TWI746923B - 活性氣體生成裝置及成膜處理裝置 - Google Patents

活性氣體生成裝置及成膜處理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於提供一種活性氣體生成裝置之構造，可謀求裝置構成之簡略化及小型化且抑制活性氣體去活化的現象。對此，本發明中，設置於電極單元基底(2)之氣體通過溝(24)、高壓電極用溝(21)及接地電極用溝(22)在俯視時呈螺旋狀。高壓電極(11)係嵌入高壓電極用溝(21)，接地電極(12)係嵌入接地電極用溝(22)。高壓電極(11)及接地電極(12)係以隔著電極單元基底(2)之一部分及氣體通過溝(24)而彼此相對之方式配置於電極單元基底(2)內之氣體通過溝(24)的兩側面側，且與氣體通過溝(24)一起設置成在俯視時為螺旋狀。

Description

活性氣體生成裝置及成膜處理裝置
本發明有關於一種用於半導體成膜裝置之活性氣體生成裝置，該活性氣體生成裝置係具有平行平板電極型之電極構造，且使用了介電質屏蔽放電。
就具有平行平板電極型之電極構造且使用介電質屏蔽放電之活性氣體生成裝置的設置位置之一而言，有配置於晶圓等處理對象物之上方之態樣。於此態樣時，必須使活性氣體均等地噴吹於處理對象物整體，故一般在活性氣體生成裝置與處理對象物之間配置均等噴吹氣體用之噴淋板(shower plate)。
然而，噴淋板內之活性氣體通過區域成為不參與介電質屏蔽放電之非放電空間，故在活性氣體通過噴淋板內之活性氣體通過區域之時間帶成為活性氣體去活化之時間帶。因此，活性氣體生成裝置生成如氮自由基等壽命極短的活性氣體時，在通過噴淋板之期間，自由基之去活化會顯著受到促進。
如上所述，於活性氣體生成裝置使用噴淋板時，會增加活性氣體去活化的現象，故不佳。
就不使用噴淋板之以往的活性氣體生成裝置而言，例如有專利文獻1所揭示之大氣壓電漿反應裝置。
專利文獻1所揭示之第1先前技術中，採用了將面對面配置之平板狀電極配置成縱型，且將因電極間的放電所生成之活性氣體噴吹基板之電極構造。第1先前技術為了對應大面積基板之處理而配置有複數組電極構造。
如上所述，第1先前技術中，藉由增加電極構造之數量且採用複數個電極構造，可容易因應基板面積而對應處理。
就不使用噴淋板之其他的活性氣體生成裝置而言，例如有專利文獻2所揭示之電漿處理裝置。
專利文獻2所揭示之第2先前技術中，在沿水平方向面對面配置之平板狀電極之一側設置複數個氣體噴出孔，藉此不需噴淋板且可處理大型基板。
專利文獻2之段落[0022]、第1圖及第2圖揭示第1基本構成。具體構成如下所述。再者，( )內的數字係專利文獻2所用之符號。
第1基本構成採用了於不具有導電性之高壓電極(8)之表面形成導電層(12)，並使位於高壓電極(8)之下方且不具有導電性之接地電極(7)與已接地之金屬板(2)接觸之構造。
並且，專利文獻2之段落[0063]及第9圖揭示第2基本構成。具體構成如下所述。再者，( )內的數字係專利文獻2所用之符號。
第2基本構成中，除第1基本構成之外，還採用了將接地導電層(41)埋設於接地電極(7)內部之構造。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2537304號公報
[專利文獻2]日本專利第5328685號公報
專利文獻1所揭示之第1先前技術中，藉由採用複數個電極構造，可實現可對應較大面積之處理對象物之裝置。
然而，在第1先前技術中採用複數個電極構造時，必須分別在複數個電極構造設置高壓電極及接地電極，裝置構造會相對地複雜化。並且，第1先前技術中，原料氣體之通過方向為縱方向，故欲將活性氣體之濃度增加時，則必須充分地增長構成電極構造之高壓電極及接地電極之縱方向的形成長度，裝置高度必然變高，而導致裝置為大型。
如上所述，專利文獻1所揭示之第1先前技術有導致裝置構造之複雜化、大型化之問題。
其次，檢討專利文獻2所揭示之第2先前技術。再者，( )內的數字係專利文獻2所用之符號。
上述之第1基本構成中，導電層(12)之端部等表面之電場強度非常高，故會於放電部(3)之氣體層產生絕緣崩潰，而在金屬之導電層(12)產生異常放電，從而在放電部(3)生成粒子、金屬蒸氣等。亦即，隨著導電層(12)的異常放電，從導電層(12)、處理腔室(1)或隔板(2)蒸發之物質會成為汙染源。
導電層(12)之表層與電極間之放電場(空隙(9))相連，故在將氣體輸送到放電場之過程中，導電層(12)之蒸發分子會混入活性氣體中，而有汙染基板(15)之虞。
如上所述，第2先前技術之第1基本構成有在放電部(3)生成粒子、金屬蒸氣等而有汙染基板(15)的疑慮之問題。
