WO2021106100A1

WO2021106100A1 - 活性ガス生成装置

Info

Publication number: WO2021106100A1
Application number: PCT/JP2019/046328
Authority: WO
Inventors: 謙資渡辺; 廉有田
Original assignee: 東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-06-03
Also published as: EP3886540B1; JPWO2021106100A1; TWI737396B; EP3886540A4; KR20210087531A; EP3886540A1; US11839014B2; TW202120742A; CN113179676B; US20220046781A1; JP6858477B1; CN113179676A; KR102524433B1

Abstract

本発明は、活性ガスが後段の処理空間に至るまでの領域における電界強度を意図的に弱めることができる活性ガス生成装置を提供することを目的とする。そして、本発明は、高電圧印加電極部（１）と接地電位電極部（２）との組合せにより内部に放電空間（６）を有する電極対が構成される。高電圧印加電極部（１）は、電極用誘電体膜（１１）と、電極用誘電体膜（１１）の上面上に形成される金属電極（１０）とを主要構成部として有している。補助導電膜（１８）は、平面視して金属電極（１０）と重複することなく、金属電極（１０）を囲むように円環状に形成される。金属製の電極押え部材（８）は、平面視して円環状を呈し、補助導電膜（１８）の上面の一部に接触する態様で設けられ、金属製のベースフランジ（４）に固定される。ベースフランジ（４）には接地電位が付与される。

Description

活性ガス生成装置

　本発明は、平行平板方式の誘電体バリア放電で活性ガスを生成し、後段の処理空間に活性ガスを供給する活性ガス生成装置に関する。

　平行平板方式の誘電体バリア放電で活性ガスを生成する活性ガス生成装置として、例えば特許文献１に開示された窒素ラジカル生成システムが存在する。

　特許文献１で開示された従来の活性ガス生成装置では、装置後段に処理空間を有する処理チャンバーが設けられている。

　活性ガス生成装置である窒素ラジカル生成システムは、誘電体バリア放電を利用して、原料ガスである窒素ガスから活性ガスである窒素ラジカルを生成し、活性ガスを処理チャンバーに噴出している。

特許第６２３９４８３号公報

　特許文献１で開示された従来の活性ガス生成装置では、互いに対向する第一電極と第二電極とに印加された電圧が、後段の処理空間に異常放電を起こすことが想定される。

　すなわち、第一電極，第二電極間の放電空間にて誘電体バリア放電を発生させるために印加する電圧は、活性ガス生成装置の後段の装置である処理チャンバーの処理室内においても絶縁破壊を生じさせる電界強度をもつ領域を生み、上記処理室内でメタルコンタミネーションの発生原因となる放電である異常放電を発生させてしまう。

　上記処理室は活性ガス生成装置内の空間に比べて減圧環境下であるため、異常放電で発生したイオンが電界によって加速され、処理室内の処理対象物であるウェハに衝突し、ウェハにダメージを与えてしまう問題点があった。

　また、活性ガス生成装置内においても、活性ガスが処理室に至るまでの領域における電界強度が高い場合、放電空間以外の領域で意図しない放電現象が生じる可能性があり、装置の内部表面が破損する等の問題点があった。

　本発明では、上記のような問題点を解決し、活性ガスが後段の処理空間に至るまでの領域における電界強度を意図的に弱めることができる活性ガス生成装置を提供することを目的とする。

　この発明における活性ガス生成装置は、放電空間に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスを生成する活性ガス生成装置であって、第１の電極構成部と前記第１の電極構成部の下方に設けられる第２の電極構成部とを備え、前記第１の電極構成部は、第１の電極用誘電体膜と前記第１の電極用誘電体膜の上面上に形成される第１の金属電極とを有し、前記第２の電極構成部は、第２の電極用誘電体膜と前記第２の電極用誘電体膜の下面上に形成される第２の金属電極とを有し、前記第１の金属電極に交流電圧が印加され、前記第２の金属電極が接地電位に設定され、前記第１及び第２の電極用誘電体膜が対向する誘電体空間内において、前記第１及び第２の金属電極が平面視して重複する領域を前記放電空間として含み、前記第１の電極用誘電体膜は、前記原料ガスを前記放電空間に供給するためのガス供給口を中央部に有し、前記ガス供給口は平面視して前記第１の金属電極と重複することなく設けられ、前記第２の電極用誘電体膜は、前記活性ガスを下方に噴出するための少なくとも一つのガス噴出孔を有し、前記第１の電極構成部は、前記第１の電極用誘電体膜の上面上に前記第１の金属電極と独立して形成される補助導電膜をさらに有し、前記放電空間は、平面視して、前記ガス供給口と重複することなく、前記ガス供給口を囲むように形成され、前記少なくとも一つのガス噴出孔は、平面視して、前記ガス供給口及び前記放電空間と重複することなく、前記ガス供給口からの距離が前記放電空間よりも遠くなるように配置され、前記誘電体空間において前記放電空間から前記少なくとも一つのガス噴出孔に至る経路が活性ガス流通経路として規定され、前記補助導電膜は、平面視して前記第１の金属電極と重複することなく前記第１の金属電極を囲み、かつ、平面視して前記活性ガス流通経路の一部と重複し、前記活性ガス生成装置は、前記補助導電膜の上面の一部に接触して設けられ、導電性を有する電極補助部材をさらに備え、前記補助導電膜は前記電極補助部材を介して接地電位に設定される。

　この発明における活性ガス生成装置において、電極補助部材を介して接地電位に設定される補助導電膜は、平面視して活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられている。

