活性ガス生成装置およびリモートプラズマ型成膜処理装置
【課題】被処理材に対するダメージを完全になくすことができ、活性ガスを効率的に取り出すことができる、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供する。
【解決手段】活性ガス生成装置７００は、少なくとも１以上の電極セル１，２と、電極セル１，２に交流電圧を印加する電源部と、電極セルを囲繞する筐体１６，１６１と、外部から筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部２０とを、備えている。そして、電極セル１，２は、第一の電極１と、誘電体を有する第二の電極２とを備えている。さらに、第一の電極１は、誘電体および空間ギャップ（放電空間）１００を隔てて、第二の電極２と対面しており、電極セル１，２の平面視における中心領域には、ガス取り出し部１ｄが形成されている。
【解決手段】活性ガス生成装置７００は、少なくとも１以上の電極セル１，２と、電極セル１，２に交流電圧を印加する電源部と、電極セルを囲繞する筐体１６，１６１と、外部から筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部２０とを、備えている。そして、電極セル１，２は、第一の電極１と、誘電体を有する第二の電極２とを備えている。さらに、第一の電極１は、誘電体および空間ギャップ（放電空間）１００を隔てて、第二の電極２と対面しており、電極セル１，２の平面視における中心領域には、ガス取り出し部１ｄが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原料ガスから活性ガス（放電ガス）を生成することができる活性ガス生成装置、および、活性ガスの生成と当該活性ガスを用いた成膜処理とを別装置で実行することができるリモートプラズマ型成膜処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造には、プラズマ装置が多々使用されている。例えばＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置においては、熱ＣＶＤ装置よりもプラズマＣＶＤ装置の方が、成膜温度を低くできるなどの利点がある。また、プラズマを利用した成膜処理としては、ＣＶＤに留まらず、プラズマ窒化、プラズマ酸化、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがある。
【０００３】
たとえば、ゲート絶縁膜などを構成する窒化膜（ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなど）を半導体基板に成膜する場合には、以下の技術が一般的に採用されている。つまり、ＮＨ3（アンモニア）やＮ2などのガスをプラズマを利用して、ラジカル窒素（活性窒素ガス）を生成する。そして、当該ラジカル窒素が生成された装置内において、半導体基板を当該ラジカル窒素に晒す。
【０００４】
しかしながら、上記技術を採用した場合には、半導体基板がプラズマに直接晒されるため、当該半導体基板にダメージを与えるという問題が生じる。
【０００５】
そこで、当該プラズマによる半導体基板（被処理材）へのダメージを軽減することができる先行技術として、リモートプラズマ型成膜処理装置が存在する（たとえば、特許文献１，２）。
【０００６】
特許文献１では、プラズマ生成領域と被処理材処理領域とが、隔壁（プラズマ閉込電極により分離されている。具体的に、特許文献１では、高周波印加電極と基板の設置された対向電極との間に当該プラズマ閉込電極を設けることで、中性活性種だけを基板上に取り出す構造となっている。
【０００７】
また、特許文献２では、リモートプラズマ源において原料ガスをプラズマにより活性化させている。ここで、ガスの流路は、当該リモートプラズマ源内において周回されている。リモートプラズマ源において生成された活性ガスは放出され、供給路を介して、被処理材の反応室へと供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５６２８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の場合には、被処理材に対するプラズマダメージの抑制は完全ではなく、また装置構成が複雑になる。これに対して、特許文献２の場合には、リモートプラズマ源内において発生した活性ガスは、当該リモートプラズマ源内を周回し、供給路を介して、被処理材の反応室に到達する。つまり、当該活性ガスが被処理材に到達するまでには、長距離を要する。したがって、活性ガスの寿命が短いために、効率的に活性ガスを反応室に供給することができない。
【００１０】
なお、特開２００３−１６０３０９号公報に記載されているオゾン発生器を、リモートプラズマ型成膜処理装置におけるプラズマ生成領域として活用できる。しかし、当該特許文献に係る技術の場合にも、ガスの経路は、電極全体内部を横方向にマニホールドブロックまで延設され、装置下部のガス出口から送出されている。したがって、活性ガス（オゾン）の伝達経路は長距離を要するので、上記同様に、効率的に活性ガスを反応室に供給することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、被処理材に対するダメージを完全になくすことができ、活性ガスを効率的に取り出すことができる、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供することを目的とする。さらに、当該活性ガス生成装置と成膜処理装置とから構成されるリモートプラズマ型成膜処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の活性ガス生成装置は、少なくとも１以上の電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体と、前記筐体に形成され、外部から前記筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部とを、備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体を有する第二の電極とを、備えており、前記第一の電極は、前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記第二の電極と対面しており、前記電極セルの平面視における中心領域には、ガス取り出し部が形成されている。
【００１３】
また、請求項２４に記載のリモートプラズマ型成膜処理装置は、原料ガスをプラズマにより励起して活性ガスを生成する、請求項１乃至２３の何れかに記載の活性ガス生成装置と、前記活性ガス生成装置の下方において当該活性ガス生成装置と装着可能であり、前記ガス取り出し部から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体に所定の膜を成膜する処理装置とを、備えている。
【発明の効果】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の活性ガス生成装置は、第一の電極は、誘電体および空間ギャップを隔てて、第二の電極と対面している。そして、電極セルの平面視における中心領域には、ガス取り出し部が形成されている。
【００１５】
したがって、原料ガスから生成される活性ガスは電極セルの端まで横断して伝播されず、電極セルの中心領域まで伝播されるのみである。つまり、電極セルで生成した活性ガスは、非常に短い距離で活性ガス取り出し部から取り出すことできる。よって、電極セルの放電領域を十分に活用しつつ、生成された活性ガスの余計な減衰を極力抑えることできる。
【００１６】
また、当該活性ガス生成装置では、電極セルにおいて誘電体バリア放電による高周波プラズマを利用して、原料ガスから活性ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、活性ガス生成装置における筐体内を真空状態にする必要もない。これにより、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供することができる。
【００１７】
また、請求項２４に記載のリモートプラズマ型成膜処理装置は、活性ガス生成装置と処理装置とは、別装置である。つまり、プラズマ生成領域と反応処理領域とは分離されている。
【００１８】
したがって、プラズマ生成領域において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材に衝突することを防止できる。これにより、被処理材に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。また、処理装置のコンパクト化が実現でき、かつ安価なリモートプラズマ型成膜処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図２】電極セルの構成を示す分解斜視図である。
【図３】第一の電極の構成を示す斜視図である。
【図４】誘電体バリア放電の原理を説明するための図である。
【図５】誘電体バリア放電の原理を説明するための図である。
【図６】実施の形態３に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態４に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態５に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態６に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図１０】放射プレートの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００２１】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７００の断面構成を模式的に表した図である。また、図２は、図１の点線で囲われた領域Ｐの構成を示す分解斜視図である。さらに、図３は、図１，２で示した第一の電極１の構成を示す斜視図である。これら図１〜３を用いて、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７００の構成を説明する。
【００２２】
ここで、本明細書内においては、第一の電極１と誘電体を有する第二の電極２とが空間ギャップ（放電空間）を介して対面している構成を、電極セル１，２と称する。また、図１の上下方向における高圧冷却板５から第一の電極１までの構成（５，４，３，２，１）を、放電ユニット５〜１と称する。さらに、図１の上下方向における高圧冷却板５から他の高圧冷却板５までの構成（５，４，３，２，１，２，３，４，５）を、放電ユニット対５〜５と称する。
【００２３】
まず、図１を用いて、活性ガス生成装置７００全体の構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、活性ガス生成装置７００を構成する筐体１６，１６１は、装置基台１６とチャンバー１６１とにより構成されている。装置基台１６は、チャンバー１６１によって覆われて外部と遮断されている。換言すれば、筐体１６，１６１内は気密状態となっている。
【００２５】
図１に例示する構成では、筐体１６，１６１内において、放電ユニット対５〜５が３対分積層して設置されている。そして、当該積層構造の放電ユニット対５〜５は、装置基台１６上に設置されている。つまり、本発明に係る活性ガス生成装置７００では、当該筐体１６，１６１に囲繞されるように、少なくとも１以上の電極セル１，２が当該筐体１６，１６１内に配設されている。ここで、図１に例示した構成では、６つの電極セル１，２が、図１の上下方向に積層した状態で、筐体１６，１６１内に配設されている。
【００２６】
また、冷却材（たとえば冷却水）は、装置基台１６に設けられた冷却材出入部１９から取り入れられ、連結ブロック９を介して、各第一の電極１の内部および各高圧冷却板５の内部へと導かれ、その後再び冷却材出入部１９から放出される。
【００２７】
第一の電極１と連結ブロック９との間には、オーリング１１が設けられている（図１，２参照）。また、高圧冷却板５と連結ブロック９と間にも、オーリング１１が設けられている（図１参照）。高圧冷却板５−連結ブロック９−第一の電極１−連結ブロック９−高圧冷却板５の順番に、オーリング１１を介して図１の上下方向に積み重ねている。そして、当該積み重ねたものを一体的に、冷却材分配セル締め付けボルト１３を用いて、装置基台１６に対して押さえ込むように固定する。
【００２８】
これにより、冷却材出入部１９から流れ込んだ冷却材は、連結ブロック９、高圧冷却板５および第一の電極１内における気密状態の冷却材流路のみを循環し、筐体１６，１６１内の当該冷却材流路以外の領域には漏れ出さない。
【００２９】
また、原料ガスは、装置基台１６に設けられた原料ガス供給部２０より、外部から筐体１６，１６１内に供給される。当該原料ガス供給部２０から原料ガスとして、たとえば、窒素ガスまたは窒素化合物ガス（ＮＨ3やＮＯ2など）が供給される。または、当該原料ガス供給部２０から原料ガスとして、たとえば、酸素ガスまたは酸素化合物ガス（オゾン、水蒸気やＮＯ2など）が供給される。
【００３０】
筐体１６，１６１内に供給され、当該筐体１６，１６１内に充満した原料ガスは、円形形状を有する各電極セル１，２の外周方向から、各電極セル１，２において形成された各空間ギャップ（放電空間）１００内に侵入する。ここで当該空間ギャップ（放電空間）１００（つまり、第一の電極１−第二の電極２間の距離）は、０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。
【００３１】
ところで、電極セル１，２に電圧を印加すると、図４に示すように、放電空間１００内に放電柱Ｈａが発生する。したがって、交流電源部１７によって、各電極セル１，２に交流高電圧（例えばＶｏｐ＝３ｋＶ、１０ｋＨｚ）を印加する。すると結果として、図５に示すように、各電極セル１，２における各放電空間１００内に、誘電体バリア放電（無声放電）が均一に形成される。図５に示すように、当該誘電体バリア放電（プラズマ密度１０9〜１０11個／ｃｍ3）により、各放電空間１００内に侵入した原料ガスは励起され、活性ガス（ラジカルガス）が生成される。生成される活性ガス密度は、１０14〜１０18個／ｃｍ3程度である。ここで、図４，５は、電極セル１，２の一部分を図示したものである。
【００３２】
各電極セル１，２において生成された活性ガスは、平面視形状が円形である各電極セル１，２の中心領域から放出され、各電極セル１，２の中心に存するガス通路管２１において合流する（図１参照）。ガス通路管２１の構成は、下記の通りである。
【００３３】
絶縁板４とリング７との間には、オーリング１０が設けられている（図１参照）。また、第二の電極２とリング７と間にも、オーリング１０が設けられている（図１，２参照）。各電極セル１，２同士（または放電ユニット対同視）を、図１の上下方向に積層されることにより、ガス通路管２１が形成される（図１参照）。
【００３４】
つまり、各放電ユニット対５〜５の中心部では、図１の上下方向において、高圧冷却板５−絶縁板４−リング７−第二の電極２−スペーサ６−第一の電極１−スペーサ６−第二の電極２−リング７−絶縁板４−高圧冷却板５の順番に積み重ねられている。
【００３５】
そして、当該積み重ねたものを一体的に、オーリング１０を介して、電極セル締め付けボルト１２を用いて、装置基台１６に対して押さえ込むように固定する。なお、当該積層体の上部と電極セル締め付けボルト１２との間には、締め付け板８が介在している。当該締め付けにより、ガス通路管２１の内部が気密状態となり、筐体１６，１６１内におけるガス通路管２１以外の空間と離隔される。
【００３６】
上記記載から分かるように、ガス通路管２１は、各放電ユニット対５〜５（換言すれば、電極セル１，２）の中心において、上記の積層方向に延設している。また、ガス通路管２１の側面部は、高圧冷却板５−絶縁板４−リング７−第二の電極２−スペーサ６−第一の電極１−スペーサ６−第二の電極２−リング７−絶縁板４−高圧冷却板５で構成される。