為了確實防止上述之汙染基板(15)的疑慮，在放電部(3)之絕緣距離必須夠大。然而，若取較大的絕緣距離則必然導致裝置構成的大型化，故不佳。
另一方面，上述之專利文獻2之第2基本構成中，高壓電極(8)之導電層(12)係與第1基本構成同樣為露出電極表面之構造。藉由使高壓電極也採用與接地電極同樣的處置，理論上可成為不使高壓側、接地側雙方之導電層露出之構造。
第15圖係表示第2先前技術之第2基本構成之剖面構造之剖面圖。如該圖所示，空隙109對應於空隙(9)，第一電極107對應於一接地電極(7)，細孔110對應於細孔(10)，接地導電層141對應於接地導電層(41)，接地間隙142對應於接地間隙(42)。
如該圖所示，接地導電層141之開口區域H141係包含細孔110且形成為較細孔110寬廣的形狀，故在電極單元100與接地導電層141之間產生接地間隙142。此接地間隙142未形成接地導電層141。
因此，在電極間之成為放電場之空隙109中，接地間隙142之上方的區域成為非放電空間，氣體通過此非放電空間時，活性氣體只會去活化，導致活性氣體之濃度降低。
其次，考量改良接地導電層141，變更為無接地間隙142之狀態(使細孔110與本體極(pole)部之開口區域H141之開口區域為相同大小)之變形例。
第16圖係表示第2先前技術之第2基本構成之變形例的剖面構造之剖面圖。第16圖所示之區域相當於將第15圖之著眼區域R7及其附近區域放大表示之區域。
第2基本構成之變形例中，沿剖面方向觀察細孔110時，接地導電層141成為在細孔110露出之狀態。因此，在接地導電層141之露出部附近的細孔110產生絕緣崩潰時，接地導電層141之導電層成分會成為汙染物並被釋放到外部。
如上所述，第2先前技術之第2基本構成(第15圖)有導致活性氣體之濃度降低之問題，第2基本構成之變形例(第16圖)有產生汙染物之問題。
本發明之目的在於提供一種活性氣體生成裝置，可解決如上述之問題，謀求裝置構成之簡略化及小型化，且抑制活性氣體去活化之現象。
本發明之活性氣體生成裝置係將供給至產生介電質屏蔽放電之放電空間之原料氣體活性化而生成活性氣體，該活性氣體生成裝置係具備：具有第1及第2電極之電極單元、以及將交流電壓供給至前述電極單元之交流電源，前述電極單元係包含由介電質所構成之電極本體部、形成於前述電極本體部內且各自具有導電性之前述第1及第2電極、形成於前述電極本體部且接受從外部供給之原料氣體之氣體吸入口、及形成於前述電極本體部內且供前述氣體吸入口流入之原料氣體會通過之氣體內部流路，前述氣體內部流路係設置成在俯視時為螺旋狀，前述第1及第2電極係以隔著前述電極本體部之一部份及前述氣體內部流路而彼此相對之方式配置於前述氣體內部流路之兩側面側，且與前述氣體內部流路一起設置成在俯視時為螺旋狀，前述第1及第2電極間之前述氣體內部流路內的區域係成為前述放電空間，藉由從前述交流電源施加前述交流電壓而在前述放電空間產生介電質屏蔽放電，前述電極單元更含有在前述放電空間之下方與前述氣體內部流路相通地設置之至少一個氣體噴出口，將供給至前述放電空間之原料氣體活性化而得之活性氣體係從前述至少一個氣體噴出口噴出。
申請利範圍第1項所述之本案發明之活性氣體生成裝置之電極單元係含有設置成在俯視時為螺旋狀之氣體內部流路，及在放電空間之下方與氣體內部流路相通地設置之至少一個氣體噴出口。
因此，申請專利範圍第1項所述之本案發明之活性氣體生成裝置係在至少一個氣體噴出口與放電空間之間未形成不參與介電質屏蔽放電之非放電空間，故發揮有效地抑制活性氣體去活化的現象之效果。
並且，由於可藉由在電極本體部設置氣體吸入口、至少一個氣體噴出口、第1及第2電極以及氣體內部流路之比較簡單的構成獲得電極單元，故可謀求活性氣體生成裝置之裝置構成的簡略化。
此外，申請專利範圍第1項所述之本案發明中，由於氣體內部流路係設置成在俯視時為螺旋狀，故不使電極單元本身的面積增大，即可從至少一個氣體噴出口在氣體濃度飽和之狀態下噴出活性氣體，因此可謀求裝置的小型化。
可由以下的詳細說明及所附圖式而明瞭本發明之目的、特徵、態樣及優點。
1‧‧‧電極單元蓋
2‧‧‧電極單元基底
4‧‧‧氣體吸入口
5‧‧‧交流電源
6‧‧‧氣體噴出口
6S‧‧‧最初的氣體噴出口
8、18‧‧‧氣流
10、10B‧‧‧活性氣體生成裝置
11、11L‧‧‧高壓電極
12‧‧‧接地電極
16‧‧‧介電質屏蔽放電
21‧‧‧高壓電極用溝
22‧‧‧接地電極用溝
24‧‧‧氣體通過溝
30‧‧‧裝置殼體
34‧‧‧氣體供給口
40‧‧‧冷卻片
50‧‧‧成膜處理腔室