　このため、この発明における活性ガス生成装置は、接地電位に設定された補助導電膜によって、上記活性ガス流通経路における電界強度を緩和することができる。

　さらに、本願発明の活性ガス生成装置において、補助導電膜は、平面視して前記第１の金属電極と重複することなく第１の金属電極を囲んで形成される。

　したがって、第１の金属電極の上方を跨ぐことなく、電極補助部材を介して補助導電膜を接地電位に設定することができるため、接地電位に設定される補助導電膜と交流電圧が印加される第１の金属電極とを比較的容易に絶縁分離することができる。

　その結果、この発明における活性ガス生成装置は、活性ガスが処理空間に至るまでの領域における電界強度を意図的に弱め、かつ、比較的簡単な構成で第１の金属電極と補助導電膜との絶縁性を安定性良く確保することができる効果を奏する。

　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

この発明の実施の形態１である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。図１で示した高電圧印加電極部の上面構成を示す平面図である。図１で示した高電圧印加電極部の断面構造を示す断面図である。図１で示した接地電位電極部の下面構成を示す平面図である。図１で示した接地電位電極部の断面構造を示す断面図である。図１で示したベースフランジの下面構成を示す平面図である。図１で示したベースフランジの断面構造を示す断面図である。図１で示した電極押え部材の上面構成を示す平面図である。図１で示した電極押え部材の断面構造を示す断面図である。この発明の実施の形態２である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。図１０で示したベースフランジの下面構成を示す平面図である。図１０で示したベースフランジの断面構造を示す断面図である。この発明の前提技術である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。

　＜前提技術＞
　（基本構成）
　図１３はこの発明の前提技術である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。図１３にＸＹＺ直交座標系を記している。前提技術のガス発生装置２００は、放電空間６に供給された原料ガス５（窒素ガス等）を活性化して得られる活性ガス７（窒素ラジカル等）を生成する活性ガス生成装置である。

　ガス発生装置２００は、金属筐体３１、ガス供給口３２、活性ガス生成用電極群２０１及びオリフィス部４０を主要構成部として含んでいる。

　金属筐体３１は、接地電位に設定された金属製のガス発生装置２００用の筐体であり、上部にガス供給口３２が取り付けられ、ガス供給口３２から原料ガス５が金属筐体３１の筐体内空間３３に供給される。

　ガス発生装置２００における金属筐体３１の筐体内空間３３に活性ガス生成用電極群２０１が配置される。具体的には、金属筐体３１の底面上に活性ガス生成用電極群２０１が配置される。そして、金属筐体３１の底面の一部にオリフィス部４０が組み込まれている。

　活性ガス生成用電極群２０１は、第１の電極構成部である高電圧印加電極部１と、第２の電極構成部である接地電位電極部２との組合せにより構成され、接地電位電極部２は高電圧印加電極部１の下方に設けられる。

　高電圧印加電極部１は、第１の電極用誘電体膜である電極用誘電体膜１１と、電極用誘電体膜１１の上面上に形成される第１の金属電極である金属電極１０とを主要構成部として有している。高電圧印加電極部１は、電極用誘電体膜１１の上面上に金属電極１０と独立して形成され、導電性を有する金属製の補助導電膜１２をさらに有している。

　補助導電膜１２は、平面視して少なくとも一つのガス噴出孔２５と金属製の金属電極１０との間に設けられる。なお、金属製の補助導電膜１２は、平面視して少なくとも一つのガス噴出孔２５と重複しても良い。

　なお、金属電極１０及び補助導電膜１２は、例えばスパッタリング法や印刷焼成法を利用して電極用誘電体膜１１の上面上に設けられる。

　接地電位電極部２は、第２の電極用誘電体膜である電極用誘電体膜２１と電極用誘電体膜２１の下面上に形成される第２の金属電極である金属電極２０とを主要構成部として有している。

　なお、金属電極２０は、スパッタリング法や印刷焼成法等を利用して、電極用誘電体膜２１の下面上に設けられる。

　高電圧印加電極部１の電極用誘電体膜１１と接地電位電極部２の電極用誘電体膜２１とは図示しないスペーサー等により、予め定められた一定の間隔が設けられるように設置されている。

　そして、金属電極１０と金属電極２０との間に高周波電源９から交流電圧が印加される。具体的には、金属電極１０には高周波電源９から交流電圧が印加され、金属電極２０及び補助導電膜１２は、接地電位が付与される金属筐体３１を介して接地電位に設定される。

　電極用誘電体膜１１と電極用誘電体膜２１とが対向する誘電体空間内において、金属電極１０及び２０が平面視重複する領域を含んで放電空間６が設けられる。

　なお、電極用誘電体膜１１の上面、電極用誘電体膜２１の下面の形状は面一でもよく、所定の形状を設けても良い。例えば、電極用誘電体膜１１の上面において、金属電極１０と補助導電膜１２との間で沿面放電が発生しないように、障害となる凹凸形状を設けるようにしても良い。

　電極用誘電体膜２１は、活性ガス７を最終的に外部の処理空間６３に噴出するための少なくとも一つのガス噴出孔２５を有している。

　オリフィス部４０は、電極用誘電体膜２１の下方に設けられ、少なくとも一つのガス噴出孔２５に対応する少なくとも一つの貫通孔４９を有している。なお、オリフィス部４０は構成材料をセラミック、ガラス及びサファイアのうちの一つとしている。

　このような構成のガス発生装置２００において、金属電極１０及び２０間に、高周波電源９から交流電圧を印加して活性ガス生成用電極群２０１の放電空間６に誘電体バリア放電を発生させている。同時にガス供給口３２から金属筐体３１の筐体内空間３３内に原料ガス５を供給し、活性ガス生成用電極群２０１の外周部から内部に原料ガス５を流通させる。

　すると、ガス発生装置２００において、放電空間６内の原料ガス５が活性化されることにより活性ガス７が生成され、生成された活性ガス７は、上記誘電体空間内における放電空間６から少なくとも一つのガス噴出孔２５に至る経路である活性ガス流通経路を流れる。

