TWI655686B - 活性氣體生成裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明的目的在於提供一種抑制異常放電的發生之活性氣體生成裝置之構造。本發明的活性氣體生成裝置中，供電體(23)係設置於高壓側電極構成部(1)的金屬電極(10A、10B)的上方，在平面視中，具有遮覆高壓側電極構成部(1)的金屬電極(10A、10B)整體的形狀。供電部(33A、33B)係分別設置於接地側電極構成部(2)的金屬電極(20A、20B)的下方，在平面視中，具有遮覆接地側電極構成部(2)的金屬電極(20A、20B)整體的形狀。
Description
本發明係關於一種活性氣體生成裝置，互相平行地設置高壓側介電體電極與低壓側介電體電極，於兩電極間施加高壓電，以放電所產生的能量來獲得活性氣體。
就活性氣體生成裝置而言，已有一種利用於一對介電體電極間形成的放電空間所發生的介電體屏蔽放電之活性氣體生成裝置。藉由上述介電體屏蔽放電，可產生半導體的氮化處理、氧化處理等所需的活性氣體。
就此種利用介電體屏蔽放電之以往的活性氣體生成裝置而言，例如有專利文獻1揭示的電漿發生裝置。此電漿發生裝置係於相對向的高壓側電極構成部、接地側電極構成部間形成的放電空間中發生介電體屏蔽放電，並使原料氣體通過放電空間而生成活性氣體。
專利文獻1：日本特許公報第5694543號
然而，使用介電體屏蔽放電的以往的活性氣體生成裝置，係有在放電空間以外的意外部分因周邊氣體的絕緣破壞而引起的放電、亦即異常放電的可能性。
發生放電空間以外之異常放電時，會發生導致附近的組件的構成元素蒸發的現象，附近的組件包含金屬元素的情況下，上述現象即成為半導體成膜製程中金屬污染的要因，而有使所製造的半導體裝置的性能劣化的問題。
另外，減壓來使用活性氣體生成裝置時，相較於大氣壓，絕緣破壞所需的電場強度更小，因此成為更容易發生異常放電的使用環境。在此環境下，由於介電體電極的表面之以金屬化處理而形成的金屬電極的端部之電場強度變得相對較強，故成為周邊的氣體容易引起絕緣破壞的部分，亦即，容易發生異常放電的部位。
本發明的目的在於解決上述課題，提供一種抑制異常放電的發生之活性氣體生成裝置的構造。
本發明的活性氣體生成裝置係生成將供給至放電空間的原料氣體活性化所獲得的活性氣體，該活性氣體生成裝置係具備：第一電極構成部；第二電極構成部，係設於前述第一電極構成部的下方；以及交流電源部，係以前述第一電極構成部成為高電壓之方式，對於前述第一
與第二電極構成部施加交流電壓；藉由前述交流電源部進行之交流電壓的施加，使供給至形成於前述第一與第二電極構成部之間的放電空間的原料氣體活性化而獲得的活性氣體，從設置於前述第二電極構成部的氣體噴出口噴出；前述第一電極構成部係具有：第一介電體電極；以及選擇性地形成於前述第一介電體電極的上表面上的第一金屬電極，前述第二電極構成部係具有：第二介電體電極；以及選擇性地形成於前述第二介電體電極的下表面上的第二金屬電極；前述活性氣體生成裝置更具備：第一供電部，係設於前述第一金屬電極的上方，將前述交流電壓傳送到前述第一金屬電極；以及第二供電部，係設於前述第二金屬電極的下方，將前述交流電壓傳送到前述第二金屬電極；在平面視中，前述第一供電部係具有遮覆前述第一金屬電極整體的形狀。
本發明的活性氣體生成裝置的第一供電部，在平面視中，具有遮覆第一金屬電極整體的形狀，因此，藉由配置於高壓側的第一金屬電極的上方的第一供電部，使第一金屬電極的端部的周邊區域的電位均衡，可將第一金屬電極的端部的電場強度抑制得較低。
其結果，本發明的活性氣體生成裝置可有效地抑制第一金屬電極的端部發生異常放電。