【００３７】
ガス通路管２１において合流した活性ガスは、当該ガス通路管２１の端部である装置基台１６に設けられたガス吹き出し板１４から、筐体１６，１６１の外部へと放出される。ガス吹き出し板１４の直下には、図示しない処理装置内に配置された被処理材１８が存在する。当該被処理材１８に対して活性ガスを当てることにより、当該被処理材１８に対して所定の表面処理（成膜処理）が行える。
【００３８】
なお、当該図示しない処理装置は、活性ガス生成装置７００の下方において当該活性ガス生成装置７００と装着可能である。また、上記の通り、当該処理装置は、ガス取り出し部１ｂ，１ｄ（または、ガス通路管２１）から送出される活性ガスを用いて、内部に配置された被処理材１８に所定の膜を成膜することができる装置である。つまり、活性ガス生成装置７００と当該処理装置とにより、リモートプラズマ型成膜処理装置が構成されている。
【００３９】
各高圧電極３は、絶縁板４を介して高圧冷却板５に接続される。当該絶縁板４により、筐体１６，１６１と高圧電極３とは電気的に絶縁される。また、上述のように、第一の電極１と同様に高圧冷却板５内において冷却材を循環させさせることで、絶縁板４を介して間接的に高圧電極３が冷却される。
【００４０】
次に、図２を用いて、電極セル１，２等の詳細な構成について説明する。
【００４１】
各電極セル１，２は、第一の電極１と、誘電体２ａを有する第二の電極２とから構成されている。具体的には、図２の構成では、一つの第一の電極１と二つの第二の電極２とから、二つの各電極セル１，２が構成されている。
【００４２】
第一の電極１は、誘電体２ａおよび放電空間１００を隔てて、第二の電極２と対面している。さらに、電極セル１，２の平面視における中心領域には、ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成されている。具体的な電極セル１，２の構成、下記の通りである。
【００４３】
図２に示すように、第一の電極１と第二の電極２とが対面する範囲（つまり、放電が発生する放電領域）における、第一の電極１および第二の電極２の平面視形状は、円形である。
【００４４】
第一の電極１の両面上には、所定のパターンのスペーサ６が形成される。ここで、図２には、図面の都合により、第一の電極１の一方の主面に形成されたスペーサ６のみが図示されており、第一の電極１の他方の主面に形成されているスペーサ６は図示が省略されている。
【００４５】
具体的に、第一の電極１の両面上には各々、放射線状の複数のスペーサ６と、ガス通路管２１を囲繞するスペーサ６とが形成されている。当該スペーサ６は、所定のパターンのマスクを用いた、第一の電極１の両主面に対する溶射によって作成しても良い。または、単に所定のパターンの金属を、第一の電極１の両主面に固着させることにより形成しても良い。
【００４６】
また、平面視形状が円形である第一の電極板１の当該円形の中心領域には、ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成されている。各電極セル１，２が備える各ガス取り出し部１ｂ，１ｄは、前記円形の中心において上下方向に延設されたガス通路管２１に、各々連通している。
【００４７】
また、第一の電極１には、当該第一の電極１内を循環する冷却材の出入り口となる部分１ｍが、当該第一の電極１と一体的に設けられている。図２に示すように、部分１ｍは、円形形状の第一の電極１から延設しており、連接ブロック９と接合される。
【００４８】
なお、当該第一の電極１は、たとえば、ステンレス材、アルミニウム、またはアルミニウム合金から構成されている。
【００４９】
第二の電極２は、誘電体２ａと金属薄膜２ｄとから構成されている。誘電体２は、たとえば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから構成されており（リング７も同様）、当該誘電体２の厚さは０．３〜１．０ｍｍ程度である。誘電体２ａの高圧電極３と接続する側の主面に、金などの金属薄膜２ｄが形成されている。当該金属薄膜２ｄにより、第二の電極２と高圧電極３との接触部分におけるギャップの発生を防止し、第二の電極２と高圧電極３との接触面積が増大させることができる。
【００５０】
各電極セル１，２において、第一の電極１が上下方向から、スペーサ６を介して、各第二の電極２により挟持される。つまり、第一の電極１の第一の主面は、一方の第二電極２が有する誘電体２ａおよび放電空間１００を隔てて、当該一方の第二の電極２と対面している。また、当該第一の電極１の第二の主面は、他方の第二電極２が有する誘電体２ａおよび放電空間１００を隔てて、当該他方の第二の電極２と対面している。
【００５１】
つまり、放電空間１００は、第一の電極１と第二の電極２（より具体的には誘電体２ａ）とが、スペーサ６によって離隔されることにより形成される。したがって、当該スペーサ６の厚みが、放電空間１００の上下方向の寸法となる。上記のように、放電空間１００のギャップ幅は、０．０５〜２．０ｍｍであることが望ましいので、スペーサ６の厚みは、０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましいことが分かる。
【００５２】
各電極セル１，２において、誘電体２ａを有する第二の電極２は、各高圧電極３に接している。そして、各高圧電極３は、電気供給端子１５を介して、交流電源部１７の一方の端子に接続される（図１，２参照）。また、図１に示すように、交流電源部１７の他方の端子は、当該装置基台１６および冷却材連結ブロック９を介して、第一の電極１に電気的に接続される。
【００５３】
当該交流電源部１７との接続状態において、交流電源部１７によって、交流高電圧（例えばＶｏｐ＝３ｋＶ、１０ｋＨｚ）を電極セル１，２に印加する。すると、図５を用いて説明したように、各放電空間１００（放電ギャップ）に誘電体バリア放電（無声放電）が均一に形成される。上述したように、原料ガスは、平面視形状が円形である各電極セル１，２の外周方向から、当該誘電体バリア放電場となる各放電空間１００内に侵入する。すると、高周波プラズマにより原料ガスが励起され、活性ガス（ラジカルガス）が生成される。
【００５４】
当該生成された活性ガスは、円形状の電極セル１，２の外側から内側（当該円形の中心）に向かって伝播される。つまり、円形状の電極セル１，２において、逆放射状にガス（原料ガスおよび生成された活性ガス）は伝播する。そして、伝播された活性ガスは、ガス取り出し部１ｂ，１ｄを介して、ガス通路管２１に送り出される。なお、ガス通路管２１はスペーサ６により囲繞されているので、活性ガスは、常にガス取り出し部１ｂ，１ｄを介して、ガス通路管２１に送出されることになる。ここで、当該ガス通路管２１内には、生成された活性ガスのみならず、高周波プラズマにより励起しなかった原料ガスも送出される。
【００５５】
次に、図３を用いて、第一の電極１の構成を具体的に説明する。
【００５６】
第一の電極１および当該第一の電極１と一体的に設けられた部分１ｍは、二つの電極板１ａを重ね合わせることにより構成される。各電極板１ａの厚さは、約１ｍｍ程度の薄板である。各電極板１ａにおいて、第二の電極２と対面する側の主面には、上記スペーサ６が形成されている。
【００５７】
スペーサ６が形成されない側の各電極板１ａの面は、ハーフエッチング等で所定のパターンの掘り込みが形成されている。当該掘り込みの深さは、０．５ｍｍ程度である。さらに、フルエッチング等により、各電極板１ａの上記中央領域付近に、複数の貫通孔を設ける。上記所定のパターン同士が対面するように、二つの電極板１ａを重ね合わせ、重ね合わせ面をロー付けもしくは拡散接合する。これにより、一つの第一の電極１が形成される。
【００５８】
ここで、当該第一の電極１の内部には、上記所定のパターンに起因して、冷却材が流動する冷却材流路１ｒが形成される。さらに、上記所定のパターンおよび上記貫通孔に起因して、複数（図３では、５つ）の上記ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成される。なお、図３では、第一の電極１内部に形成される冷却材流路１ｒおよび後述するガス流路部１ｄは、点線にて輪郭を図示している。
【００５９】
冷却材流路１ｒは、冷却材が第一の電極１内を循環するように、第一の電極１内に形成される。なお、当該冷却材は、部分１ｍの穴１９ａを介して連結ブロック９から第一の電極１内に流入し、部分１ｍの穴１９ｂを介して第一の電極１内から連結ブロック９に流出する。当該冷却材流路１ｒに流れる冷却材は、放電によって生じたガスの発熱を第一の電極１を介して取り去り、放電ガス自身を冷却させることができる。なお、図３では図示を省略しているが、冷却材流路１ｒ内に均等に冷却材が流れるように、所定の仕切り等が形成されている。
【００６０】
ここで、第一の電極１と同様に高圧冷却板５内部においても冷却材が循環する構造を有しており、各高圧冷却板５内部に冷却材を循環させることにより、放電によって生じた高圧電極３の熱を絶縁板４を介して間接的に吸収することができる。
【００６１】
各ガス取り出し部１ｂ，１ｄは、第一の電極１の両面に設けられたガス流入口１ｂと、第一の電極１内部に配設されたガス流路部１ｄとから構成される。上記ガス流入口１ｂは、上記貫通孔に起因して形成され、ガス通路管２１を囲繞するスペーサ６の外周外側に複数形成される。また、ガス流路部１ｄは、上記所定のパターンに起因して形成され、前記ガス流入口１ｂとガス通路管２１との間を連接する。ここで、当該流路部１ｄは、直線的でなく、螺旋状に配設されている。したがって、放電空間１００内で発生した活性ガスは、各ガス流入口１ｂへと流れ込み、各ガス流路部１ｄにより螺旋流となって、ガス通路管２１にて合流する。
【００６２】
ここで、第一の電極１内部において、冷却材流路１ｒと各ガス流路部１ｄとは、合流せず、別個独立に各々形成される。
【００６３】
なお、図３に示す符号１３ａは、冷却材分配セル締め付けボルト１２が貫通する穴である。
【００６４】
次に、上記で記載した構成を有する活性ガス生成装置７００の効果を説明する。
【００６５】
活性ガスの寿命は、非常に短い場合が多い。たとえば、窒素の活性種としてＮ2（Ａ）、Ｎ2（Ｂ）またはＮが考えられるが、その半減期は大気圧下において〜数ｍｓｅｃ程度である。したがって、生成した活性ガスを長距離隔てた被処理材まで伝播させた構成の場合には、当該活性ガスが途中で消滅し、被処理材において活性ガスを効率的に取り出すことができない。
【００６６】
本実施の形態では、電極セル１，２の外周部から原料ガスを取り込み、当該電極セル１，２に交流電圧を印加し、誘電体バリア放電により放電空間１００において活性ガスを生成している。そして、電極セル１，２の平面視における中心領域には、ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成されており、当該ガス取り出し部１ｂ，１ｄから活性ガスを抽出する構成となっている。
【００６７】
このように、活性ガスは電極セル１，２の端まで横断して伝播されず、電極セル１，２の中心領域まで伝播されるのみである。したがって、放電空間１００で生成した活性ガスは、非常に短い距離で活性ガス取り出し部１ｂ，１ｄから取り出すことできる。よって、電極セル１，２の放電領域を十分に活用しつつ、生成された活性ガスの余計な減衰を極力抑えることでき、被処理材１８において効率的に活性ガスを取り出すことができる。つまり、活性ガスの高濃度を維持したまま、被処理材１８に活性ガスを到達させることができる。
【００６８】
また、本願発明では、リモートプラズマ型成膜処理装置を提供している。つまり、原料ガスから活性ガスを生成する活性ガス生成装置７００と、当該生成した活性ガスを用いて被処理材１８に対して成膜処理を行う処理装置とは、別個独立の装置である。
【００６９】
このように、プラズマ発生源と処理領域とは完全に分離しているので、プラズマ源において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材１８に衝突することを防止できる。これにより、被処理材１８に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、電極セル１，２において、マイクロ波でなく、誘電体バリア放電による高周波プラズマを利用して、活性ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、活性ガス生成装置７００における筐体１６，１６１内を真空状態にする必要もない。これにより、簡易な構成である活性ガス生成装置７００を提供することができる。
【００７１】
また、本実施の形態では、電極セル１，２の平面視形状は円形である。つまり、第一の電極１と第二の電極２とが対面する範囲である放電領域における、第一の電極１および第二の電極２の平面視形状は、円形である。
【００７２】
したがって、電極セル１，２の外周部から中心部までの距離を、全範囲において等距離で最短距離とすることができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、１つの第一の電極１を二つの電極２で挟み込む構成により、二つの電極セル１，２を構成している。
【００７４】
したがって、より少ない構成により、より多くの電極セル１，２を構成できる。よって、活性ガス生成装置１００の小型化および製造コストの削減を図ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、複数の電極セル１，２は、積層状態で配置されおり、各電極セル１，２が備える各ガス取り出し部１ｂ，１ｄに連通しており、電極セル１，２の中心において前記積層方向に延設されたガス通路管２１を備えている。
【００７６】
したがって、複数の電極セル１，２から活性ガスを生成させることができ、当該活性ガス通路管２１において当該活性ガスを合流させることができる。よって、当該活性ガス通路管２１において、大流量の活性ガスを取り出すことができるので、当該大流量の活性ガスを被処理材１８に晒すことが可能となる。なお、電極セル１，２は上下方向に積層されているので、活性ガス生成装置７００の占有面積を増大させることなく、活性ガスの生成量を大幅に増大させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態では、第一の電極１内部には、冷却材が流動できる冷却材流路１ｒが形成されている。したがって、誘電体バリア放電により電極セル１，２で発生した熱を、放熱することができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、各電極セル１，２が備えるガス取り出し部１ｂ，１ｄは、複数であり、各ガス取り出し部１ｂ，１ｄは、第一の電極１に設けられたガス流入口１ｂと、第一の電極１内に配設されたガス流路部１ｄとから構成されている。ここで、当該ガス流路部１ｄは、ガス流入口１ｂとガス通路管２１との間を螺旋状に連接している。
【００７９】
したがって、電極セル１，２において生成された活性ガスを、螺旋的流れでガス通路管２１において合流させることができる。これにより、ガス合流の際に、ガス粒子同士の衝突断面積を小さくすることができるため、活性ガスの衝突による減衰量を抑制することができる。よって、被処理材１８に晒さす活性ガスの高濃度および大流量を維持することができる。
【００８０】
また、第一の電極１の構成材としては、成型容易の観点から、基本的にはＳＵＳ３１６などのステンレス材が使用される。これに対して、第一の電極１の構成材として、アルミニウムまたはＡ６０６１、Ａ５０５２等のアルミニウム合金を採用することもできる。なお、当該アルミニウム部材の表面は陽極酸化を実施する。
【００８１】
第一の電極１の構成材をアルミニウム部材とすることにより、活性ガスの生成効率を高めると共に、活性ガスの減衰率が抑制することができる。したがって、被処理材１８に対して高濃度・大流量の活性ガスを晒すことができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、第二の電極２が有する誘電体２ａは、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである。特に、当該誘電体２ａは、窒化アルミニウムであることが望ましい。