51‧‧‧載置台
55‧‧‧晶圓
58‧‧‧開口部
60‧‧‧成膜處理空間
96‧‧‧異常放電路徑
100、100B‧‧‧電極單元
107‧‧‧第一電極
109‧‧‧空隙
110‧‧‧細孔
141‧‧‧接地導電層
142‧‧‧接地間隙
D2‧‧‧深度
H30‧‧‧開口部
H141‧‧‧開口區域
P11‧‧‧高壓端子
P12‧‧‧接地端子
R2、R7、R100‧‧‧著眼區域
Z24‧‧‧活性氣體濃度增加區域
第1圖係表示實施形態1之活性氣體生成裝置所用之電極單元之構成概略之說明圖。
第2圖係表示從上方觀看第1圖所示之電極單元基底時之平面構造之平面圖。
第3圖係表示第1圖所示之電極單元基底之剖面構造之剖面圖。
第4圖係表示從下方觀看第1圖所示之電極單元基底時之平面構造之平面圖。
第5圖係示意性地表示從上方觀看實施形態1之活性氣體生成裝置時之平面構造之平面圖。
第6圖係表示實施形態1之活性氣體生成裝置之剖面構造之剖面圖。
第7圖係表示使用了實施形態1之活性氣體生成裝置之成膜處理裝置之剖面構造之剖面圖。
第8圖係表示從上方觀看第1圖所示之電極單元基底時之平面構造之平面圖。
第9圖係放大表示第8圖之著眼區域之說明圖。
第10圖係表示實施形態1之活性氣體生成裝置所用之電極單元之剖面構造之剖面圖。
第11圖係放大表示第10圖之著眼區域之說明圖。
第12圖係放大表示實施形態2之活性氣體生成裝置中之電極之剖面構造之說明圖。
第13圖係放大表示實施形態1之活性氣體生成裝置中之電極之剖面構造之剖面圖。
第14圖係表示實施形態3之活性氣體生成裝置之剖面構造之剖面圖。
第15圖係表示第2先前技術中之第2基本構成之剖面構造之剖面圖。
第16圖係表示第2先前技術中之第2基本構成之變形例之剖面構造之剖面圖。
<實施形態1>
實施形態1之活性氣體生成裝置10在內部收納有用以進行介電質屏蔽放電之電極單元100。
第1圖係表示實施形態1之活性氣體生成裝置10所用之電極單元100之構成概略之說明圖。於第1圖中表示XYZ直角座標系。以下所示之第2圖至第14圖中，也與第1圖同樣表示XYZ直角座標系。
如該圖所示，電極單元100具有各自由介電質所構成之電極單元蓋1及電極單元基底2作為主要構成部。電極單元蓋1係設置在電極單元基底2之上面上，且在電極單元基底2之側面設有原料氣體供給用之氣體吸入口4。電極單元蓋1及電極單元基底2之組合構造成為電極本體部。
第2圖係表示從上方觀看電極單元基底2時之平面構造之平面圖。如該圖所示，電極單元基底2係從電極單元基底2之表面分別鑿有氣體通過溝24、高壓電極用溝21及接地電極用溝22。氣體通過溝24、高壓電極用溝21及接地電極用溝22形成為在俯視時為螺旋狀。
第3圖係表示電極單元基底2之剖面構造之剖面圖。第2圖之A-A剖面成為第3圖。
如該圖所示，氣體通過溝24、高壓電極用溝21及接地電極用溝22係以各自的底面成為稍微高於電極單元基底2的底面之位置之方式被鑿出。氣體通過溝24、高壓電極用溝21及接地電極用溝22之自表面起之形成深度被設定為同一深度D2。
如上所述，電極單元基底2具有以自表面起為同一形成深度之方式設置之第1及第2電極用溝之高壓電極用溝21及接地電極用溝22。
並且，電極單元基底2具有以自表面起之深度D2(既定形成深度)形成為溝狀之氣體通過溝24。
高壓電極用溝21及接地電極用溝22係以隔著電極單元基底2之一部分及氣體通過溝24而彼此相對之方式配置於電極單元基底2內之氣體通過溝24之兩側面側，且與氣體通過溝24一起設置成在俯視時為螺旋狀。
此外，屬於第1電極之高壓電極11係嵌入高壓電極用溝21，屬於第2電極之接地電極12係嵌入接地電極用溝22。此時，高壓電極11係以填滿高壓電極用溝21整體之方式嵌入而不在高壓電極用溝21產生間隙，接地電極12係以填滿接地電極用溝22整體之方式嵌入而不在接地電極用溝22產生間隙。
因此，高壓電極11及接地電極12係以隔著電極單元基底2之一部分及氣體通過溝24而彼此相對之方式配置於電極單元基底2內之氣體通過溝24之兩側面側，且與氣體通過溝24一起設置成在俯視時為螺旋狀。並且，高壓電極11及接地電極12間之氣體通過溝24內之區域成為放電空間。
第4圖係表示從下方觀看電極單元基底2時之平面構造之平面圖。
如第2圖至第4圖所示，貫穿氣體通過溝24之底面下之電極單元基底2的區域之複數個氣體噴出口6係互相離散且選擇性地設置。複數個氣體噴出口6係在放電空間之下方與氣體通過溝24之底面相連地 設置。亦即，複數個氣體噴出口6與氣體通過溝24相通。因此，可使氣體通過溝24內所生成之活性氣體從複數個氣體噴出口6噴出至外部。
