本發(fā)明涉及能夠進行自由基氣體(radicalgas)生成，并進行利用了該自由基氣體的處理的、包含電源裝置的放電發(fā)生器及其電源裝置，例如，能夠在對被處理體成膜高性能的膜時使用。

背景技術(shù)：

在包括半導體制造領(lǐng)域的多用途的領(lǐng)域中，尋求多功能且高品質(zhì)的薄膜(例如，高絕緣薄膜、半導體薄膜、高介電薄膜、發(fā)光薄膜、高磁性體薄膜、超硬薄膜等)。

例如，在半導體裝置的制造的場合，在半導體芯片內(nèi)，設(shè)置有相當于電路布線的低阻抗的高導電膜、具有電路的布線線圈功能或磁鐵功能的高磁性膜、具有電路的電容器功能的高介電膜、以及具有漏電流較少的高絕緣功能的高絕緣膜等。

作為這些膜的進行成膜的現(xiàn)有技術(shù)，例如，使用熱cvd(化學氣相生長：chemicalvapordeposition)裝置、光cvd裝置或等離子體cvd裝置，尤其大多使用等離子體cvd裝置。這是因為，例如與熱/光cvd裝置相比，等離子體cvd裝置的成膜溫度更低，并且，成膜速度更大，能夠?qū)崿F(xiàn)短時間內(nèi)的成膜處理。

例如，在將氮化膜(sion、hfsion等)、氧化膜(sio2、hfo2)等柵極絕緣膜成膜于半導體基板的情況下，一般采用使用了等離子體cvd裝置的以下的技術(shù)。

即，nh3(氨)或n3、o2、o3(臭氧)等氣體和硅、鉿等前體氣體，被直接供給至實施cvd處理的處理室裝置。在處理室裝置內(nèi)，使前體氣體離解，生成金屬粒子，通過該金屬粒子與上述的nh3(氨)等氣體的化學反應，從而在被處理體上成膜氮化膜或氧化膜等薄膜。

另一方面，在等離子體cvd裝置中，在處理室裝置內(nèi)，直接產(chǎn)生了高頻等離子體、微波等離子體。因此，被處理體被暴露于自由基氣體、具有高能量的等離子體離子(或電子)。

另外，作為公開了與等離子體cvd裝置相關(guān)的技術(shù)的先行文獻，例如存在專利文獻1。

但是，在等離子體cvd裝置內(nèi)的成膜處理中，如上所述，被處理體被直接暴露于等離子體。因此，該被處理體由于等離子體(離子或電子)而很大程度地受到使半導體功能的性能下降等損害。

另一方面，在使用了熱/光cvd裝置的成膜處理中，被處理體不會受到等離子體(離子或電子)的損害，可成膜出高品質(zhì)的氮化膜或氧化膜等。但是，在該成膜處理中，難以得到高濃度且大量的自由基氣體源，結(jié)果，存在成膜時間需要非常長的問題。

在最近的熱/光cvd裝置中，作為原料氣體，使用了通過熱或光的照射而容易離解的、高濃度的nh3氣體或o3氣體。進而，在cvd室裝置內(nèi)，設(shè)置有加熱催化劑。由此，在該熱/光cvd裝置中，通過催化劑作用，氣體的離解得到促進，也能夠在短時間內(nèi)對氮化膜、氧化膜等進行成膜。但是，該時間的縮短化有限，大幅的成膜時間的改善很困難。

因此，作為能夠減輕由等離子體引發(fā)的被處理體的損害且能夠?qū)崿F(xiàn)成膜時間的進一步的縮短化的裝置，存在遠程等離子體型成膜處理裝置(例如，參照專利文獻2)。

在該專利文獻2所涉及的技術(shù)中，等離子體生成區(qū)域和被處理材料處理區(qū)域通過隔壁(等離子體限制電極：plasmaconfiningelectrode)而分離。具體而言，在專利文獻2所涉及的技術(shù)中，在高頻施加電極與設(shè)置了被處理體的對置電極之間，設(shè)置有該等離子體限制電極。由此，在專利文獻2所涉及的技術(shù)中，僅中性活性種被供給到被處理體上。

此外，在專利文獻3所涉及的技術(shù)中，在遠程等離子體源中，通過等離子體而使原料氣體的一部分活性化。在此，氣體的流路在該遠程等離子體源內(nèi)環(huán)繞。在遠程等離子體源中生成的活性氣體被釋放，并被供給到被處理體存在的裝置側(cè)。

在專利文獻3這樣的薄膜技術(shù)中，利用了氮、氧、臭氧或氫等各種各樣的原料氣體。而且，從該原料氣體生成被活性化的自由基氣體，通過該自由基氣體在被處理體上成膜薄膜。

自由基氣體反應性非常高。因此，通過使微量(約1％：10000ppm)以下的濃度的自由基氣體接觸被處理體，能夠促進在被處理體上的化學反應，能夠在短時間內(nèi)高效地制作出氮化薄膜、氧化薄膜或氫鍵薄膜等。

在自由基氣體生成裝置中，配設(shè)有放電單元(發(fā)生器)，在該放電單元中，通過與大氣壓等離子體相當?shù)慕殡妱輭痉烹姡瑏韺崿F(xiàn)高電場的等離子體。由此，從暴露于放電單元的等離子體的原料氣體，生成高品質(zhì)的自由基氣體。此外，在自由基氣體生成裝置中，配設(shè)多個放電單元，使在多方面生成的自由基氣體噴出，并具有利用該噴出的自由基氣體的用途。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：jp特開2007-266489號公報