【００８３】
第一の電極１にステンレス材を使用する場合、その表面を酸化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムによって溶射処理する。当該第一の電極１と酸化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムである誘電体２ａとの組み合わせにより、更なる活性ガスの減衰抑制を図ることが可能となる。また、誘電体２ａを窒化アルミニウムとすることによって、窒素活性種による窒化処理の場合、当該窒素活性種（活性ガス）の減衰を抑制すると共に被処理材１８の酸化を防止することが可能となる。
【００８４】
また、活性ガス生成装置７００内に供給される原料ガスとして、窒素ガスまたは窒素化合物ガス（ＮＨ3、ＮＯ2等）を採用しても良い。この場合には、生成される活性ガスは、被処理材１８の窒化表面処理に有効な、窒素を含んだＮラジカルガスやＮ分子ガスとなる。したがって、被処理材１８に対する窒化表面処理を効率良く施すことができる。
【００８５】
また、活性ガス生成装置７００内に供給される原料ガスとして、酸素ガスまたは酸素化合物ガス（オゾン、水蒸気またはＮＯ2等）を採用しても良い。この場合には、活性ガスとして、被処理材１８の酸化表面処理に有効な、酸素を含んだ酸素ラジカルもしくはオゾン分子ガスを高濃度にて取得できる。したがって、被処理材１８に対する非常に品質の良い酸化膜を成膜することができる。また、低温状態・短時間での酸化膜成膜が可能となる。
【００８６】
また、本実施の形態では、電極セル１，２における空間ギャップ（放電空間）１００は、０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。当該放電空間１００のギャップ幅を前記に限定することにより、生成した活性ガスを効率良く取出せ、取出せる活性ガス量も増大させることができる。
【００８７】
また、放電ユニット１〜５の積層構造において、冷却材出入口１９から第一の電極１や高圧冷却板５までの冷却材の通路は、オーリング１１を介した連結ブロック９を用いた連結および冷却材分配セル締め付けボルト１３による装置基台１６への固着により、形成されている。さらに、ガス通路管２１は、オーリング１０を介したリング７を用いた連結および電極セル締め付けボルト１２による装置基台１６への固着により、形成されている。
【００８８】
したがって、冷却材出入口１９から第一の電極１や高圧冷却板５までの冷却材の通路およびガス通路管２１の気密性を確保でき、装置の組立作業が容易となり、コンパクトな活性ガス生成装置７００が実現される。
【００８９】
＜実施の形態２＞
実施の形態１で説明した電極セル１，２は、次のような構成であることが望まれる。
【００９０】
つまり、第一の電極１に対面する側の第二の電極２の面は、凹凸形状を有することが望ましい。具体的には、第一の電極１に対面する側の誘電体２ａの表面が、凹凸形状を有することが望ましい。および／または、第二の電極２に対面する側の第一の電極１の面は、粒子状の電極材でコーティングされていることが望ましい。
【００９１】
第二の電極２の面（誘電体２ａにおける金属薄膜２ｄ非形成面）における凹凸形状は、たとえば当該凹凸形状を形成する面に対してイオンを衝突させることにより、形成される。また、たとえば、回転している第一の電極１の面に電極材溶液を滴下してコーティングを行うスピンコーティングにより、第一の電極１の面には粒子状の電極材でコーティングされる。
【００９２】
実施の形態１で説明した電極セル１，２に本実施の形態で説明した構成を採用することにより、電極表面積を大幅に高めることができる。したがって、電極付近における活性ガスの生成効率を高めることができ、結果として、高濃度および大流量の活性ガスの生成が可能となる。
【００９３】
なお、第一の電極１のコーティングの際に使用される粒子状の電極材としては、活性化ガスの発生効率が最も高いものを選択することが好ましい。
【００９４】
＜実施の形態３＞
実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０１を用いることが望ましい。図６は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０１の構成を示す断面図である。
【００９５】
図１と図６との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０１は、実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００に希ガス供給部３０が追加されている構成である。当該希ガス供給部３０が設けられている以外は、装置７００の構成と装置７０１の構成とは同じである。
【００９６】
活性ガス生成装置７０１が備える希ガス供給部３０は、チャンバー１６１を貫通するように形成されている。当該希ガス供給部３０は、装置７０１外部から希ガスを取り入れ、希ガス通過路３１を介して、ガス通路管２１に希ガスを供給できる構成となっている。つまり、希ガス供給部３０の一方端の開口部はチャンバー１６１外に存し、希ガス供給部３０の他方端の開口部はガス通路管２１と接続している。
【００９７】
装置７０１外部から、マスフローコントローラ等（図示せず）で流量調整されたアルゴンやヘリウムなどの希ガスは、希ガス供給部３０の一方端の開口部から投入され、当該希ガス供給部３０の他方端の開口部からガス通路管２１内へと供給される。そして、当該供給された希ガスと電極セル１，２で生成された活性ガスとは、当該ガス通路管２１内において混合され、活性ガスを希釈する。当該混合されたガスは、そのまま希ガスを含んだ状態で、装置基台１６に配設されたガス吹き出し板１４から外部へと放出される。
【００９８】
以上のように、本実施の形態では、ガス通路管２１に希ガスを供給する希ガス供給部３０を備えている。
【００９９】
したがって、ガス通路管２１における当該希ガスの供給により、ガス通路管２１における活性ガス同士の衝突に起因した活性種の減衰を抑制することができる。これにより、活性ガス生成装置７０１から取り出され、被処理材１８に晒される活性ガスの高濃度および大流量を維持することができる。
【０１００】
＜実施の形態４＞
実施の形態３に係る活性ガス生成装置７０１の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０２を用いることがより望ましい。図７は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０２の構成を示す断面図である。
【０１０１】
図６と図７との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０２は、実施の形態３に係る活性ガス生成装置７０１に予備放電器８００が追加されている構成である。当該予備放電器８００が設けられている以外は、装置７０１の構成と装置７０２の構成とは同じである。
【０１０２】
予備放電器８００は、上記希ガス供給部３０の一方端の開口部に接続される。したがって、希ガスは、予備放電器を経由した後に、ガス通路管２１内に供給される。予備放電器８００は、予備放電生成用電源３２、予備放電用高圧電極３３、予備放電用誘電体３４および予備放電用接地電極３５により構成されている。
【０１０３】
予備放電用接地電極３５と予備放電用誘電体３４とは、所定の空間（予備放電空間３６）を介して設置されている。また、予備放電用誘電体３４内には、当該予備放電用誘電体３４と接しながら、予備放電用高圧電極３３が設置されている。さらに、予備放電生成用電源３２の一方端子には予備放電用接地電極３５が接続され、予備放電生成用電源３２の他方端子には予備放電用高圧電極３３が接続されている。
【０１０４】
予備放電生成用電源３２により、予備放電用高圧電極３３および予備放電用接地電極３５に交流電圧を印加する。これにより、予備放電用接地電極３５と予備放電用誘電体３４との間の予備放電空間３６において、誘電体バリア放電が生成される。当該誘電体バリア放電生成場において、予備放電用接地電極３５の側面に形成された希ガス供給口３７から希ガスを導入する。すると、当該導入された希ガスの少なくとも一部は、予備放電空間３６において、活性状態へと励起される。そして、当該活性状態のガスを含む希ガスは、上記希ガス供給部３０を介して、ガス通路管２１内へと供給される。なお、ガス通路管２１内では、先の実施の形態３と同様に、当該活性状態のガスを含む希ガスは、活性ガスと混合される。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態では、予備放電器８００をさらに備えており、希ガスは、予備放電器８００から希ガス供給部３０へと供給され、当該希ガス供給部３０からガス通路管２１内へと供給される。
【０１０６】
したがって、ガス通路管２１に供給される前に、予備放電器８００により希ガスを活性状態に励起することができる。よって、ガス通路管２１内には、当該活性状態に励起した希ガスが供給されることになるので、活性ガスの消滅抑止効果を実施の形態３の場合より高めることができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、予備放電器８００では誘電体バリア放電場形成される場合について説明した。しかし、当該誘電体バリア放電に限ったものではなく、その他の希ガスを励起させることが可能な放電を採用しても良い。たとえば、予備放電器８００は、マイクロ波放電やＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）波放電を発生することができる構成であっても良い。
【０１０８】
＜実施の形態５＞
実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０３を用いることが望ましい。図８は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０３の構成を示す断面図である。
【０１０９】
図１と図８との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０３は、実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００にオリフィス２２が追加されている構成である。当該オリフィス２２が設けられている以外は、装置７００の構成と装置７０３の構成とは同じである。
【０１１０】
装置基台１６の被処理材１８と対面する面において、オリフィス２２は、ガス通路管２１の端部に配設されている。なお、活性ガス生成装置７０３では、ガス吹き出し板１４は省略されているが、オリフィス２２は、ガス吹き出し板１４を介して、ガス通路管２１の端部に配設されていても良い。
【０１１１】
活性ガス生成装置７００に供給される原料ガスは、原料供給口２０の手前でマスフローコントローラ（図示せず）によって、その供給ガス流量が制御される。一方、被処理材１８は、図１，６，７では図示を省略していた処理装置（たとえば、ＣＶＤ装置）２３によって覆われており、当該被処理材１８が載置されている空間は、排気ポンプ２４によって真空状態へと減圧される。
【０１１２】
ここで、実施の形態１でも説明したように、活性ガス生成装置７０３と処理装置２３とによりリモートプラズマ型成膜処理装置が構成される。また、処理装置２３は、活性ガス生成装置７０３の下方において、当該活性ガス生成装置７０３と装着可能である。処理装置２３は、当該活性ガス生成装置７０３から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体１８に所定の膜を成膜する。
【０１１３】
処理装置２３内の圧力は、排気ポンプ２４によって所定の圧力に減圧されるが、当該処理装置２３における当該所定の圧力と排気ポンプ２４の能力とに応じて、オリフィス２２の径と原料ガス供給口２０から供給される原料ガス流量が設定される。原料ガス流量は、活性ガス生成装置７０３の内部圧力が５０ｋＰａ〜大気圧を維持するだけの量でもあり、大気圧近傍を維持することで、電極セル１，２において誘電体バリア放電を発生させることが可能となる。
【０１１４】
処理装置２３を減圧下とすることは、減圧下での被処理材１８に対する処理が必要な場合に実施されるが、処理装置２３内を減圧することにより、当該処理装置２３内における活性ガスの衝突頻度が減少させることができる。これにより、処理装置２３内に供給された活性ガスの寿命を延ばすことが可能となる。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態では、図８に示す構成のように、ガス通路管２１のガス出力部にオリフィス２２が接続される。
【０１１６】
したがって、活性ガス生成装置７０３内の大気圧付近の圧力と、被処理材１８が設置され減圧された処理装置２３内の所定の圧力とを、圧力的に分離することが可能となる。これにより、活性ガス生成装置７０３内において、誘電体バリア放電を実施することができ、処理装置２３内において、被処理材１８に対する真空状態での成膜処理や活性ガスの長寿命化が可能となる。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、実施の形態１で説明した活性ガス生成装置にオリフィス２２を設ける構成について説明した。しかしながら、実施の形態３，４で説明した活性ガス生成装置に、同様の構成にてオリフィス２２を配設することも可能である。
【０１１８】
＜実施の形態６＞
実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０４を用いることが望ましい。図９は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０４の構成を示す断面図である。
【０１１９】
図１と図９との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０４は、実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００のガス吹き出し板１４の代わりに、放射プレート４０が配設されている。当該ガス吹き出し板１４が放射プレート４０に置換されている以外は、装置７００の構成と装置７０４の構成とは同じである。なお、図９には、図１で図示を省略していた、ＣＶＤ装置などの処理装置２３が図示されている。つまり、図９には、活性ガス生成装置７０４と処理装置２３とから成る、リモートプラズマ型成膜処理装置が図示されている。
【０１２０】
実施の形態１で説明した積層構造の放電ユニット対５〜５と装置基台１６との間において、当該装置基台１６上に放射プレート４０が設置される。当該放射プレート４０の平面視形状は、円形である。つまり、放射プレート４０は円盤型である。また、放射プレート４０内部には空洞が形成されている。
【０１２１】
また、放射プレート４０の第一の主面（積層構造の放電ユニット対５〜５に対面する側の面）には、一つの開口部が設けられており、当該開口部はガス流入部４０ｂとなる。図９に示すように、最下段の高圧冷却板５と放射プレート４０との間には、リング７が存在する。ここで、放射プレート４０の主面とリング７との間にもオーリング１０が設けられており、リング７と放射プレート４０との接続部の気密性も確保されている。なお、ガス流入部４０ｂは、円形の第一の主面の中心に形成されている。
【０１２２】
上記リング７と放射プレート４０との接続からも分かるように、実施の形態１で説明したガス通路管２１の端部は、放射プレート４０の第一の主面と接続される。より具体的には、ガス通路管２１の端部は、放射プレート４０の第一の主面に形成されたガス流入部４０ｂと接続される。したがって、ガス通路管２１内を経由してきた活性ガスは、ガス流入部４０ｂを介して放射プレート４０内へと流入する。
【０１２３】
放射プレート４０内部には、空洞、より具体的にはガス通路部４２が形成されている。したがって、ガス流入部４０ｂから流入した活性ガスは、当該ガス通路部４２において同心円状にプレート外周部に向かって拡散していく。また、放射プレート４０の第二の主面（被処理材１８に対面する側の面）には、複数の開口部が設けられており、当該複数の開口部はガス放散部４０ａとなる。ここで、当該ガス放散部４０ａは、第二の主面において均等に設けられている。つまり、第二の主面における所定の面積当たりのガス放散部４０ａの数は、当該第二の主面全体に渡って均一（同数）である。また、ガス放散部４０ａの開口面積は非常に微細なものであり、少なくともガス流入部４０ｂの開口部よりも小さい。
