TW201615283A - 氣體噴射裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種即使在具有高深寬比的溝槽之被處理體也可均等地噴射氣體至該溝槽內之氣體噴射裝置。本發明之氣體噴射裝置(100)具有對被處理體(202)進行氣體的噴射之氣體噴射單元部(1)。氣體噴射單元部(1)具有第一錐體形狀構件(3)及第二錐體形狀構件(2)。第一錐體形狀構件(3)的側面與第二錐體形狀構件(2)的側面之間形成有間隙(do)。各錐體形狀構件(2,3)的頂部側係面向被處理體(202)。

Description

氣體噴射裝置
本發明係關於非加熱、加熱及放電氣體之氣體噴射裝置，此氣體噴射裝置具有的噴射方式係設計成可對於設置在減壓環境的處理室(chamber)中之被處理體噴出有指向性、且高速之對於處理有用的非加熱、加熱及放電氣體的氣體種。
多功能且高品質的薄膜(例如高絕緣薄膜、半導體薄膜、高介電質薄膜、發光薄膜、高磁性體薄膜、超硬薄膜等)，係包含半導體製造領域在內之多種技術領域所要求的。
例如，在半導體裝置的製造之情況，係在半導體晶片(chip)內設有：相當於電路配線之低阻抗的高導電膜、具有電路的配線線圈(coil)機能或磁鐵機能之高磁性膜、具有電路的電容機能之高介電質膜、及具有高絕緣機能(電氣的洩漏電流很小)之高絕緣膜等。
形成此等膜之先前技術，有例如使用熱CVD(化學氣相沉積：Chemical Vapor Deposition)裝置、光CVD裝置或電漿CVD裝置者，其中尤以使用電漿CVD裝 置者較多。這是因為相較於例如熱CVD裝置、光CVD裝置而言，電漿CVD裝置的成膜溫度較低，且成膜速度較快而能以短時間進行成膜處理的緣故。
在例如要於半導體基板上形成氮化膜(SiON、HfSiON等)、氧化膜(SiO2、HfO2)等的閘極絕緣膜之情況，一般係採用以下之使用到在減壓環境下進行處理的電漿CVD裝置之技術。
亦即，將NH3(氨氣)、N3、O2、O3(臭氧)等之氣體、以及矽、鉿(hafnium)等的前驅物氣體(非加熱氣體)直接供給至實施CVD處理之處理室裝置。在處理室裝置內，利用熱或放電使前驅物氣體解離，產生金屬粒子，再藉由該金屬粒子與上述之NH3(氨氣)等的非加熱氣體之利用熱或放電而產生的化學反應，在被處理體上形成氮化膜或氧化膜等之薄膜。
但是，電漿CVD裝置係在處理室裝置內直接使高頻電漿或微波電漿產生。因此，被處理體係曝曬在自由基氣體(radical gas)、或具有高能量的電漿離子(或電子)之下。
揭示有與電漿CVD裝置有關的技術之先前文獻，有例如專利文獻1。
然而，電漿CVD裝置內的成膜處理，係如上述，被處理體直接曝曬在電漿之下。因此，該被處理體會因為電漿(離子或電子)而受到會使半導體機能的性能降低等很大的損傷。
另一方面，在採用熱CVD裝置或光CVD裝置之成膜處理中，被處理體並不會受到由於電漿(離子或電子)所造成之損傷，可形成高品質的氮化膜或氧化膜等。但是，該成膜處理很難得到高濃度且大量的自由基氣體源，因而有需要非常長的成膜時間之問題。
最近的熱CVD裝置或光CVD裝置，係採用容易在熱或光的照射下解離之高濃度的NH3氣體或O3氣體來作為原料氣體。並且，在CVD室裝置內設置加熱觸媒。因此，該熱CVD裝置或光CVD裝置可利用觸媒作用來促進氣體的解離，而可在短時間內形成氮化膜或氧化膜等。不過，該時間之縮短化係有限的，要大幅地改善成膜時間仍然很困難。
因此，有一種遠距電漿(remote plasma)型成膜處理裝置曾經提出(參照例如專利文獻2)，來作為可減輕電漿對於被處理體的損傷，且可進一步縮短成膜時間之裝置。
該專利文獻2所揭示之技術，係利用間隔壁(電漿圍阻電極)來將電漿產生區域及被處理材處理區域分離開來。具體而言，專利文獻2所揭示之技術，係在高頻施加電極與設置有被處理體之對向電極之間設置該電漿圍阻電極。藉此，專利文獻2之技術只使中性活性種供給至被處理體上。
另外，專利文獻3所揭示之技術，係在遠距電漿源利用電漿使原料氣體的一部分活性化。其中，氣體 的流路係在該遠距電漿源內循環。在遠距電漿源中產生之活性氣體，係經放出而供給至被處理體所存在之裝置側。
在專利文獻3之類的薄膜技術中，係利用氮、氧、臭氧或氫等各種原料氣體。然後，從該原料氣體產生活性化的自由基氣體，藉由該自由基氣體在被處理體上形成薄膜。
自由基氣體的反應性非常高，因此，使微量(約1%：10000ppm)以下濃度的自由基氣體接觸被處理體，就可促進在被處理體上之化學反應，而以短時間且有效率地製作出氮化薄膜、氧化薄膜或氫鍵結薄膜等。
自由基氣體產生裝置，係配設有放電胞(cell)，且在該放電胞中藉由相當於大氣壓電漿之介電質障壁放電(dielectric barrier discharge)而實現高電場的電漿。藉此，從曝曬於放電胞的電漿下之原料氣體產生出高品質的自由基氣體。
又，在CVD裝置內，在對被處理體(晶圓基板)實施利用到氣體之處理的情況，係使配設有被處理體之CVD裝置內處在加熱及減壓狀態。然後，使有機金屬化合物蒸氣氣體(前驅物氣體)充滿於該CVD裝置內，且為了促進氧化或氮化或還原而供給臭氧氣體、水蒸氣、氫氣或自由基氣體(氧自由基氣體、氮自由基氣體、氫自由基氣體等)。藉此，在CVD裝置內，使堆積在被處理體的面上之氧化或氮化物質等熱擴散，而可使半導體膜或絕緣膜等之機能膜在被處理體的面上結晶成長。
以下，將上述的與前驅物氣體一起供給到CVD裝置內之各種氣體(臭氧氣體、水蒸氣、氫氣或自由基氣體)稱為成膜處理氣體。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2007-266489號公報
專利文獻2：日本特開2001-135628號公報
專利文獻3：日本特開2004-111739號公報
過去，因為是在被處理體上構成半導體等之功能元件(二維(2D(dimension))元件)者，所以主體是使前驅物氣體及成膜處理氣體充滿於CVD處理容器內之表面成膜。
例如，在配設有一片或複數片被處理體之減壓的CVD裝置內，從預定口徑之短的氣體供給配管使氣體通過複數個噴嘴孔而呈花灑(shower)狀噴出。從預定口徑之短的氣體供給配管供給出之氣體由於並未充分整流而噴出，所以噴出的氣體係以依環境氣體壓力及氣體濃度差而定之擴散速度向四方擴散。
另一方面，由於要求要有更高密度的功能元件，所以希望能有使功能元件跨越多層而形成之三維功能元件(3D元件)。亦即，希望能在高深寬比(aspect ratio) 的溝槽內均勻地形成想要的膜。
然而，如上述，在使氣體向四方擴散而噴射氣體之情況，並不能在高深寬比的溝槽內均等噴射氣體。因此，無法在該溝槽內進行均勻的成膜。
因而，希望能夠開發出可在被處理體的高深寬比的溝槽內均等地噴射氣體之成膜技術。
因此，本發明的目的在提供一種即使在具有高深寬比的溝槽之被處理體也可均等地噴射氣體至該溝槽內之氣體噴射裝置。
為了達成上述目的，本發明之氣體噴射裝置係具備有：容器部；對前述容器部進行氣體的供給之氣體供給部；配設於前述容器部內，對被處理體進行氣體的噴射之氣體噴射單元部，前述氣體噴射單元部具有：第一錐體形狀構件；以及配置成從側面方向圍繞前述第一錐體形狀構件，且在與前述第一錐體形狀構件的側面之間形成有間隙之第二錐體形狀構件，前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側係面向前述被處理體，從前述氣體供給部所供給的氣體，係從前述第一錐體形狀構件的底面側及前述第二錐體形狀構件的底面側侵入前述間隙且通過前述間隙而從前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側朝向前述被處理體噴射。