專利文獻2：jp特開2001-135628號公報

專利文獻3：jp特不2004-111739號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，現(xiàn)有的自由基氣體生成裝置，無法生成反應性非常高的有效的自由基氣體。此外，難以得到大量的自由基氣體，且供給來自1個方向的自由基氣體。與此同時，所生成的自由基氣體壽命非常短。因此，難以在抑制濃度的下降的同時將自由基從自由基氣體生成裝置引導到與該自由基氣體生成裝置分別設(shè)置的自由基氣體處理場(是薄膜生成場、處理室裝置)。

例如，為了使從自由基氣體生成裝置噴出的自由基氣體在短時間內(nèi)接觸處理室裝置內(nèi)的被處理體，可以考慮將自由基氣體的出口設(shè)為孔口(orifice)狀的方法。即，可以考慮在從自由基氣體生成裝置連接到處理室裝置的作為自由基氣體的傳輸路徑的開口部，縮小該開口部的開口直徑的方法。由此，若使處理室裝置內(nèi)的壓力成為減壓狀態(tài)(真空狀態(tài))，則產(chǎn)生自由基氣體生成裝置內(nèi)的壓力與處理室裝置內(nèi)的壓力之差，能夠高速地使自由基氣體向處理室裝置內(nèi)噴出。即，能夠在維持高濃度的狀態(tài)下，將自由基氣體從自由基氣體生成裝置引導到處理室裝置內(nèi)。

在采用了上述方法的情況下，需要將開口部的直徑設(shè)為例如數(shù)十mm程度。但是，在采用了該尺寸的開口部時，對處理室裝置內(nèi)的被處理體照射自由基氣體的區(qū)域有限。即，難以以大面積(例如，200mm直徑以上的被處理體)成膜均勻的薄膜。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種如下的放電發(fā)生器及其電源裝置：在自由基氣體生成裝置和處理室裝置分開或相鄰配設(shè)的自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)(遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)、放電發(fā)生器及其電源裝置)中，能夠?qū)⒆杂苫鶜怏w從自由基氣體生成裝置引導至處理室裝置，從另一方面來說，能夠使任意的自由基濃度的自由基氣體向處理室裝置內(nèi)噴出，例如即使是大面積的被處理體，也能夠?qū)嵤┚鶆虻氖褂昧俗杂苫鶜怏w的處理，并能夠高速地實施使用了自由基氣體的處理。

解決課題的手段

為了達成上述目的，本發(fā)明所涉及的放電發(fā)生器及其電源裝置，具備：自由基氣體生成裝置，其利用介電勢壘放電，從原料氣體生成自由基氣體；處理室裝置，其與所述自由基氣體生成裝置連接，在內(nèi)部配設(shè)有被處理體，對該被處理體實施利用了所述自由基氣體的處理；和電源裝置，其對所述自由基氣體生成裝置施加交流電壓，所述處理室裝置具有：工作臺，其載置所述被處理體，并使該被處理體旋轉(zhuǎn)，所述自由基氣體生成裝置具有：多個放電單元，其產(chǎn)生所述介電勢壘放電；和原料氣體供給部，其向該自由基氣體生成裝置內(nèi)供給所述原料氣體，所述放電單元具有：第一電極部，其具有第一電極構(gòu)件；第二電極部，其與所述第一電極對置配設(shè)，并具有第二電極構(gòu)件；和開口部，其與所述處理室裝置內(nèi)連接，面向配設(shè)在所述工作臺上的所述被處理體，并輸出通過所述介電勢壘放電而從所述原料氣體生成的所述自由基氣體，所述電源裝置采用輸入1個交流電壓并且能夠?qū)相的交流電壓進行輸出控制的電源電路結(jié)構(gòu)，將各相的所述交流電壓施加于各所述放電單元，并對應于所述放電單元的設(shè)置位置對施加于所述放電單元的所述交流電壓進行可變控制。在此，n是與所述放電單元的數(shù)量對應的數(shù)。

發(fā)明效果

本發(fā)明所涉及的放電發(fā)生器及其電源裝置，具備：自由基氣體生成裝置，其利用介電勢壘放電，從原料氣體生成自由基氣體；處理室裝置，其與所述自由基氣體生成裝置連接，在內(nèi)部配設(shè)有被處理體，對該被處理體實施利用了所述自由基氣體的處理；和電源裝置，其對所述自由基氣體生成裝置施加交流電壓，所述處理室裝置具有：工作臺，其載置所述被處理體，并使該被處理體旋轉(zhuǎn)，所述自由基氣體生成裝置具有：多個放電單元，其產(chǎn)生所述介電勢壘放電；和原料氣體供給部，其向該自由基氣體生成裝置內(nèi)供給所述原料氣體，所述放電單元具有：第一電極部，其具有第一電極構(gòu)件；第二電極部，其與所述第一電極對置配設(shè)，并具有第二電極構(gòu)件；和開口部，其與所述處理室裝置內(nèi)連接，面向配設(shè)在所述工作臺上的所述被處理體，并輸出通過所述介電勢壘放電而從所述原料氣體生成的所述自由基氣體，所述電源裝置采用輸入1個交流電壓并且能夠?qū)相的交流電壓進行輸出控制的電源電路結(jié)構(gòu)，將各相的所述交流電壓施加于各所述放電單元，并對應于所述放電單元的設(shè)置位置對施加于所述放電單元的所述交流電壓進行可變控制。在此，n是與所述放電單元的數(shù)量對應的數(shù)。