【０１２４】
また、装置基台１６の底面の所定の領域に開口部１６ｔが形成されており、当該開口部１６ｔからは、放射プレート４０に設けられた全てのガス放散部４０ａが露出している。したがって、ガス通路部４２を伝播した活性ガスは、各ガス放散部４０ａおよび開口部１６ｔを介して、処理装置２３内に供給される。
【０１２５】
処理装置２３内には、被処理材１８を載置するための設置テーブル２５が設けられている。ここで、当該設置テーブル２５には、被処理材１８を加熱するための加熱ヒータ２７が設けられている。また、設置テーブル２５は、処理装置２３内に配設された設置テーブル引き出しレール２６上を移動することができる。なお、実施の形態１等でも述べたように、処理装置２３は、活性ガス生成装置７０４の下方において当該活性ガス生成装置７０４と装着可能であり、当該装置７０４から送出される活性ガスを用いて、処理装置２３内部に配置された被処理体１８に所定の膜を成膜する。
【０１２６】
さて上記のように、当該ガス放散部４０ａは第二の主面において均等に設けられているので、当該設置テーブル２５上に載置された被処理材１８の表面全体に渡って均等に、放射プレート４０から供給された活性ガスが照射される。
【０１２７】
次に、図１０に示す分解斜視図を用いて、放射プレート４０の構成を具体的に説明する。
【０１２８】
図１０に示すように、放射プレート４０は、２枚の円盤状のプレート板４０１，４０２を組み合わせることにより構成される。一方のプレート板４０２の中央部には、エッチング処理または機械加工により、一つのガス流入部４０ｂが穿設されている。また、他方のプレート板４０１には、エッチング処理または機械加工により、複数のガス放散部４０ａが均等に穿設されている。
【０１２９】
さらに、少なくとも一方のプレート板４０１，４０２には、ハーフエッチング処理または機械加工により、ガス通路部４２を構成する所定のパターンの空間リブ４０ｃが形成されている。図１０に示す構成図では、各空間リブ４０ｃは円柱形状である。また、図１０には、他方のプレート板４０１に空間リブ４０ｃが形成されている様子が図示されている。上記空間リブ４０ｃが形成されている状態において両プレート板４０１，４０２を組み合わせる（貼り合わせる）。これにより、放射プレート４０内には空間リブ４０ｃの隙間空間が形成され、当該隙間空間がガス通路部４２となる。
【０１３０】
図１０に示す構成の放射プレート４０において、活性ガス流入部４０ｂより内部へ侵入する活性ガスは、空間リブ４０ｃに衝突しながら当該放射プレート４０内のガス通路部４２内を拡散する。そして、ガス放散部４０ａの開口部は微小であるので、放射プレート４０内部（ガス通路部４２全体）にバッファリングされる。放射プレート４０内部における拡散によりガス通路部４２内全体に満たされた活性ガスは、各ガス放散部４０ａから処理装置２３内に配置された被処理材料１８に向けて放出される。なお、活性ガスは、均等な速度となって各ガス放散部４０ａより放出される。また、各ガス放散部４０ａから放出される活性ガスの流速は、少なくとも、ガス通路部４２内部を拡散する活性ガスの流速よりも大きい。
【０１３１】
ここで、放射プレート４０内全体に活性ガスが均等に拡散し、高い流速にて各ガス放散部４０ａより活性ガスを放出させるためには、放射プレート４０の厚みは薄いほうが良く、また各ガス放散部４０ａの開口面積も微細なほうが良い。具体的には、放射プレート４０の厚みは、３ｍｍ以下（当然、ゼロは含まない）であることが望ましく、各ガス放散部４０ａの開口径は、１μｍ以上、１０００μｍ以下であることが望ましい。なお、各ガス放散部４０ａから均等な流速で活性ガスを放出させるためには、各ガス放散部４０ａの開口径は、１μｍ以上、３００μｍ以下であることが望ましい。
【０１３２】
また、プレート板４０１とプレート板４０２とは、ロー付けまたは拡散接合により接続（接合）されることができる。しかしながら、ロー付けによる接合を採用した場合には、ロー材と活性ガスとの反応で、活性ガスの損失やロー付けの劣化が起こりやすくなる。したがって、両プレート板４０１，４０２を接合するときには、拡散接合を採用する方が望ましい。
【０１３３】
以上のように、本実施の形態では、活性ガス生成装置７０４は、ガス通路管２１の端部と接続される放射プレート４０を備えている。そして、当該放射プレート４０は、ガス通路管２１の端部と接続される一つのガス流入部４０ｂと、活性ガスを放射プレート４０内部に拡散させるためのガス放散部４２と、被処理材１８に対して活性ガスを放出する複数のガス放散部４０ａとを、備えている。
【０１３４】
したがって、ガス通路管２１の直下からだけではなく、放射プレート４０内に放射状に分散させて広い範囲から、活性ガスを取り出すことができる。これにより、簡易な構成により、大表面積を有する被処理材１８に対しても、短い処理時間にて表面処理を行うことができる。
【０１３５】
また、本実施の形態では、複数のガス放散部４０ａは、放射プレート４０の第二の主面内において均等に配設されている。したがって、当該第二の主面からの偏在した活性ガスの放出を防止することができる。
【０１３６】
また、本実施の形態では、放射プレート４０は、２枚のプレート板４０１，４０２を組み合わせることにより、構成されている。そして、少なくとも一方のプレート板４０１，４０２には、ガス通路部４２を構成するための所定のパターンの空間リブ４０ｃが形成されている。
【０１３７】
したがって、簡単な構成により、活性ガスバッファータンクとなる放射プレート４０、および当該放射プレート４０内を活性ガスが拡散（分散）することができるガス通路部４２を形成することができる。また、放射プレート４０１，４０２の接合は、ロー付けや拡散接合で可能で有り、空間リブ４０ｃもハーフエッチング処理または機械加工により形成可能である。したがって、簡単な作成方法および低コストにより、図１０に示す放射プレート４０を製造することができる。
【０１３８】
なお、上述のように、２枚のプレート板４０１，４０２を組み合わせることにより放射プレート４０を作成する際には、拡散接合を採用することが望ましい。
【０１３９】
これにより、ロー付けにより２枚のプレート板４０１，４０２を結合する際に発生していた、放射プレート４０内における活性ガスの損失やプレート板４０１，４０２同士の接合力低下を防止することができる。また、拡散接合の場合には、接合の際にプレート板４０１，４０２に歪が生じることもない。したがって、放射プレート４０内部を活性ガスは低抵抗で流動することができる。
【０１４０】
また、放射プレート４０の厚みは、３ｍｍ以下であることが望ましい。また、各ガス放散部４０ａの開口径は、１〜１０００μｍであることが望ましい。
【０１４１】
当該放射プレート４０の構成およびガス放散部４０ａの構成を採用することにより、放射プレート４０内全体に活性ガスが均等に拡散し、高い流速にて各ガス放散部４０ａより活性ガスを放出させることができる。また、放射プレート４０は薄板形状となるので、容易にかつ装置全体の大型化を防止して、活性ガス生成装置７０４に当該放射プレート４０を配設することができる。
【０１４２】
なお、ガス放散部４０ａの開口径は、１〜３００μｍであることがより望ましい。これは、各ガス放散部４０ａから均等な流速で活性ガスを放出させることができるためである。このように、各ガス放散部４０ａから均等な流速な活性ガスが放出されることにより、大面積の被処理材１８の表面に対しても、均一な成膜が実現できる。
【０１４３】
なお、各活性ガス生成装置７００〜７０４の下方において、図８，９等で示すように、被処理材１８の活性ガスを用いた成膜処理を行うＣＶＤ装置などの処理装置２３が装着できる。つまり、活性ガス生成装置７００〜７０４と処理装置２３とで、リモートプラズマ型成膜処理装置が構成されている。
【０１４４】
このように、活性ガス生成装置７００〜７０４に処理装置２３を装着させることにより、処理装置２３のコンパクト化が実現でき、かつ安価なリモートプラズマ型成膜処理装置を実現することができる。
【０１４５】
なお、複数台の活性ガス生成装置７００〜７０４を併設し、各活性ガス生成装置７００〜７０４に装着された処理装置２３内に、被処理材１８を順に配置する表面処理方法も採用できる。これにより、被処理材１８の表面に対して、複数の膜を重ね合わせて成膜することができる。
【０１４６】
なお、上記各実施の形態で説明した発明は、半導体装置に対するプラズマ成膜処理（たとえば、窒化処理）の際に利用される。たとえば、ＣＭＯＳトランジスタなどに用いられるゲート絶縁膜などの成膜時に、当該発明は利用される。
【符号の説明】
【０１４７】
１ 第一の電極
１ａ 電極板
１ｂ ガス流入口
１ｄ ガス流路部
１ｒ 冷却材流路
１ｍ （冷却材の出入り口となる）部分
２ 第二の電極
２ａ 誘電体
２ｄ 金属薄膜
３ 高圧電極
４ 絶縁板
５ 高圧冷却板
６ スペーサ
７ リング
８ 締め付け板
９ 連結ブロック
１０，１１ オーリング
１２ 電極セル締め付けボルト
１３ 冷却材分配セル締め付けボルト
１４ ガス吹き出し板
１５ 電気供給端子
１６ 装置基台
１７ 交流電源部
１８ 被処理材
１９ 冷却材出入部
２０ 原料ガス供給部
２１ ガス通路管
２２ オリフィス
２３ 処理装置
２４ 排気ポンプ
２５ 設置テーブル
２６ 設置テーブル引き出しレール
２７ 加熱ヒータ
３０ 希ガス供給部
３１ 希ガス通過路
３２ 予備放電生成用電源
３３ 予備放電用高圧電極
３４ 予備放電用誘電体
３５ 予備放電用設置電極
３６ 予備放電空間
３７ 希ガス供給口
４０ 放射プレート
４０ａ ガス放散部
４０ｂ ガス流入部
４０ｃ 空間リブ
４２ ガス通路部
１００ 空間ギャップ（放電空間）
１６１ チャンバー
４０１，４０２ プレート板
７００，７０１，７０２，７０３，７０４ 活性ガス生成装置
８００ 予備放電器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、原料ガスから活性ガス（放電ガス）を生成することができる活性ガス生成装置、および、活性ガスの生成と当該活性ガスを用いた成膜処理とを別装置で実行することができるリモートプラズマ型成膜処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造には、プラズマ装置が多々使用されている。例えばＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置においては、熱ＣＶＤ装置よりもプラズマＣＶＤ装置の方が、成膜温度を低くできるなどの利点がある。また、プラズマを利用した成膜処理としては、ＣＶＤに留まらず、プラズマ窒化、プラズマ酸化、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがある。
【０００３】
たとえば、ゲート絶縁膜などを構成する窒化膜（ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなど）を半導体基板に成膜する場合には、以下の技術が一般的に採用されている。つまり、ＮＨ3（アンモニア）やＮ2などのガスをプラズマを利用して、ラジカル窒素（活性窒素ガス）を生成する。そして、当該ラジカル窒素が生成された装置内において、半導体基板を当該ラジカル窒素に晒す。
【０００４】
しかしながら、上記技術を採用した場合には、半導体基板がプラズマに直接晒されるため、当該半導体基板にダメージを与えるという問題が生じる。
【０００５】
そこで、当該プラズマによる半導体基板（被処理材）へのダメージを軽減することができる先行技術として、リモートプラズマ型成膜処理装置が存在する（たとえば、特許文献１，２）。
【０００６】
特許文献１では、プラズマ生成領域と被処理材処理領域とが、隔壁（プラズマ閉込電極により分離されている。具体的に、特許文献１では、高周波印加電極と基板の設置された対向電極との間に当該プラズマ閉込電極を設けることで、中性活性種だけを基板上に取り出す構造となっている。
【０００７】
また、特許文献２では、リモートプラズマ源において原料ガスをプラズマにより活性化させている。ここで、ガスの流路は、当該リモートプラズマ源内において周回されている。リモートプラズマ源において生成された活性ガスは放出され、供給路を介して、被処理材の反応室へと供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１３５６２８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の場合には、被処理材に対するプラズマダメージの抑制は完全ではなく、また装置構成が複雑になる。これに対して、特許文献２の場合には、リモートプラズマ源内において発生した活性ガスは、当該リモートプラズマ源内を周回し、供給路を介して、被処理材の反応室に到達する。つまり、当該活性ガスが被処理材に到達するまでには、長距離を要する。したがって、活性ガスの寿命が短いために、効率的に活性ガスを反応室に供給することができない。
【００１０】
なお、特開２００３−１６０３０９号公報に記載されているオゾン発生器を、リモートプラズマ型成膜処理装置におけるプラズマ生成領域として活用できる。しかし、当該特許文献に係る技術の場合にも、ガスの経路は、電極全体内部を横方向にマニホールドブロックまで延設され、装置下部のガス出口から送出されている。したがって、活性ガス（オゾン）の伝達経路は長距離を要するので、上記同様に、効率的に活性ガスを反応室に供給することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、被処理材に対するダメージを完全になくすことができ、活性ガスを効率的に取り出すことができる、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供することを目的とする。さらに、当該活性ガス生成装置と成膜処理装置とから構成されるリモートプラズマ型成膜処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の活性ガス生成装置は、少なくとも１以上の電極セルと、前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、前記電極セルを囲繞する筐体と、前記筐体に形成され、外部から前記筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部とを、備えており、前記電極セルは、第一の電極と、誘電体を有する第二の電極とを、備えており、前記第一の電極は、前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記第二の電極と対面しており、前記電極セルの平面視における中心領域には、ガス取り出し部が形成されている。
【００１３】
また、請求項２４に記載のリモートプラズマ型成膜処理装置は、原料ガスをプラズマにより励起して活性ガスを生成する、請求項１乃至２３の何れかに記載の活性ガス生成装置と、前記活性ガス生成装置の下方において当該活性ガス生成装置と装着可能であり、前記ガス取り出し部から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体に所定の膜を成膜する処理装置とを、備えている。
【発明の効果】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の活性ガス生成装置は、第一の電極は、誘電体および空間ギャップを隔てて、第二の電極と対面している。そして、電極セルの平面視における中心領域には、ガス取り出し部が形成されている。
【００１５】
したがって、原料ガスから生成される活性ガスは電極セルの端まで横断して伝播されず、電極セルの中心領域まで伝播されるのみである。つまり、電極セルで生成した活性ガスは、非常に短い距離で活性ガス取り出し部から取り出すことできる。よって、電極セルの放電領域を十分に活用しつつ、生成された活性ガスの余計な減衰を極力抑えることできる。
【００１６】