　上記活性ガス流通経路を流れる活性ガス７は、少なくとも一つのガス噴出孔２５及びオリフィス部４０の貫通孔４９を経由して、ガスの流れ１５に沿って最終的に後段の処理空間６３に供給される。

　前提技術のガス発生装置２００において、上述したように、補助導電膜１２は平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられている。

　（前提技術の効果）
　このように、前提技術のガス発生装置２００は、以下の特徴(1)及び特徴(2)を有している。
　(1) 補助導電膜１２は平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられる。
　(2) 補助導電膜１２は接地電位に設定されている。

　本実施の形態のガス発生装置２００は、上記特徴(1)及び特徴(2)を有することにより、接地電位に設定された補助導電膜である補助導電膜１２によって、上記活性ガス流通経路における電界強度を緩和することができる。

　その結果、本実施の形態のガス発生装置２００は、オリフィス部４０の構造を変更することなく、上記活性ガス流通経路及びオリフィス部４０の下方に設けられる処理空間６３の電界強度を意図的に弱めることができるという効果を奏する。

　（前提技術の問題点）
　前提技術において、高電圧印加電極部１には高電圧が印加される金属電極１０と接地される補助導電膜１２とが互いに独立して形成されている。しかしながら、平面視してガス噴出孔２５を中心とした場合、補助導電膜１２は平面視して金属電極１０の内側に配置されている。

　補助導電膜１２を接地電位に設定するための第１の設定方法としては、補助導電膜１２と、金属筐体３１の底面あるいは側面とを、導電性を有する接続部材を用いて電気的に接続する方法が考えられる。

　第１の設定方法の場合、上記接続部材を筐体内空間３３内に設ける必要があるため、上記接続部材は金属電極１０を跨ぐ必要があるが、この際、上記接続部材と金属電極１０との間では当然のことながら確実な絶縁を取る必要がある。

　しかしながら、導電性を有する接続部材の周囲を様々な材料の絶縁部材で被覆することは好ましくない。なぜなら、接続部材を被覆する絶縁部材が蒸発した場合、蒸発した絶縁部材がそのまま放電空間６及び処理空間６３へと流れることになるからである。

　したがって、上記接続部材，金属電極１０間において確実な絶縁性を確保するためには、筐体内空間３３において金属電極１０から相当距離を離した上空で上記接続部材をまたがせる必要があり、その分、筐体内空間３３を広くする必要が生じるため、ガス発生装置２００の拡大を招く要因となる。

　接地電位に設定するための第２の設定方法としては、金属筐体３１の上面から、導電性を有する接続部材を用いて、補助導電膜１２との電気的に接続を図る方法である。第２の接地方法を採用した場合、金属筐体３１の蓋を閉じた際にバネ等の弾性部材を用いて、弾性部材によって接続部材を押し付ける態様（態様Ａ）、あるいは、金属筐体３１の蓋に貫通穴を設けて接続部材となる既存の導入端子を用いて接続する態様（態様Ｂ）が考えられる。

　しかしながら、第２の設定方法として、態様Ａ及び態様Ｂのいずれを採用しても、接続部材及びその周辺構造（弾性部材を用いる、金属筐体３１の上面に穴を設ける、接続部材として専用の導入端子を用いる等）の複雑化は避けられないという問題点があった。

　以下で述べる実施の形態１及び実施の形態２では、上述した前提技術の問題点を解消し、活性ガスが後段の処理空間に至るまでの領域における電界強度を意図的に弱め、かつ、比較的簡単な構成で第１の金属電極と補助導電膜との絶縁性を安定性良く確保することができる活性ガス生成装置を得ることを目的としている。

　＜実施の形態１＞
　（基本構成）
　図１はこの発明の実施の形態１である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を記している。実施の形態１の活性ガス発生装置１０１は、放電空間６に供給された原料ガス５（窒素ガス等）を活性化して得られる活性ガス７（窒素ラジカル等）を生成する活性ガス生成装置である。

　活性ガス発生装置１０１は、金属筐体３、ベースフランジ４、高電圧印加電極部１（補助導電膜１８を含む）、接地電位電極部２、及び電極押え部材８を主要構成部として含んでいる。

　金属筐体３は、接地電位に設定され、下方に開口部を有する金属製の筐体である。金属筐体３は金属製のベースフランジ４を底面とする態様でベースフランジ４に固定される。したがって、金属筐体３の開口部がベースフランジ４によって遮蔽され、金属筐体３及びベースフランジ４によって筐体内空間３３が形成される。

　金属筐体３の上方端部近傍にガス供給口３０が取り付けられ、ガス供給口３０から原料ガス５が筐体内空間３３に供給される。

　活性ガス発生装置１０１における筐体内空間３３に高電圧印加電極部１及び接地電位電極部２の積層構造が配置される。具体的には、ベースフランジ４の上面に金属電極２０が接触する態様で、ベースフランジ４の上面上に接地電位電極部２が配置される。

　すなわち、導電性を有するベースフランジ４は、金属電極２０を接触して接地電位電極部２を支持している。

　第１の電極構成部である高電圧印加電極部１と、第２の電極構成部である接地電位電極部２との組合せにより内部に放電空間６を有する電極対が構成され、接地電位電極部２は高電圧印加電極部１の下方に設けられる。

　高電圧印加電極部１は、第１の電極用誘電体膜である電極用誘電体膜１１と、電極用誘電体膜１１の上面上に形成される第１の金属電極である金属電極１０とを主要構成部として有している。高電圧印加電極部１は、電極用誘電体膜１１の上面上に金属電極１０と独立して形成され、金属製で導電性を有する補助導電膜１８をさらに有している。