另外，如第1圖及第2圖所示，接受從外部供給之原料氣體之氣體吸入口4係設置於電極單元基底2之一側面，且氣體通過溝24係與氣體吸入口4相通地設置。因此，從氣體吸入口4流入的原料氣體係通過氣體通過溝24。
電極單元蓋1及電極單元基底2分別由氧化鋁等介電質所構成。
第5圖係示意性地表示從上方觀看實施形態1之活性氣體生成裝置10時之平面構造之平面圖。第6圖係表示實施形態1之活性氣體生成裝置10之剖面構造之剖面圖。第5圖之B-B剖面成為第6圖。再者，第5圖中，為了方便說明，而以沒有電極單元蓋1之狀態來表示。
如此等圖所示，電極單元100係收納於裝置殼體30內。裝置殼體30係由鋁合金等金屬所形成，且於上面設有原料氣體供給用之氣體供給口34。
裝置殼體30係在底面之一部分上載置電極單元100，並且在底面之中央設有開口部H30。開口部H30係設置成俯視時涵蓋所有的複數個氣體噴出口6。
電極單元蓋1係隔著O環等密封構件而密接於電極單元基底2之上面上。
如上所述，由於使電極單元蓋1密接於電極單元基底2之上面上，故高壓電極11及接地電極12不會從電極本體部之電極單元蓋1及電極單元基底2之組合構造露出而設置於電極本體部內。
由於電極單元蓋1係密接設在電極單元基底2上，故在電極單元100之完成階段中，氣體通過溝24之上部不會露出而成為經密封之氣體內部流路。本說明書中，為了方便說明，在設置電極單元蓋1之前的電極單元基底2之階段以及電極單元100之完成階段，皆記載為「氣體通過溝24」。
如此構成之活性氣體生成裝置10中，從氣體吸入口4進入電極單元100內部之氣體係沿著第5圖之虛線箭頭所示之氣流8而在形成為螺旋狀之氣體通過溝24內前進，並從設置於氣體通過溝24之底面下的複數個氣體噴出口6被排放出。
第7圖係表示使用了實施形態1之活性氣體生成裝置10之成膜處理裝置之剖面構造之剖面圖。
如該圖所示，在活性氣體生成裝置10之正下方配置成膜處理腔室50。亦即，活性氣體生成裝置10之正下方之從複數個氣體噴出口6噴出活性氣體之外部區域成為裝置下游區域，成膜處理腔室50係配置成包含此裝置下游區域。
成膜處理腔室50在上部具有開口部58，開口部58係設置成俯視時與開口部H30一致。
成膜處理腔室50在內部具有成膜處理空間60，且在設於底面上之載置台51上載置有屬於成膜處理對象物之晶圓55。
因此，從活性氣體生成裝置10之複數個氣體噴出口6噴出之活性氣體係經由開口部H30及開口部58而供給至成膜處理腔室50之成膜處理空間60之晶圓55。亦即，從活性氣體生成裝置10噴出之活性氣體不經由噴淋板而直接供給至晶圓55。
並且，成膜處理裝置執行成膜處理時，壓力設定為：使成膜處理腔室50之成膜處理空間60之壓力成為數kPa以下，且電極單元100之氣體通過溝24內之壓力成為數kPa至大氣壓(=101.33kPa)。
複數個氣體噴出口6分別形成為在俯視時呈具有微小直徑之圓形。因此，複數個氣體噴出口6可作為用以使氣體通過溝24內與成膜處理腔室50之成膜處理空間60內之間產生壓力差之孔口(orifice)而發揮功能。
亦即，實施形態1之活性氣體生成裝置10中，複數個氣體噴出口6係以使氣體通過溝24內之壓力高於配置成包含上述裝置下游區域之成膜處理空間60內之壓力之方式而形成較小尺寸。
如上所述，以較小尺寸形成複數個氣體噴出口6來限縮氣體流路。據此，活性氣體係遍佈地充滿於氣體通過溝24內，而可因應氣體通過溝24及成膜處理腔室50間之壓力差而從複數個氣體噴出口6各者均等地噴出活性氣體。
如上所述，實施形態1之活性氣體生成裝置10係設定為使複數個氣體噴出口6發揮作為孔口之功能，藉以使氣體通過溝24內之壓力高於存在於包含裝置下游區域之區域之成膜處理空間60之壓力。
因而達成可因應氣體通過溝24及成膜處理空間60(成膜處理腔室50)間之壓力差而從複數個氣體噴出口6各者均等地噴出活性氣體之效果。
活性氣體生成裝置10中，氣體通過溝24內之壓力宜設定為10kPa至大氣壓之間，成膜處理空間60壓力宜設定為未達氣體通過溝24內之壓力。
活性氣體生成裝置10藉由將氣體通過溝24內之壓力設定為10kPa至大氣壓之間(10kPa以上、大氣壓以下)，可適當地設定屬於氣體內部流路之氣體通過溝24內所形成之放電空間的壓力。
成膜處理腔室50藉由將成膜處理空間60內之壓力設定為未達氣體通過溝24內之壓力，可在活性氣體充滿活性氣體生成裝置10之氣體通過溝24內之狀態下，從複數個氣體噴出口6噴出活性氣體。
因此，活性氣體生成裝置10能以使噴出速度在複數個氣體噴出口6之間均等之方式，從複數個氣體噴出口噴出活性氣體。