本發明的目的、特徵、型態、及優點，藉由以下的詳細說明及圖式，將更為明瞭。
1‧‧‧高壓側電極構成部
2‧‧‧接地側電極構成部
5‧‧‧高頻電源
7‧‧‧放電空間
9‧‧‧間隔物
10A、10B、20A、20B‧‧‧金屬電極
11、21‧‧‧介電體電極
15A、15B、25A、25B、35、45‧‧‧遮覆介電體
23、53、63‧‧‧供電體
23A、23B‧‧‧突出部
30‧‧‧金屬殼體
33A、33B‧‧‧供電部
41、42、43‧‧‧支持台
55‧‧‧氣體噴出口
E1、E2、E51、E52‧‧‧電場發生區域
R1、R51‧‧‧注目區域
R12、R22‧‧‧中央區域
R30‧‧‧收容空間
M100‧‧‧金屬電極形成區域
W15A、W15B、W25A、W25B‧‧‧形成寬度
第1圖係顯示本發明的實施型態之活性氣體生成裝置的構成的說明圖。
第2圖係顯示第1圖的高壓側電極構成部的平面構造的說明圖。
第3圖係顯示第1圖的接地側電極構成部的平面構造的說明圖。
第4圖係顯示依據習知活性氣體生成裝置進行的模擬結果的第一說明圖。
第5圖係顯示依據習知活性氣體生成裝置進行的模擬結果的第二說明圖。
第6圖係顯示依據本實施型態的活性氣體生成裝置進行的模擬結果的第一說明圖(其1)。
第7圖係顯示依據本實施型態的活性氣體生成裝置進行的模擬結果的第二說明圖。
第1圖係顯示本發明的實施型態之活性氣體生成裝置的構成的說明圖。同圖中顯示有XYZ直角坐標系。
如第1圖所示，實施型態之活性氣體生成裝置主要構成要素係包含高壓側電極構成部1、接地側電極構成部2、高頻電源5、金屬殼體30(包含供電部33A、
33B)、供電體23、以及支持台41至43。又，供電部33A與33B可分別以與金屬殼體30電性連接之態樣，構成與金屬殼體30為個別的組件。
第一電極構成部之高壓側電極構成部1與第二電極構成部之接地側電極構成部2係設置成相對向且彼此平行，接地側電極構成部2係設置在高壓側電極構成部1的下方。
交流電源部之高頻電源5係經由供電體23向高壓側電極構成部1施加高電壓，經由金屬殼體30的供電部33將接地側電極構成部2設定為接地電位，以高壓側電極構成部1成為高電壓之方式，對於高壓側電極構成部1與接地側電極構成部2施加交流電壓。
藉由高頻電源5進行之交流電壓的施加，在高壓側電極構成部1與接地側電極構部分2之間的放電空間7發生介電體屏蔽放電，藉此，使供給至此放電空間7的原料氣體(未圖示)活性化而獲得的活性氣體，從設置在接地側電極構成部2的氣體噴出口55噴出。
第2圖係顯示高壓側電極構成部1的平面構造的說明圖，顯示了從高壓側電極構成部1的上方(+Z方向)所見的平面構造。第3圖係顯示接地側電極構成部2的平面構造的說明圖，顯示了從接地側電極構成部2的下方(-Z方向)所見的平面構造。第1圖中，高壓側電極構成部1係顯示第2圖的A-A剖面，接地側電極構成部2係顯示第3圖的B-B剖面。第2圖及第3圖中分別顯示有
XYZ直角坐標系。
高壓側電極構成部1係具有成為第一介電體電極的介電體電極11，以及選擇性地形成於介電體電極11的上表面上之金屬電極10A與10B(第一金屬電極)而構成。
接地側電極構成部2係具有成為第二介電體電極的介電體電極21，以及選擇性地形成於介電體電極21的下表面上之金屬電極20A與20B(第二金屬電極)而構成。
介電體電極11與21係分別呈現X方向為長邊Y方向為短邊的略矩形的平板構造。