また、当該活性ガス生成装置では、電極セルにおいて誘電体バリア放電による高周波プラズマを利用して、原料ガスから活性ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、活性ガス生成装置における筐体内を真空状態にする必要もない。これにより、簡易な構成である活性ガス生成装置を提供することができる。
【００１７】
また、請求項２４に記載のリモートプラズマ型成膜処理装置は、活性ガス生成装置と処理装置とは、別装置である。つまり、プラズマ生成領域と反応処理領域とは分離されている。
【００１８】
したがって、プラズマ生成領域において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材に衝突することを防止できる。これにより、被処理材に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。また、処理装置のコンパクト化が実現でき、かつ安価なリモートプラズマ型成膜処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図２】電極セルの構成を示す分解斜視図である。
【図３】第一の電極の構成を示す斜視図である。
【図４】誘電体バリア放電の原理を説明するための図である。
【図５】誘電体バリア放電の原理を説明するための図である。
【図６】実施の形態３に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態４に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態５に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態６に係る活性ガス生成装置の構成を示す断面図である。
【図１０】放射プレートの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００２１】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７００の断面構成を模式的に表した図である。また、図２は、図１の点線で囲われた領域Ｐの構成を示す分解斜視図である。さらに、図３は、図１，２で示した第一の電極１の構成を示す斜視図である。これら図１〜３を用いて、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７００の構成を説明する。
【００２２】
ここで、本明細書内においては、第一の電極１と誘電体を有する第二の電極２とが空間ギャップ（放電空間）を介して対面している構成を、電極セル１，２と称する。また、図１の上下方向における高圧冷却板５から第一の電極１までの構成（５，４，３，２，１）を、放電ユニット５〜１と称する。さらに、図１の上下方向における高圧冷却板５から他の高圧冷却板５までの構成（５，４，３，２，１，２，３，４，５）を、放電ユニット対５〜５と称する。
【００２３】
まず、図１を用いて、活性ガス生成装置７００全体の構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、活性ガス生成装置７００を構成する筐体１６，１６１は、装置基台１６とチャンバー１６１とにより構成されている。装置基台１６は、チャンバー１６１によって覆われて外部と遮断されている。換言すれば、筐体１６，１６１内は気密状態となっている。
【００２５】
図１に例示する構成では、筐体１６，１６１内において、放電ユニット対５〜５が３対分積層して設置されている。そして、当該積層構造の放電ユニット対５〜５は、装置基台１６上に設置されている。つまり、本発明に係る活性ガス生成装置７００では、当該筐体１６，１６１に囲繞されるように、少なくとも１以上の電極セル１，２が当該筐体１６，１６１内に配設されている。ここで、図１に例示した構成では、６つの電極セル１，２が、図１の上下方向に積層した状態で、筐体１６，１６１内に配設されている。
【００２６】
また、冷却材（たとえば冷却水）は、装置基台１６に設けられた冷却材出入部１９から取り入れられ、連結ブロック９を介して、各第一の電極１の内部および各高圧冷却板５の内部へと導かれ、その後再び冷却材出入部１９から放出される。
【００２７】
第一の電極１と連結ブロック９との間には、オーリング１１が設けられている（図１，２参照）。また、高圧冷却板５と連結ブロック９と間にも、オーリング１１が設けられている（図１参照）。高圧冷却板５−連結ブロック９−第一の電極１−連結ブロック９−高圧冷却板５の順番に、オーリング１１を介して図１の上下方向に積み重ねている。そして、当該積み重ねたものを一体的に、冷却材分配セル締め付けボルト１３を用いて、装置基台１６に対して押さえ込むように固定する。
【００２８】
これにより、冷却材出入部１９から流れ込んだ冷却材は、連結ブロック９、高圧冷却板５および第一の電極１内における気密状態の冷却材流路のみを循環し、筐体１６，１６１内の当該冷却材流路以外の領域には漏れ出さない。
【００２９】
また、原料ガスは、装置基台１６に設けられた原料ガス供給部２０より、外部から筐体１６，１６１内に供給される。当該原料ガス供給部２０から原料ガスとして、たとえば、窒素ガスまたは窒素化合物ガス（ＮＨ3やＮＯ2など）が供給される。または、当該原料ガス供給部２０から原料ガスとして、たとえば、酸素ガスまたは酸素化合物ガス（オゾン、水蒸気やＮＯ2など）が供給される。
【００３０】
筐体１６，１６１内に供給され、当該筐体１６，１６１内に充満した原料ガスは、円形形状を有する各電極セル１，２の外周方向から、各電極セル１，２において形成された各空間ギャップ（放電空間）１００内に侵入する。ここで当該空間ギャップ（放電空間）１００（つまり、第一の電極１−第二の電極２間の距離）は、０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。
【００３１】
ところで、電極セル１，２に電圧を印加すると、図４に示すように、放電空間１００内に放電柱Ｈａが発生する。したがって、交流電源部１７によって、各電極セル１，２に交流高電圧（例えばＶｏｐ＝３ｋＶ、１０ｋＨｚ）を印加する。すると結果として、図５に示すように、各電極セル１，２における各放電空間１００内に、誘電体バリア放電（無声放電）が均一に形成される。図５に示すように、当該誘電体バリア放電（プラズマ密度１０9〜１０11個／ｃｍ3）により、各放電空間１００内に侵入した原料ガスは励起され、活性ガス（ラジカルガス）が生成される。生成される活性ガス密度は、１０14〜１０18個／ｃｍ3程度である。ここで、図４，５は、電極セル１，２の一部分を図示したものである。
【００３２】
各電極セル１，２において生成された活性ガスは、平面視形状が円形である各電極セル１，２の中心領域から放出され、各電極セル１，２の中心に存するガス通路管２１において合流する（図１参照）。ガス通路管２１の構成は、下記の通りである。
【００３３】
絶縁板４とリング７との間には、オーリング１０が設けられている（図１参照）。また、第二の電極２とリング７と間にも、オーリング１０が設けられている（図１，２参照）。各電極セル１，２同士（または放電ユニット対同視）を、図１の上下方向に積層されることにより、ガス通路管２１が形成される（図１参照）。
【００３４】
つまり、各放電ユニット対５〜５の中心部では、図１の上下方向において、高圧冷却板５−絶縁板４−リング７−第二の電極２−スペーサ６−第一の電極１−スペーサ６−第二の電極２−リング７−絶縁板４−高圧冷却板５の順番に積み重ねられている。
【００３５】
そして、当該積み重ねたものを一体的に、オーリング１０を介して、電極セル締め付けボルト１２を用いて、装置基台１６に対して押さえ込むように固定する。なお、当該積層体の上部と電極セル締め付けボルト１２との間には、締め付け板８が介在している。当該締め付けにより、ガス通路管２１の内部が気密状態となり、筐体１６，１６１内におけるガス通路管２１以外の空間と離隔される。
【００３６】
上記記載から分かるように、ガス通路管２１は、各放電ユニット対５〜５（換言すれば、電極セル１，２）の中心において、上記の積層方向に延設している。また、ガス通路管２１の側面部は、高圧冷却板５−絶縁板４−リング７−第二の電極２−スペーサ６−第一の電極１−スペーサ６−第二の電極２−リング７−絶縁板４−高圧冷却板５で構成される。
【００３７】
ガス通路管２１において合流した活性ガスは、当該ガス通路管２１の端部である装置基台１６に設けられたガス吹き出し板１４から、筐体１６，１６１の外部へと放出される。ガス吹き出し板１４の直下には、図示しない処理装置内に配置された被処理材１８が存在する。当該被処理材１８に対して活性ガスを当てることにより、当該被処理材１８に対して所定の表面処理（成膜処理）が行える。
【００３８】
なお、当該図示しない処理装置は、活性ガス生成装置７００の下方において当該活性ガス生成装置７００と装着可能である。また、上記の通り、当該処理装置は、ガス取り出し部１ｂ，１ｄ（または、ガス通路管２１）から送出される活性ガスを用いて、内部に配置された被処理材１８に所定の膜を成膜することができる装置である。つまり、活性ガス生成装置７００と当該処理装置とにより、リモートプラズマ型成膜処理装置が構成されている。
【００３９】
各高圧電極３は、絶縁板４を介して高圧冷却板５に接続される。当該絶縁板４により、筐体１６，１６１と高圧電極３とは電気的に絶縁される。また、上述のように、第一の電極１と同様に高圧冷却板５内において冷却材を循環させさせることで、絶縁板４を介して間接的に高圧電極３が冷却される。
【００４０】
次に、図２を用いて、電極セル１，２等の詳細な構成について説明する。
【００４１】
各電極セル１，２は、第一の電極１と、誘電体２ａを有する第二の電極２とから構成されている。具体的には、図２の構成では、一つの第一の電極１と二つの第二の電極２とから、二つの各電極セル１，２が構成されている。
【００４２】
第一の電極１は、誘電体２ａおよび放電空間１００を隔てて、第二の電極２と対面している。さらに、電極セル１，２の平面視における中心領域には、ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成されている。具体的な電極セル１，２の構成、下記の通りである。
【００４３】
図２に示すように、第一の電極１と第二の電極２とが対面する範囲（つまり、放電が発生する放電領域）における、第一の電極１および第二の電極２の平面視形状は、円形である。
【００４４】
第一の電極１の両面上には、所定のパターンのスペーサ６が形成される。ここで、図２には、図面の都合により、第一の電極１の一方の主面に形成されたスペーサ６のみが図示されており、第一の電極１の他方の主面に形成されているスペーサ６は図示が省略されている。
【００４５】
具体的に、第一の電極１の両面上には各々、放射線状の複数のスペーサ６と、ガス通路管２１を囲繞するスペーサ６とが形成されている。当該スペーサ６は、所定のパターンのマスクを用いた、第一の電極１の両主面に対する溶射によって作成しても良い。または、単に所定のパターンの金属を、第一の電極１の両主面に固着させることにより形成しても良い。
【００４６】
また、平面視形状が円形である第一の電極板１の当該円形の中心領域には、ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成されている。各電極セル１，２が備える各ガス取り出し部１ｂ，１ｄは、前記円形の中心において上下方向に延設されたガス通路管２１に、各々連通している。
【００４７】
また、第一の電極１には、当該第一の電極１内を循環する冷却材の出入り口となる部分１ｍが、当該第一の電極１と一体的に設けられている。図２に示すように、部分１ｍは、円形形状の第一の電極１から延設しており、連接ブロック９と接合される。
【００４８】
なお、当該第一の電極１は、たとえば、ステンレス材、アルミニウム、またはアルミニウム合金から構成されている。
【００４９】
第二の電極２は、誘電体２ａと金属薄膜２ｄとから構成されている。誘電体２は、たとえば酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムから構成されており（リング７も同様）、当該誘電体２の厚さは０．３〜１．０ｍｍ程度である。誘電体２ａの高圧電極３と接続する側の主面に、金などの金属薄膜２ｄが形成されている。当該金属薄膜２ｄにより、第二の電極２と高圧電極３との接触部分におけるギャップの発生を防止し、第二の電極２と高圧電極３との接触面積が増大させることができる。
【００５０】
各電極セル１，２において、第一の電極１が上下方向から、スペーサ６を介して、各第二の電極２により挟持される。つまり、第一の電極１の第一の主面は、一方の第二電極２が有する誘電体２ａおよび放電空間１００を隔てて、当該一方の第二の電極２と対面している。また、当該第一の電極１の第二の主面は、他方の第二電極２が有する誘電体２ａおよび放電空間１００を隔てて、当該他方の第二の電極２と対面している。
【００５１】
つまり、放電空間１００は、第一の電極１と第二の電極２（より具体的には誘電体２ａ）とが、スペーサ６によって離隔されることにより形成される。したがって、当該スペーサ６の厚みが、放電空間１００の上下方向の寸法となる。上記のように、放電空間１００のギャップ幅は、０．０５〜２．０ｍｍであることが望ましいので、スペーサ６の厚みは、０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましいことが分かる。
【００５２】
各電極セル１，２において、誘電体２ａを有する第二の電極２は、各高圧電極３に接している。そして、各高圧電極３は、電気供給端子１５を介して、交流電源部１７の一方の端子に接続される（図１，２参照）。また、図１に示すように、交流電源部１７の他方の端子は、当該装置基台１６および冷却材連結ブロック９を介して、第一の電極１に電気的に接続される。
【００５３】
当該交流電源部１７との接続状態において、交流電源部１７によって、交流高電圧（例えばＶｏｐ＝３ｋＶ、１０ｋＨｚ）を電極セル１，２に印加する。すると、図５を用いて説明したように、各放電空間１００（放電ギャップ）に誘電体バリア放電（無声放電）が均一に形成される。上述したように、原料ガスは、平面視形状が円形である各電極セル１，２の外周方向から、当該誘電体バリア放電場となる各放電空間１００内に侵入する。すると、高周波プラズマにより原料ガスが励起され、活性ガス（ラジカルガス）が生成される。
【００５４】
当該生成された活性ガスは、円形状の電極セル１，２の外側から内側（当該円形の中心）に向かって伝播される。つまり、円形状の電極セル１，２において、逆放射状にガス（原料ガスおよび生成された活性ガス）は伝播する。そして、伝播された活性ガスは、ガス取り出し部１ｂ，１ｄを介して、ガス通路管２１に送り出される。なお、ガス通路管２１はスペーサ６により囲繞されているので、活性ガスは、常にガス取り出し部１ｂ，１ｄを介して、ガス通路管２１に送出されることになる。ここで、当該ガス通路管２１内には、生成された活性ガスのみならず、高周波プラズマにより励起しなかった原料ガスも送出される。
【００５５】
次に、図３を用いて、第一の電極１の構成を具体的に説明する。
【００５６】
第一の電極１および当該第一の電極１と一体的に設けられた部分１ｍは、二つの電極板１ａを重ね合わせることにより構成される。各電極板１ａの厚さは、約１ｍｍ程度の薄板である。各電極板１ａにおいて、第二の電極２と対面する側の主面には、上記スペーサ６が形成されている。
【００５７】
スペーサ６が形成されない側の各電極板１ａの面は、ハーフエッチング等で所定のパターンの掘り込みが形成されている。当該掘り込みの深さは、０．５ｍｍ程度である。さらに、フルエッチング等により、各電極板１ａの上記中央領域付近に、複数の貫通孔を設ける。上記所定のパターン同士が対面するように、二つの電極板１ａを重ね合わせ、重ね合わせ面をロー付けもしくは拡散接合する。これにより、一つの第一の電極１が形成される。
【００５８】