或者，本發明之氣體噴射裝置係具備有： 容器部；對前述容器部進行氣體的供給之氣體供給部；配設於前述容器部內，對被處理體進行氣體的噴射之氣體噴射單元部，前述氣體噴射單元部係為扇形形狀，且具有第一平板以及與前述第一平板相向配置成兩者間形成有間隙之第二平板，前述氣體噴射單元部的頂部側係面向前述被處理體，從前述氣體供給部所供給的氣體，係從扇形形狀之前述氣體噴射單元部1的寬度較寬側的開口部侵入前述間隙且通過前述間隙而從前述氣體噴射單元部的頂部側朝向前述被處理體噴射。
本發明之氣體噴射裝置係具備有：容器部；對前述容器部進行氣體的供給之氣體供給部；配設於前述容器部內，對被處理體進行氣體的噴射之氣體噴射單元部，前述氣體噴射單元部具有：第一錐體形狀構件；以及配置成從側面方向圍繞前述第一錐體形狀構件，且在與前述第一錐體形狀構件的側面之間形成有間隙之第二錐體形狀構件，前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側係面向前述被處理體，從前述氣體供給部所供給的氣體，係從前述第一錐體形狀構件的底面側及前述第二錐體形狀構件的底面側侵入前述間隙且通過前述間隙而從前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側朝向前述被處理體噴射。
或者，本發明之氣體噴射裝置係具備有：容器部；對前述容器部進行氣體的供給之氣體供給部；配 設於前述容器部內，對被處理體進行氣體的噴射之氣體噴射單元部，前述氣體噴射單元部係為扇形形狀，且具有第一平板以及與前述第一平板相向配置成兩者間形成有間隙之第二平板，前述氣體噴射單元部的頂部側係面向前述被處理體，從前述氣體供給部所供給的氣體，係從扇形形狀之前述氣體噴射單元部的寬度較寬側的開口部侵入前述間隙且通過前述間隙而從前述氣體噴射單元部的頂部側朝向前述被處理體噴射。
因此，在氣體噴射單元部的間隙內，氣體會被整流及加速。因而，可使具有指向性之射束狀的氣體從氣體噴射單元部噴射出。所以，本發明之氣體噴射裝置，即使在具有高深寬比的溝槽之被處理體也可均等地噴射氣體至該溝槽內，因而可在該構槽內形成均質的膜。
1、1A、1B‧‧‧氣體噴射單元部
2‧‧‧第二錐體形狀構件/平板
3‧‧‧第一錐體形狀構件/平板
5‧‧‧噴出部
5H‧‧‧空間部
9‧‧‧交流電源
22‧‧‧凸緣
51、52‧‧‧加熱器
61‧‧‧第二電極部
62‧‧‧第一電極部
100‧‧‧氣體噴射裝置
100A‧‧‧第一氣體噴射裝置
100B‧‧‧第二氣體噴射裝置
100D‧‧‧容器部
101‧‧‧氣體供給部
102‧‧‧噴出孔
200‧‧‧處理室
201‧‧‧平台
202‧‧‧被處理體
202A‧‧‧溝槽
203‧‧‧排氣口
230‧‧‧支持部
240‧‧‧柱
250‧‧‧旋轉滾輪
300‧‧‧真空幫浦
610‧‧‧高壓給電板
620‧‧‧低壓給電板
2010‧‧‧載置台
2030A、2030B‧‧‧氣體排出管
do‧‧‧間隙
△d‧‧‧間隔
G1‧‧‧(供給至氣體噴射裝置之)氣體
G2‧‧‧(從氣體噴射單元部輸出之)氣體
G1A‧‧‧原料氣體
G1B‧‧‧前驅物氣體
G2A‧‧‧自由基氣體
G2B‧‧‧前驅物氣體
H1、H2‧‧‧電源
P0‧‧‧(處理室內之)氣體壓力
P1‧‧‧(容器部內之)氣體壓力
α‧‧‧射束角度
β‧‧‧圓錐角
第1圖係顯示具有高深寬比的溝槽202A之被處理體202的一部分的斷面構成之放大斷面圖。
第2圖係以示意的方式顯示由實施形態1之氣體噴射裝置100及處理室200所構成之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。
第3圖係顯示氣體噴射單元部1的構成之放大斜視圖。
第4圖係顯示氣體噴射單元部1內的氣體的流動之圖。
第5圖係顯示氣體成為具有指向性的射束而從氣體噴射單元部1噴出的樣子之圖。
第6圖係顯示氣體成為具有指向性的射束而從氣體噴射單元部1噴出的樣子之圖。
第7圖係顯示氣體壓力與擴散速度的關係之圖。
第8圖係顯示氣體壓力與氣體噴出加速度的關係之圖。
第9圖係以示意的方式顯示實施形態2中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
第10圖係以示意的方式顯示實施形態3中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
第11圖係以示意的方式顯示實施形態4中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
第12圖係以示意的方式顯示針對批次處理型的處理室200而配設有複數個氣體噴射單元部1A,1B之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。
第13圖係以示意的方式顯示針對批次處理型的處理室200而配設有複數個氣體噴射單元部1A,1B之遠距電漿型成膜處理系統的另一構成之斜視圖。
第14圖係以示意的方式顯示針對大片處理型的處理室200而配設有複數個氣體噴射單元部1A,1B之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。
第15圖係以示意的方式顯示實施形態7中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
第16圖係以示意的方式顯示實施形態8中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
第17圖係以示意的方式顯示實施形態9中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
第1圖係顯示具有高深寬比的溝槽202A之被處理體202的一部分的斷面構成之放大斷面圖。
第1圖中，Dx為溝槽202A的口徑，Dy為溝槽202A的深度。舉例來說，口徑Dx係在約數十μm的程度，深度Dy係在口徑Dx的數倍至數十倍的程度。對於第1圖所示之高深寬比(Dy/Dx)的溝槽202A，有要在溝槽202A內形成均質的膜之要求(換言之，有必須藉由氣體噴射而供給均質的氣體到高深寬比的溝槽202A的底部之要求)。
如過去所用之從預定口徑之短的氣體供給管噴射出氣體之方式，係適合用在使氣體充滿整個裝置內之情況。然而，該方式之氣體噴出，並未在氣體供給管中使氣體整流化及加速化，噴出氣體的指向性及氣體速度都嫌弱，所以氣體進不到高深寬比的溝槽202A的內部，要在溝槽202A的底面及側面形成均質的膜會有困難。另外，供給的自由基氣體其氣體壽命很短，所以在到達溝槽202A的底面之前就已消滅。因此，難以形成均質的膜。
因而，為了在高深寬比的溝槽202A內形成均質的膜，必須使噴出氣體具有指向性，且使氣體加速而達到氣體的高速化。亦即，溝槽202A的深寬比越大，噴出氣體的射束角度α必須越小(換言之，必須使氣體更具 有指向性，且使氣體高速度化，來使噴出的氣體強過擴散速度而成為抑制氣體擴散之噴射氣體)。
本發明之非加熱氣體、加熱氣體及放電氣體之氣體噴射裝置(以下簡稱為氣體噴射裝置)，可使前軀體氣體或成膜處理氣體呈射束狀噴出，以在高深寬比的溝槽202A內形成均質的膜。以下，根據顯示本發明的實施形態之圖式來具體說明本發明。
<實施形態1>
第2圖係以示意的方式顯示由本實施形態之氣體噴射裝置100及處理室200所構成之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。
氣體噴射裝置100與處理室200係由凸緣(flange)22加以區隔開來。亦即，凸緣22係用來使氣體噴射裝置100與處理室200兩者相結合之構件，凸緣22的一側的主面構成氣體噴射裝置100的底面，凸緣22的另一側的主面構成處理室200的上表面。其中，氣體噴射裝置100內部與處理室200內部係通過噴出孔102而相連接。