其結果，由實施形態1之活性氣體生成裝置10及成膜處理腔室50所構成之上述成膜處理裝置可精度良好地進行成膜處理。
另外，關於設置在電極單元基底2之側面的氣體吸入口4，在活性氣體生成裝置10內不需要特別的配管連接等。僅僅只要將氣體經由氣體吸入口4供給至活性氣體生成裝置10，即成為充滿的氣體自然會從氣體吸入口4流動到氣體通過溝24之內部之非常簡單的構成。
再者，電極單元100的底面與裝置殼體30的底面之間使用O環等密封構件而密接，活性氣體生成裝置10內之氣體除了由氣體吸入口 4、氣體通過溝24及複數個氣體噴出口6而形成之氣體流通路徑以外，沒有往外部之放出路徑。
如第2圖及第3圖所示，相較於氣體通過溝24，在電極單元基底2內被鑿出之高壓電極用溝21及接地電極用溝22成為形成寬度(X方向之長度)相當窄的溝。
就高壓電極11及接地電極12之形成方法而言，可想到在高壓電極用溝21內插入金屬箔、金屬板等而構成高壓電極11，並在接地電極用溝22內插入金屬箔、金屬板等而構成接地電極12之第1方法。
然而，插入金屬箔、金屬板等的情況，容易在溝21及22中產生間隙，若在該間隙產生高電場強度區域則容易產生絕緣崩潰。因此，宜採用以使高壓電極用溝21及接地電極用溝22無間隙而完全密閉之方式將金屬膏等流入溝21及22內而形成高壓電極11及接地電極12之第2方法來代替上述第1方法。
高壓電極11及接地電極12係連接屬於高頻電源之交流電源5。具體而言，從交流電源5經由高壓端子P11對高壓電極11施加高電壓之交流電壓，而接地電極12係經由接地端子P12設定為接地電位。
第8圖係表示從上方觀看電極單元基底2時之平面構造之平面圖，第9圖係放大表示第8圖之著眼區域R2之說明圖。
第10圖係表示電極單元100之剖面構造之剖面圖，第11圖係放大表示第10圖之著眼區域R100之說明圖。
電極單元基底2本身由介電質所構成，故藉由從交流電源5施加10kHz至100kHz、V0p(0峰值)：2至10kV之交流電壓時，可於夾 於高壓電極11及接地電極12之間之氣體通過溝24內的區域之放電空間，產生介電質屏蔽放電16。
從氣體吸入口4進入電極單元基底2內部之氣體通過溝24之原料氣體，在通過氣體通過溝24內之放電空間的同時，在螺旋狀之氣體通過溝24朝中心方向前進，藉此經活性化而生成活性氣體。
如第7圖所示，成膜處理裝置中之活性氣體生成裝置10係設置於成膜處理腔室50之成膜處理空間60內之晶圓55的正上方，故電極單元100內所生成之活性氣體經由複數個氣體噴出口6而朝向晶圓55噴出。
如上所述，使用了實施形態1之活性氣體生成裝置10之成膜處理裝置係設在包含裝置下游區域之區域且具備成膜處理腔室50，該成膜處理腔室50係具有從複數個氣體噴出口6直接接受活性氣體之成膜處理空間60。
上述構成之成膜處理裝置由於即使由活性氣體生成裝置10生成之活性氣體為壽命較短的活性氣體，仍可將活性氣體之衰減抑制在最小限度，故可謀求在成膜處理空間60內之成膜速度的提升。
另外，如同上述，構成電極本體部之電極單元蓋1及電極單元基底2分別由氧化鋁等介電質所構成。因此，可使介電質屏蔽放電產生於氣體通過溝24內形成之放電空間。
再者，就可成為電極本體部的構成材料之介電質而言，除氧化鋁以外，還可想到例如石英、氮化矽、氮化鋁及氮化硼。因此，電極本 體部將氧化鋁、石英、氮化矽、氮化鋁及氮化硼中之至少一者作為構成材料即可。
並且，使用氮、氧、稀有氣體類、氫、氟類等作為原料氣體而可使用於對於晶圓55之各種處理。
原料氣體若為含有氮、氧、氟、及氫中之至少一者之氣體，則可發揮下述效果。
以下詳述這點。若將氮、氧作為原料氣體，則可成膜為氮化膜、氧化膜之絕緣膜。若將氟、氯氣作為原料氣體，則可利用經活性化之氟化氣體、氯氣作為蝕刻氣體、洗淨氣體。若將氫、氮作為原料氣體，則可藉由經活性化之氫氣、氮化氣體將晶圓55等處理對象物的表面氫化、氮化而進行表面改質處理。
放電場(放電空間)以盡可能涵蓋至接近成為孔口之氣體噴出口6之區域為宜。這是因為若在放電場至孔口間之路徑存在不參與放電之非放電空間時，則非放電空間會成為不生成活性氣體而只會去活化之無效空間之故。
位於複數個氣體噴出口6的上游之氣體通過溝24內為高壓區域，故活性氣體去活化速度特別高。因此，放電場至孔口間之路徑即使僅存在些許的非放電空間，也會導致活性氣體濃度顯著降低。
如同前述，專利文獻2所揭示之第2先前技術之第2基本構成係在位於接地間隙142的上方之空隙109必定存在有非放電空間之構造(參照第15圖)，故無法避免在非放電空間之活性氣體的去活化。
並且，第2基本構成之變形例中，會產生在細孔110露出端部之接地導電層141之汙染物混入之問題(參照第16圖)。