因此，能夠?qū)⒆杂苫鶜怏w從自由基氣體生成裝置引導到處理室裝置，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本且低設(shè)置面積，同時能夠?qū)Υ竺娣e的被處理體實施均勻的自由基氣體處理。

因此，能夠?qū)⒍鄠€自由基氣體從自由基氣體生成裝置引導到處理室裝置。進而，能夠利用1個交流電源，從多個放電單元輸出以任意的流量生成的自由基氣體，并能夠?qū)⒃撟杂苫鶜怏w引導到處理室裝置。因此，本發(fā)明所涉及的自由基產(chǎn)生系統(tǒng)，能夠以低成本，在較小的自由基氣體生成裝置中，在比較短的時間內(nèi)對大面積的被處理體實施均勻的自由基氣體處理。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明所涉及的自由基產(chǎn)生系統(tǒng)500的構(gòu)成例的圖。

圖2是表示本發(fā)明所涉及的放電單元70的構(gòu)成例的放大剖面圖。

圖3是表示用于驅(qū)動各逆變器元件902的驅(qū)動脈沖周期、脈沖寬度信號波形和輸出到放電單元70的交流電壓波形的圖。

具體實施方式

如上所述，在遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)中，作為能夠利用一個交流電源，將多個自由基氣體在維持高濃度的狀態(tài)下從自由基氣體生成裝置引導到處理室裝置內(nèi)的構(gòu)成，發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了在進行了對置電極配置的放電空間內(nèi)，生成自由基氣體，并且，減小所噴出的自由基氣體的開口部的開口直徑的放電單元構(gòu)成。

在此，自由基氣體生成裝置和處理室裝置上下相鄰，使得自由基氣體生成裝置位于上段，開口部是從自由基氣體生成裝置連接到處理室裝置的自由基氣體的傳輸路徑。此外，該開口部配設(shè)有多個。另外，各開口部面向被處理體的主面。

但是，如上所述，在采用了該構(gòu)成的情況下，難以對處理室裝置內(nèi)的被處理體均勻地進行使用了自由基氣體的處理(以下，作為一例稱為成膜處理)。通過增加開口部的數(shù)量，雖然不均勻性多少得到消除，但還是存在不均勻性的問題。

作為消除上述這種不均勻的成膜的手段，采用了在處理室裝置內(nèi)使被處理體在俯視下旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成。但是，在該構(gòu)成中，也隨著從旋轉(zhuǎn)中心沿平面方向遠離，而該位置處的被處理體的速度變大(v(速度)＝r(半徑)×ω(角速度))。因此，即使采用使被處理體旋轉(zhuǎn)的構(gòu)成，并使自由基氣體從各開口部向處理室裝置內(nèi)噴出，也難以完全解決上述不均勻的成膜處理這樣的問題。

作為進一步消除成膜的不均勻性的方法，也可以考慮如下構(gòu)成。即，如上所述，作為自由基的噴出部的開口部為多個。于是，構(gòu)成為與各開口部對應地設(shè)置放電單元，在各放電單元中，對產(chǎn)生的自由基氣體量(自由基氣體濃度)進行控制。

作為在各放電單元改變自由基氣體量(自由基氣體濃度)的方法，可以考慮按照每個放電單元設(shè)置交流電源，并按照每個放電單元來控制(改變)從交流電源供給的功率的方法。但是，在該方法中，必須設(shè)置多個交流電源。因此，存在自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)整體大型化且高成本的問題點。

此外，作為在各放電單元改變自由基氣體量的方法，也可以考慮在各放電單元中改變開口部的開口直徑(改變孔口的孔徑)的方法。但是，若使自由基氣體的開口部的開口直徑變化(若改變孔口的孔徑)，則在各放電單元中，從開口部噴出的自由基氣體的氣體流速自身也發(fā)生變化。該氣體流速的變化是妨礙均勻的成膜的主要原因。

因此，作為在各放電單元改變自由基氣體量的構(gòu)成，發(fā)明者們采用了如下構(gòu)成，即，在下述的1個電源中，通過逆變器元件，能夠使輸出的交流電壓具有獨立的n相的相位的逆變器電源構(gòu)成。所輸出的n相的交流電壓的頻率是固定頻率。而且，使得在各相中僅能夠任意地設(shè)定振幅值e。將該電源稱作n相逆變器電源裝置。以下，對本發(fā)明基于表示其實施方式的附圖來具體進行說明。

<實施方式>

圖1是表示具備電源裝置的、本實施方式所涉及的自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)(放電發(fā)生器及其電源裝置)500的構(gòu)成例的圖。此外，圖2是表示本發(fā)明所涉及的放電單元70的構(gòu)成例的放大剖面圖。此外，圖3是表示用于對具有輸出n個輸出交流電壓的手段的n相逆變器電源裝置9中的各逆變器元件902進行驅(qū)動的驅(qū)動脈沖周期和脈沖寬度信號波形以及輸出到放電單元70的交流電壓波形的1個實施例圖。

以下，使用圖1、2、3，對本實施方式所涉及的自由基產(chǎn)生系統(tǒng)500的構(gòu)成進行說明。

如圖1所示，自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)500由自由基氣體生成裝置100、處理室裝置200、能夠輸出n相交流電壓的一個n相逆變器電源裝置9以及真空泵300構(gòu)成。