如第2圖所示，氣體噴射裝置100具有：容器部100D、氣體供給部101、及氣體噴射單元部1。
氣體供給部101係進行對容器部100D內之氣體G1的供給。此處，容器部100D內之氣體壓力P1係在10kPa至50kPa之範圍內保持一定。另外，容器部100D內配設有進行氣體的噴射之中空圓錐形狀之氣體噴射單元部1。氣體噴射單元部1具有噴出孔102，氣體G2經由該 噴出孔102而對處理室200內噴射(更具體言之，係對處理室200內的被處理體202噴射)。此處，噴出孔102的開口徑係在例如1mm以下。
在作為CVD裝置之處理室200內，配設有平台201。被處理體202係載置在該平台201上。此處，被處理體202係如第1圖所示，具有高深寬比之溝槽202A。
處理室200透過排氣口203而與真空幫浦300連接。利用該真空幫浦使處理室200內的氣體壓力P0維持在30Pa至400Pa的程度。
第2圖中，作為前驅物氣體(precursor gas)G1或將成為自由基氣體(radical gas)之原料氣體G1，係經由氣體供給部101而以預定的流量供給至容器部100D內。該原料氣體G1通過氣體噴射單元部1而成為前驅物氣體G2或自由基氣體G2從噴出孔102噴出到處理室200內。氣體G2呈射束狀噴射至載置於平台201上之被處理體202，在噴射到的區域形成膜。
第3圖係顯示配設在氣體噴射裝置100內之氣體噴射單元部1的構成之放大斜視圖。以下，針對氣體噴射單元部1為中空的圓錐形狀之情況進行說明。但是，氣體噴射單元部1亦可為中空的多角錐形狀。
氣體噴射單元部1係由作為內管之第一錐體形狀構件3、作為外管之第二錐體形狀構件2、及噴出部5所構成。
第一錐體形狀構件3係為截頭圓錐形狀(亦 可為圓錐形狀)，具有第一中空部。此處，該第一中空部也為截頭圓錐形狀。第二錐體形狀構件2係配設成從側面部圍繞該第一錐體形狀構件3。第二錐體形狀構件2係為截頭圓錐形狀，具有第二中空部。該第二中空部也為截頭圓錐形狀。第一錐體形狀構件3的圓錐角與第二錐體形狀構件2的圓錐角相同。亦即，後述的間隙do的寬度△d係一定。
換言之，第一錐體形狀構件3係配設在第二錐體形狀構件2的第二中空部內，且第一錐體形狀構件3的側面部與第二錐體形狀構件2的側面部之間形成有從平面圖看呈環狀之間隙do。而且，第一錐體形狀構件3的中心軸與第二錐體形狀構件2的中心軸一致。
其中，第一錐體形狀構件3之面向間隙do的部分以及第二錐體形狀構件2之面向間隙do的部分，係由例如藍寶石或石英所構成。而且，間隙do的寬度△d(亦即從第一錐體形狀構件3的側面到第二錐體形狀構件2的側面之距離)係例如若使錐體的直徑D為ψ 40mm，則使作為氣體通路之錐體的間隙do的寬度△d在0.3mm以上，3mm以下。又，容器部100D內之氣體壓力P1係在10kPa以上，50kPa以下之範圍內保持一定，所以間隙do中的氣體壓力也在10kPa以上，50kPa以下之範圍內保持一定。將氣體噴射單元部1形成為使間隙do的寬度為△d之錐體狀(圓錐體)，且使氣體壓力減壓至P1。如此一來，若使供給至氣體噴射裝置100之氣體流量為1L/min，則流入氣體 噴射單元部1之氣體會如下式，成為具有高速化的流速Vs0之氣體。Vs0=100/P1‧[1000‧Q/{(D/10)‧π‧(△d/10)}](cm/s)。具有該流速Vs0之氣體係在氣體噴射單元部1被整流成預定方向的氣流，而且由於通過單元內而被加速成為更高速化之氣體速度Vs而噴出。
如上述，各錐體形狀構件2,3係為截頭圓錐形狀。在容器部100D內配設有氣體噴射單元部1之狀態下，各錐體形狀構件的直徑會隨著越從容器部100D內的上側往下側(處理室200側)而越變小。
又，如第3圖所示，在處理室200側(亦即將成為各錐體形狀構件2,3的錐體的頂部之側)，設有對被處理體202進行氣體的噴射之噴出部5。從第2、3圖的構成可知，將成為各錐體形狀構件2,3的頂部之側(換言之，噴出部5)係面向被處理體202。將成為各錐體形狀構件2,3的前述頂部之側係呈環狀連接至該噴出部5的側面。為了便於說明，在該連接的部分係以透視噴出部5的內部之方式顯示。
噴出部5的側面部形成有環狀的狹縫，由第一錐體形狀構件3與第二錐體形狀構件2所形成之間隙do連接至該狹縫。另外，噴出部5的內部形成有空間部5H及噴出孔102。該空間部5H與前述環狀的狹縫連接，也與噴出孔102連接。
在第2圖中，作為為前驅物氣體G1或將成為自由基氣體之原料氣體G1，係透過氣體供給部101而以 預定的流量供給至容器部100D內。如此一來，參照第2、4圖，在容器部100D內的壓力保持在希望的氣體壓力P1的狀態下，氣體G1就會從各錐體形狀構件2,3的上部側(亦即並未配設噴出部5之側，將成為各錐體形狀構件2,3的錐體的底面之側)侵入間隙do。第4圖係以示意的方式顯示氣體噴射單元部1中的氣體G1,G2的流動之圖。
該氣體G1通過長度Lxs且狹窄的間隙do，因而從四方流入氣體噴射單元部1之氣體G1會因為各錐體形狀構件2,3的截頭圓錐形狀而被整流成朝向一定的方向且被加速。然後，氣體成為氣體G2而從各錐體形狀構件2,3的頂部側(亦即通過噴出部5的噴出孔102)朝向被處理體202噴射(換言之，噴射至保持在氣體壓力P0之處理室202內)。其中，如第4圖所示，從氣體噴射單元部1噴射出的氣體G2係具有射束角度α之射束狀。
參照第5圖，間隙do中之通路距離Lx係設定成間隙do的寬度△d的數十倍以上，例如20mm至100mm之程度。參照第5圖，即使流入氣體噴射單元部1的間隙do之氣體的流向參差不齊，在氣體噴射單元部1的頂點側(亦即噴出部5附近)之氣體的流向也會被整理成沿著各錐體形狀構件2,3的側面之方向。而且，因為氣體噴射單元部1的形狀，環狀的間隙do的斷面積係越接近噴出部5越變小。所以，通過氣體噴射單元部1內的間隙之氣體會被加速(加速度a)，且在噴出部5的附近的速度會為Vs。
參照第5圖，被整流及加速且以速度Vs輸 入噴出部5之氣體，會在噴出孔102更加受到壓縮而高速化。此處，在噴出孔102會產生壓力差△P(=容器部100D內的氣體壓力P1-處理室200內的氣體壓力P0)，利用該壓力差△P使氣體G2從噴出孔102噴射至處理室200。
在此，參照第6圖之速度成分圖，將輸入至噴出部5之氣體的速度記為Vs，將該速度Vs的軸方向成分記為Vsy，將該速度Vs的徑方向成分記為Vsx。以及，將從噴出部5輸出之氣體的速度記為V0，將該速度V0的軸方向成分記為Vy0，將該速度V0的徑方向成分記為Vx0。
因此，速度V0={(氣體壓力P1)/(氣體壓力P0)}×速度Vs，速度Vy0={(氣體壓力P1)/(氣體壓力P0)}×速度Vsy，速度Vx0={(氣體壓力P1)/(氣體壓力P0)}×速度Vsx。
由於處理室200內的壓力為接近真空之壓力(氣體壓力P0=約30Pa至400Pa)，因此，從噴出部5噴出之氣體的擴散速度VD(參照第6圖)會非常大。但是，噴出至被處理體202的氣體，會因為其速度Vs受到過圓錐體部分之加速，而且會因為容器部100D內的氣體壓力P1與處理室200內的氣體壓力P0之壓力差，而成為速度超過音速且具有指向性之射束狀的氣體而噴出。第7圖係顯示氣體種類為氧氣或氮氣之情況之相對於氣體壓力P0之擴散速度VD特性之特性圖。從此第7圖可知，在氣體噴射單元部1，若P1為30kPa，則氣體的擴散速度VD約在0.04m/s之程度，但在處理室200的氣體壓力環境P0下則會變為3 m/s至40m/s，而為非常大的氣體擴散速度VD。因為在處理室的擴散速度很大，所以噴出至處理室200的氣體不具有指向性，若噴出速度與擴散速度相比並沒有高很多的話，噴出至處理室200之氣體就會馬上向四面八方擴散。相對於此，在從本發明之形成為錐體形狀的氣體噴射單元部1噴出至處理室之情況，噴出氣體G2的噴出速度V0會為超過音速之速度所以噴出的氣體會為具有指向性之射束狀。因此，與第7圖所示之擴散速度VD相比較，因為具有非常高的氣體流速，所以可抑制噴出氣體向四方擴散，可高速度向被處理體的面噴射射束狀的噴射氣體。