另一方面，實施形態1之活性氣體生成裝置10中，如第11圖所示，直到屬於孔口之複數個氣體噴出口6各自的入口為止都形成產生放電16之放電場(放電空間)，而不存在對於放電場至氣體噴出口6為止之路徑中之活性氣體的氣流18為無效空間之非放電空間。
如上所述，實施形態1之活性氣體生成裝置10中之電極單元100包含：設置成在俯視時為螺旋狀之氣體內部流路之氣體通過溝24、及在放電空間之下方與氣體通過溝24相通地設置之複數個氣體噴出口6。
因此，實施形態1之活性氣體生成裝置10由於在複數個氣體噴出口6與放電空間之間未形成不參與介電質屏蔽放電之非放電空間，故達成有效地抑制活性氣體去活化的現象之效果。
再者，即使是在氣體噴出口6為一個的情況下仍可發揮上述效果。因此，關於上述效果，活性氣體生成裝置10設置至少一個氣體噴出口6即可。
並且，可藉由在電極單元蓋1及電極單元基底2之組合構造之電極本體部設置氣體吸入口4、複數個氣體噴出口6、高壓電極11、接地電極12及氣體通過溝24之較簡單的構成獲得電極單元100，故可謀求活性氣體生成裝置10之裝置構成之簡略化。
此外，在電極單元基底2內，高壓電極11係嵌入高壓電極用溝21內，接地電極12係嵌入接地電極用溝22內，並且，在電極單元基底2之上面上密接設有電極單元蓋1。
因此，電極單元100之高壓電極11及接地電極12不存在與活性氣體流動的氣體內部流路之氣體通過溝24、複數個氣體噴出口6等相連之氣體流路，故即使假設在高壓電極11及接地電極12產生異常放電，基本上也不會產生汙染物混入氣體通過溝24或氣體噴出口6之問題。
如上所述，活性氣體生成裝置10之高壓電極11及接地電極12不會從電極單元蓋1及電極單元基底2之組合構造之電極本體部露出，而形成為與氣體通過溝24內所形成之放電空間完全分離。
因此，實施形態1之活性氣體生成裝置10即使在高壓電極11及接地電極12之任一者產生異常放電，仍可確實避免因異常放電而產生之汙染物混入放電空間之問題。
進入成為放電場之氣體通過溝24之原料氣體會在氣體通過溝24內反覆進行活性氣體之生成及消滅(去活化)。若制定一定時間以上之放電場滯留時間，則活性氣體之生成量與去活化量會平衡而使得活性氣體成為一定濃度。此為活性氣體濃度的飽和。
對晶圓55進行成膜處理時，為了處理時間等之便而以活性氣體濃度高者為佳，不僅是處理時間，從活性氣體濃度的均等化之觀點來看，以從複數個氣體噴出口6噴出之活性氣體濃度全部達到飽和為宜。
專利文獻2所揭示之第2先前技術中，原料氣體從圓盤狀電極之外周進到內部。此時，放電場滯留時間最短的氣體係經由最外周之細孔(以下，簡稱為「最外周細孔」)排放到外部之氣流。
為了使就連通過從圓盤狀電極之外周到最外周細孔之最短氣體流路而產生之活性氣體也成為活性氣體濃度全部達飽和之飽和活性氣 體，必須將最外周細孔與圓盤狀電極之外周部之距離設定為飽和氣體形成距離。再者，飽和氣體形成距離係指活性氣體濃度成為飽和狀態所需之距離。
此時，由於無法將細孔從圓盤狀電極之外周起設置直到達成飽和氣體形成距離為止，故相較於設置複數個細孔的區域之細孔分布區域，必須設置相當大面積之圓盤狀電極。
細孔分布區域係依處理對象物之晶圓的大小來決定。因此，例如處理直徑300mm之晶圓時，必須在從中心起至少直徑300mm左右之區域配置最外周細孔。
因此，必須設置外周位於從細孔分布區域之最外周細孔起更朝徑方向延伸上述飽和氣體形成距離程度之位置之圓盤狀電極，相較於處理對象物之晶圓，必須設置非常大面積之圓盤狀電極。
另一方面，實施形態1之活性氣體生成裝置10中，由於設置一個螺旋狀的氣體內部流路之氣體通過溝24就足夠，故即使增長氣體通過溝24中之放電空間的形成長度，也不會導致電極單元100之形成面積大幅增加。
如第9圖所示，沿著氣流18從原料氣體進入氣體通過溝24內之放電空間起直到抵達最初的氣體噴出口6S為止之區域係成為活性氣體濃度增加區域Z24。沿著活性氣體濃度增加區域Z24中之氣流18，從放電空間之入口起直到最初的氣體噴出口6S為止之螺旋狀的距離係成為第1活性氣體生成距離。若此第1活性氣體生成距離設定為滿足上述飽和氣 體形成距離，則在最初的氣體噴出口6S以後設置之氣體噴出口6就可在氣體濃度飽和之狀態下使活性氣體噴出。
以下表示活性氣體濃度增加區域Z24內之第1活性氣體生成距離之具體例。例如，考量氣體通過溝24之形成寬度(X方向之長度)為3mm、氣體通過溝24之形成高度(Z方向之長度)為50mm之情形。並且，由於高壓電極用溝21及接地電極用溝22也以與氣體通過溝24相同深度D2形成，故高壓電極11及接地電極12之形成高度也成為50mm。