在此，n相的“n”與作為配設(shè)在自由基氣體生成裝置100內(nèi)的放電單元70的數(shù)量的“n”相同。

自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)500是將進行自由基氣體g2的生成的自由基氣體生成裝置100、和進行使用了所生成的自由基氣體g2的成膜處理等的處理室裝置200分開設(shè)置的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)。

如圖1所示，自由基氣體生成裝置100的底面?zhèn)扰c處理室裝置200的上表面?zhèn)认嘟?。另外，如后所述，自由基氣體生成裝置100內(nèi)與處理室裝置200內(nèi)經(jīng)由開口部102連接。如上所述，開口部102形成有多個。

在自由基氣體生成裝置100內(nèi)，利用介電勢壘放電，從原料氣體g1生成該原料氣體g1的一部分通過放電而發(fā)生了自由基氣體化的自由基氣體g2。

如圖1所示，在自由基氣體生成裝置100內(nèi)，配設(shè)有多個放電單元70。具體而言，各放電單元70設(shè)置在自由基氣體生成裝置100的底面上。

如圖2所示，各放電單元70由第一電極部1、2和第二電極部5、31、3構(gòu)成。第一電極部1、2隔開給定的間隔與第二電極部5、31、3相對。

即，在第一電極部1、2與第二電極部5、31、3之間，形成有產(chǎn)生介電勢壘放電的放電空間40。另外，為了將放電空間40中的間隙長度(在圖2中，第一電極部1、2與第二電極部5、31、3之間的距離)維持固定，在第一電極部1、2與第二電極部5、31、3之間，配設(shè)有1個以上的間隔件4。

如圖2所示，第一電極部1、2由低電壓電極(可以看作第一電極構(gòu)件)1和第一電介質(zhì)2構(gòu)成。

在此，低電壓電極1成為接地電位，且配設(shè)在自由基氣體生成裝置100的底面上。此外，在全部的放電單元70中，共享一個低電壓電極1。此外，第一電介質(zhì)2形成在低電壓電極1上。

此外，第二電極部5、31、3由高電壓電極塊5、高電壓電極(可以看作第二電極構(gòu)件)31以及第二電介質(zhì)3構(gòu)成。

在此，在第二電介質(zhì)3上形成有高電壓電極31，在該高電壓電極31上連接有高電壓電極塊5。對高電壓電極塊5供給交流電壓的高電壓。此外，由于高電壓電極塊5與高電壓電極31被電連接，因此高電壓也被施加于高電壓電極31。

此外，如圖1所示，在放電單元70穿設(shè)有作為孔口而發(fā)揮作用的開口部102。

在此，開口部102形成為貫通第一電介質(zhì)2以及低電壓電極1。另外，開口部102形成在第一電介質(zhì)2的中央部。此外，開口部102將自由基氣體生成裝置100(更具體來說，放電空間40)內(nèi)與處理室裝置200內(nèi)連接。因此，在放電空間40內(nèi)生成的自由基氣體g2經(jīng)由該開口部102輸出到處理室裝置200內(nèi)。另外，開口部102面向配設(shè)在處理室裝置200內(nèi)的被處理體202的處理面。

作為一個實施例，俯視時的放電單元70的輪廓形狀為圓盤狀或者同軸狀的圓錐狀。即，第一電介質(zhì)2和第二電介質(zhì)3都為圓盤或者圓錐形狀，兩者2、3平行或者呈同軸狀對置配置(另外，高電壓電極31也為圓盤或者圓錐形狀)。從上表面觀察了放電單元70時，第一電介質(zhì)2的外周端與第二電介質(zhì)3的外周端對齊。另外，俯視時的放電單元70的輪廓形狀不必一定為圓盤狀或者圓錐，只要能夠發(fā)揮同樣的效果，則也可以為其他形狀。

在各放電單元70中，該輪廓形狀相同。例如，如上所述，若放電單元70的輪廓形狀為圓盤狀，則俯視時的放電單元70的輪廓尺寸由第一電介質(zhì)2(同樣地，由第二電介質(zhì)3)的直徑來決定。

n相逆變器電源裝置9具有：整流電路901；n個逆變器元件902；n個限流電抗器903；n個變壓器904；對流過各逆變器元件902的電流進行檢測的電流檢測器906；對各逆變器元件902的接通-斷開(on-off)指令信號進行驅(qū)動的柵極電路905；以及對n相逆變器電源裝置9進行控制的控制電路907。

參照圖1，在n相逆變器電源裝置9中，商用的三相交流電壓(圖示示出了三相交流電壓，但也可以為單相交流電壓)被輸入到整流電路901。由此，整流電路901的輸出電壓變換為被整流且被直流化后的直流電壓。該直流電壓被施加于多個(n個)并聯(lián)逆變器元件902。

逆變器元件902通過將功率晶體管等2個開關(guān)元件串聯(lián)配置而構(gòu)成。對2個開關(guān)元件的柵極輸入來自柵極電路905的交替地進行了接通-斷開變化的信號。通過該信號的輸入，從而對限流電抗器903輸入通過直流電壓被接通-斷開而生成的交流脈沖電壓。該交流脈沖電壓經(jīng)由限流電抗器903被輸入到變壓器904的一次側(cè)。

在n個變壓器904的一次側(cè)，n個變壓器通過δ接線而結(jié)合。通過輸入到各變壓器的一次電壓，變壓器904的二次側(cè)電壓被升壓為高電壓并被輸出。變壓器904的二次側(cè)通過采用以n個變壓器的一端為公共的y接線，從而使低壓電壓(lv)電壓相同。對另一端的各變壓器904的二次側(cè)端子，分別輸出相位不同的交流高電壓(hv)。對各放電單元70分別施加該相位不同的交流高電壓(hv)。