如第1圖及第3圖所示，金屬電極20A與20B(一對第二部分金屬電極)係形成於介電體電極21的下表面上，在平面視中，隔著介電體電極21的中央區域R22配置成彼此相對。金屬電極20A與20B係在平面視中分別呈略矩形的形狀，以X方向為長邊，Y方向為彼此相對的方向。金屬電極20A與20B係在平面視中互為相同的大小，且以中央區域R22為中心而對稱地配置。
同樣地，如第1圖及第2圖所示，金屬電極10A與10B(一對第一部分金屬電極)係形成於介電體電極11的上表面上，在平面視中，隔著介電體電極11的中央區域R12配置成彼此相對。金屬電極10A與10B係在平面視中分別呈略矩形的形狀，以X方向為長邊，Y方向為彼此相對的方向。金屬電極10A與10B係在平面視中互為
相同的大小，且以中央區域R12為中心而對稱地配置。中央區域R12與中央區域R22係完全相同的形狀，且設置成在平面視中為完全重疊的態樣。因此，金屬電極10A與10B及金屬電極20A與20B係在平面視中具有重疊的區域之位置關係。
另外，金屬電極10A與10B及金屬電極20A與20B係藉由金屬化處理而形成於介電體電極11的上表面及介電體電極21的下表面，其結果，介電體電極11與金屬電極10A及10B係一體地形成，構成高壓側電極構成部1(第一電極構成部)，介電體電極21與金屬電極20A及20B係一體地形成，構成接地側電極構成部2(第二電極構成部)。就金屬化處理而言，可考量使用印刷燒製法、濺鍍法、氣相沉積法等之處理。
並且，如第1圖及第3圖所示，在介電體電極21的中央區域R22(在平面視中，金屬電極10A與10B及金屬電極20A與20B不重疊的區域)，沿X方向，線狀地設置例如五個氣體噴出口55。
並且，本實施型態之活性氣體生成裝置係如第1圖所示，於金屬殼體30內收容上述構成的高壓側電極構成部1及接地側電極構成部2。
接地側電極構成部2的下表面係藉由設於金屬殼體30的底部的供電部33(供電部33A與33B)、以及分離地設於金屬殼體30的收容空間R30的底面上的支持台41至43而受到支持。此時，供電部33A的上表面接
觸於金屬電極20A的下表面，供電部33B的上表面接觸於金屬電極20B的下表面。又，支持台42係在與氣體噴出口55對齊的平面區域具有開口部，可通過氣體噴出口55及上述開口部，將在放電空間7獲得的活性氣體向下方噴出。
另外，於接地側電極構成部2的上方配置高壓側電極構成部1。高壓側電極構成部1與接地側電極構成部2之間的放電空間7的間隙距離，係取決於高壓側電極構成部1與接地側電極構成部2之間所設的一對間隔物9。在平面視中，一對間隔件9係設為隔著氣體噴出口55而彼此相對，且分別具有沿Y方向延伸的複數個貫通孔(未圖示)，在放電空間7獲得的活性氣體可經由複數個貫通孔從設於介電體電極21的氣體噴出口55噴出。
設於高壓側電極構成部1的上方的金屬製的供電體23，係具有向下方(-Z方向)突出的突出部23A與23B，且以突出部23A的下表面接觸於金屬電極10A的上表面，突出部23B的下表面接觸於金屬電極10B的上表面之方式，配置於高壓側電極構成部1上。
依此，第一供電部之供電體23係設於金屬電極10A與10B的上方，且可對於金屬電極10A與10B傳輸交流電壓。另外，第1圖中未顯示用以對供電體23供給電源的導入端子類。
如第2圖所示，在平面視中，供電體23係具有遮覆金屬電極10A與10B整體的形狀。
另一方面，第二供電部之供電部33(供電部33A與33B)係設於金屬電極20A與20B的下方，供電部33A的上表面接觸於金屬電極20A的下表面，供電部33B的上表面接觸於金屬電極20B的下表面，因而可將交流電壓的基準電位之接地電位傳輸至金屬電極20A與20B。