此時，將氣體通過溝24內之壓力設定為30kPa，且自氣體吸入口4供給之原料氣體之氣體流量設定為10slm時，將第1活性氣體生成距離設定為70mm以上即可。亦即，上述飽和氣體形成距離成為70mm。
如同上述，實施形態1之活性氣體生成裝置10內，形成放電空間之氣體通過溝24係設置成在俯視時為螺旋狀，故不用大幅增大電極單元100本身的面積，即可在氣體濃度飽和之狀態下將活性氣體從複數個氣體噴出口6噴出。
其結果，實施形態1之活性氣體生成裝置10由於可將電極單元100之形成面積抑制在與晶圓55等處理對象物同等之形成面積，故可謀求裝置的小型化。
另外，高壓電極11及接地電極12形成為在俯視時為螺旋狀，故相較於專利文獻2所揭示之第2先前技術，可顯著抑制電極面積的增大。
另外，實施形態1之活性氣體生成裝置10中，在電極單元100內，關於高壓電極11及接地電極12，係配置成在俯視時接地電極12位於電極單元基底2之最外周。
據此，藉由位於比高壓電極11更外周之接地電極12，必定可吸收從被施加高電壓之高壓電極11朝向電極單元基底2之外周部之電場向量。
因此，實施形態1之活性氣體生成裝置10可確實地抑制因高壓電極11而在外部之裝置殼體30產生異常放電之可能性。
因此，實施形態1之活性氣體生成裝置10不會如第2先前技術之第1基本構成般地因構成高壓電極之導電層之異常放電而在放電部生成粒子、金屬蒸氣而有汙染處理對象物之虞。並且，活性氣體生成裝置10由於裝置殼體30內之內部空間無須特別考量絕緣距離，故裝置也不會大型化。
另外，實施形態1之活性氣體生成裝置10之複數個氣體噴出口6離散地配置成在俯視時為螺旋狀。
因此，實施形態1之活性氣體生成裝置10藉由從複數個氣體噴出口6噴出活性氣體，而對於較大的處理對象物也可均等噴出活性氣體。
<實施形態2>
第12圖係表示實施形態2之活性氣體生成裝置10中之電極之剖面構造之剖面圖。第13圖係表示實施形態1之活性氣體生成裝置10中之電極之剖面構造之剖面圖。
如第12圖所示，實施形態2中，以在高壓電極用溝21之上方殘留空間區域之方式，在高壓電極用溝21內之一部分嵌入高壓電極11L。另一方面，要嵌入接地電極用溝22內之接地電極12係以與實施形態1同樣地以填滿接地電極用溝22整體之方式嵌入接地電極用溝22而不產生間隙。
因此，實施形態2之活性氣體生成裝置10係將高壓電極11L之形成高度設定為低於接地電極12之形成高度。
如第13圖所示，在高壓電極11及接地電極12之形成高度相同之實施形態1中，會有在高壓電極11之最上部與接地電極12之最上部之間生成異常放電路徑96之虞。這是因為即使將電極單元蓋1密接設在電極單元基底2上，電極單元基底2與電極單元蓋1之間仍有可能產生些許的間隙之故。
在異常放電路徑96產生異常放電之際，當電極單元蓋1與電極單元基底2之間產生有些許的間隙時，會有高壓電極11或接地電極12之電極成分成為汙染物質並經由該些許的間隙而混入氣體內部流路之氣體通過溝24之虞。
另一方面，實施形態2之活性氣體生成裝置10係藉由將高壓電極11L之形成高度設為低於接地電極12，而將高壓電極11L之最上部與接地電極12之最上部之間的最上部電極間距離設定為比實施形態1長，相對地可有效地抑制異常放電的產生。
再者，實施形態2之活性氣體生成裝置10除了高壓電極11置換成高壓電極11L以外，呈現與實施形態1相同的構成，故可一併發揮與實施形態1相同的效果。
<實施形態3>
第14圖係表示實施形態3之活性氣體生成裝置10B之剖面構造之剖面圖。
如該圖所示，活性氣體生成裝置10B具有電極單元100B。電極單元100B係在電極單元蓋1之上面上設置有由介電質所構成之冷卻片40。再者，其他構成與實施形態1相同，故附以同一符號，並適當地省略說明。
電極單元會有隨著在放電空間之介電質屏蔽放電的產生而生成熱，並且因活性氣體生成裝置中之金屬製的裝置殼體與由介電質所構成之電極本體部(電極單元蓋1+電極單元基底2)之間的熱膨脹的差異而產生應變之虞。
以金屬製之水冷單元包圍電極單元之冷卻方法由於可能會在水冷單元產生異常放電，故在實用上並不適合。
對此，實施形態3之活性氣體生成裝置10B係藉由將以陶瓷、玻璃等介電質所構成之冷卻片40密接於電極單元蓋1之上面上，來進行電極單元100B內之電極單元基底2之熱的除去。
因此，實施形態3之活性氣體生成裝置10B可在不產生異常放電之情況下藉由冷卻片40而冷卻電極單元100B。
再者，實施形態3之活性氣體生成裝置10B除了追加冷卻片40以外，呈現與實施形態1相同的構成，故可一併發揮與實施形態1相同的效果。另外，藉由將高壓電極11置換成實施形態2之高壓電極11L(參照第12圖)而可一併發揮與實施形態2相同的效果。