　なお、金属電極１０及び補助導電膜１８は、例えばスパッタリング法や印刷焼成法を利用して電極用誘電体膜１１の上面上に設けられる。

　そして、金属電極１０と金属電極２０との間に高周波電源９から交流電圧が印加される。具体的には、金属電極１０には高周波電源９から交流電圧が印加され、金属電極２０はベースフランジ４を介して接地電位に設定される。

　電極用誘電体膜１１と電極用誘電体膜２１とが対向する誘電体空間となる閉鎖空間２８内において、金属電極１０及び２０が平面視重複する領域を含んで放電空間６が設けられる。

　なお、電極用誘電体膜１１の上面、電極用誘電体膜２１の下面の形状は面一でもよく、所定の形状を設けても良い。例えば、電極用誘電体膜１１の上面において、金属電極１０と補助導電膜１８との間で沿面放電が発生しないように、障害となる凹凸形状を設けるようにしても良い。

　電極用誘電体膜２１は、活性ガス７をベースフランジ４のガス噴出孔４３を介して下方（後段）の処理空間６３に噴出するための、複数のガス噴出孔２３（少なくとも一つのガス噴出孔）を有している。

　ベースフランジ４の一部は、金属電極２０を介することなく電極用誘電体膜２１の下方に存在し、複数のガス噴出孔２３に対応する複数のガス噴出孔４３（少なくとも一つのベースフランジ用ガス噴出孔）を有している。

　（高電圧印加電極部１）
　図２は図１で示した高電圧印加電極部１の上面構成を示す平面図であり、図３は高電圧印加電極部１の断面構造を示す断面図である。図２のＡ－Ａ断面が図３となる。図２及び図３それぞれにＸＹＺ直交座標系を記す。

　図１～図３に示すように、高電圧印加電極部１の電極用誘電体膜１１は平面視して円状を呈し、筐体内空間３３の原料ガス５を放電空間６に供給するためのガス供給口１３を中央部に有している。ガス供給口１３は電極用誘電体膜１１を貫通して形成される。

　金属電極１０は、平面視してガス供給口１３と重複することなく、ガス供給口１３を囲むように円環状に形成される。

　補助導電膜１８は、平面視して金属電極１０と重複することなく、電極用誘電体膜１１の外周に沿って、金属電極１０を囲むように円環状に形成される。

　（接地電位電極部２）
　図４は図１で示した接地電位電極部２の下面構成を示す平面図であり、図５は接地電位電極部２の断面構造を示す断面図である。図４のＢ－Ｂ断面が図５となる。図４及び図５それぞれにＸＹＺ直交座標系を記す。

　図１、図４及び図５に示すように、接地電位電極部２の金属電極２０は電極用誘電体膜２１の下面の中央領域において、平面視して円状に形成される。

　金属電極２０は平面視して金属電極１０を全て含むように形成されているため、金属電極２０と金属電極１０とが平面視して重複する放電空間６は、実質的に金属電極１０の形成領域によって規定される。

　接地電位電極部２の電極用誘電体膜２１は平面視して円状を呈し、放電空間６で生成された活性ガス７を下方に噴出するための複数のガス噴出孔２３（少なくとも一つのガス噴出孔）を有している。複数のガス噴出孔２３は各々が電極用誘電体膜２１を貫通して形成される。

　図４に示すように、複数のガス噴出孔２３は、平面視して、金属電極２０と重複することなく、金属電極２０を囲むように円周方向に沿って離散的に設けられる。

　電極用誘電体膜２１は、平面視して外周に沿って上方が突出した突出領域２１ｔを一体的に有している。

　したがって、図１及び図５に示すように、電極用誘電体膜１１の下面が電極用誘電体膜２１の突出領域２１ｔの上面に接触するように、電極用誘電体膜１１及び２１が積層される。すなわち、電極用誘電体膜１１の下面と突出領域２１ｔの上面との面同士が接触することにより電極用誘電体膜１１及び２１が積層される。

　その結果、電極用誘電体膜１１の下面と電極用誘電体膜２１の上面との間に、ガス供給口１３及び複数のガス噴出孔２３を除き、外部（筐体内空間３３，処理空間６３等）から遮断された閉鎖空間２８が形成される。

　この際、突出領域２１ｔの上面と電極用誘電体膜１１の下面とを、例えば、図示していないがＯリング等を用いてシールすることにより、外部との完全遮断された閉鎖空間２８を形成することができる。すなわち、筐体内空間３３と閉鎖空間２８とは放電空間６を供給するためのガス供給口１３のみを介して繋がっている。

　したがって、筐体内空間３３で異常放電が発生しても、閉鎖空間２８内に存在する放電空間６が悪影響を受けることはない。

　なお、突出領域２１ｔの電極用誘電体膜２１の上面からの突出高さによって放電空間６のギャップ長を規定することができる。

　また、電極用誘電体膜２１に突出領域２１ｔを一体的に形成する代わりに、突出領域２１ｔを電極用誘電体膜２１とは別部品で構成しても良い。

　この閉鎖空間２８が電極用誘電体膜１１及び２１が対向する誘電体空間となる。閉鎖空間２８内に放電空間６が設けられ、放電空間６は、金属電極１０及び２０内が平面視重複する領域を含んだ、閉鎖空間２８内の空間となる。

　金属電極１０はガス供給口１３と平面視して重複していないため、放電空間６は、平面視して、ガス供給口１３と重複することなく、金属電極１０の平面形状に沿って、ガス供給口１３を囲むように形成されることになる。

　複数のガス噴出孔２３は、平面視して、ガス供給口１３及び放電空間６（金属電極１０）と重複することなく、ガス供給口１３からの距離が放電空間６よりも遠くなるように配置され、閉鎖空間２８において放電空間６から複数のガス噴出孔２３それぞれに至る経路は活性ガス７が流通する活性ガス流通経路として規定される。