從噴出部5噴出的氣體，係以超過擴散速度VD之速度噴出之氣體G2。因此，以讓氣體G2具有更大的速度Vsy,Vsx之形態使氣體G2從噴出部5噴出，就可使具有指向性的射束狀的氣體G2從氣體噴射單元部1噴出。由於氣體噴射單元部的形狀為圓錐狀，所以速度Vsx為向內的氣體速度向量，因此在噴出的氣體也一樣，會成為向內的氣體速度向量Vx0，具有其方向是在抑制擴散速度VD的方向之效果。
在氣體噴射單元部1中，將間隙do的寬度△d設定為1mm，將間隙do的體積設定為50cm3。另外，將供給至氣體噴射單元部1的間隙do之氣體流量設定為1L(公升)/min。如此設定，在氣體噴射單元部1中，輸入至噴出部5之經過整流的氣體的加速度a(在第5圖中之從氣體噴射單元部1的間隙do的入口算起約0.9Lx之位置)， 係依容器部100D內的氣體壓力P1而定。
第8圖係顯示氣體壓力P1與加速度a的關係特性之圖。在第8圖中，特性2000表示使各錐體形狀構件2,3的圓錐角β(參照第5圖)為22.4°之情況之氣體壓力P1與加速度a的關係特性，特性3000表示使各錐體形狀構件2,3的圓錐角β為32.3°之情況之氣體壓力P1與加速度a的關係特性。
本發明之發明人等進行了實驗及模擬，結果發現：將處理室200內的氣體壓力P0設定在適於成膜之30Pa至400Pa的程度之情況，從氣體G2的指向性的觀點來看，噴出部5附近的氣體的加速度只要確保在約200m/s2以上即可。而且，為了使更良質的射束形狀的氣體G2噴出，氣體G2的加速度最好確保在約400m/s2以上。
因此，本發明之發明人等發現：在將上述圓錐角設定在20°至40°附近之氣體噴射單元部1中，從確保上述加速度之觀點來看，容器部100D內(氣體噴射單元部1內)的氣體壓力P1以在約80kPa以下為佳，且為了使更良質的射束形狀的氣體G2噴出，最好使該氣體壓力P1在約50kPa以下。
另一方面，最好相對於處理室200內的氣體壓力P0(30Pa至400Pa)具有數十倍以上的壓力損失。因此，在噴出部5中使噴出孔102的直徑為0.03mm至1mm，使噴出部5的長度L1為5mm以上之情況，容器部100D內(氣體噴射單元部1內)的氣體壓力P1最好在約20kPa 之程度。
又，在使良質的射束狀的氣體噴出方面，就第5圖而言，係加大錐體形狀部分來對於氣體的流動進行整流然後使整流過的氣體噴出，因此最好將噴出部5的尺寸(直徑D1及長度L1)設計得儘可能地小。
如以上所述，本實施形態之氣體噴射裝置100具有由各錐體形狀(圓錐或多角錐)構件2,3所構成之氣體噴射單元部1。
因此，在氣體噴射單元部1的錐體形狀的長度Lx(長度Lx比間隙do的寬度長非常多)、間隙do的部分中，氣體的流動會被整流且被加速。因此，可從氣體噴射單元部1噴出具有指向性之射束狀的氣體G2。因而，氣體噴射裝置100即使對於具有高深寬比的溝槽之被處理體，也可均等地噴射氣體到該溝槽內，結果可使氣體到達該構槽內，可使均質的膜形成。以上雖然針對氣體噴射單元部1為圓錐體之情況的效果進行了說明，但即使令錐體形狀為角錐，也可產生與圓錐體形狀大致相同的效果。因為具有由錐體形狀(圓錐或多角錐)構件2,3所構成之氣體噴射單元部1，所以可噴出射束形狀之氣體G2。
另外，因為氣體會在氣體噴射單元部1的錐體形狀的長度Lx、間隙do的部分中被整流且被加速，所以可從氣體噴射單元部1噴射出高速的氣體G2。因此，在氣體G2為包含有壽命短的自由基氣體之氣體的情況，可使氣體在短時間內到達被處理體，所以可在維持高濃度的 自由基氣體之狀態下，對被處理體202噴射自由基氣體G2。因而，可在被處理體202上形成高品質的膜，且可降低成膜溫度。
利用錐體形狀(圓錐角<180°)之第一、二錐體形狀構件2,3來構成氣體噴射單元部1，藉由各錐體形狀構件2,3來形成間隙do，然後使氣體流入該間隙do內，氣體就會在氣體噴射單元部1內被整流(產生抵銷擴散速度VD之方向的速度)且被加速(高速化成噴射出的氣體G2)。因此，從氣體噴射單元部1會噴射出具有上述指向性之氣體G2。
另一方面，若圓錐角β過大，則會在間隙do中發生很多氣體衝突，而在自由基氣體係於間隙do內產生之情況，使得自由基氣體大多在間隙do內就消滅了。而且，若圓錐角β過大，則氣體噴射單元部1的佔有面積會變大。若將這些事項列入考慮，則圓錐角β最好在60°以下。
又，如前面說明過的，採用多角錐形狀的第一、二錐體形狀構件來取代圓錐形狀的第一、二錐體形狀構件2,3，也可得到與上述一樣的效果。在以下的實施形態中，雖然也都以各錐體形狀構件2,3為圓錐形狀之情況為例進行說明，但在下述的各實施形態中，各錐體形狀構件2,3的形狀當然也都可為多角錐形狀。
又，間隙do的寬度△d只要在0.3mm至3mm的範圍內就可充分達成在氣體噴射單元部1中之整流 化。但是，間隙do的寬度△d越小，越可更加提高整流化的程度，也越可能使從氣體噴射單元部1噴射出之氣體G2的高速化。
又，如上述，各錐體形狀構件2,3之面向間隙do的部分，最好以較少發生由於與壁面的衝突而使得自由基氣體消滅掉的情形之藍寶石或石英加以構成，且通路面最好形成為較少凹凸之面。
如此，就可抑制供氣體通過的間隙do的壁面由於氣體而產生腐蝕物等之情形。因此，可防止從氣體噴射單元部1噴出氣體G2以外的不純物之情形。換言之，可一直從氣體噴射單元部1噴出高純度的氣體G2。
<實施形態2>
第9圖係以示意的方式顯示由本實施形態之氣體噴射裝置及處理室所構成之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。第9圖中，為了簡化圖面，而將容器部的構成、處理室200的框體及凸緣22等的圖示予以省略。
雖然省略了一部分構件，但第2圖所示之構成與第9圖所示之構成除了以下之點以外為相同的構成。亦即，第2圖所示之構成中，形成於噴出部5之噴出孔102為一個，但在第9圖所示之構成中，形成於噴出部5之噴出孔102係有複數個。
在本實施形態中，從氣體供給部供給來，且充滿於容器部內之氣體G1，會輸入至氣體噴射單元部1的間隙do。然後，該氣體G1通過間隙do而供給至噴出部 5內的空間部5H。然後，通過複數個噴出孔102，氣體G2朝向被處理體202噴射。此處，如在實施形態1中也說明過的，會從各噴出孔102噴出具有指向性的射束狀的氣體G2。
如上所述，本實施形態之氣體噴射裝置係在一個氣體噴射單元部1中形成有複數個噴出孔102。
因此，一個氣體噴射單元部1可將氣體G2輸出至更大的範圍。亦即，氣體G2在被處理體202的噴射面積相較於實施形態1擴大了。因此，可在更廣範圍的被處理體202形成膜。
又，如第9圖所示，使平台201在水平方向移動，及/或使平台201旋轉，則即使是大面積的被處理體202也可使氣體G2噴射到被處理體202的整個面。
<實施形態3>
本實施形態係在氣體噴射單元部1中，藉由使氣體G1加熱而使氣體G1自由基氣體化。然後，本實施形態之氣體噴射單元部1噴射出自由基氣體G2。
對之加熱而產生出自由基氣體G2之氣體種類有臭氧氣體(亦即，在第2圖中，從氣體供給部101供給至容器部100D內之氣體G1係為臭氧氣體)。
一般而言，臭氧產生器係利用介電質障壁放電而使臭氧氣體產生。最近，已經有了將不包含氮氣且濃度在400g/m3程度的高濃度臭氧化氣體供給至CVD裝置，藉此來形成利用到臭氧氣體的氧化膜之成膜技術。
如此的成膜技術，係例如使CVD裝置內為減壓且加熱之環境。然後，交互地將前驅物氣體(例如TEOS(Tetraetheylorthosilicate)等之矽有機化合物)及高濃度臭氧氣體供給至該CVD裝置，來在CVD裝置內的被處理體上形成氧化膜。