然后，參照圖1，n相逆變器電源裝置9能夠?qū)ψ杂苫鶜怏w生成裝置100(更具體來說，對各放電單元70)輸出用于使其放電的多個交流高電壓。若對各放電單元70施加多個交流高電壓，則在各放電單元70的放電空間40中，產(chǎn)生介電勢壘放電。然后，通過在各放電空間40內(nèi)通過的原料氣體g1和介電勢壘放電的作用，從而在各放電空間40生成自由基氣體g2。即，在自由基氣體生成裝置100內(nèi)，利用介電勢壘放電，生成原料氣體g1的一部分通過放電而發(fā)生了自由基氣體化的氣體g2。

此外，原料氣體供給部101配設(shè)在自由基氣體生成裝置100的上表面部。從該原料氣體供給部101向自由基氣體生成裝置100內(nèi)供給成為自由基氣體g2的原料的原料氣體g1。另外，從原料氣體供給部101供給的原料氣體g1充滿自由基氣體生成裝置100內(nèi)，并從各放電單元70的外側(cè)以均勻量侵入各放電單元70內(nèi)，在各放電空間40內(nèi)流動。

向處理室裝置200內(nèi)噴出由自由基氣體生成裝置100生成的自由基氣體g2。在處理室裝置200中，利用該自由基氣體，對被處理體202的主面實施薄膜形成等處理。

例如，假定對自由基氣體生成裝置100供給氮氣作為原料氣體g1。在此情況下，在自由基氣體生成裝置100的各放電單元70內(nèi)，從該氮氣生成氮自由基氣體作為自由基氣體g2。因此，在處理室裝置200中，利用從自由基氣體生成裝置100噴出的氮自由基氣體g2，對被處理體202成膜氮化膜。

此外，假定對自由基氣體生成裝置100供給臭氧氣體或者氧氣作為原料氣體g1。在此情況下，在自由基氣體生成裝置100的各放電單元70內(nèi)，從該臭氧氣體或者該氧氣生成氧自由基氣體作為自由基氣體g2。因此，在處理室裝置200中，利用從自由基氣體生成裝置100噴出的氧自由基氣體g2，對被處理體202成膜氧化膜。

此外，假定對自由基氣體生成裝置100供給氫氣或者水蒸氣作為原料氣體g1。在此情況下，在自由基氣體生成裝置100的各放電單元70內(nèi)，從該氫氣生成氫自由基氣體作為自由基氣體g2。或者，在自由基氣體生成裝置100的各放電單元70內(nèi)，從該水蒸氣氣體生成oh自由基氣體(羥基自由基氣體)作為自由基氣體g2。因此，在處理室裝置200中，利用從自由基氣體生成裝置100噴出的氫自由基氣體g2或者oh自由基氣體g2，對被處理體202成膜氫還原膜(促進了氫鍵(hydrogenbonding)的金屬膜)。

此外，在處理室裝置200的下方側(cè)面，配設(shè)有與真空泵300相連的氣體排出部203。通過基于該真空泵300的氣體的排氣，處理室裝置200內(nèi)的壓力被維持在約數(shù)torr～數(shù)十torr(數(shù)kpa)程度。此外，通過真空泵300，還形成了從自由基氣體生成裝置100向處理室裝置200的氣體的流動。另外，由于開口部102作為孔口而發(fā)揮作用，因此在自由基氣體生成裝置100內(nèi)與處理室裝置200內(nèi)之間，能夠形成壓力劃分。

如圖1所示，在處理室裝置200配設(shè)有工作臺201。而且，在該工作臺201上載置被處理體202。使從自由基氣體生成裝置100的開口部102噴出的自由基氣體g2接觸該被處理體202。然后，對被處理體202實施利用了自由基氣體g2的處理(例如，形成薄膜)。另外，工作臺201在載置有被處理體202的狀態(tài)下，在俯視下，順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。通過該工作臺201的旋轉(zhuǎn)，被處理體202也同樣地旋轉(zhuǎn)。

另外，如上所述，各放電單元70的輪廓相同。此外，在各放電單元70形成的開口部102的開口直徑也相同。故而，氣體流動所引起的壓力損耗在各放電單元70以及開口部102中相同。因此，在各放電單元70中均等地流動氣體，向處理室裝置200內(nèi)噴出的自由基氣體g2的噴出速度也固定。

如圖1所示，n相逆變器電源裝置9的lv輸出端子經(jīng)由端子8與低電壓電極1連接。另外，如上所述，在各放電單元70中，低電壓電極1是公共的，且為接地電位。此外，n相逆變器電源裝置9的各hv輸出端子經(jīng)由n個端子7a、7b、···7n與各放電單元70的高電壓電極塊5分別連接。通過該連接關(guān)系，n相逆變器電源裝置9能夠?qū)Ω鞣烹妴卧?0施加n相的交流的高電壓。

如上所述，一個n相逆變器電源裝置9對各放電單元70施加相位不同的多個交流高電壓(hv)。此外，在低電壓電極1內(nèi)以及高電壓電極塊5內(nèi)，形成了用冷卻水等進行冷卻而能夠?qū)λa(chǎn)生的熱進行冷卻的構(gòu)造，但出于附圖簡化的觀點，與該冷卻相關(guān)的構(gòu)成省略了圖示。

