WO2017119074A1 - ガス供給装置 - Google Patents

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WO2017119074A1
WO2017119074A1 PCT/JP2016/050188 JP2016050188W WO2017119074A1 WO 2017119074 A1 WO2017119074 A1 WO 2017119074A1 JP 2016050188 W JP2016050188 W JP 2016050188W WO 2017119074 A1 WO2017119074 A1 WO 2017119074A1
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gas
gas supply
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processing chamber
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真一 西村
謙資 渡辺
田畑　要一郎
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • H01J2237/3322—Problems associated with coating
    • H01J2237/3323—Problems associated with coating uniformity

Definitions

  • film processing such as an insulating film is performed on the surface of a substrate to be processed such as a wafer, and the film surface formed by film formation is processed by etching and cleaning. These processes are performed at high speed and quality.
  • High technology is required.
  • high-quality etching processes along with a wide variety of high-performance film-forming processes, including film formation of high-insulation thin films, semiconductor thin films, high-dielectric thin films, light-emitting thin films, high-magnetic thin films, super-hard thin films, etc. Separation and cleaning processes have been pursued, and high-quality and uniform film formation and a high processing speed are emphasized on a large-area wafer surface (substrate surface to be processed).
  • a low impedance high conductive film functioning as circuit wiring within a semiconductor chip a high magnetic film having circuit wiring coil function and magnet function, and a high dielectric having circuit capacitor function
  • a method for forming a body film and a highly functional film such as a highly insulating film by oxidation or nitridation having a highly insulating function with little electric leakage current.
  • a thermal CVD (chemical vapor deposition) apparatus a photo CVD apparatus or a plasma CVD apparatus, or a thermal ALD (atomic layer deposition method) is used.
  • a plasma ALD apparatus is used.
  • many plasma CVD / ALD apparatuses are used.
  • the plasma CVD / ALD apparatus can lower the film formation temperature and the film formation speed is larger and shorter than the thermal / photo CVD / ALD apparatus.
  • a gate insulating film such as a nitride film (SiON, HfSiON, etc.) or an oxide film (SiO 2 , HfO 2 ) is formed on a wafer as a substrate to be processed
  • a plasma CVD / ALD apparatus is used. The technology is generally adopted.
  • Thermal CVD / ALD equipment raises the temperature of the wafer and container, increases the reactivity of the supply gas, and forms a film on the wafer.
  • exposure of the wafer to high temperatures leads to a decrease in yield due to thermal damage and the like.
  • the film forming apparatus is filled with a gas, and the filled gas is activated by plasma energy or heat energy.
  • a method is used in which a thin film is deposited by chemical reaction treatment with gas supplied to the wafer surface.
  • the activation gas filled in the film formation processing apparatus was effective only for the deposition film formation reaction on the substrate surface because only the gas flow velocity with a random Brownian motion and the gas particles themselves did not have a high velocity.
  • it is not suitable for uniformly forming a surface having very large irregularities on the substrate surface or a three-dimensional film formation surface.
  • the chemical reaction time is short, so the life is very short.
  • the reaction is promoted only on the substrate surface, and there is a disadvantage that the supply gas does not reach a high aspect surface with very large unevenness, and uniform film formation cannot be performed.
  • the reaction gas is introduced to the inner surface of the wafer at an early time, and the film can be uniformly reacted to the inner surface of the wafer so that the film can be formed, or the gas filled in the inner surface of the wafer is energized and converted into an activated gas.
  • a CVD / ALD film forming apparatus as disclosed in Patent Document 2 uniformly supplies gas into a container and deposits it on the entire wafer, but if the gas reactivity is high, it reaches the wafer. There is a problem that loses reactivity before doing.
  • a method of generating plasma in a container to generate a highly reactive gas and supplying it to the substrate and a method of increasing the reactivity by raising the temperature in the container and the wafer.
  • a barrier film positioned around a TSV (through-silicon-via) structure needs to be formed uniformly.
  • the barrier film is formed in several layers by dividing the depth direction into a plurality of times.
  • a single restricting cylinder (orifice) is provided as a means to quickly supply the gas to the low vacuum processing chamber, thereby increasing the gas supply rate and reducing the gas supply rate.
  • a method of jetting gas at an ultra-high speed exceeding Mach by jetting gas in a low vacuum environment in a vacuum processing chamber is suitable.
  • the larger the pressure difference the lower the vacuum processing chamber.
  • the lower the internal pressure the faster the supply gas, and the gas can be supplied to the wafer surface in a short time.
  • the gas velocity affects the gas flow velocity frame (gas jet velocity) at the gas impact pressure and temperature at Mach velocity, and at a certain ejection position, the gas velocity The flow velocity is extremely lowered, and as a result, a phenomenon of a Mach disk state (a state where the gas flow velocity is extremely lowered at a certain ejection position) occurs.