其中，供給前驅物氣體之工序，係使Si金屬從矽有機化合物解離出來，且在供給臭氧氣體之工序中，藉由使臭氧氣體的一部分熱解離來使氧原子(氧自由基)產生。該氧自由基的氧化力很強，與熱解離出的Si金屬發生氧化反應，就在被處理體上形成SiO2膜。
本實施形態之氣體噴射單元部1，係從臭氧氣體產生出氧自由基氣體，且使該氧自由基氣體成為具有指向性的射束狀的氣體G2而噴出。本實施形態之氣體噴射單元部1的構成係如第10圖所示。
實施形態1中說明過之氣體噴射單元部1與本實施形態之氣體噴射單元部1，除了追加了下述的構件之外係為相同的構成。
如第10圖所示，本實施形態之氣體噴射單元部1中，係在第二錐體形狀構件2的外側面(亦即未面向間隙do之側的側面)上配設有環狀的加熱器(加熱部)51，在第一錐體形狀3構件的內側面(亦即未面向間隙do之側的側面)上配設有環狀的加熱器(加熱部)52。
另外，本實施形態係如第10圖所示，氣體噴射裝置具有用來使加熱器51加熱之電源H2以及用來使 加熱器52加熱之電源H1。
藉由使加熱器51,52加熱，來使各錐體形狀構件2,3加熱至數十℃至100℃，就會將氣體噴射單元部1中的間隙do內加熱至數十℃至100℃。當臭氧氣體通過該加熱狀態的間隙do，臭氧氣體就會熱解離而產生氧自由基氣體，然後在從氧自由基氣體還原到氧氣之短壽命時間中，使包含氧自由基氣體之氣體G2噴射至被處理體202。
從氣體供給部供給來，且充滿於容器部內之高濃度的臭氧氣體G1，會輸入至氣體噴射單元部1的間隙do。然後，臭氧氣體G1在加熱至數十℃至100℃之程度的間隙do內通過。在間隙do內通過之臭氧氣體會一部分熱解離。亦即，會在加熱的間隙do內產生氧自由基氣體。該氧自由基氣體會供給至噴出部5內的空間部5H。然後，通過噴出孔102，氧自由基氣體G2朝向被處理體202噴射。此處，如在實施形態1中也說明過的，會從噴出孔102噴出具有指向性的射束狀的氧自由基氣體G2。
在上述的說明中，係以噴出孔102為一個之構成為例進行說明，但亦可使實施形態2中說明過之具有複數個噴出孔102之氣體噴射單元部1也同樣配設有加熱器51,52。
如以上所述，本實施形態中，各錐體形狀構件2,3具有進行加熱之加熱器51,52。
如此，就可利用加熱器51,52來直接加熱狹窄的間隙do內部，因而可使臭氧氣體在更低溫(數十℃ 至100℃的程度)下在間隙do內熱解離。然後，使產生的氧自由基氣體G2成為具有指向性之射束而噴射至被處理體。
此外，亦可採用氮化合物氣體或氫化合物氣體來取代臭氧氣體作為氣體G1。在此等之情況，係在加熱狀態的間隙do內藉由熱解離而產生氮自由基氣體或氫自由基氣體。從氣體噴射單元部1將氮自由基氣體G2噴射至被處理體就形成氮化膜，將氫自由基氣體G2噴射至被處理體就形成氫還原膜(促進氫鍵鍵結所得到之金屬膜)。
又，亦可在第10圖所示之氣體噴射單元部1的間隙do內輸入前驅物氣體來作為氣體G1。在此情況，係使加熱後的前驅物氣體呈射束狀從氣體噴射單元部1噴出。
<實施形態4>
本實施形態之氣體噴射單元部1，係在間隙do內使介電質障壁放電發生，利用該介電質障壁放電來產生良質的自由基氣體。然後，本實施形態之氣體噴射單元部1噴出具有指向性之射束狀的高速度自由基氣體。
在電極面施加高電壓的交流電壓，使介電質障壁放電發生，利用該介電質障壁放電來使氣體解離而產生自由基氣體之技術為已知的。本實施形態之氣體噴射單元部1可利用作為能夠將藉由介電質障壁放電而產生之具有非常高能量的良質的自由基氣體取出之有效的手段。
在本實施形態之氣體噴射單元部1中，各錐 體形狀構件2,3係為介電體，係由例如藍寶石或石英所形成。
如第11圖所示，本實施形態之氣體噴射單元部1，係在第二錐體形狀構件2的外側面(亦即未面向間隙do之側的面)上配設有環狀的第二電極部61，以及在第一錐體形狀構件3的內側面(亦即未面向間隙do之側的面)上配設有環狀的第一電極部62。
又，本實施形態係如第11圖所示，氣體噴射裝置具有用來在第一電極部62與第二電極部61之間施加交流電壓之交流電源9。其中，第一電極部62係為高電位HV側，第二電極部61係為低電位(接地電位)LV側。
利用交流電源9在第一電極部62與第二電極部61之間施加高電壓之交流電壓。於是，會在形成於第一錐體形狀構件2與第二錐體形狀構件3之間之間隙do(可將之解釋成放電空間)內產生介電質障壁放電。氣體通過發生該介電質障壁放電之間隙do，就會電離而產生具有非常高能量之良質的自由基氣體。此處，在本實施形態中，間隙do係高電場但低溫。
從氣體供給部供給例如氮氣G1，使之充滿於容器部內。如此一來，該氮氣G1會輸入至氣體噴射單元部1的間隙do。然後，該氮氣G1通過發生介電質障壁放電之間隙do內。藉由介電質障壁放電，從通過間隙do內之氮氣產生出氮自由基氣體。該氮自由基氣體會供給至噴出部5內的空間部5H。然後，通過噴出孔102，氮自由 基氣體G2朝向被處理體202噴射。此處，如在實施形態1中也說明過的，會從噴出孔102噴出具有指向性的射束狀的具有高速度的氮自由基氣體G2。
在上述的說明中，係以噴出孔102為一個之構成為例進行說明，但亦可使實施形態2中說明過之具有複數個噴出孔102之氣體噴射單元部1也同樣配設有電極部61,62。
如以上所述，本實施形態中，各錐體形狀構件2,3具有電極部61,62。
因此，可在氣體噴射單元部1的間隙do內使介電質障壁放電發生。因而，使氣體G1供給至該間隙do內，就可在該間隙do內產生自由基氣體。然後，從氣體噴射單元部1輸出具有指向性之射束狀的自由基氣體G2。其中，如在實施形態1中也說明過的，通過間隙do內之氣體會被整流及加速。因此，從氣體噴射單元部1輸出的會是高速的射束化的自由基氣體G2。因而，自由基氣體G2到達被處理體的時間會縮短，自由基氣體G2會在維持著高濃度的狀態下噴射至被處理體。
此處，為了將因介電質障壁放電而產生的放電熱去除掉，雖然省略了圖示，但可在各電極部61,62設置供冷媒循環之流路。使水等之冷媒在該流路內循環，就可使電極部61,62、各錐體形狀構件2,3及間隙do冷卻。在冷卻的該間隙do內會產生更良質的自由基氣體。
為了利用介電質障壁放電來產生良質的自 由基氣體，必須使間隙do內的電漿狀態為高電場。為了實現高電場的電漿狀態，要滿足使P．d(kPa．cm)之積在預定值以下之條件。其中，P為間隙do內的氣體壓力(可將之視為上述之氣體壓力P1)，d為間隙do的寬度(可將之視為上述之△d)。
在自由基氣體之情況，P．d之積的值相同時，就大氣壓+短間距(寬度△d小)之條件(稱為前者的情況)、與減壓+長間距(寬度△d大)之條件(稱為後者的情況)而言，後者的情況在下述的點較有利。亦即，後者的情況其間隙do中流動的氣體的流速較高，且間距長度(放電面之壁)較寬，可抑制自由基氣體與壁面衝突所造成的損失(亦即，可抑制產生的自由基氣體量(自由基氣體濃度)之降低)。
綜合以上的論述，本發明的發明人發現：從可穩定地驅動介電質障壁放電而得到良好的自由基氣體之觀點來看，氣體噴射單元部1最好滿足以下的條件。
亦即，在自由基氣體產生裝置100中，最好將氣體噴射裝置內部(換言之在間隙do內)的氣體壓力P1設定在約10kPa至30kPa之程度，將間隙do內的寬度△d設定在約0.3至3mm之程度，來使P‧d之積的值在約0.3至9(kPa‧cm)。將氣體壓力P1及寬度△d的值設定在前述的範圍內，可提高介電質障壁放電的電場強度，可產生良質的自由基氣體。
以上，係以採用氮氣來作為氣體G1之情況 作為一例而進行說明，但亦可採用氮化合物氣體來取代氮氣。另外，亦可採用氧化合物氣體(包含氧氣、臭氧)、氫化合物氣體(包含氫氣)等，來作為供給至氣體噴射單元部1的間隙do內之氣體G1。在此情況，係藉由在間隙do內之電離而從氧化合物氣體產生出氧自由基氣體，從氫化合物氣體產生出氫自由基氣體。
從氣體噴射單元部1將氧自由基氣體G2噴射至被處理體就形成氧化膜，將氫自由基氣體G2噴射至被處理體就形成氫還原膜(促進氫鍵鍵結所得到之金屬膜)。
<實施形態5>