這樣，在各放電單元70中，高電壓電極31與低電壓電極1相對的區(qū)域成為放電空間40。n相逆變器電源裝置9的lv輸出端子連接于低電壓電極1，n相逆變器電源裝置9的各hv輸出端子經(jīng)由各端子7a、7b、···7n以及各高電壓電極塊5，連接于各高電壓電極31。于是，若在低電壓電極1與各高電壓電極31之間施加交流高電壓，則在各放電空間40中產(chǎn)生介電勢壘放電。然后，如上所述，通過原料氣體g1和該介電勢壘放電，在各放電空間40中生成原料氣體g1的一部分通過放電而發(fā)生了自由基氣體化的氣體g2。

此外，如上所述，所生成的自由基氣體g2經(jīng)由各開口部102，對處理室裝置200內(nèi)的被處理體202噴出。在此，向處理室裝置200內(nèi)噴出的自由基氣體g2的濃度通常不足1％(10000ppm)，占據(jù)其余大部分的氣體是原料氣體g1。因此，原料氣體g1起到了將所生成的自由基化后的自由基氣體g2在短時間內(nèi)從各放電單元70運送到處理室裝置200內(nèi)的載氣的作用。

即，從各放電單元40的開口部102噴出的自由基氣體g2的噴出速度由原料氣體g1來決定。因此，若該噴出速度較慢，則自由基氣體g2到達被處理體202需要花費時間，所生成的自由基氣體g2的一部分消失的可能性變高，會使自由基氣體量(自由基氣體濃度)低的自由基氣體g2接觸被處理體202。這意味著針對被處理體202的使用了自由基氣體g2的處理效率下降。

根據(jù)以上情況，有必要將從各放電單元40的開口部102噴出的自由基氣體g2的噴出速度確保在一定以上，優(yōu)選將開口部102的開口直徑設(shè)為較小的孔口形狀。

然后，若減小開口部102的開口直徑，則自由基氣體g2的噴出速度增加，能夠抑制自由基氣體g2的消失。但是，自由基氣體g2在被處理體202上的照射的面積卻有限。雖然在各放電單元70中都形成了開口部102，但若自由基氣體g2照射的區(qū)域有限，則難以對被處理體202均勻地照射自由基氣體g2。

另一方面，優(yōu)選在各放電單元70中使自由基氣體g2的噴出速度固定。于是，為了使自由基氣體g2的噴出速度固定，在多個放電單元70中，使放電單元70的輪廓形狀相同，并且，使各開口部102的開口直徑也相同。

即，在各放電單元70中，不期望改變自由基氣體g2的噴出速度。另一方面，雖然為了自由基氣體g2的高速噴出，需要減小開口部102的開口直徑，但若開口直徑變小，則均勻的自由基氣體處理變得困難。

因此，在本發(fā)明中，通過以下的構(gòu)成，能夠在各放電單元70中，將自由基氣體g2的噴出速度維持高速且固定，同時實現(xiàn)對被處理體202的均勻的自由基氣體處理。

首先，在自由基氣體g2的照射時，通過工作臺201使被處理體202以一定速度旋轉(zhuǎn)。在此，在自由基氣體生成裝置100配設(shè)有多個放電單元70，在各放電單元70配設(shè)有開口部102。該開口部102的位置固定。

因此，若一面使自由基氣體g2從各開口部102噴出，一面使被處理體202旋轉(zhuǎn)，則能夠?qū)崿F(xiàn)被處理體202的更大范圍內(nèi)的自由基氣體處理。但是，通過被處理體202的旋轉(zhuǎn)，圓周速度根據(jù)距被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心的位置而不同。若從放電單元70噴出的自由基氣體g2的流量相同且圓周速度不同，則根據(jù)距被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心的距離，對被處理體202的自由基氣體處理會成為不同的結(jié)果。

因此，需要以被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心為起點，使從各放電單元70噴出的自由基氣體g2的流量進行變化/調(diào)整。換言之，從對被處理體202的自由基氣體處理的均勻性的觀點出發(fā)，需要根據(jù)被處理體202(工作臺201)的旋轉(zhuǎn)的圓周速度，對從各放電單元70噴出的自由基氣體g2的自由基化后的流量成分進行控制。

在本發(fā)明中，如下進行該自由基氣體g2的流量控制：在俯視下，越是遠離被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心位置而配設(shè)的放電單元70，越在高電壓電極31與低電壓電極1之間施加電壓更高的交流電壓波形。通過進行這種電壓施加，從而能夠向放電空間40供給的負載電流增大，向放電單元70供給的放電功率提高，自由基氣體g2的生成量也增加。因此，能夠根據(jù)放電單元70的配設(shè)位置，使自由基氣體g2的自由基化后的流量成分發(fā)生變化。

由于在遠離被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心的位置，圓周速度變快，因此自由基氣體g2的照射時間變短。另一方面，在靠近被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心的位置，圓周速度變慢，因此自由基g2的照射時間變長。在此，被處理體202的旋轉(zhuǎn)速度(角速度)固定。使施加于各放電單元70的交流電壓值發(fā)生變化，以使得在放電單元70產(chǎn)生的自由基氣體量(自由基氣體濃度)與按放電單元70的配設(shè)位置決定的照射時間成反比地變化。

例如，假設(shè)關(guān)注于兩個放電單元70。一個放電單元70在俯視下從被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心離開第一距離。相對于此，另一個放電單元70在俯視下從被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心離開第二距離。在此，第一距離小于第二距離。