  • a Mach disk state a state where the gas flow velocity is extremely lowered at a certain ejection position
  • An object of the present invention is to provide a gas supply device that can effectively suppress a phenomenon in which extreme deceleration occurs.
  • a gas supply device is a gas that is provided above a placement unit on which a substrate to be processed is placed, and that supplies gas to the substrate to be processed from a processing chamber having an opening on a bottom surface.
  • An ejector, and the gas ejector is provided between a primary storage chamber for temporarily storing a gas supplied from a gas supply port, the processing chamber, and the primary storage chamber and the processing chamber.
  • a nozzle section, and the nozzle section is formed in a circular shape with an opening cross-sectional shape in plan view having a first diameter, and supplies a gas in the primary storage chamber downward, and in plan view And a second restriction cylinder for supplying a gas supplied from the first restriction cylinder toward the processing chamber.
  • the diameter of the primary containment chamber and the processing channel Pressure difference between the inside over is set to be equal to or greater than the predetermined pressure ratio, the second diameter is set to be longer than the first diameter.
  • the gas ejector of the gas supply device of the present invention can impart directivity to the gas ejected to the processing chamber by the first limiting cylinder having the first diameter in the nozzle portion,
  • the gas can be supplied to the substrate to be processed at an ultra-high speed exceeding Mach.
  • the extreme of the gas to be ejected depends on the impact pressure and the temperature state accompanying the super-high speed of the ejected gas. It is possible to suppress the Mach disk phenomenon that causes slow deceleration.
  • the gas supply device of the present invention according to claim 1 has an effect of supplying a gas suitable for film formation on a wafer surface having a high aspect ratio to the substrate to be processed.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows typically the speed state of the gas jet using the conventional gas supply apparatus. It is explanatory drawing which shows typically the pressure state of the gas jet using the conventional gas supply apparatus. It is explanatory drawing which shows typically the speed state of a gas jet in case the pressure ratio of a primary storage chamber and a low vacuum processing chamber is less than 30 times. It is explanatory drawing which shows typically the pressure state of a gas jet in case the pressure ratio of a primary storage chamber and a low vacuum processing chamber is less than 30 times. It is explanatory drawing which shows typically the Mach disk generation
  • the gas supply apparatus is provided with a mounting table 19 (mounting unit) on which a wafer 25 that is a substrate to be processed is mounted, and an opening on the bottom surface.
  • the gas blower 1 supplies gas to the lower wafer 25 from a low vacuum processing chamber 18 (processing chamber) having a portion.
  • the gas blower 1 includes a primary storage chamber 11, a gas supply port 12, a first stage restriction cylinder 13 (first restriction cylinder), a second stage restriction cylinder 14 (second restriction cylinder), and a low vacuum processing chamber 18 ( It has a processing chamber-) as a main component.
  • the nozzle portion 10 is formed by a configuration including the restricted cylinder groups 13 and 14. That is, the nozzle unit 10 is provided between the primary storage chamber 11 and the low vacuum processing chamber 18.
  • the first-stage limiting cylinder 13 constituting the nozzle unit 10 has a circular shape with a (straight) diameter r1 (first diameter) in the opening cross-section (plan view) in the XY plane, and the raw material of the primary storage chamber 11
  • the gas G1 is supplied downward ( ⁇ Z direction).
  • the diameter r1 is set such that the pressure difference between the primary storage chamber 11 and the low vacuum processing chamber 18 is equal to or greater than a predetermined pressure ratio.
  • the diameter r1 of the first stage limiting cylinder 13 is 1.35 mm in diameter
  • the depth (formation length extending in the Z direction) is 1 mm
  • the diameter r2 of the second stage limiting cylinder 14 is 8 mm in diameter
  • the depth (extending in the Z direction) For example, nitrogen gas is supplied at a flow rate of 4 slm (standard liter per minute) as a raw material gas G1. Accordingly, the raw material gas G1 that has passed through the first stage restriction cylinder 13 becomes an ultrahigh-speed gas and is supplied into the low vacuum processing chamber 18 through the second stage restriction cylinder 14.
  • the primary storage chamber 11 temporarily stores the source gas G1 supplied from the gas supply port 12. The pressure in the primary storage chamber 11 becomes the primary pressure.
  • the secondary pressure is determined by the first stage restriction cylinder 13.
  • the source gas G1 is supplied into the low vacuum processing chamber 18 via the second stage restriction cylinder 14.