本實施形態係在氣體噴射裝置內配設有複數個以上說明的氣體噴射單元部。而且，本實施形態係採用批次處理(batch)型的處理室。亦即，在處理室內配置複數個被處理體。另外，雖然在一個氣體噴射裝置內配射複數個氣體噴射單元部，但各氣體噴射單元部與各被處理體係一對一之關係。亦即，配設在一個氣體噴射裝置內之各氣體噴射單元部，係對各被處理體噴出氣體。
第12圖係以示意的方式顯示由本實施形態之氣體噴射裝置100A,100B及處理室200所構成之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。
如第12圖所示，本實施形態係在處理室200內，將複數個被處理體202以多段的形式配置在上下方向。亦即，本實施形態中之處理室200係為批次處理型CVD 裝置。
在該處理室200的側面部連接有第一氣體噴射裝置100A及第二氣體噴射裝置100B。具體而言，處理室200與第一氣體噴射裝置100A係透過真空凸緣(vacuum flange)而相連接，處理室200與第二氣體噴射裝置100B也是透過真空凸緣而相連接。各氣體噴射裝置100A,100B內的氣體壓力，係保持固定在例如10kPa至50kPa之範圍內的預定壓力。
在第一氣體噴射裝置100A內配設有噴射自由基氣體之複數個氣體噴射單元部1A，在第二氣體噴射裝置100B內配設有噴射前驅物氣體之複數個氣體噴射單元部1B。
氣體噴射單元部1A,1B之構成，係與實施形態1或實施形態2中說明過的相同。此外，氣體噴射單元部1A還具有實施形態3中說明過的技術特徵，亦即具有加熱各錐體形狀構件2,3之加熱器51,52(第12圖中顯示的是用來使加熱器51加熱之電源H2、及用來使加熱器52加熱之電源H1)。
如上述，在處理室200內將各被處理體202以多段的形式配置在上下方向。同樣的，在第一氣體噴射裝置100A內，將各氣體噴射單元部1A在上下方向配置成一列，在第二氣體噴射裝置100B內，將各氣體噴射單元部1B在上下方向配置成一列。
供給至第一氣體噴射裝置100A內的氣體， 係要藉由加熱使之自由基氣體化之原料氣體G1A，供給至第二氣體噴射裝置100B內的氣體，則是前驅物氣體G1B。
最上段(第一段)的氣體噴射單元部1A，係對最上段(第一段)的被處理體202噴射自由基氣體G2A，最上段(第一段)的氣體噴射單元部1B，則是對最上段(第一段)的被處理體202噴射前驅物氣體G2B。
同樣的，從上算來第二段的氣體噴射單元部1A，係對從上算來第二段的被處理體202噴射自由基氣體G2A，從上算來第二段的氣體噴射單元部1B，則是對從上算來第二段的被處理體202噴射前驅物氣體G2B。
同樣的，從上算來第n段的氣體噴射單元部1A，係對從上算來第n段的被處理體202噴射自由基氣體G2A，從上算來第n段的氣體噴射單元部1B，則是對從上算來第n段的被處理體202噴射前驅物氣體G2B。
以及，最下段的氣體噴射單元部1A，係對最下段的被處理體202噴射自由基氣體G2A，最下段的的氣體噴射單元部1B，則是對最下段的的被處理體202噴射前驅物氣體G2B。
如第12圖所示，在處理室200內，平台201上設有兩根在上下方向延伸之柱240。沿著柱240的延伸方向，在上下方向配設有複數個載置台2010。其中，各柱240上安裝有支持部230，利用該支持部230及未圖示的構件將各載置台2010支持成可旋轉。
如第12圖所示，被處理體202係載置在載 置台2010上。而且，載置台2010係利用支持部230及未圖示的構件將被處理體202支持成使之傾斜而面向各氣體噴射單元部1A,1B的氣體噴出方向。
各載置台2010的側面部係與各旋轉滾輪250相接。因此，可藉由各旋轉滾輪之旋轉而使各載置台2010旋轉。各旋轉滾輪250係與聯軸器260連結。藉由使聯軸器260隨著軸旋轉，可使各旋轉滾輪250(亦即使各載置台2010)以一定週期旋轉。
如在實施形態1中說明過的，處理室200內係利用真空幫浦300加以排氣，將成膜後的氣體排出到處理室200外，使處理室200內的壓力狀態維持在最適於成膜之減壓環境。一般而言，處理室200內的壓力係設定在約30Pa至400Pa之程度的範圍內之一定的壓力。
另外，雖未圖示，但在處理室200的側面連接有加熱器。利用該加熱器，將處理室200內的溫度控制在適於成膜之溫度。
從各氣體噴射單元部1A,1B對各被處理體202噴射射束狀的各氣體G2A,G2B，在各被處理體202的面上形成想要的膜。供給至處理室200內的各氣體G2A,G2B的供給模式(pattern)，係依所要形成的膜的成膜條件而定，係利用流量控制器(mass flow controller)及氣動閥來控制氣體流量及氣體的供給或不供給(ON-OFF)。
如在實施形態3中說明過的，從各氣體噴射單元部1A噴射出藉由熱解離而產生之例如氧自由基氣體 G2A。另一方面，從各氣體噴射單元部1B噴射出前驅物氣體G2B。在各被處理體202上，氧自由基氣體G2A與前驅物氣體G2B起化學反應，前驅物氣體G2B的金屬與氧原子結合而在被處理體202上堆積金屬氧化物質。處理室200內係為減壓環境，且加熱至希望的溫度。因此，堆積的金屬氧化物質會在被處理體202的面上擴散結合而形成結晶化膜，於是在各被處理體202上形成想要的金屬氧化膜。
在成膜處理之際，如上述，係使載置台2010旋轉。此外，亦可除了使載置台2010旋轉之外，也使各載置台2010在上下方向(第12圖之上下方向)往復移動，來使各氣體G2A,G2B噴射在被處理體202的更廣範圍的區域。如此，就可短時間地在各被處理體202上形成均勻的金屬氧化膜。
亦可取代第12圖所示之構成而採用第13圖所示之構成。從第12圖與第13圖之比較可知，第13圖所示之構成係在第12圖所示之構成上附加了氣體排出管2030A,2030B。
如第13圖所示，氣體排出管2030A及氣體排出管2030B係配設在處理室200內。氣體排出管2030A的一端部及氣體排出管2030B的一端部係連接至真空幫浦300。氣體排出管2030A係將從各氣體噴射單元部1A噴出且在各被處理體202反射之自由基氣體G2A排出，氣體排出管2030B係將從各氣體噴射單元部1B噴出且在各被處理體202反射之前驅物氣體G2B排出。
更具體言之，係在氣體排出管2030A的側面穿設有複數個排氣孔。亦即，分別與各被處理體202對應而設置各排氣孔。因此，氣體排出管2030A的各排氣孔可將從各氣體噴射單元部1A噴出且在各被處理體202反射之自由基氣體G2A排出。
以及，在氣體排出管2030B的側面穿設有複數個排氣孔。亦即，分別與各被處理體202對應而設置各排氣孔。因此，氣體排出管2030B的各排氣孔可將從各氣體噴射單元部1B噴出且在各被處理體202反射之前驅物氣體G2B排出。
如第13圖所示，設置各氣體排出管2030A,2030B可使處理室200內的氣體的流動一定化。亦即，可防止在一個被處理體202反射的氣體G2A,G2B噴射到另一個被處理體202。因此，可在各被處理體202形成更良質的膜。
如第12、13圖所示，必須將複數個氣體噴射單元部1A,1B在各氣體噴射裝置100A,100B內配設成多段的形態。因此，最好極力減小各氣體噴射單元部1A,1B的佔有面積，最好將上述的各氣體噴射單元部1A,1B的圓錐角β設定在50°以下。
如以上所述，本實施形態係配設有複數個氣體噴射單元部1A,1B。而且，自由基氣體用的各氣體噴射單元部1A係對各被處理體202噴射自由基氣體G2A，前驅物氣體用的各氣體噴射單元部1B係對各被處理體202 噴射前驅物氣體G2B。
因此，可利用一次的成膜工序同時在複數片被處理體202形成想要的膜。又，本實施形態中說明的雖然是複數個氣體噴射單元部1A,1B的形狀為錐體形狀之例，但作為其他的實施例，亦可採用形成為後述的扇形形狀之氣體空間斷面、氣體加熱空間斷面或放電氣體空間斷面，來使氣體噴射至被處理室。