在此情況下，n相逆變器電源裝置9使在另一個放電單元70中的高電壓電極31與低電壓電極1之間所施加的交流電壓值，高于在一個放電單元70中的高電壓電極31與低電壓電極1之間所施加的交流電壓值。由此，使注入到另一個放電單元70的放電電量與注入到一個放電單元70的放電電量相比增加，對于放電所生成的自由基氣體量(自由基氣體濃度)而言，也與一個放電單元70相比，在另一個放電單元70中增加。即，能夠使從另一個放電單元70的開口部102噴出的自由基氣體g2的流量成分比從一個放電單元70的開口部102噴出的自由基氣體g2的流量成分更大。

由上述可知，為了使在放電空間40內(nèi)生成的自由基氣體g2的濃度根據(jù)放電單元70距離上述旋轉(zhuǎn)中心的位置而變化，n相逆變器電源裝置9根據(jù)放電單元70距離上述旋轉(zhuǎn)中心的位置，使不同的電壓值的交流電壓施加于各放電單元70。以下利用圖1、3對能夠進行這樣的電壓施加的n相逆變器電源裝置9的構(gòu)成以及動作進行說明。

在圖1所示的n相逆變器電源裝置9中，由整流電路901將輸入側(cè)的商用交流電源(例如，60hz，三相200v)臨時直流化，使直流化后的電壓分別輸入到并聯(lián)連接的n個逆變器元件902。另一方面，在各逆變器元件902中，通過來自各柵極電路905的接通-斷開驅(qū)動信號，能夠從n個逆變器元件902輸出任意的脈沖電壓。該輸出的脈沖電壓經(jīng)由各限流電抗器903輸入到各變壓器904。然后，在各變壓器904中，與來自各逆變器元件902的脈沖電壓相應的交流電壓被升壓。然后，各升壓后的交流高電壓被施加于各放電單元70。

若使輸入到各逆變器元件902的來自各柵極電路905的接通-斷開驅(qū)動信號成為圖3所示的a、b、c、d···n那樣，則在各變壓器904的輸出部，能夠輸出不同振幅的交流電壓(參照圖3的最下段所示的n相交流電壓波形)。

在電源的控制電路907中，進行接通-斷開的脈沖周期t在各信號中設(shè)定為大致固定值(使逆變器的輸出頻率f(＝1/t)固定)。然后，使各脈沖的接通(0n)周期(相位)錯開針對角相位2π進行了n分割的相位(＝2·π/n)。由此，上述接通-斷開驅(qū)動信號成為圖3所示的a、b、c、d···n所示的各脈沖信號。

進而，通過按照每個相將圖3所示的a、b、c、d···n所示的各脈沖信號的脈沖寬度τ增大，從而能夠改變各n相的交流電壓的振幅。

進而，為了即使負載條件由于放電單元70的氣氛溫度、所供給的原料氣體流量、放電單元70內(nèi)的氣體壓力以及處理室壓力等而改變，也使給定的放電功率輸出到各放電單元70，電流檢測器906按照每個交流電壓來檢測電流值等。然后，電流檢測器906將該檢測結(jié)果反饋給控制電路907。在控制電路907內(nèi)，使用該檢測結(jié)果，對所設(shè)定的脈沖寬度τ或者脈沖周期t，實施pid(proportional-integral-derivative：比例-積分-微分)控制。由此，能夠使對各相供給的電量更加穩(wěn)定化。

即，在控制電路907中，根據(jù)所反饋的電流值與作為目標的各相上的電流值之間的偏差量，來執(zhí)行脈沖寬度τ的pid控制。通過該pid控制，能夠精度良好地控制對每個相供給的電量。

由各逆變器元件902分割為n相的脈沖電壓經(jīng)由限流電抗器903被供給至多個變壓器904的一次側(cè)。多個變壓器904的一次側(cè)，例如被δ接線或者y接線，與二次側(cè)繞組磁耦合，輸入到一次側(cè)的電壓以一次匝數(shù)與二次匝數(shù)之比被升壓。二次側(cè)的輸出由于低電壓值lv設(shè)為相同，僅高電壓hv設(shè)為獨立的相位不同的高電壓，因此作為變壓器的二次側(cè)接線，優(yōu)選采用y接線。

在此，自由基氣體g2的噴出速度主要根據(jù)圖2中電介質(zhì)2、3的外形來決定。因此，在圖2中，雖然說明了出于自由基氣體g2的噴出速度相同的觀點而優(yōu)選在各放電單元70中為相同的輪廓外形，但在各放電單元70中，只要電介質(zhì)2、3的外形相同，即使改變高電壓電極31的外形，也能夠使從各放電單元70噴出的自由基氣體g2的噴出速度相同。

如上，在本實施方式所涉及的自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)500中，在自由基氣體生成裝置100內(nèi)配設(shè)有多個放電單元70，對各放電單元70配設(shè)有開口部102。此外，經(jīng)由開口部102將多個自由基氣體g2從自由基氣體生成裝置100引導到處理室裝置200。而且，使被處理體202旋轉(zhuǎn)。進而，1臺n相逆變器電源裝置9對各放電單元70輸出獨立的n相的相位不同的交流高電壓電壓，并根據(jù)距被處理體202的旋轉(zhuǎn)中心的距離使施加于放電單元70的交流電壓的振幅發(fā)生變化，使投入到放電空間40的放電功率密度發(fā)生變化。

