A，並且設置於主要面43s之外周區域，在形成高度比主要面43s還低的段差部43d上配置氣封單元蓋體42的一部分，藉此從接地側電極構成部2A側來支撐包含氣封單元蓋體42的活性氣體生成用電極群301。
如此，作為第二輔助構件的電極構成部設置部43，係與氣封單元蓋42一同地從接地側電極構成部2A側來支撐活性氣體生成用電極群301。
與實施形態1的蓋體31及32同樣地，藉由作為蓋體41與氣封單元蓋體42之組合構造的第一輔助構件，而在高壓側電極構成部1A的上方設置有交流電壓施加空間R41。
又，在實施形態2中，藉由原料氣體流路41h、原料氣體流路42h及設置於間隔件37的複數個貫通 孔37h，形成從作為原料氣體流路41h之上方的外部連接於放電空間66的原料氣體供給路徑。
因此，在實施形態2的活性氣體生成裝置中，從原料氣體流路41h之上方導引至放電空間66的上述原料氣體供給路徑，係能從交流電壓施加空間R41獨立地形成。亦即，能完全分離放電空間66與交流電壓施加空間R41的氣體之流動。
又，在金屬殼體44的空洞部之側面44d與電極構成部設置台43、氣封單元蓋體42、及蓋體41之下部的側面區域、以及蓋體41之上部的底面區域之一部分之間設置有殼體接觸空間R44。
交流電壓施加空間R41係與實施形態1的交流電壓施加空間R31同樣地，藉由高壓側電極構成部1A、蓋體41及氣封單元蓋體42，以成為從其他空間完全獨立的空間的方式構成，達到放電空間66的原料氣體供給路徑亦能從其他空間完全地分離。從而，殼體接觸空間R44係能與交流電壓施加空間R41及放電空間66完全分離。亦即，能完全分離放電空間66與殼體接觸空間R44的氣體之流動。
從而，因實施形態2的活性氣體生成裝置係與實施形態1同樣地，可確實地避免第一及第二混入現象，故能達成可將良質的活性氣體排出至外部的功效。
更且，因實施形態2的活性氣體生成裝置，係與實施形態1同樣地，可將沖洗氣體從沖洗氣體供給口 41p供給至交流電壓施加空間R41，故可將在交流電壓施加空間R41內已產生異常放電的情況下所生成的蒸發物質從沖洗氣體排出口41e往外部去除。
又，實施形態2係不用如實施形態1般地設置側面空間R33以作為原料氣體供給路徑，就可在原料氣體供給路徑與交流電壓施加空間R41及殼體接觸空間R44之間提高原料氣體的屏蔽(shield)功能。
更且，實施形態2的活性氣體生成裝置係以具有氣封單元蓋體42為其特徵，該氣封單元蓋體42係具有作為能單獨保持活性氣體生成用電極群301的電極群保持構件的功能。
藉由實施形態2係具有上述特徵，因在保修而需要進行活性氣體生成用電極群301之交換時，可將活性氣體生成用電極群301與氣封單元蓋體42之組合構造體作為必要最小構成來搬運，故可謀求便利性的改善。
另一方面，在實施形態1的活性氣體生成裝置中需要活性氣體生成用電極群301之交換的情況下，有必要單獨地搬運活性氣體生成用電極群301，或是將「電極構成部設置台33+活性氣體生成用電極群301+蓋體31及32」集中作為一個組合構造體來搬運。
在前者之搬運的情況下，由於必須分別個別地搬運高壓側電極構成部1A及接地側電極構成部2A而很繁雜，且固定並非容易，所以具有以陶瓷為主材料的高壓側電極構成部1A或是接地側電極構成部2A之破損風險 變高的問題點。另一方面，在後者之搬運的情況下，組合構造體作為最小構成單位則具有過大的問題。
另一方面，在實施形態2的活性氣體生成裝置中，因可將活性氣體生成用電極群301與氣封單元蓋體42之組合構造體作為必要最小構成來搬運，故不會發生上述之實施形態1的問題。
<實施形態3>
在實施形態3中，基本的構成係與第1圖及第2圖所示的實施形態1或是第3圖所示的實施形態2相同。亦即，放電空間66、交流電壓施加空間R31(R41)及殼體接觸空間R34(R44)係能相互地完全分離，且在一方的空間所產生的氣體，不會混入於另一方的空間。
在實施形態3中，放電空間66的壓力係設定在大概10kPa至30kPa左右之比較弱的弱大氣壓。再者，就上述壓力設定中的原料氣體而言，例如可考慮100%的氮氣。
在放電空間66中，由於是使放電D1產生以使原料氣體活性化的空間，所以較佳是以更低的電壓開始放電。放電D1本身係藉由當電場強度超過某個值時，氣體就會發生絕緣破壞所引起。