在上述的例中，係在第一氣體噴射裝置100A內配設實施形態3中說明過的氣體噴射單元部。但是，亦可在第一氣體噴射裝置100A內配設實施形態4中說明過的氣體噴射單元部。亦即，在第一氣體噴射裝置100A內配設利用介電質障壁放電而產生自由基氣體並加以噴出之複數個氣體噴射單元部。
<實施形態6>
本實施形態係在氣體噴射裝置內配設複數個實施形態1至4中說明過的氣體噴射單元部。而且，本實施形態係採用大片處理型的處理室。換言之，係在處理室內配置一片被處理體。而且，雖然在一個氣體噴射裝置內配設複數個氣體噴射單元部，但所有的氣體噴射單元部都對一片被處理體進行氣體之噴射。
第14圖係以示意的方式顯示由本實施形態之氣體噴射裝置100A,100B與處理室200所構成之遠距電漿型成膜處理系統的構成之斜視圖。
如第14圖所示，本實施形態係在處理室200 內配置一片被處理體202(具體而言，係在設於處理室200內之平台201上載置一片大面積的被處理體202)。亦即，本實施形態之處理室200係為大片處理型CVD裝置。
在該處理室200的上面部連接有第一氣體噴射裝置100A及第二氣體噴射裝置100B。具體而言，處理室200與第一氣體噴射裝置100A係透過真空凸緣而相連接，處理室200與第二氣體噴射裝置100B也是透過真空凸緣而相連接。各氣體噴射裝置100A,100B內的氣體壓力，係保持固定在例如10kPa至50kPa之範圍內的預定壓力。
在第一氣體噴射裝置100A內配設有噴射自由基氣體之複數個氣體噴射單元部1A，在第二氣體噴射裝置100B內配設有噴射前驅物氣體之複數個氣體噴射單元部1B。
氣體噴射單元部1A,1B之構成，係與實施形態1或實施形態2中說明過的相同。此外，氣體噴射單元部1A還具有實施形態4中說明過的技術特徵，亦即具有用來在各錐體形狀構件2,3之間施加交流電壓之電極部61,62(第14圖中顯示的是用來在各電極61,62之間施加交流電壓之交流電源9)。
供給至第一氣體噴射裝置100A內的氣體，係作為自由基氣體的原料之原料氣體G1A，供給至第二氣體噴射裝置100B內的氣體，則是前驅物氣體G1B。
配設於第一氣體噴射裝置100A內的所有氣體噴射單元部1A，係對一片被處理體202的不同的區域噴 射自由基氣體G2A。配設於第二氣體噴射裝置100B內的所有氣體噴射單元部1B，則是對一片被處理體202的不同的區域噴射前驅物氣體G2B。
平台201可旋轉，伴隨著該平台201之旋轉，被處理體202也旋轉。
如在實施形態1中說明過的，處理室200內係利用真空幫浦300加以排氣，將成膜後的氣體排出到處理室200外，使處理室200內的壓力維持在最適於成膜之減壓環境。一般而言，處理室200內的壓力係設定在約30Pa至400Pa之程度的範圍內之一定的條件。
另外，雖未圖示，但在平台201連接有加熱器。利用該加熱器，將處理室200內的溫度控制在適於成膜之溫度。
從各氣體噴射單元部1A,1B對被處理體202噴射射束狀的各氣體G2A,G2B，在被處理體202的面上形成想要的膜。供給至處理室200內的各氣體G2A,G2B的供給模式(pattern)，係依所要形成的膜的成膜條件而定，係利用流量控制器及氣動閥來控制氣體流量及氣體的供給或不供給。
如在實施形態4中說明過的，從各氣體噴射單元部1A噴射出藉由介電質障壁放電而產生之例如氮自由基氣體G2A。另一方面，從各氣體噴射單元部1B噴射出前驅物氣體G2B。在被處理體202上，氮自由基氣體G2A與前驅物氣體G2B起化學反應，藉由前驅物氣體G2B的金 屬與氮原子結合而在被處理體202上堆積金屬氮化物質。處理室200內係為減壓環境，且加熱至希望的溫度。因此，堆積的金屬氮化物質會擴散，於是在各被處理體202上形成想要的金屬氮化膜。
在成膜處理之際，如上述，係使平台201旋轉。如此，就可在各被處理體202上整個面形成均勻的金屬氧化膜。
如第14圖所示，必須使複數個氣體噴射單元部1A,1B配設在各氣體噴射裝置100A,100B內。因此，最好極力減小各氣體噴射單元部1A,1B的佔有面積，最好將上述的各氣體噴射單元部1A,1B的圓錐角β設定在50°以下。
如以上所述，本實施形態係配設有複數個氣體噴射單元部1A,1B。而且，所有的氣體噴射單元部1A,1B對一片被處理體202噴射各氣體G2A,G2B。
因此，即使是大面積的被處理體202也可短時間形成希望的膜。
上述的例子，係在第一氣體噴射裝置100A內配設複數個實施形態4中說明過的氣體噴射單元部。但是，亦可在第一氣體噴射裝置100A內配設複數個實施形態3中說明過的氣體噴射單元部。亦即，可在第一氣體噴射裝置100A內配設複數個利用因加熱器加熱而產生的熱解離來產生自由基氣體並加以噴出之氣體噴射單元部。
<實施形態7>
本實施形態係揭示與上述的氣體噴射單元部1不同的其他形狀。以上說明的氣體噴射單元部1的形狀係為圓錐、角錐等之錐體形狀。本實施形態中，氣體噴射單元部1的形狀係利用兩個平板來構成，且可達成氣體的流向之整流及加速化。
第15圖係顯示本實施形態中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。如第15圖所示，氣體噴射單元部1係藉由使兩個平板2,3隔著間隔△d相向而構成。形成氣體噴射單元部1的兩側面之構件，係發揮作為用來形成兩個平板2,3的間隙do之間隔件(spacer)的機能，藉由該構件在間隙do內的所有區域使間隔△d都保持一定。另外，從平面圖看平板2,3的面時，氣體噴射單元部1係具有從氣體的入口(上部側)往氣體的出口(下部側，可將之視為扇形形狀的頂部側)寬度漸漸縮小之扁平形狀(以下將之稱為扇形形狀)。因此，在氣體噴射單元部1，氣體的入口側的寬度係比氣體的出口側(頂部側)的寬度寬。
從上述氣體供給部101供給來的氣體G1，係從設於氣體噴射單元部1的上部之開口部侵入該氣體噴射單元部1內，且通過氣體噴射單元部1內的間隙do。間隙do的間隔△d係在氣體噴射單元部1內都為一定，氣體G1係在扇形形狀的間隙do內往下部側流。因為係扇形形狀，所以間隙do的體積係從氣體的侵入側往氣體的出口側逐漸變小。因此，氣體噴射單元部1內之氣體流速會變大。
通過氣體噴射單元部1內之氣體G1，係通 過設於氣體噴射單元部1的下部側之噴出部5的噴出孔102後成為氣體G2而呈射束狀噴射出。亦即，扇形形狀的氣體噴射單元部1的頂部側(噴出部5配設側)係面向被處理體202，該射束狀的氣體G2係通過噴出孔102而對著被處理體202噴射。此處，設於噴出部5之上述噴出孔102係為一個或複數個。
作為兩個平板2,3以及側面之構件，係利用氧化鋁(alumina)、石英及藍寶石之任一者而形成，且係構成為一體。
如第15圖所示，將氣體噴射單元部1做成為扇形形狀，不只具有與錐體形狀的氣體噴射單元部1相通的作用效果，而且可作成較低成本的氣體噴射單元部1。此外，扇形形狀的氣體噴射單元部1相較於錐體形狀的氣體噴射單元部1，較適合堆疊等，可在狹窄區域配設較多的扇形形狀的氣體噴射單元部1。
<實施形態8>
第16圖係顯示本實施形態中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
如第16圖所示，本實施形態係將加熱器51捲繞成包覆在實施形態7之氣體噴射單元部1的周圍。加熱器51在圖中係畫成可透視而看出氣體噴射單元部1的輪廓。另外，與實施形態3一樣，配設有用來使加熱器51加熱之電源H1。藉由該加熱器51之配設，可加熱在氣體噴射單元部1內通過間隙do之氣體G1。藉由加熱該氣體 G1可使氣體G1自由基化而產生自由基氣體G2。然後，從噴出孔102噴射出射束狀的自由基氣體G2。
<實施形態9>
第17圖係顯示本實施形態中的氣體噴射單元部1的構成之斜視圖。
如第17圖所示，本實施形態係在實施形態7之氣體噴射單元部1中，在各平板1,2的外側面(並未面向間隙do之側的面)配設有第一電極(配設於平板3，但在第17圖中因平板3擋到而看不到輪廓)及第二電極61。