  • the pressure ratio PC between the primary pressure in the primary storage chamber 11 and the secondary pressure in the low vacuum processing chamber 18 is set to be 30 times or more. Then, the flow velocity of the raw material gas G1 that has passed through the first stage restriction cylinder 13 becomes a flow velocity equal to or higher than Mach due to the pressure ratio PC, and the presence of the second stage restriction cylinder 14 causes the raw material gas G1 to be generated in a high speed jet state. After the phenomenon that occurs is suppressed, it is supplied into the low vacuum processing chamber 18.
  • the source gas G1 has a maximum Mach number exceeding “5” as an ultrahigh-speed gas on the mounting table 19. It is supplied to the wafer 25.
  • the Mach disk state which is likely to be generated, is effectively suppressed due to the presence of the second stage restriction cylinder 14, so that the gas can be supplied to the wafer at a higher speed than in the prior art.
  • the second stage restriction cylinder 14 by providing the second stage restriction cylinder 14, the pressure distribution and flow velocity distribution in the low vacuum processing chamber 18 are relaxed to avoid the occurrence of the Mach disk MD state, and the source gas G1 is supplied to the low vacuum processing chamber 18. And supplied to a wafer 25 placed on a mounting table 19 (wafer table). The gas after the reaction is exhausted from an exhaust port 21 provided between the gas ejector 1 and the mounting table 19.
  • FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the velocity state of the gas jet using the gas supply device of the first embodiment having the nozzle portion 10.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the velocity state of a gas jet using a conventional gas supply device having a nozzle portion composed only of the first stage restriction cylinder 13.
  • FIG. 10 is an explanatory view schematically showing a pressure state of a gas jet using a conventional gas supply device having a nozzle portion composed only of the first stage restriction cylinder 13. 7 to 10, the uppermost shaded area corresponds to, for example, the formation region of the upper electrode 22 in the fourth embodiment described later. 11 and 12, the uppermost shaded area corresponds to the formation region of the upper electrode 22 in the fourth embodiment to be described later.
  • the pressure ratio PC between the primary pressure and the secondary pressure described above is set to 30 times or more.
  • the gas supply apparatus of the first embodiment avoids the phenomenon that the Mach disk MD is generated, and the source gas G1 is transferred to the wafer without extremely reducing the speed. 25.
  • a Mach disk MD is generated in the conventional gas supply apparatus.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the velocity state of the gas jet when the pressure ratio PC between the primary storage chamber 11 and the low vacuum processing chamber 18 is less than 30 times in the configuration of the first embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing the pressure state of the gas jet when the pressure ratio PC between the primary storage chamber 11 and the low vacuum processing chamber 18 is less than 30 in the configuration of the first embodiment. 11 and 12, the uppermost shaded area corresponds to the formation region of the upper electrode 22 in the fourth embodiment to be described later.
  • the pressure ratio PC between the primary pressure and the secondary pressure described above is set to less than 30 times.
  • the primary pressure of the primary storage chamber 11 is higher than the secondary pressure of the low vacuum processing chamber 18, that is, the first stage restriction cylinder 13
  • the flow exiting from the outlet (orifice outlet) of the first stage limiting cylinder 13 causes a phenomenon called shock wave cell structure (shock cell), and the downstream direction
  • the shock wave cell structure is periodically observed.
  • the shock wave cell structure means a shock wave structure that is repeatedly obtained when a reflected shock wave RS described later becomes a boundary region JB (Jet Boundary) described later.
  • the formed compression wave catches up with the preceding compression wave, and forms a barrel-like barrel shock wave BS (Barrel Shock).
  • barrel shock wave BS cannot normally intersect on the central axis of the jet, and a disc-shaped vertical shock wave called a Mach disk MD (Mach shock wave) is formed in an axisymmetric jet.
  • the flow behind it is a subsonic flow.
  • a reflected shock wave RS Reflect Shock
  • the triple point TP is a point where the barrel shock wave BS, which is a compression wave, the Mach disk MD, and the reflected shock wave RS intersect.
  • the second-stage limiting cylinder 14 that is continuously formed in the first-stage limiting cylinder 13 is provided, so that the expansion wave EW By reflecting on the side surface of the stage limiting cylinder 14, the barrel shock wave BS can normally intersect on the central axis XC of the jet, so that the occurrence of the Mach disk MD can be avoided.
  • the gas ejector 1 of the gas supply device is directed to the raw material gas G1 ejected into the low vacuum processing chamber 18 by the first stage restriction cylinder 13 having the opening portion with the diameter r1 provided in the nozzle portion 10. Therefore, the gas can be supplied to the wafer 25 as the substrate to be processed at an ultra-high speed exceeding Mach.
  • the second-stage restriction cylinder 14 provided between the first-stage restriction cylinder 13 and the low vacuum processing chamber 18, the impact pressure accompanying the super-high speed of the ejected source gas G1 gas, and The generation of the Mach disk MD that is extremely decelerated depending on the temperature can be effectively suppressed.