如第3圖所示，在平面視中，供電部33A係具有遮覆金屬電極20A整體的形狀，供電部33B係具有遮覆金屬電極20B整體的形狀。亦即，由供電部33A與33B構成的供電部33係具有遮覆金屬電極20A與20B整體的形狀。
如第1圖及第2圖所示，以遮覆金屬電極10A的所有端部之方式，從介電體電極11的上表面上起跨到金屬電極10A的一部分上，形成遮覆介電體15A，並且，以遮覆金屬電極10B的所有端部之方式，從介電體電極11的上表面上起跨到金屬電極10B的一部分上，形成遮覆介電體15B。
如此，以遮覆第一金屬電極之金屬電極10A與10B的個別的所有端部之方式，於介電體電極11的上表面上，形成作為第一介電體膜之遮覆介電體15A與15B。藉由遮覆介電體15A與15B構成一對第一部分介電體膜。
另外，如第1圖及第3圖所示，以遮覆金屬電極20A的所有端部之方式，從介電體電極21的下表面上起跨到金屬電極20A的一部分下，形成遮覆介電體
25A，並且，以遮覆金屬電極20B的所有端部之方式，從介電體電極21的下表面上起跨到金屬電極20B的一部分下，形成遮覆介電體25B。
如此，以遮覆第二金屬電極之金屬電極20A與20B的所有端部之方式，於介電體電極21的下表面上，形成作為第二介電體膜之遮覆介電體25A與25B。藉由遮覆介電體25A與25B構成一對第二部分介電體膜。
又，就遮覆介電體15A與15B及遮覆介電體25A與25B的構成材料而言，可考量膏狀玻璃、氧化鋁等，但以介電常數高者為較佳。
此種構成的實施型態1之活性氣體生成裝置係設置於對矽晶圓等的成膜對象物進行成膜處理的處理室(未圖示)的正上方。
並且，本實施型態之活性氣體生成裝置係從高頻電源5對高壓側電極構成部1與接地側電極構成部2之間供給10kHz至100kHz，V0p(0峰值)：2至10kV的交流電壓，以使放電空間7發生介電體屏蔽放電。
實施型態1之活性氣體生成裝置係經由未圖示的氣體供給口，將氮氣、氧氣、稀有氣體、氫氣、氟化物等的氣體供給至放電空間7內。該等氣體係經由內部的放電空間7而被活性化，含有此活性氣體的氣體係從設於接地側電極構成部2的介電體電極21的氣體噴出口55噴出至下方的處理室。然後，於處理室內進行對成膜對象物之成膜處理。
本實施型態之活性氣體生成裝置中，第一特徵在於在平面視中，第一供電部之供電體23係具有遮覆第一金屬電極之金屬電極10A與10B整體的形狀。本實施型態之活性氣體生成裝置由於具有上述第一特徵，藉由配置於金屬電極10A與10B的上方的供電體23，使金屬電極10A與10B的端部的周邊區域的電位均衡，可將金屬電極10A與10B的端部的電場強度抑制得較低。
其結果，本實施型態之活性氣體生成裝置可達成有效地抑制金屬電極10A與10B個別的端部發生異常放電之效果。
另外，本實施型態之活性氣體生成裝置中，第二特徵在於在平面視中，第二供電部、亦即供電部33(供電部33A與33B)係具有遮覆金屬電極20A與20B整體的形狀。本實施型態之活性氣體生成裝置由於具有上述第二特徵，藉由配置於金屬電極20A與20B的下方的供電部33，使金屬電極20A與20B的個別的端部的周邊區域的電位均衡，可將金屬電極20A與20B的端部的電場強度抑制得較低。
其結果，本實施型態之活性氣體生成裝置可有效地抑制金屬電極20A與20B的端部發生異常放電。
另外，本實施型態之活性氣體生成裝置係由於存在有以覆蓋金屬電極10A與10B的所有端部之方式
形成於介電體電極11的上表面上的第一介電體膜、亦即遮覆介電體15A與15B，而可減弱金屬電極10A與10B的端部的電場強度。
並且，本實施型態之活性氣體生成裝置係由於存在有以覆蓋金屬電極20A與20B的所有端部之方式形成於介電體電極21的下表面上的第二介電體膜之遮覆介電體25A與25B，而可減弱金屬電極20A與20B的端部的電場強度。