因此，通過如上述那樣使放電功率密度發(fā)生變化，從而能夠經(jīng)由開口部102，使由自由基氣體生成裝置100生成的自由基氣體g2的自由基量(自由基氣體濃度)發(fā)生變化。此外，針對一個自由基氣體生成裝置100，無需配設(shè)多個交流高電壓電源，利用1臺n相逆變器電源裝置9，就能夠控制從各放電單元70噴出的自由基氣體g2的自由基氣體量(濃度)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本且低設(shè)置面積，同時能夠?qū)Υ竺娣e的被處理體202實施均勻的自由基氣體處理。

此外，在圖2中，多個放電單元70的輪廓外形(特別是，電介質(zhì)2、3的外形)在各放電單元70中都是相同的，各開口部102的開口直徑在各放電單元70中也是相同的。因此，在放電空間40生成的自由基量(濃度)成為最多不足1％的可變控制，因此能夠?qū)拈_口部102噴出的氣體速度維持在大致相同的狀態(tài)，同時能夠根據(jù)放電單元70的配設(shè)位置來控制自由基量(濃度)。

此外，即使在各放電單元70的溫度、氣體流量、氣體壓力等放電負載狀態(tài)多少可變的情況下，也對在各相檢測出的電流值進行反饋，由控制電路907實施pid控制。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的交流電壓的施加，能夠在各放電單元70控制供給電量。

此外，由于使被處理體202旋轉(zhuǎn)，因此能夠減小噴出自由基氣體g2的開口部102的開口直徑，能夠?qū)崿F(xiàn)自由基氣體g2的更高速化。因此，能夠使自由基氣體g2在短時間內(nèi)到達被處理體202，能夠抑制在到達被處理體202之前自由基氣體g2消失的情況。

另外，在各放電單元70中，面向放電空間40而配設(shè)的各電介質(zhì)2、3也可以由單晶藍寶石或石英構(gòu)成。

在放電空間40中，發(fā)生介電勢壘放電，由于該介電勢壘放電，電介質(zhì)2、3會受到放電損害。因此，若使各電介質(zhì)2、3為單晶藍寶石制或石英制，則電介質(zhì)2、3的放電耐性提高，結(jié)果，能夠抑制介電勢壘放電所引起的從電介質(zhì)2、3析出的微粒子量。

另外，在自由基氣體生成裝置100中，為了通過在放電空間40中的介電勢壘放電來生成優(yōu)質(zhì)的自由基氣體g2，需要使放電空間40成為高電場等離子體狀態(tài)。放電空間40的電場取決于放電空間40的氣體壓力與放電空間40中的間隙長度的積值，為了成為高電場等離子體狀態(tài)，要求“p·d(kpa·cm)”積值為給定的值以下。即，p對應于自由基氣體生成裝置100內(nèi)的壓力，d是各放電單元70中的間隙長度(是從第一電介質(zhì)2到第二電介質(zhì)3的距離，在各放電單元70中都是相同的)。

在自由基氣體的情況下，在p·d積值為相同值時，在大氣壓+短間隙長度的條件(稱為前者的情況)、和減壓+長間隙長度的條件(稱為后者的情況)的情況下，在下述方面有益。即，后者的情況在放電空間40中流動的氣體流速被提高，并且，間隙長度(放電面的壁)變大，自由基氣體g2向壁的碰撞量所引起的損耗被抑制(即，能夠抑制所產(chǎn)生的自由基氣體量(自由基濃度)的分解)。

根據(jù)以上這種情況，出于能夠穩(wěn)定地驅(qū)動介電勢壘放電、且能夠得到良好的自由基氣體這一觀點，發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了自由基氣體生成裝置100優(yōu)選滿足以下的條件。

即，在自由基氣體生成裝置100中，優(yōu)選將內(nèi)部的氣體壓力p設(shè)定為約10kpa～30kpa程度，將放電空間40的間隙長度d設(shè)定為約0.3～3mm，從而將p·d積值設(shè)為約0.3～9(kpa·cm)。

在上述中，在使被處理體202旋轉(zhuǎn)的處理室裝置200設(shè)置了自由基氣體生成裝置100。而且，在該自由基氣體生成裝置100內(nèi)，配設(shè)有多個放電單元70。通過使從各放電單元70的開口部102噴出的自由基氣體產(chǎn)生量對應于被處理體202的旋轉(zhuǎn)角速度位置而變化，從而在大范圍的被處理體202的面上，在短時間內(nèi)成膜了均勻的膜。另一方面，也能夠應用于在處理室裝置200設(shè)置設(shè)有多個放電單元70的自由基氣體生成裝置100，并具有能夠?qū)Χ鄠€放電單元70施加任意的交流電壓的電源裝置的自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)。

作為一個實施例，對包含電源裝置的用于進行成膜的自由基產(chǎn)生系統(tǒng)進行了說明，但也可以應用于其他自由基發(fā)生器用途或放電發(fā)生器的電源裝置。

符號說明

1低電壓電極

2第一電介質(zhì)

3第二電介質(zhì)

4間隔件

5高電壓電極塊

9n相逆變器電源裝置

31高電壓電極

40放電空間

70放電單元

101原料氣體供給部

102開口部

100自由基氣體生成裝置

200處理室裝置

201工作臺

202被處理體

203氣體排出部

300真空泵

500自由基氣體產(chǎn)生系統(tǒng)

901整流電路

902逆變器元件

903限流電抗器

904變壓器

905柵極電路

906電流檢測器

907控制電路

g1原料氣體

g2自由基氣體