本發明已詳細地進行了說明，但上述說明在所有態樣中僅為例示，本發明不受限於此。應理解可在不超出本發明之範圍而推知未例示之無數個變形例。
2‧‧‧電極單元基底
4‧‧‧氣體吸入口
6‧‧‧氣體噴出口
11‧‧‧高壓電極
12‧‧‧接地電極
21‧‧‧高壓電極用溝
22‧‧‧接地電極用溝
24‧‧‧氣體通過溝

Claims (11)

  1. 一種活性氣體生成裝置，係將供給至產生介電質屏蔽放電之放電空間之原料氣體活性化而生成活性氣體，該活性氣體生成裝置(10、10B)係具備：具有第1電極(11、11L)及第2電極(12)之電極單元(100、100B)、以及將交流電壓供給至前述電極單元之交流電源(5)，前述電極單元係包含：由介電質構成之電極本體部(1、2)；形成於前述電極本體部內且各自具有導電性之前述第1及第2電極；形成於前述電極本體部且接受從外部供給之原料氣體之氣體吸入口(4)；以及形成於前述電極本體部內且供前述氣體吸入口流入之原料氣體通過之氣體內部流路(24)，前述氣體內部流路係設置成在俯視時為螺旋狀；前述第1及第2電極係以隔著前述電極本體部之一部份及前述氣體內部流路而彼此相對之方式配置於前述氣體內部流路之兩側面側，且與前述氣體內部流路一起設置成在俯視時為螺旋狀，前述第1及第2電極間之前述氣體內部流路內的區域係成為前述放電空間，藉由從前述交流電源施加前述交流電壓而在前述放電空間產生介電質屏蔽放電；前述電極單元更含有在前述放電空間之下方與前述氣體內部流路相通地設置之複數個氣體噴出口(6)，將供給至前述放電空間之原料氣體活性化而得之活性氣體係從前述複數個氣體噴出口噴出。
  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1及第2電極係形成為不從前述電極本體部露出。
  3. 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2電極設定為接地電位，且於前述第1電極施加前述交流電壓，前述第1及第2電極係配置成在俯視時前述第2電極位於前述電極本體部之最外周。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述電極本體部係包含：電極單元基底(2)；及設置於前述電極單元基底之表面上之電極單元蓋(1)；前述電極單元基底係具有以自表面起為同一形成深度之方式設置之第1及第2電極用溝(21、22)；前述氣體內部流路係從前述電極單元基底之表面起具有既定形成深度並形成為溝狀；前述第1及第2電極係嵌入第1及第2電極用溝(21、22)；前述第1電極(11L)之形成高度設定為低於前述第2電極(12)之形成高度。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之活性氣體生成裝置，其中，將位於前述複數個氣體噴出口之正下方且受到從前述複數個氣體噴出口噴出活性氣體之外部區域規定為裝置下游區域，前述複數個氣體噴出口係以使前述氣體內部流路內之壓力高於前述裝置下游區域之壓力之方式而形成較小尺寸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述複數個氣體噴出口係離散地配置成在俯視時為螺旋狀。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之活性氣體生成裝置，更具備由介電質構成且與前述電極單元密接設置之冷卻片。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述電極本體部係以氧化鋁、石英、氮化矽、氮化鋁及氮化硼中之至少一者作為構成材料。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之活性氣體生成裝置，其中，前述原料氣體係含有氮、氧、氟及氫中之至少一者之氣體。
  10. 一種成膜處理裝置，係具備如申請專利範圍第6項所述之活性氣體生成裝置、及設置於包含前述裝置下游區域之區域且具有從前述複數個氣體噴出口直接接受活性氣體之成膜處理空間之成膜處理腔室(50)。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之成膜處理裝置，其中，前述氣體內部流路內之壓力設定為10kPa至大氣壓之間，前述成膜處理空間內之壓力設定為未達前述氣體內部流路內之壓力。
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