　したがって、補助導電膜１８は、ガス供給口１３を中心位置とした場合、平面視して、放電空間６より外側で、かつ、平面視して複数のガス噴出孔２３より内側に位置することになる。このため、補助導電膜１８は、平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複することになる。なお、図１に示すように、補助導電膜１８の一部は、平面視して複数のガス噴出孔２３と重複することが望ましい。なぜなら、上記活性ガス流通経路の終端部分の電界強度を確実に低下させることができるからである。

　また、複数のガス噴出孔２３の孔径を十分小さく設定することにより、複数のガス噴出孔２３にオリフィス機能を持たせることができる。なお、本明細書において、「オリフィス機能」とは、ガス通過部（ガス噴出孔２３）の通過前後の領域に関し、通過後の領域の圧力を通過前の領域の圧力より低下させる機能を意味している。

　（ベースフランジ４）
　図６は図１で示したベースフランジ４の下面構成を示す平面図であり、図７はベースフランジ４の断面構造を示す断面図である。図６のＣ－Ｃ断面が図７となる。図６及び図７それぞれにＸＹＺ直交座標系を記す。

　図１、図６及び図７に示すように、ベースフランジ４は平面視して円状を呈し、ベースフランジ４は複数のガス噴出孔４３（少なくとも一つのベースフランジ用ガス噴出孔）を有している。複数のガス噴出孔４３はそれぞれベースフランジ４を貫通している。また、金属製で導電性を有するベースフランジ４に接地電位が付与される。

　図６に示すように、複数のガス噴出孔４３は、平面視して、ガス供給口１３を囲むように円周方向に沿って離散的に設けられる。

　ベースフランジ４の複数のガス噴出孔４３は複数のガス噴出孔２３に対応し、上面において平面視して複数のガス噴出孔２３に合致する位置に形成される。すなわち、複数のガス噴出孔２３の直下に複数のガス噴出孔４３が設けられる。したがって、複数のガス噴出孔２３及び複数のガス噴出孔４３のうち、互いに対応関係にあるガス噴出孔２３の直下にガス噴出孔４３が設けられる。

　複数のガス噴出孔４３は、ベースフランジ４の上面から下面にかけて中心位置（ガス供給口１３が設けられる位置）の方向に傾きをもたせて形成される。

　したがって、ベースフランジ４の複数のガス噴出孔４３に関し、下面における形成位置は、上面における形成位置と比較して、平面視して内側となる。

　複数のガス噴出孔４３の孔径を十分小さく設定することにより、複数のガス噴出孔４３にオリフィス機能を持たせることができる。この場合、「オリフィス機能」とは、ガス通過部である複数のガス噴出孔４３の通過前後の領域に関し、通過後の領域の圧力を通過前の領域の圧力より低下させる機能を意味している。

　ただし、放電空間６で生成される活性ガスは圧力が低い方が長寿命となるため、複数のガス噴出孔４３と比較して、放電空間６により近い複数のガス噴出孔２３にオリフィス機能を持たせる方が望ましい。

　（電極押え部材８）
　図８は図１で示した電極押え部材８の上面構成を示す平面図であり、図９は電極押え部材８の断面構造を示す断面図である。図８のＤ－Ｄ断面が図９となる。図８及び図９それぞれにＸＹＺ直交座標系を記す。

　図１に示すように、金属製の電極補助部材である電極押え部材８は、補助導電膜１８を上方から押さえるための部材であり、平面視して円環状を呈し、補助導電膜１８の上面の一部に接触する態様で設けられる。

　図１及び図９に示すように、電極押え部材８は一体化された立設部位８ａと押圧部位８ｂとからなる。立設部位８ａは電極用誘電体膜１１及び２１の外周に沿って、電極用誘電体膜１１及び２１の側面から少し距離を隔てて、ベースフランジ４の上面上に立設している。押圧部位８ｂは立設部位８ａの上部から補助導電膜１８に向けて水平方向（Ｘ方向）に伸びて形成されている。

　図８に示すように、電極押え部材８の押圧部位８ｂは、電極用誘電体膜１１の外周に沿って所定の幅で内側に向けて形成され、上記所定の幅は、補助導電膜１８の上面の一部に接触し、かつ、平面視して金属電極１０と重複しない値に設定される。実施の形態１では、電極押え部材８の押圧部位８ｂは金属電極１０から絶縁距離ΔＤ１よりさらに離れて設けられる。したがって、電極押え部材８及び補助導電膜１８と金属電極１０とは電気的に独立している。

　図１に示すように、導電性を有する電極押え部材８は、立設部位８ａがベースフランジ４の上面に接触してベースフランジ４との電気的に接続を図り、かつ、立設部位８ａはベースフランジ４の上面上に固定される。

　前述したように、ベースフランジ４には接地電位が付与されているため、ベースフランジ４及び電極押え部材８を介することにより、比較的簡単に補助導電膜１８を接地電位に設定することができる。

　電極押え部材８は、補助導電膜１８を基準として金属電極１０の反対側に設けられているため、電極押え部材８が金属電極１０の上方を跨ぐことはない。

　さらに、補助導電膜１８は、金属電極１０からの絶縁距離ΔＤ１を十分に確保しており、電極押え部材８は絶縁距離ΔＤ１よりもさらに離れて形成されているため、補助導電膜１８及び電極押え部材８等を絶縁性部材で被覆する必要はない。

　（動作）
　このような構成の活性ガス発生装置１０１において、金属筐体３のガス供給口３０から筐体内空間３３内に供給された原料ガス５は、電極用誘電体膜１１のガス供給口１３のみから閉鎖空間２８内に供給される。