第一電極配設有低壓給電板620，第二電極61配設有高壓給電板610。而且，如第17圖所示，交流電源9的高壓端子HV係連接至高壓給電板610，交流電源9的低壓端子LV係連接至低壓給電板620。與實施形態4一樣，交流電源9在高壓給電板610與低壓給電板620之間施加交流電壓。
可在高壓給電板610及低壓給電板620內形成供冷卻水流動之流路，以冷卻包含該構件之氣體噴射單元部1。
本實施形態之氣體噴射單元部1中，交流電源9透過高壓給電板610及低壓給電板620而在屬於介電體之平板2,3間施加交流高壓。藉此，在間隙do內產生介電質障壁放電。利用該介電質障壁放電，從氣體G1產生出良質的自由基氣體G2。然後，從噴出孔102噴射出射束狀的自由基氣體G2。
以實施形態7至9所揭示的扇形形狀的氣體噴射單元部1來替換錐體形狀的氣體噴射單元部1，則實施形態1至6中說明的內容，在採用該扇形形狀的氣體噴射單元部1之氣體噴射裝置也都成立。因此，實施形態7至9所揭示的扇形形狀的氣體噴射單元部1當然可取代錐體形狀的氣體噴射單元部1而用作為實施形態5、6中的氣體噴射單元部1。
而且，如上述，在實施形態7至9所揭示的扇形形狀的氣體噴射單元部1中，間隙do的間隔△d(兩平板2,3間的距離)最好在0.3mm以上，3mm以下，容器部內(亦即氣體噴射單元部1內)的氣體壓力最好在10kPa以上，30kPa以下。
1‧‧‧氣體噴射單元部
22‧‧‧凸緣
100‧‧‧氣體噴射裝置
100D‧‧‧容器部
101‧‧‧氣體供給部
102‧‧‧噴出孔
200‧‧‧處理室
201‧‧‧平台
202‧‧‧被處理體
203‧‧‧排氣口
300‧‧‧真空幫浦
G1‧‧‧(供給至氣體噴射裝置之)氣體
G2‧‧‧(從氣體噴射單元部輸出之)氣體
P0‧‧‧(處理室內之)氣體壓力
P1‧‧‧(容器部內之)氣體壓力

Claims (17)

  1. 一種氣體噴射裝置，具備有：容器部(100D)；氣體供給部(101)，對前述容器部進行氣體的供給；氣體噴射單元部(1)，配設於前述容器部內，對被處理體(202)進行氣體的噴射，前述氣體噴射單元部具有：第一錐體形狀構件(3)；以及第二錐體形狀構件(2)，配置成從側面方向圍繞前述第一錐體形狀構件，且在與前述第一錐體形狀構件之間形成有間隙(do)，前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側係面向前述被處理體，從前述氣體供給部所供給的氣體，係從前述第一錐體形狀構件的底面側及前述第二錐體形狀構件的底面側侵入前述間隙且通過前述間隙而從前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側朝向前述被處理體噴射。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體噴射裝置，其中，前述第一錐體形狀構件之面向前述間隙的部分及前述第二錐體形狀構件之面向前述間隙的部分，係由藍寶石或石英所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體噴射裝置，其中，前述間隙之從前述第一錐體形狀構件的側面到前 述第二錐體形狀構件的側面之距離，係在0.3mm以上，3mm以下，前述容器部內的氣體壓力(P1)係在10kPa以上，30kPa以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體噴射裝置，其中，前述氣體噴射單元部更具有：對前述被處理體進行氣體的噴射之噴出部(5)，前述第一錐體形狀構件的頂部側及前述第二錐體形狀構件的頂部側係與前述噴出部的側面側連接，前述噴出部具有：形成於內部之空間部(5H)；以及連接至前述空間部之複數個噴出孔(102)，從前述氣體供給部所供給的氣體，係通過前述間隙而供給至前述空間部，且經由前述複數個噴出孔而朝向前述被處理體噴射。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體噴射裝置，更具備有：用來加熱前述第一錐體形狀構件及前述第二錐體形狀構件之加熱部(51,52)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體噴射裝置，更具備有：用來供給交流電壓之交流電源(9)，前述第一錐體形狀構件及前述第二錐體形狀構件係為介電體，前述第一錐體形狀構件配設有第一電極部(62)，前述第二錐體形狀構件配設有第二電極部(61)， 前述交流電源係在前述第一電極部與前述第二電極部之間施加交流電壓，藉此使前述間隙當中發生介電質障壁放電。
  7. 一種氣體噴射裝置，具備有：容器部(100D)；氣體供給部(101)，對於前述容器部進行氣體的供給；氣體噴射單元部(1)，配設於前述容器部內，對於被處理體(202)進行氣體的噴射，前述氣體噴射單元部係為扇形形狀，具有：第一平板(2)；以及第二平板(3)，配置成與前述第一平板相面對成兩者間形成有間隙(do)，前述氣體噴射單元部的頂部側係面向前述被處理體，從前述氣體供給部所供給的氣體，係從扇形形狀之前述氣體噴射單元部(1)的寬度較寬側的開口部侵入前述間隙且通過前述間隙而從前述氣體噴射單元部的頂部側朝向前述被處理體噴射。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之氣體噴射裝置，其中，前述第一平板及前述第二平板係由藍寶石或石英所構成。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之氣體噴射裝置，其中，前述間隙之間隔係在0.3mm以上，3mm以下， 前述容器部內的氣體壓力係在10kPa以上，30kPa以下。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之氣體噴射裝置，其中，前述氣體噴射單元部更具有：對前述被處理體進行氣體的噴射之噴出部(5)，前述噴出部具有複數個噴出孔(102)，從前述氣體供給部所供給的氣體，係通過前述間隙，然後經由前述複數個噴出孔而朝向前述被處理體噴射。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之氣體噴射裝置，更具備有：用來加熱前述第一平板及前述第二平板之加熱部(51,52)。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之氣體噴射裝置，更具備有：用來供給交流電壓之交流電源(9)，前述第一平板及前述第二平板係為介電體，前述第一平板配設有第一電極部，前述第二平板配設有第二電極部，前述交流電源係在前述第一電極部與前述第二電極部之間施加交流電壓，藉此使前述間隙當中發生介電質障壁放電。
  13. 如申請專利範圍第1或7項所述之氣體噴射裝置，其中，前述氣體噴射單元部係有複數個。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之氣體噴射裝置，其中， 前述被處理體係有複數個，各前述氣體噴射單元部對各前述被處理體噴出氣體。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之氣體噴射裝置，其中，複數個前述氣體噴射單元部對一個被處理體噴出氣體。
  16. 如申請專利範圍第1或7項所述之氣體噴射裝置，其中，從前述氣體供給部所供給的氣體係為前驅物氣體。
  17. 如申請專利範圍第1或7項所述之氣體噴射裝置，其中，從前述氣體供給部所供給的氣體係為作為自由基氣體的原料之原料氣體。
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