ここで、当該第一の電極１の内部には、上記所定のパターンに起因して、冷却材が流動する冷却材流路１ｒが形成される。さらに、上記所定のパターンおよび上記貫通孔に起因して、複数（図３では、５つ）の上記ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成される。なお、図３では、第一の電極１内部に形成される冷却材流路１ｒおよび後述するガス流路部１ｄは、点線にて輪郭を図示している。
【００５９】
冷却材流路１ｒは、冷却材が第一の電極１内を循環するように、第一の電極１内に形成される。なお、当該冷却材は、部分１ｍの穴１９ａを介して連結ブロック９から第一の電極１内に流入し、部分１ｍの穴１９ｂを介して第一の電極１内から連結ブロック９に流出する。当該冷却材流路１ｒに流れる冷却材は、放電によって生じたガスの発熱を第一の電極１を介して取り去り、放電ガス自身を冷却させることができる。なお、図３では図示を省略しているが、冷却材流路１ｒ内に均等に冷却材が流れるように、所定の仕切り等が形成されている。
【００６０】
ここで、第一の電極１と同様に高圧冷却板５内部においても冷却材が循環する構造を有しており、各高圧冷却板５内部に冷却材を循環させることにより、放電によって生じた高圧電極３の熱を絶縁板４を介して間接的に吸収することができる。
【００６１】
各ガス取り出し部１ｂ，１ｄは、第一の電極１の両面に設けられたガス流入口１ｂと、第一の電極１内部に配設されたガス流路部１ｄとから構成される。上記ガス流入口１ｂは、上記貫通孔に起因して形成され、ガス通路管２１を囲繞するスペーサ６の外周外側に複数形成される。また、ガス流路部１ｄは、上記所定のパターンに起因して形成され、前記ガス流入口１ｂとガス通路管２１との間を連接する。ここで、当該流路部１ｄは、直線的でなく、螺旋状に配設されている。したがって、放電空間１００内で発生した活性ガスは、各ガス流入口１ｂへと流れ込み、各ガス流路部１ｄにより螺旋流となって、ガス通路管２１にて合流する。
【００６２】
ここで、第一の電極１内部において、冷却材流路１ｒと各ガス流路部１ｄとは、合流せず、別個独立に各々形成される。
【００６３】
なお、図３に示す符号１３ａは、冷却材分配セル締め付けボルト１２が貫通する穴である。
【００６４】
次に、上記で記載した構成を有する活性ガス生成装置７００の効果を説明する。
【００６５】
活性ガスの寿命は、非常に短い場合が多い。たとえば、窒素の活性種としてＮ2（Ａ）、Ｎ2（Ｂ）またはＮが考えられるが、その半減期は大気圧下において〜数ｍｓｅｃ程度である。したがって、生成した活性ガスを長距離隔てた被処理材まで伝播させた構成の場合には、当該活性ガスが途中で消滅し、被処理材において活性ガスを効率的に取り出すことができない。
【００６６】
本実施の形態では、電極セル１，２の外周部から原料ガスを取り込み、当該電極セル１，２に交流電圧を印加し、誘電体バリア放電により放電空間１００において活性ガスを生成している。そして、電極セル１，２の平面視における中心領域には、ガス取り出し部１ｂ，１ｄが形成されており、当該ガス取り出し部１ｂ，１ｄから活性ガスを抽出する構成となっている。
【００６７】
このように、活性ガスは電極セル１，２の端まで横断して伝播されず、電極セル１，２の中心領域まで伝播されるのみである。したがって、放電空間１００で生成した活性ガスは、非常に短い距離で活性ガス取り出し部１ｂ，１ｄから取り出すことできる。よって、電極セル１，２の放電領域を十分に活用しつつ、生成された活性ガスの余計な減衰を極力抑えることでき、被処理材１８において効率的に活性ガスを取り出すことができる。つまり、活性ガスの高濃度を維持したまま、被処理材１８に活性ガスを到達させることができる。
【００６８】
また、本願発明では、リモートプラズマ型成膜処理装置を提供している。つまり、原料ガスから活性ガスを生成する活性ガス生成装置７００と、当該生成した活性ガスを用いて被処理材１８に対して成膜処理を行う処理装置とは、別個独立の装置である。
【００６９】
このように、プラズマ発生源と処理領域とは完全に分離しているので、プラズマ源において電離して生成したイオンが、当該処理領域に配置された被処理材１８に衝突することを防止できる。これにより、被処理材１８に対するプラズマによるダメージを完全になくすことができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、電極セル１，２において、マイクロ波でなく、誘電体バリア放電による高周波プラズマを利用して、活性ガスを生成している。したがって、大気圧放電が可能となり、活性ガス生成装置７００における筐体１６，１６１内を真空状態にする必要もない。これにより、簡易な構成である活性ガス生成装置７００を提供することができる。
【００７１】
また、本実施の形態では、電極セル１，２の平面視形状は円形である。つまり、第一の電極１と第二の電極２とが対面する範囲である放電領域における、第一の電極１および第二の電極２の平面視形状は、円形である。
【００７２】
したがって、電極セル１，２の外周部から中心部までの距離を、全範囲において等距離で最短距離とすることができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、１つの第一の電極１を二つの電極２で挟み込む構成により、二つの電極セル１，２を構成している。
【００７４】
したがって、より少ない構成により、より多くの電極セル１，２を構成できる。よって、活性ガス生成装置１００の小型化および製造コストの削減を図ることができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、複数の電極セル１，２は、積層状態で配置されおり、各電極セル１，２が備える各ガス取り出し部１ｂ，１ｄに連通しており、電極セル１，２の中心において前記積層方向に延設されたガス通路管２１を備えている。
【００７６】
したがって、複数の電極セル１，２から活性ガスを生成させることができ、当該活性ガス通路管２１において当該活性ガスを合流させることができる。よって、当該活性ガス通路管２１において、大流量の活性ガスを取り出すことができるので、当該大流量の活性ガスを被処理材１８に晒すことが可能となる。なお、電極セル１，２は上下方向に積層されているので、活性ガス生成装置７００の占有面積を増大させることなく、活性ガスの生成量を大幅に増大させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態では、第一の電極１内部には、冷却材が流動できる冷却材流路１ｒが形成されている。したがって、誘電体バリア放電により電極セル１，２で発生した熱を、放熱することができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、各電極セル１，２が備えるガス取り出し部１ｂ，１ｄは、複数であり、各ガス取り出し部１ｂ，１ｄは、第一の電極１に設けられたガス流入口１ｂと、第一の電極１内に配設されたガス流路部１ｄとから構成されている。ここで、当該ガス流路部１ｄは、ガス流入口１ｂとガス通路管２１との間を螺旋状に連接している。
【００７９】
したがって、電極セル１，２において生成された活性ガスを、螺旋的流れでガス通路管２１において合流させることができる。これにより、ガス合流の際に、ガス粒子同士の衝突断面積を小さくすることができるため、活性ガスの衝突による減衰量を抑制することができる。よって、被処理材１８に晒さす活性ガスの高濃度および大流量を維持することができる。
【００８０】
また、第一の電極１の構成材としては、成型容易の観点から、基本的にはＳＵＳ３１６などのステンレス材が使用される。これに対して、第一の電極１の構成材として、アルミニウムまたはＡ６０６１、Ａ５０５２等のアルミニウム合金を採用することもできる。なお、当該アルミニウム部材の表面は陽極酸化を実施する。
【００８１】
第一の電極１の構成材をアルミニウム部材とすることにより、活性ガスの生成効率を高めると共に、活性ガスの減衰率が抑制することができる。したがって、被処理材１８に対して高濃度・大流量の活性ガスを晒すことができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、第二の電極２が有する誘電体２ａは、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである。特に、当該誘電体２ａは、窒化アルミニウムであることが望ましい。
【００８３】
第一の電極１にステンレス材を使用する場合、その表面を酸化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムによって溶射処理する。当該第一の電極１と酸化アルミニウムもしくは窒化アルミニウムである誘電体２ａとの組み合わせにより、更なる活性ガスの減衰抑制を図ることが可能となる。また、誘電体２ａを窒化アルミニウムとすることによって、窒素活性種による窒化処理の場合、当該窒素活性種（活性ガス）の減衰を抑制すると共に被処理材１８の酸化を防止することが可能となる。
【００８４】
また、活性ガス生成装置７００内に供給される原料ガスとして、窒素ガスまたは窒素化合物ガス（ＮＨ3、ＮＯ2等）を採用しても良い。この場合には、生成される活性ガスは、被処理材１８の窒化表面処理に有効な、窒素を含んだＮラジカルガスやＮ分子ガスとなる。したがって、被処理材１８に対する窒化表面処理を効率良く施すことができる。
【００８５】
また、活性ガス生成装置７００内に供給される原料ガスとして、酸素ガスまたは酸素化合物ガス（オゾン、水蒸気またはＮＯ2等）を採用しても良い。この場合には、活性ガスとして、被処理材１８の酸化表面処理に有効な、酸素を含んだ酸素ラジカルもしくはオゾン分子ガスを高濃度にて取得できる。したがって、被処理材１８に対する非常に品質の良い酸化膜を成膜することができる。また、低温状態・短時間での酸化膜成膜が可能となる。
【００８６】
また、本実施の形態では、電極セル１，２における空間ギャップ（放電空間）１００は、０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である。当該放電空間１００のギャップ幅を前記に限定することにより、生成した活性ガスを効率良く取出せ、取出せる活性ガス量も増大させることができる。
【００８７】
また、放電ユニット１〜５の積層構造において、冷却材出入口１９から第一の電極１や高圧冷却板５までの冷却材の通路は、オーリング１１を介した連結ブロック９を用いた連結および冷却材分配セル締め付けボルト１３による装置基台１６への固着により、形成されている。さらに、ガス通路管２１は、オーリング１０を介したリング７を用いた連結および電極セル締め付けボルト１２による装置基台１６への固着により、形成されている。
【００８８】
したがって、冷却材出入口１９から第一の電極１や高圧冷却板５までの冷却材の通路およびガス通路管２１の気密性を確保でき、装置の組立作業が容易となり、コンパクトな活性ガス生成装置７００が実現される。
【００８９】
＜実施の形態２＞
実施の形態１で説明した電極セル１，２は、次のような構成であることが望まれる。
【００９０】
つまり、第一の電極１に対面する側の第二の電極２の面は、凹凸形状を有することが望ましい。具体的には、第一の電極１に対面する側の誘電体２ａの表面が、凹凸形状を有することが望ましい。および／または、第二の電極２に対面する側の第一の電極１の面は、粒子状の電極材でコーティングされていることが望ましい。
【００９１】
第二の電極２の面（誘電体２ａにおける金属薄膜２ｄ非形成面）における凹凸形状は、たとえば当該凹凸形状を形成する面に対してイオンを衝突させることにより、形成される。また、たとえば、回転している第一の電極１の面に電極材溶液を滴下してコーティングを行うスピンコーティングにより、第一の電極１の面には粒子状の電極材でコーティングされる。
【００９２】
実施の形態１で説明した電極セル１，２に本実施の形態で説明した構成を採用することにより、電極表面積を大幅に高めることができる。したがって、電極付近における活性ガスの生成効率を高めることができ、結果として、高濃度および大流量の活性ガスの生成が可能となる。
【００９３】
なお、第一の電極１のコーティングの際に使用される粒子状の電極材としては、活性化ガスの発生効率が最も高いものを選択することが好ましい。
【００９４】
＜実施の形態３＞
実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０１を用いることが望ましい。図６は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０１の構成を示す断面図である。
【００９５】
図１と図６との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０１は、実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００に希ガス供給部３０が追加されている構成である。当該希ガス供給部３０が設けられている以外は、装置７００の構成と装置７０１の構成とは同じである。
【００９６】
活性ガス生成装置７０１が備える希ガス供給部３０は、チャンバー１６１を貫通するように形成されている。当該希ガス供給部３０は、装置７０１外部から希ガスを取り入れ、希ガス通過路３１を介して、ガス通路管２１に希ガスを供給できる構成となっている。つまり、希ガス供給部３０の一方端の開口部はチャンバー１６１外に存し、希ガス供給部３０の他方端の開口部はガス通路管２１と接続している。
【００９７】
装置７０１外部から、マスフローコントローラ等（図示せず）で流量調整されたアルゴンやヘリウムなどの希ガスは、希ガス供給部３０の一方端の開口部から投入され、当該希ガス供給部３０の他方端の開口部からガス通路管２１内へと供給される。そして、当該供給された希ガスと電極セル１，２で生成された活性ガスとは、当該ガス通路管２１内において混合され、活性ガスを希釈する。当該混合されたガスは、そのまま希ガスを含んだ状態で、装置基台１６に配設されたガス吹き出し板１４から外部へと放出される。
【００９８】
以上のように、本実施の形態では、ガス通路管２１に希ガスを供給する希ガス供給部３０を備えている。
【００９９】
したがって、ガス通路管２１における当該希ガスの供給により、ガス通路管２１における活性ガス同士の衝突に起因した活性種の減衰を抑制することができる。これにより、活性ガス生成装置７０１から取り出され、被処理材１８に晒される活性ガスの高濃度および大流量を維持することができる。
【０１００】
＜実施の形態４＞
実施の形態３に係る活性ガス生成装置７０１の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０２を用いることがより望ましい。図７は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０２の構成を示す断面図である。
【０１０１】
図６と図７との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０２は、実施の形態３に係る活性ガス生成装置７０１に予備放電器８００が追加されている構成である。当該予備放電器８００が設けられている以外は、装置７０１の構成と装置７０２の構成とは同じである。
【０１０２】
予備放電器８００は、上記希ガス供給部３０の一方端の開口部に接続される。したがって、希ガスは、予備放電器を経由した後に、ガス通路管２１内に供給される。予備放電器８００は、予備放電生成用電源３２、予備放電用高圧電極３３、予備放電用誘電体３４および予備放電用接地電極３５により構成されている。
【０１０３】
予備放電用接地電極３５と予備放電用誘電体３４とは、所定の空間（予備放電空間３６）を介して設置されている。また、予備放電用誘電体３４内には、当該予備放電用誘電体３４と接しながら、予備放電用高圧電極３３が設置されている。さらに、予備放電生成用電源３２の一方端子には予備放電用接地電極３５が接続され、予備放電生成用電源３２の他方端子には予備放電用高圧電極３３が接続されている。
【０１０４】