　そして、原料ガス５は、誘電体空間である閉鎖空間２８に含まれる放電空間６で活性化されることにより、活性ガス７が得られる。放電空間６より得られた活性ガス７はガスの流れ１５に沿って閉鎖空間２８内の上記活性ガス流通経路を流れた後、複数のガス噴出孔２３から下方のベースフランジ４に向けて噴出される。

　そして、複数のガス噴出孔２３から下方に噴出された活性ガス７は、複数のガス噴出孔２３に対応して設けられたベースフランジ４の複数のガス噴出孔４３に供給される。さらに、活性ガス７は、ガスの流れ１５に沿って複数のガス噴出孔４３から下方の処理空間６３へと供給される。このように、処理空間６３は活性ガス発生装置１０１の後段に設けられている。

　なお、図１では、複数のガス噴出孔２３と、複数のガス噴出孔４３との間に隙間が示されているが、実際は、Ｏリング等を用いて、複数のガス噴出孔２３と複数のガス噴出孔４３とは対応するガス噴出孔２３，４３間のみで活性ガス７が流通するようにシールされる。

　したがって、放電空間６で生成された活性ガス７のみが、ベースフランジ４のガス噴出孔４３から下方の処理空間６３に供給される。

　このように、接地電位電極部２とベースフランジ４との活性ガス７の流通経路もＯリング等を用いてシールすることによって、高電圧を印加する金属電極１０及び接地電位に設定される金属電極２０が晒される空間（筐体内空間３３（金属電極２０の端部側面と電極押え部材８の立設部位８ａとの間に形成される空間を含む））と、放電空間６との圧力を確実に切り分けることが可能となる。

　（効果）
　実施の形態１の活性ガス発生装置１０１において、電極補助部材である電極押え部材８を介して接地電位に設定される補助導電膜１８は、平面視して上記活性ガス流通経路の一部と重複するように設けられている。

　このため、活性ガス発生装置１０１は、接地電位に設定された補助導電膜１８によって、上記活性ガス流通経路における電界強度を緩和することができる。

　さらに、実施の形態１の活性ガス発生装置１０１において、補助導電膜１８は、平面視して金属電極１０（第１の金属電極）と重複することなく金属電極１０を囲んで形成されている。

　したがって、図１に示すように、金属電極１０の上方を跨がせることなく、電極押え部材８を介して補助導電膜１８を接地電位に設定することができるため、接地電位が設定される補助導電膜１８と交流電圧が印加される金属電極１０とを比較的容易に絶縁分離することができる。

　その結果、実施の形態１の活性ガス発生装置１０１は、活性ガス７が上記活性ガス流通経路及び複数のガス噴出孔４３を経て処理空間６３に至る領域の電界強度を意図的に弱め、かつ、比較的簡単な構成で金属電極１０と補助導電膜１８との絶縁性を安定性良く確保することができる効果を奏する。

　加えて、ベースフランジ４が絶縁体で構成されている場合でも、複数のガス噴出孔２３の下方（後段）に設けられる処理空間６３の電界強度を意図的に弱めることができる。

　さらに、高電圧印加電極部１，接地電位電極部２間に外部からシールされた閉鎖空間２８が誘電体空間として形成されている。このため、電極用誘電体膜１１のガス供給口１３の口径を十分狭く設定してオリフィス機能を持たせることにより、放電空間６を含む閉鎖空間２８と閉鎖空間２８外の空間となる筐体内空間３３との間に所望の圧力差を設けることができる。この場合、「オリフィス機能」とは、ガス通過部であるガス供給口１３の通過前後の領域に関し、通過後の領域の圧力を通過前の領域の圧力より低下させる機能を意味している。

　その結果、主として金属電極１０の上面が晒される空間となる筐体内空間３３の圧力を十分高くしても、放電空間６を含む閉鎖空間２８の圧力を比較的低く設定することができる。このため、筐体内空間３３の圧力を十分高くすることにより、筐体内空間３３におけるガスの絶縁破壊を効果的に抑制することができる。

　したがって、絶縁破壊の抑制効果を保ちつつ、筐体内空間３３を比較的狭く形成することにより、金属筐体３を小さく形成して活性ガス発生装置１０１の小型化を図ることができる。

　活性ガス発生装置１０１において、ベースフランジ４に固定される電極押え部材８によって補助導電膜１８を上方から押さえている。このため、活性ガス発生装置１０１は、電極押え部材８によって、ベースフランジ４上に高電圧印加電極部１及び接地電位電極部２を安定性良く固定することができる。

　具体的には、補助導電膜１８が金属電極１０の外周領域側に形成されているため、電極用誘電体膜１１の外周領域側に設けられた電極押え部材８によって、補助導電膜１８を比較的容易に押圧することができる。なお、電極押え部材８の押圧部位８ｂと補助導電膜１８の上面の一部とが接触した状態で固定する手段として、例えば、ボルト，ナット等を用いたネジ留めが考えられる。ベースフランジ４に固定された電極押え部材８の押圧部位８ｂと補助導電膜１８の上面の一部とをネジ留めすることにより、電極押え部材８によって補助導電膜１８を上方から押さえることができる。

　さらに、ベースフランジ４には接地電位が付与されているため、ベースフランジ４及び電極押え部材８を介して補助導電膜１８を接地電位に設定することができる。このため、金属電極１０の上方に接続部材を設けることなく、補助導電膜１８を接地電位に設定することができる。したがって、補助導電膜１８と金属電極１０との間の絶縁性を比較的簡単な構成で確保することできる。

　加えて、ベースフランジ４を介して比較的容易に第２の金属電極である金属電極２０を接地電位に設定することができる。また、ベースフランジ４が金属製であり導電性を有するため、下方の処理空間６３に電界が漏れることはない。