其結果，本實施型態之活性氣體生成裝置可以進一步抑制於金屬電極10A與10B以及金屬電極20A與20B各者的端部發生異常放電。
此外，本實施型態之活性氣體生成裝置係於高壓側電極構成部1側具有二個金屬電極10A與10B(一對第一部分金屬電極)，於接地側電極構成部2側具有二個金屬電極20A與20B(一對第二部分金屬電極)的結構中，可有效地抑制於金屬電極10A與10B各者之異常放電的發生，且可有效地抑制於金屬電極20A與20B各者之異常放電的發生。
本實施型態之活性氣體生成裝置由於具有上述效果，因此可防止起因於異常放電的金屬污染。
另外，本實施型態之活性氣體生成裝置亦可達成不使用濾清器等過濾手段而以比較簡單的結構防止金屬污染之效果。
以下，參照本實施型態的效果的模擬結果進行說明。第4圖及第5圖係顯示依據習知活性氣體生成裝置進行的模擬結果的說明圖。第4圖的注目區域R51的放大圖即為第5圖。
第6圖及第7圖係顯示依據本實施型態之活性氣體生成裝置進行的模擬結果的說明圖。第6圖的注目區域R1的放大圖即為第7圖。在此，模擬解析條件表示如下。
高頻電源5供給的交流電壓的高壓側的電壓為4400V。以陶瓷模擬介電體電極11與介電體電極21個別的構成材料(相對介電常數為9.9)。遮覆介電體15A與15B以及遮覆介電體25A與25B各者的相對介電常數設定為4.4，厚度設定為70μm。
此外，遮覆介電體15A與15B的形成寬度W15A與W15B係設定為以金屬電極10A與10B的端部為中心，於金屬電極10A與10B上的長度為1mm，於介電體電極11上的長度為1mm，使得總計長度成為2mm。
同樣地，遮覆介電體25A與25B的形成寬度W25A與W25B係設定為以金屬電極20A與20B的端部為中心，於金屬電極20A與20B上的長度為1mm，於介電體電極21上的長度為1mm，使得總計長度成為2mm。
此外，高壓側電極構成部1與接地側電極構成部2之間的放電空間7的間隙距離設為1mm，介電體
電極11與21的厚度分別設為1mm，金屬電極10A與10B以及金屬電極20A與20B的厚度分別設為10μm。
習知活性氣體生成裝置係如第4圖及第5圖所示，於金屬電極形成區域M100的上方一部分及下方部分，分別設置供電體53(對應於本實施型態的供電體23)及供電體63(對應於本實施型態的供電部33)。亦即，在平面視中，供電體53係呈現僅與金屬電極10A與10B的一部分重疊的形狀，而未形成於金屬電極10A與10B的端部上，供電體63係呈現僅與金屬電極20A與20B的一部分重疊的形狀，而未形成於金屬電極20A與20B的端部上。
依此，習知活性氣體生成裝置係如第5圖所示，即使於金屬電極10B及金屬電極20B的端部設置遮覆介電體35(對應於本實施型態的遮覆介電體15B)及遮覆介電體45(對應於本實施型態的遮覆介電體25B)，在金屬電極10B及20B的端部發生之具有破壞周邊氣體區域絕緣之強度的電場發生區域E51及E52，係成為超過遮覆介電體35及45膜厚的規模。
亦即，至金屬電極10B的端部的高壓側電極構成部1的上方或是金屬電極20B的端部的接地側電極構成部2的下方的周邊氣體區域，發生有引起絕緣破壞程度的電場強度。
如此，根據第4圖及第5圖所示的模擬結果可知，習知活性氣體生成裝置無法抑制在金屬電極10A
與10B及金屬電極20A與20B個別的端部發生異常放電。
另一方面，本實施型態之活性氣體生成裝置係具有：在平面視中，供電體23具有遮覆金屬電極10A與10B整體的形狀之第一特徵；以及在平面視中，供電部33具有遮覆金屬電極20A與20B整體的形狀之第二特徵。