予備放電生成用電源３２により、予備放電用高圧電極３３および予備放電用接地電極３５に交流電圧を印加する。これにより、予備放電用接地電極３５と予備放電用誘電体３４との間の予備放電空間３６において、誘電体バリア放電が生成される。当該誘電体バリア放電生成場において、予備放電用接地電極３５の側面に形成された希ガス供給口３７から希ガスを導入する。すると、当該導入された希ガスの少なくとも一部は、予備放電空間３６において、活性状態へと励起される。そして、当該活性状態のガスを含む希ガスは、上記希ガス供給部３０を介して、ガス通路管２１内へと供給される。なお、ガス通路管２１内では、先の実施の形態３と同様に、当該活性状態のガスを含む希ガスは、活性ガスと混合される。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態では、予備放電器８００をさらに備えており、希ガスは、予備放電器８００から希ガス供給部３０へと供給され、当該希ガス供給部３０からガス通路管２１内へと供給される。
【０１０６】
したがって、ガス通路管２１に供給される前に、予備放電器８００により希ガスを活性状態に励起することができる。よって、ガス通路管２１内には、当該活性状態に励起した希ガスが供給されることになるので、活性ガスの消滅抑止効果を実施の形態３の場合より高めることができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、予備放電器８００では誘電体バリア放電場形成される場合について説明した。しかし、当該誘電体バリア放電に限ったものではなく、その他の希ガスを励起させることが可能な放電を採用しても良い。たとえば、予備放電器８００は、マイクロ波放電やＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）波放電を発生することができる構成であっても良い。
【０１０８】
＜実施の形態５＞
実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０３を用いることが望ましい。図８は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０３の構成を示す断面図である。
【０１０９】
図１と図８との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０３は、実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００にオリフィス２２が追加されている構成である。当該オリフィス２２が設けられている以外は、装置７００の構成と装置７０３の構成とは同じである。
【０１１０】
装置基台１６の被処理材１８と対面する面において、オリフィス２２は、ガス通路管２１の端部に配設されている。なお、活性ガス生成装置７０３では、ガス吹き出し板１４は省略されているが、オリフィス２２は、ガス吹き出し板１４を介して、ガス通路管２１の端部に配設されていても良い。
【０１１１】
活性ガス生成装置７００に供給される原料ガスは、原料供給口２０の手前でマスフローコントローラ（図示せず）によって、その供給ガス流量が制御される。一方、被処理材１８は、図１，６，７では図示を省略していた処理装置（たとえば、ＣＶＤ装置）２３によって覆われており、当該被処理材１８が載置されている空間は、排気ポンプ２４によって真空状態へと減圧される。
【０１１２】
ここで、実施の形態１でも説明したように、活性ガス生成装置７０３と処理装置２３とによりリモートプラズマ型成膜処理装置が構成される。また、処理装置２３は、活性ガス生成装置７０３の下方において、当該活性ガス生成装置７０３と装着可能である。処理装置２３は、当該活性ガス生成装置７０３から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体１８に所定の膜を成膜する。
【０１１３】
処理装置２３内の圧力は、排気ポンプ２４によって所定の圧力に減圧されるが、当該処理装置２３における当該所定の圧力と排気ポンプ２４の能力とに応じて、オリフィス２２の径と原料ガス供給口２０から供給される原料ガス流量が設定される。原料ガス流量は、活性ガス生成装置７０３の内部圧力が５０ｋＰａ〜大気圧を維持するだけの量でもあり、大気圧近傍を維持することで、電極セル１，２において誘電体バリア放電を発生させることが可能となる。
【０１１４】
処理装置２３を減圧下とすることは、減圧下での被処理材１８に対する処理が必要な場合に実施されるが、処理装置２３内を減圧することにより、当該処理装置２３内における活性ガスの衝突頻度が減少させることができる。これにより、処理装置２３内に供給された活性ガスの寿命を延ばすことが可能となる。
【０１１５】
以上のように、本実施の形態では、図８に示す構成のように、ガス通路管２１のガス出力部にオリフィス２２が接続される。
【０１１６】
したがって、活性ガス生成装置７０３内の大気圧付近の圧力と、被処理材１８が設置され減圧された処理装置２３内の所定の圧力とを、圧力的に分離することが可能となる。これにより、活性ガス生成装置７０３内において、誘電体バリア放電を実施することができ、処理装置２３内において、被処理材１８に対する真空状態での成膜処理や活性ガスの長寿命化が可能となる。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、実施の形態１で説明した活性ガス生成装置にオリフィス２２を設ける構成について説明した。しかしながら、実施の形態３，４で説明した活性ガス生成装置に、同様の構成にてオリフィス２２を配設することも可能である。
【０１１８】
＜実施の形態６＞
実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００の代わりに、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０４を用いることが望ましい。図９は、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０４の構成を示す断面図である。
【０１１９】
図１と図９との比較から分かるように、本実施の形態に係る活性ガス生成装置７０４は、実施の形態１に係る活性ガス生成装置７００のガス吹き出し板１４の代わりに、放射プレート４０が配設されている。当該ガス吹き出し板１４が放射プレート４０に置換されている以外は、装置７００の構成と装置７０４の構成とは同じである。なお、図９には、図１で図示を省略していた、ＣＶＤ装置などの処理装置２３が図示されている。つまり、図９には、活性ガス生成装置７０４と処理装置２３とから成る、リモートプラズマ型成膜処理装置が図示されている。
【０１２０】
実施の形態１で説明した積層構造の放電ユニット対５〜５と装置基台１６との間において、当該装置基台１６上に放射プレート４０が設置される。当該放射プレート４０の平面視形状は、円形である。つまり、放射プレート４０は円盤型である。また、放射プレート４０内部には空洞が形成されている。
【０１２１】
また、放射プレート４０の第一の主面（積層構造の放電ユニット対５〜５に対面する側の面）には、一つの開口部が設けられており、当該開口部はガス流入部４０ｂとなる。図９に示すように、最下段の高圧冷却板５と放射プレート４０との間には、リング７が存在する。ここで、放射プレート４０の主面とリング７との間にもオーリング１０が設けられており、リング７と放射プレート４０との接続部の気密性も確保されている。なお、ガス流入部４０ｂは、円形の第一の主面の中心に形成されている。
【０１２２】
上記リング７と放射プレート４０との接続からも分かるように、実施の形態１で説明したガス通路管２１の端部は、放射プレート４０の第一の主面と接続される。より具体的には、ガス通路管２１の端部は、放射プレート４０の第一の主面に形成されたガス流入部４０ｂと接続される。したがって、ガス通路管２１内を経由してきた活性ガスは、ガス流入部４０ｂを介して放射プレート４０内へと流入する。
【０１２３】
放射プレート４０内部には、空洞、より具体的にはガス通路部４２が形成されている。したがって、ガス流入部４０ｂから流入した活性ガスは、当該ガス通路部４２において同心円状にプレート外周部に向かって拡散していく。また、放射プレート４０の第二の主面（被処理材１８に対面する側の面）には、複数の開口部が設けられており、当該複数の開口部はガス放散部４０ａとなる。ここで、当該ガス放散部４０ａは、第二の主面において均等に設けられている。つまり、第二の主面における所定の面積当たりのガス放散部４０ａの数は、当該第二の主面全体に渡って均一（同数）である。また、ガス放散部４０ａの開口面積は非常に微細なものであり、少なくともガス流入部４０ｂの開口部よりも小さい。
【０１２４】
また、装置基台１６の底面の所定の領域に開口部１６ｔが形成されており、当該開口部１６ｔからは、放射プレート４０に設けられた全てのガス放散部４０ａが露出している。したがって、ガス通路部４２を伝播した活性ガスは、各ガス放散部４０ａおよび開口部１６ｔを介して、処理装置２３内に供給される。
【０１２５】
処理装置２３内には、被処理材１８を載置するための設置テーブル２５が設けられている。ここで、当該設置テーブル２５には、被処理材１８を加熱するための加熱ヒータ２７が設けられている。また、設置テーブル２５は、処理装置２３内に配設された設置テーブル引き出しレール２６上を移動することができる。なお、実施の形態１等でも述べたように、処理装置２３は、活性ガス生成装置７０４の下方において当該活性ガス生成装置７０４と装着可能であり、当該装置７０４から送出される活性ガスを用いて、処理装置２３内部に配置された被処理体１８に所定の膜を成膜する。
【０１２６】
さて上記のように、当該ガス放散部４０ａは第二の主面において均等に設けられているので、当該設置テーブル２５上に載置された被処理材１８の表面全体に渡って均等に、放射プレート４０から供給された活性ガスが照射される。
【０１２７】
次に、図１０に示す分解斜視図を用いて、放射プレート４０の構成を具体的に説明する。
【０１２８】
図１０に示すように、放射プレート４０は、２枚の円盤状のプレート板４０１，４０２を組み合わせることにより構成される。一方のプレート板４０２の中央部には、エッチング処理または機械加工により、一つのガス流入部４０ｂが穿設されている。また、他方のプレート板４０１には、エッチング処理または機械加工により、複数のガス放散部４０ａが均等に穿設されている。
【０１２９】
さらに、少なくとも一方のプレート板４０１，４０２には、ハーフエッチング処理または機械加工により、ガス通路部４２を構成する所定のパターンの空間リブ４０ｃが形成されている。図１０に示す構成図では、各空間リブ４０ｃは円柱形状である。また、図１０には、他方のプレート板４０１に空間リブ４０ｃが形成されている様子が図示されている。上記空間リブ４０ｃが形成されている状態において両プレート板４０１，４０２を組み合わせる（貼り合わせる）。これにより、放射プレート４０内には空間リブ４０ｃの隙間空間が形成され、当該隙間空間がガス通路部４２となる。
【０１３０】
図１０に示す構成の放射プレート４０において、活性ガス流入部４０ｂより内部へ侵入する活性ガスは、空間リブ４０ｃに衝突しながら当該放射プレート４０内のガス通路部４２内を拡散する。そして、ガス放散部４０ａの開口部は微小であるので、放射プレート４０内部（ガス通路部４２全体）にバッファリングされる。放射プレート４０内部における拡散によりガス通路部４２内全体に満たされた活性ガスは、各ガス放散部４０ａから処理装置２３内に配置された被処理材料１８に向けて放出される。なお、活性ガスは、均等な速度となって各ガス放散部４０ａより放出される。また、各ガス放散部４０ａから放出される活性ガスの流速は、少なくとも、ガス通路部４２内部を拡散する活性ガスの流速よりも大きい。
【０１３１】
ここで、放射プレート４０内全体に活性ガスが均等に拡散し、高い流速にて各ガス放散部４０ａより活性ガスを放出させるためには、放射プレート４０の厚みは薄いほうが良く、また各ガス放散部４０ａの開口面積も微細なほうが良い。具体的には、放射プレート４０の厚みは、３ｍｍ以下（当然、ゼロは含まない）であることが望ましく、各ガス放散部４０ａの開口径は、１μｍ以上、１０００μｍ以下であることが望ましい。なお、各ガス放散部４０ａから均等な流速で活性ガスを放出させるためには、各ガス放散部４０ａの開口径は、１μｍ以上、３００μｍ以下であることが望ましい。
【０１３２】
また、プレート板４０１とプレート板４０２とは、ロー付けまたは拡散接合により接続（接合）されることができる。しかしながら、ロー付けによる接合を採用した場合には、ロー材と活性ガスとの反応で、活性ガスの損失やロー付けの劣化が起こりやすくなる。したがって、両プレート板４０１，４０２を接合するときには、拡散接合を採用する方が望ましい。
【０１３３】
以上のように、本実施の形態では、活性ガス生成装置７０４は、ガス通路管２１の端部と接続される放射プレート４０を備えている。そして、当該放射プレート４０は、ガス通路管２１の端部と接続される一つのガス流入部４０ｂと、活性ガスを放射プレート４０内部に拡散させるためのガス放散部４２と、被処理材１８に対して活性ガスを放出する複数のガス放散部４０ａとを、備えている。
【０１３４】
したがって、ガス通路管２１の直下からだけではなく、放射プレート４０内に放射状に分散させて広い範囲から、活性ガスを取り出すことができる。これにより、簡易な構成により、大表面積を有する被処理材１８に対しても、短い処理時間にて表面処理を行うことができる。
【０１３５】
また、本実施の形態では、複数のガス放散部４０ａは、放射プレート４０の第二の主面内において均等に配設されている。したがって、当該第二の主面からの偏在した活性ガスの放出を防止することができる。
【０１３６】
また、本実施の形態では、放射プレート４０は、２枚のプレート板４０１，４０２を組み合わせることにより、構成されている。そして、少なくとも一方のプレート板４０１，４０２には、ガス通路部４２を構成するための所定のパターンの空間リブ４０ｃが形成されている。
【０１３７】
したがって、簡単な構成により、活性ガスバッファータンクとなる放射プレート４０、および当該放射プレート４０内を活性ガスが拡散（分散）することができるガス通路部４２を形成することができる。また、放射プレート４０１，４０２の接合は、ロー付けや拡散接合で可能で有り、空間リブ４０ｃもハーフエッチング処理または機械加工により形成可能である。したがって、簡単な作成方法および低コストにより、図１０に示す放射プレート４０を製造することができる。
【０１３８】
なお、上述のように、２枚のプレート板４０１，４０２を組み合わせることにより放射プレート４０を作成する際には、拡散接合を採用することが望ましい。
【０１３９】
これにより、ロー付けにより２枚のプレート板４０１，４０２を結合する際に発生していた、放射プレート４０内における活性ガスの損失やプレート板４０１，４０２同士の接合力低下を防止することができる。また、拡散接合の場合には、接合の際にプレート板４０１，４０２に歪が生じることもない。したがって、放射プレート４０内部を活性ガスは低抵抗で流動することができる。
【０１４０】
また、放射プレート４０の厚みは、３ｍｍ以下であることが望ましい。また、各ガス放散部４０ａの開口径は、１〜１０００μｍであることが望ましい。
【０１４１】
当該放射プレート４０の構成およびガス放散部４０ａの構成を採用することにより、放射プレート４０内全体に活性ガスが均等に拡散し、高い流速にて各ガス放散部４０ａより活性ガスを放出させることができる。また、放射プレート４０は薄板形状となるので、容易にかつ装置全体の大型化を防止して、活性ガス生成装置７０４に当該放射プレート４０を配設することができる。
【０１４２】
なお、ガス放散部４０ａの開口径は、１〜３００μｍであることがより望ましい。これは、各ガス放散部４０ａから均等な流速で活性ガスを放出させることができるためである。このように、各ガス放散部４０ａから均等な流速な活性ガスが放出されることにより、大面積の被処理材１８の表面に対しても、均一な成膜が実現できる。
【０１４３】
なお、各活性ガス生成装置７００〜７０４の下方において、図８，９等で示すように、被処理材１８の活性ガスを用いた成膜処理を行うＣＶＤ装置などの処理装置２３が装着できる。つまり、活性ガス生成装置７００〜７０４と処理装置２３とで、リモートプラズマ型成膜処理装置が構成されている。
【０１４４】
このように、活性ガス生成装置７００〜７０４に処理装置２３を装着させることにより、処理装置２３のコンパクト化が実現でき、かつ安価なリモートプラズマ型成膜処理装置を実現することができる。