　さらに、複数のガス噴出孔４３（少なくとも一つのベースフランジ用ガス噴出孔）から活性ガス７を下方（後段）の処理空間６３に噴出することができるため、ベースフランジ４の存在が活性ガス７の噴出機能に支障を来すことはない。

　＜実施の形態２＞
　（基本構成）
　図１０はこの発明の実施の形態２である活性ガス生成装置の基本構成を示す説明図である。図１０にＸＹＺ直交座標系を記している。実施の形態２の活性ガス発生装置１０２は、活性ガス発生装置１０１同様、放電空間６に供給された原料ガス５を活性化して得られる活性ガス７を生成する活性ガス生成装置である。

　実施の形態２の活性ガス発生装置１０２は、ベースフランジ４がベースフランジ４Ｂに置き換わった点を除き、実施の形態１の活性ガス発生装置１０１と同様な構造を呈している。以下、実施の形態１の同一構成要素には、同一符号を付して説明を適宜省略する。

　活性ガス発生装置１０２は、金属筐体３、ベースフランジ４Ｂ、高電圧印加電極部１（補助導電膜１８を含む）、接地電位電極部２、及び電極押え部材８を主要構成部として含んでいる。

　（ベースフランジ４Ｂ）
　図１１は図１で示したベースフランジ４Ｂの下面構成を示す平面図であり、図１２はベースフランジ４Ｂの断面構造を示す断面図である。図１１及び図１２それぞれにＸＹＺ直交座標系を記す。

　図１、図１１及び図１２に示すように、ベースフランジ４Ｂは平面視して円状を呈し、上面に複数のガス供給口５１を有し、下面に複数の複数のガス噴出孔５４（複数のベースフランジ用ガス噴出孔）を有している。また、ベースフランジ４Ｂに接地電位が付与される。

　ベースフランジ４Ｂの上面は、平面視して、実施の形態１の複数のガス噴出孔４３と同様（図６参照）、ガス供給口１３を囲むように円周方向に沿って離散的に複数のガス供給口５１が設けられる。

　ベースフランジ４Ｂの複数のガス供給口５１は複数のガス噴出孔２３に対応し、上面において平面視して複数のガス噴出孔２３に合致する位置に形成される。すなわち、複数のガス噴出孔２３の直下に複数のガス供給口５１が設けられる。したがって、複数のガス噴出孔２３及び複数のガス供給口５１のうち、互いに対応関係にあるガス噴出孔２３の直下にガス供給口５１が設けられる。

　図１０及び図１２に示すように、複数のガス供給口５１はそれぞれ、ベースフランジ４Ｂの内部に設けられる中間領域５２に繋がり、この中間領域５２に複数のガス噴出孔５４がそれぞれ繋がっている。複数のガス供給口５１と中間領域５２との組合せ構造がガス中継通路５０となる。

　中間領域５２は、水平方向（Ｘ方向）に延在してベースフランジ４Ｂの内部に設けられる。したがって、複数のガス供給口５１に供給された活性ガス７は、中間領域５２経由して、最終的に複数のガス噴出孔５４から下方に噴出される。

　複数のガス噴出孔５４は、図１１に示すように、ベースフランジ４Ｂの下面に、平面視して放射状に分離配置された、いわゆるシャワープレート状に配置されている。

　複数のガス噴出孔５４の孔径を十分小さく設定することにより、複数のガス噴出孔５４にオリフィス機能を持たせることができる。なお、活性ガスは圧力が低い方が長寿命となるため、複数のガス噴出孔５４と比較して、放電空間６により近い複数のガス噴出孔２３にオリフィス機能を持たせるほうが望ましい。

　（動作）
　このような構成の活性ガス発生装置１０２において、実施の形態１の活性ガス発生装置１０１と同様、電極用誘電体膜２１の複数のガス噴出孔２３から下方に噴出された活性ガス７は、複数のガス噴出孔２３に対応して設けられたベースフランジ４Ｂの複数のガス供給口５１に供給される。

　さらに、活性ガス７は、複数のガス供給口５１から、中間領域５２を経由して、複数のガス噴出孔５４から下方の処理空間６３へと供給される。このように、処理空間６３は活性ガス発生装置１０２の後段に設けられている。

　（効果）
　実施の形態２の活性ガス発生装置１０２は、実施の形態１と同様、電極押え部材８及び補助導電膜１８を有するため、活性ガス７が上記活性ガス流通経路、ガス中継通路５０及び複数のガス噴出孔５４を経て処理空間６３に至る領域の電界強度を意図的に弱め、かつ、比較的簡単な構成で金属電極１０と補助導電膜１８との絶縁性を安定性良く確保することができる効果を奏する。

　活性ガス発生装置１０２において、ベースフランジ４Ｂに固定される電極押え部材８によって補助導電膜１８を上方から押さえている。このため、活性ガス発生装置１０２は、電極押え部材８によって、ベースフランジ４Ｂ上に高電圧印加電極部１及び接地電位電極部２を安定性良く固定することができる。

　加えて、ベースフランジ４Ｂには接地電位が付与されているため、ベースフランジ４Ｂ及び電極押え部材８を介して補助導電膜１８を接地電位に設定することにより、比較的簡単な構成で、金属電極１０との絶縁性を確保した状態で補助導電膜１８を接地電位に設定することができる。

　さらに、ベースフランジ４Ｂを介して比較的容易に第２の金属電極である金属電極２０を接地電位に設定することができる。また、ベースフランジ４が金属製であり導電性を有するため、下方の処理空間６３に電界が漏れることはない。

　加えて、ベースフランジ４Ｂは、ガス中継通路５０を経由して、複数のガス噴出孔５４（複数のベースフランジ用ガス噴出孔）から活性ガス７を下方の処理空間６３に噴出することができるため、ベースフランジ４Ｂの存在が活性ガス７の噴出機能に支障を来すことはない。