依此，本實施型態之活性氣體生成裝置係如第6圖及第7圖所示，發生在金屬電極10B與金屬電極20B的端部之具有破壞周邊氣體區域絕緣之強度的電場發生區域E1與E2，係確實地收斂於遮覆介電體15B與25B的膜厚內，在周邊氣體區域中，可抑制於較小的電場強度。
如此，根據第6圖及第7圖所示的模擬結果可知，可有效地抑制在金屬電極10A與10B及金屬電極20A與20B個別的端部產生異常放電。
本發明係已詳細說明，惟上述說明中，所有的型態皆為例示，本發明係不限於此。未例示的無數的變化例係理解為可在不脫離本發明的範圍的情況下思及者。
Claims (4)
- 一種活性氣體生成裝置，係生成將供給至放電空間(7)的原料氣體活性化所獲得的活性氣體，該活性氣體生成裝置係具備：第一電極構成部(1)；第二電極構成部(2)，係設於前述第一電極構成部的下方；以及交流電源部(5)，係以前述第一電極構成部成為高電壓之方式，對於前述第一與第二電極構成部施加交流電壓；藉由前述交流電源部進行之交流電壓的施加，使供給至形成於前述第一與第二電極構成部之間的放電空間的原料氣體活性化而獲得的活性氣體，從設置在前述第二電極構成部的氣體噴出口(55)噴出；前述第一電極構成部係具有：第一介電體電極(11)；以及選擇性地形成於前述第一介電體電極的上表面上的第一金屬電極(10A、10B)，前述第二電極構成部係具有：第二介電體電極(21)；以及選擇性地形成於前述第二介電體電極的下表面上的第二金屬電極(20A、20B)；前述活性氣體生成裝置更具備：第一供電部(23)，係設於前述第一金屬電極的上方，將前述交流電壓傳送到前述第一金屬電極；以及第二供電部(33A、33B)，係設於前述第二金屬電極的下方，將前述交流電壓傳送到前述第二金屬電極；在平面視中，前述第一供電部係具有遮覆前述第一金屬電極整體的形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之活性氣體生成裝置，其中，在平面視中，前述第二供電部係具有遮覆前述第二金屬電極整體的形狀。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之活性氣體生成裝置，更具備：第一介電體膜(15A、15B)，係以遮覆前述第一金屬電極的所有端部之形式形成於前述第一介電體電極的上表面上；以及第二介電體膜(25A、25B)，係以遮覆前述第二金屬電極的所有端部之形式形成於前述第二介電體電極的下表面上。
- 如申請專利範圍第3項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述第二金屬電極係包含一對第二部分金屬電極(20A、20B)，在平面視中，該一對第二部分金屬電極係隔著前述第二介電體電極的中央區域(R22)彼此相對地形成；前述第一金屬電極係包含一對第一部分金屬電極(10A、10B)，在平面視中，該一對第一部分金屬電極係具有與前述一對第二部分金屬電極重疊的區域；前述第一介電體膜係包含一對第一部分介電體膜(15A、15B)，該一對第一部分介電體膜係以遮覆前述一對第一部分金屬電極各者的所有端部之形式形成於前述第一介電體電極的上表面上；前述第二介電體膜係包含一對第二部分介電體膜(25A、25B)，該一對第二部分介電體膜係以遮覆前述一對第二部分金屬電極各者的所有端部之形式形成於前述第二介電體電極的下表面上；前述氣體噴出口係形成於前述中央區域。
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