引起絕緣破壞的電場強度係依原料氣體的種類和壓力所決定，在大氣壓附近係壓力越低，達到絕緣破壞的電場強度就變得越低。根據以上的觀點，在放電空 間66係進行上述的壓力設定。
另一方面，在交流電壓施加空間R31(R41)或殼體接觸空間R34(R44)中，較佳是儘量不產生放電。雖然不使非預期之放電的異常放電產生的最確實之方法係充分取得絕緣距離，但是根據活性氣體生成用電極群301之設置空間的問題來看，因該距離具有限度，故而在實施形態3中，係採用藉由提升壓力來更提高絕緣破壞電場強度的方法。但是，因壓力的上限值係依構成零件的強度而大概決定，故而交流電壓施加空間R31及殼體接觸空間R34的壓力，較佳是設為100kPa至300kPa(絕對壓力)左右。
因實施形態1或是實施形態2所示的構造，係成為將放電空間66與交流電壓施加空間R31及殼體接觸空間R34內的氣體層相互地分離後的構造，故藉由將放電空間66的壓力設定為比交流電壓施加空間R31及殼體接觸空間R34的壓力還低，則放電空間66中的放電D1即便是在更低的施加電壓下仍能產生，且藉由將交流電壓施加空間R31及殼體接觸空間R34的壓力設為比較高，就能夠進行所謂抑制放電之適於放電空間66、交流電壓施加空間R31及殼體接觸空間R34之各者的壓力設定。
如此，實施形態3的活性氣體生成裝置係能達成以下的功效：將放電空間66的壓力設為比較低，則放電現象即便是在更低的施加電壓下仍可以產生，且可將交流電壓施加空間R31及殼體接觸空間R34的壓力設定為比較高而不產生放電現象。
雖然本發明已詳細說明，但是上述的說明係全部態樣中的例示，本發明並非被限定於此。得解釋為並未例示的無數變形例能在未脫離本發明之範圍內假定。

Claims (4)

  1. 一種活性氣體生成裝置，其特徵為具備：活性氣體生成用電極群(301)，係具有第一電極構成部(1A)、及設置於前述第一電極構成部之下方的第二電極構成部(2A)；交流電源部(5)，係對前述第一及第二電極構成部施加交流電壓，以使前述第一電極構成部成為高電壓，藉由以前述交流電源部所進行的前述交流電壓之施加，在前述第一及第二電極構成部間形成放電空間，且從設置於前述第二電極構成部的氣體噴出口(55)噴出將供給至前述放電空間的原料氣體活性化所得的活性氣體；第一輔助構件(31、32、41、42)，係設置成使其與前述第一電極構成部之間形成與前述放電空間分離交流電壓施加空間(R31、R41)；第二輔助構件(33、43)，係由非金屬材料所構成，且從前述第二電極構成部側來支撐前述活性氣體生成用電極群，前述第二輔助構件係具有供從前述氣體噴出口所噴出的活性氣體通過的輔助構件用氣體排出口(33i、33k、43i、43k)；以及金屬製的殼體(34、44)，係收容前述活性氣體生成用電極群及前述第二輔助構件的全部、及前述第一輔助構件的至少一部分，前述殼體係具有將通過輔助構件用氣體排出口的活性氣體排出至外部的殼體用氣體排出口(34k、44k)，在前述殼體與前述第一及第二輔助構件之間係設置有與前述放電空間分離的殼體接觸空間(R34、R44)；前述第一輔助構件，係具有與前述交流電壓施加空間及前述殼體接觸空間之各者獨立且用以將從外部所供給的原料氣體導引至前述放電空間的原料氣體供給路徑用之原料氣體流路(31h、32h、41h、42h)，藉此來分離前述放電空間與前述交流電壓施加空間的氣體之流動，且分離前述放電空間與前述殼體接觸空間的氣體之流動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述第一輔助構件更具有從外部將原料氣體以外的第二氣體供給至前述交流電壓施加空間的第二氣體供給口(31p、41p)，前述第二氣體供給口係與前述原料氣體流路獨立地設置。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之活性氣體生成裝置，其中，將前述交流電壓施加空間的壓力設定為比前述放電空間的壓力還高。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述第一輔助構件係包含單獨地保持前述活性氣體生成用電極群的電極群保持構件(42)；前述第二輔助構件(43)係與前述電極群保持構件共同地從前述第二電極構成部側來支撐前述活性氣體生成用電極群。
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