　さらに、ベースフランジ４Ｂの複数のガス噴出孔５４は、平面視して放射状に分離配置、すなわち、シャワープレート状に配置されているため、活性ガス７の噴出対象となる処理空間６３内のウェハ等の被処理物に対し、全面に均一な活性ガス７を噴出することができる。

　＜その他＞
　また、上述した実施の形態の活性ガス発生装置１０１及び１０２で用いる原料ガス５は、水素、窒素、酸素、弗素、塩素ガスのうち少なくとも一つを含むガスであることが望ましい。

　上述したガスを原料ガスとすることにより、窒化膜・酸化膜などの成膜処理、エッチングガスや洗浄ガスの生成、表面改質処理が可能となる。

　以下、この点を詳述する。窒素や酸素を原料ガス５とすれば窒化膜や酸化膜の絶縁膜を成膜することができる。弗素や塩素ガスを原料ガス５とすれば、活性化した弗化ガスや塩素ガスをエッチングガスや洗浄ガスとして利用することができる。水素や窒素を原料ガス５とすれば、活性化した水素ガスや窒化ガスによって基板等の所定対象物の表面を水素化、窒化して表面改質処理が行える。

　なお、上述した実施の形態では、電極用誘電体膜１１、金属電極２０、電極用誘電体膜２１、ベースフランジ４，４Ｂの平面形状を円状としたが、矩形状等の他の平面形状で形成しても良い。

　また、上述した実施の形態では、電極押え部材８、補助導電膜１８の平面形状を円環状としたが、内部の空間を有する矩形状等、他の平面形状で形成しても良い。

　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

　１　高電圧印加電極部
　２　接地電位電極部
　３　金属筐体
　４，４Ｂ　ベースフランジ
　５　原料ガス
　６　放電空間
　７　活性ガス
　８　電極押え部材
　１０，２０　金属電極
　１１，２１　電極用誘電体膜
　１３　ガス供給口
　１８　補助導電膜
　２３，４３，５４　ガス噴出孔
　２８　閉鎖空間
　１０１，１０２　活性ガス発生装置

Claims

　放電空間に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスを生成する活性ガス生成装置であって、
　第１の電極構成部と
　前記第１の電極構成部の下方に設けられる第２の電極構成部とを備え、
　前記第１の電極構成部は、第１の電極用誘電体膜と前記第１の電極用誘電体膜の上面上に形成される第１の金属電極とを有し、前記第２の電極構成部は、第２の電極用誘電体膜と前記第２の電極用誘電体膜の下面上に形成される第２の金属電極とを有し、前記第１の金属電極に交流電圧が印加され、前記第２の金属電極が接地電位に設定され、前記第１及び第２の電極用誘電体膜が対向する誘電体空間内において、前記第１及び第２の金属電極が平面視して重複する領域を前記放電空間として含み、
　前記第１の電極用誘電体膜は、前記原料ガスを前記放電空間に供給するためのガス供給口を中央部に有し、前記ガス供給口は平面視して前記第１の金属電極と重複することなく設けられ、
　前記第２の電極用誘電体膜は、前記活性ガスを下方に噴出するための少なくとも一つのガス噴出孔を有し、
　前記第１の電極構成部は、前記第１の電極用誘電体膜の上面上に前記第１の金属電極と独立して形成される補助導電膜をさらに有し、
　前記放電空間は、平面視して、前記ガス供給口と重複することなく、前記ガス供給口を囲むように形成され、
　前記少なくとも一つのガス噴出孔は、平面視して、前記ガス供給口及び前記放電空間と重複することなく、前記ガス供給口からの距離が前記放電空間よりも遠くなるように配置され、前記誘電体空間において前記放電空間から前記少なくとも一つのガス噴出孔に至る経路が活性ガス流通経路として規定され、
　前記補助導電膜は、平面視して前記第１の金属電極と重複することなく前記第１の金属電極を囲み、かつ、平面視して前記活性ガス流通経路の一部と重複し、
　前記活性ガス生成装置は、
　前記補助導電膜の上面の一部に接触して設けられ、導電性を有する電極補助部材をさらに備え、
　前記補助導電膜は前記電極補助部材を介して接地電位に設定される、
活性ガス生成装置。
　請求項１記載の活性ガス生成装置であって、
　前記第２の電極用誘電体膜は、平面視して外周に沿って上方が突出した突出領域を有し、
　前記第１の電極用誘電体膜の下面が前記第２の電極用誘電体膜の前記突出領域の上面に接触するように、前記第１及び第２の電極用誘電体膜が積層され、前記第１の電極用誘電体膜の下面と前記第２の電極用誘電体膜の上面との間に外部から遮断された閉鎖空間が前記誘電体空間として形成される、
活性ガス生成装置。
　請求項１または請求項２記載の活性ガス生成装置であって、
　前記第２の電極構成部の下方に設けられ、前記第２の金属電極と接触して前記第２の電極構成部を支持し、導電性を有するベースフランジをさらに備え、
　前記ベースフランジは、前記少なくとも一つのガス噴出孔から噴出される活性ガスを下方に噴出するための少なくとも一つのベースフランジ用ガス噴出孔を有し、
　前記電極補助部材は、前記ベースフランジに電気的に接続される状態で、前記ベースフランジに固定され、
　前記ベースフランジには接地電位が付与される、
活性ガス生成装置。
　請求項３記載の活性ガス生成装置であって、
　前記ベースフランジに設けられる前記少なくとも一つのベースフランジ用ガス噴出孔は、複数のベースフランジ用ガス噴出孔を含み、複数のベースフランジ用ガス噴出孔は平面視して放射状に分離配置される、
活性ガス生成装置。