【０１４５】
なお、複数台の活性ガス生成装置７００〜７０４を併設し、各活性ガス生成装置７００〜７０４に装着された処理装置２３内に、被処理材１８を順に配置する表面処理方法も採用できる。これにより、被処理材１８の表面に対して、複数の膜を重ね合わせて成膜することができる。
【０１４６】
なお、上記各実施の形態で説明した発明は、半導体装置に対するプラズマ成膜処理（たとえば、窒化処理）の際に利用される。たとえば、ＣＭＯＳトランジスタなどに用いられるゲート絶縁膜などの成膜時に、当該発明は利用される。
【符号の説明】
【０１４７】
１ 第一の電極
１ａ 電極板
１ｂ ガス流入口
１ｄ ガス流路部
１ｒ 冷却材流路
１ｍ （冷却材の出入り口となる）部分
２ 第二の電極
２ａ 誘電体
２ｄ 金属薄膜
３ 高圧電極
４ 絶縁板
５ 高圧冷却板
６ スペーサ
７ リング
８ 締め付け板
９ 連結ブロック
１０，１１ オーリング
１２ 電極セル締め付けボルト
１３ 冷却材分配セル締め付けボルト
１４ ガス吹き出し板
１５ 電気供給端子
１６ 装置基台
１７ 交流電源部
１８ 被処理材
１９ 冷却材出入部
２０ 原料ガス供給部
２１ ガス通路管
２２ オリフィス
２３ 処理装置
２４ 排気ポンプ
２５ 設置テーブル
２６ 設置テーブル引き出しレール
２７ 加熱ヒータ
３０ 希ガス供給部
３１ 希ガス通過路
３２ 予備放電生成用電源
３３ 予備放電用高圧電極
３４ 予備放電用誘電体
３５ 予備放電用設置電極
３６ 予備放電空間
３７ 希ガス供給口
４０ 放射プレート
４０ａ ガス放散部
４０ｂ ガス流入部
４０ｃ 空間リブ
４２ ガス通路部
１００ 空間ギャップ（放電空間）
１６１ チャンバー
４０１，４０２ プレート板
７００，７０１，７０２，７０３，７０４ 活性ガス生成装置
８００ 予備放電器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１以上の電極セルと、
前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、
前記電極セルを囲繞する筐体と、
前記筐体に形成され、外部から前記筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部とを、備えており、
前記電極セルは、
第一の電極と、
誘電体を有する第二の電極とを、備えており、
前記第一の電極は、
前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記第二の電極と対面しており、
前記電極セルの平面視における中心領域には、
ガス取り出し部が形成されている、
ことを特徴とする活性ガス生成装置。
【請求項２】
前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する範囲における、前記第一の電極および前記第二の電極の平面視形状は、
円形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項３】
前記電極セルは、
二つの前記第二の電極を、備えており、
前記第一の電極の第一の主面は、
一方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記一方の第二の電極と対面しており、
前記第一の電極の第二の主面は、
他方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記他方の第二の電極と対面している、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項４】
前記電極セルは、
複数であり、
各前記電極セルは、
積層状態で配置されおり、
各前記電極セルが備える各前記ガス取り出し部に連通しており、前記電極セルの中心において前記積層方向に延設された、ガス通路管を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の活性ガス生成装置。
【請求項５】
前記第一の電極内部には、
冷却材が流動できる冷却材流路が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項６】
前記各電極セルが備える前記ガス取り出し部は、
複数であり、
各前記ガス取り出し部は、
前記第一の電極の面に設けられたガス流入口と、
前記第一の電極内に配設され、前記ガス流入口と前記ガス通路管との間を螺旋状に連接するガス流路部とを、備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項７】
前記ガス通路管に希ガスを供給する希ガス供給部を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項８】
予備放電器を、さらに備えており、
前記希ガスは、
前記予備放電器から前記希ガス供給部へと供給される、
ことを特徴とする請求項７に記載の活性ガス生成装置。
【請求項９】
前記ガス通路管の端部に配設されたオリフィスを、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１０】
前記第一の電極は、
アルミニウムまたはアルミニウムを含む合金より成る、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１１】
前記第二の電極が有する前記誘電体は、
酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１２】
前記第一の電極に対面する側の前記第二の電極の面は、
凹凸形状を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１３】
前記第二の電極に対面する側の前記第一の電極の面は、
粒子状の電極材でコーティングされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１４】
原料ガス供給部から前記筐体内には、
窒素ガスまたは窒素化合物ガスが供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１５】
原料ガス供給部から前記筐体内には、
酸素ガスまたは酸素化合物ガスが供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１６】
前記ガス通路管の端部と接続される放射プレートを、さらに備えており、
前記放射プレートは、
第一の主面に形成された前記ガス通路管の端部と接続されるガス流入部と、
内部配設されたガス通路部と、
第二の主面において設けられた複数のガス放散部とを、備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１７】
前記ガス放散部は、
前記第二の主面内において均等に配設されている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１８】
前記放射プレートは、
２枚のプレート板を組み合わせることにより、構成されており、
少なくとも一方のプレート板に、前記ガス通路部を構成する所定のパターンが施されている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１９】
前記放射プレートは、
２枚のプレート板を組み合わせることにより、構成されており、
前記プレート板同士は、
拡散接合により、接続されている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２０】
前記ガス放散部の開口径は、
１μｍ以上、１０００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２１】
前記ガス放散部の開口径は、
１μｍ以上、３００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２２】
前記放射プレートの厚みは、
３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２３】
前記空間ギャップは、
０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２４】
原料ガスをプラズマにより励起して活性ガスを生成する、請求項１乃至２３の何れかに記載の活性ガス生成装置と、
前記活性ガス生成装置の下方において当該活性ガス生成装置と装着可能であり、前記ガス取り出し部から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体に所定の膜を成膜する処理装置とを、備えている、
ことを特徴とするリモートプラズマ型成膜処理装置。
【請求項１】
少なくとも１以上の電極セルと、
前記電極セルに交流電圧を印加する電源部と、
前記電極セルを囲繞する筐体と、
前記筐体に形成され、外部から前記筐体内に原料ガスを供給する原料ガス供給部とを、備えており、
前記電極セルは、
第一の電極と、
誘電体を有する第二の電極とを、備えており、
前記第一の電極は、
前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記第二の電極と対面しており、
前記電極セルの平面視における中心領域には、
ガス取り出し部が形成されている、
ことを特徴とする活性ガス生成装置。
【請求項２】
前記第一の電極と前記第二の電極とが対面する範囲における、前記第一の電極および前記第二の電極の平面視形状は、
円形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項３】
前記電極セルは、
二つの前記第二の電極を、備えており、
前記第一の電極の第一の主面は、
一方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記一方の第二の電極と対面しており、
前記第一の電極の第二の主面は、
他方の前記第二電極が有する前記誘電体および空間ギャップを隔てて、前記他方の第二の電極と対面している、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項４】
前記電極セルは、
複数であり、
各前記電極セルは、
積層状態で配置されおり、
各前記電極セルが備える各前記ガス取り出し部に連通しており、前記電極セルの中心において前記積層方向に延設された、ガス通路管を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の活性ガス生成装置。
【請求項５】
前記第一の電極内部には、
冷却材が流動できる冷却材流路が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項６】
前記各電極セルが備える前記ガス取り出し部は、
複数であり、
各前記ガス取り出し部は、
前記第一の電極の面に設けられたガス流入口と、
前記第一の電極内に配設され、前記ガス流入口と前記ガス通路管との間を螺旋状に連接するガス流路部とを、備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項７】
前記ガス通路管に希ガスを供給する希ガス供給部を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項８】
予備放電器を、さらに備えており、
前記希ガスは、
前記予備放電器から前記希ガス供給部へと供給される、
ことを特徴とする請求項７に記載の活性ガス生成装置。
【請求項９】
前記ガス通路管の端部に配設されたオリフィスを、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１０】
前記第一の電極は、
アルミニウムまたはアルミニウムを含む合金より成る、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１１】
前記第二の電極が有する前記誘電体は、
酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムである、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１２】
前記第一の電極に対面する側の前記第二の電極の面は、
凹凸形状を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１３】
前記第二の電極に対面する側の前記第一の電極の面は、
粒子状の電極材でコーティングされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１４】
原料ガス供給部から前記筐体内には、
窒素ガスまたは窒素化合物ガスが供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１５】
原料ガス供給部から前記筐体内には、
酸素ガスまたは酸素化合物ガスが供給される、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１６】
前記ガス通路管の端部と接続される放射プレートを、さらに備えており、
前記放射プレートは、
第一の主面に形成された前記ガス通路管の端部と接続されるガス流入部と、
内部配設されたガス通路部と、
第二の主面において設けられた複数のガス放散部とを、備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１７】
前記ガス放散部は、
前記第二の主面内において均等に配設されている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１８】
前記放射プレートは、
２枚のプレート板を組み合わせることにより、構成されており、
少なくとも一方のプレート板に、前記ガス通路部を構成する所定のパターンが施されている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項１９】
前記放射プレートは、
２枚のプレート板を組み合わせることにより、構成されており、
前記プレート板同士は、
拡散接合により、接続されている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２０】
前記ガス放散部の開口径は、
１μｍ以上、１０００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２１】
前記ガス放散部の開口径は、
１μｍ以上、３００μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項２０に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２２】
前記放射プレートの厚みは、
３ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１６に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２３】
前記空間ギャップは、
０．０５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の活性ガス生成装置。
【請求項２４】
原料ガスをプラズマにより励起して活性ガスを生成する、請求項１乃至２３の何れかに記載の活性ガス生成装置と、
前記活性ガス生成装置の下方において当該活性ガス生成装置と装着可能であり、前記ガス取り出し部から送出されるガスを用いて、内部に配置された被処理体に所定の膜を成膜する処理装置とを、備えている、
ことを特徴とするリモートプラズマ型成膜処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１１１８３（Ｐ２０１１−１１１８３Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９６４２（Ｐ２００９−１５９６４２）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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