  • the gas supply apparatus can form a film having a three-dimensional structure by forming a film on the surface of the wafer 25 having a high aspect ratio.
  • a reactive gas is used as the source gas G1 in the wafer 25. The effect which can be supplied to is produced.
  • the gas supply device of Embodiment 1 is in a high-speed state by setting the pressure ratio PC between the primary pressure in the primary storage chamber 11 and the secondary pressure in the low vacuum processing chamber 18 to 30 times or more.
  • the source gas G1 can be supplied to the wafer 25 which is the substrate to be processed.
  • a gas contact area that is an area in contact with the source gas G ⁇ b> 1 is made of quartz or alumina. It is desirable to employ the first mode in which a material is formed as a constituent material.
  • Reactive gas is generally used as the raw material gas G1. Therefore, in the gas ejector 1 of the first embodiment adopting the first aspect, at least the material of the gas contact region is formed of quartz or alumina material, and the quartz material surface and the alumina surface have the above-described reactivity. Since the substance is chemically stable with respect to the gas, the reactive gas can be supplied into the low vacuum processing chamber 18 with a small chemical reaction with the gas contact region in contact with the reactive gas. it can.
  • the production of corrosive substances as by-products accompanying the chemical reaction with the reactive gas in the gas blower 1 can be reduced, and as a result, the reactive gas to be supplied contains no contaminants.
  • a clean reactive gas can be supplied into the low vacuum processing chamber 18 as the gas G1, and the effect of improving the film formation quality of the film formed on the wafer 25 is produced.
  • the gas jetting device 1 is heated to 100 ° C. or higher and the heated source gas G1 is supplied to the wafer 25 when the source gas G1 is supplied to the wafer 25.
  • the structure of providing heat processing mechanisms such as a hot plate, in the vicinity of the gas ejector 1, etc. can be considered, for example.
  • the reactive gas used as the source gas G1 can receive heat energy by heat treatment, and can be supplied into the low vacuum processing chamber 18 as a more reactive gas, The effect that the film can be formed on the wafer 25 at a higher speed occurs, and the effect that the high-speed film forming process can be performed.
  • the source gas G1 supplied from the gas supply port 12 is a gas containing at least nitrogen, oxygen, fluorine, and hydrogen gas
  • an insulating film such as a nitride film or an oxide film is formed.
  • it can also be used for surface treatment of the wafer 25 with a high aspect ratio using an active gas such as resist stripping, etching gas, or fluorinated gas as a cleaning gas.
  • an ultrafast gas such as a hydrogen radical gas to the surface of the wafer 25, the source gas G1 that can be used for purposes other than the insulating film formation, etching process, and cleaning function can be supplied.
  • a gas supply device can be used for the film forming process.
  • the gas supply apparatus adopting the fifth aspect can improve the stability of the ultrahigh-speed gas flow velocity in the raw material gas G1 ejected from the nozzle portion 10 of the gas ejector 1 into the low vacuum processing chamber 18, and the wafer.
  • the effect of improving the film forming quality, such as uniformizing the film forming thickness formed on the surface of 25, can be exhibited.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a configuration of a gas supply apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • an XYZ orthogonal coordinate system is shown.
  • the gas ejector 2 includes a primary storage chamber 11, a gas supply port 12, a first stage restriction cylinder 13 (first restriction cylinder), a second stage restriction cylinder 14 (second restriction cylinder), and a third stage restriction cylinder 15. (Third restriction cylinder) and a low vacuum processing chamber 18 are provided as main components.
  • the nozzle portion 20 is formed by a configuration including the three restricted tube groups 13 to 15. That is, the nozzle unit 20 is provided between the primary storage chamber 11 and the low vacuum processing chamber 18.
  • the first-stage limiting cylinder 13 constituting the nozzle unit 20 has a circular shape with an opening cross-sectional shape having a diameter r1 in plan view, and supplies the raw material gas G1 in the primary storage chamber 11 downward. .
  • the second-stage limiting cylinder 14 is formed continuously with the first-stage limiting cylinder 13 along the Z direction, and like the first embodiment, the opening cross-sectional shape of the bottom surface in plan view has a circular shape with a diameter r2, The source gas G1 supplied from the first stage restriction cylinder 13 is supplied downward.
  • the third stage limiting cylinder 15 is formed continuously with the second stage limiting cylinder 14 along the Z direction, and the opening cross-sectional shape of the bottom surface (in plan view) in the XY plane has a (straight) diameter r3 (third diameter).
  • the source gas G1 supplied from the second stage restriction cylinder 14 is supplied to the lower vacuum processing chamber 18 below.
  • the diameter r3 is set to satisfy “r3> r2”.
  • the diameter of the third stage limiting cylinder 15 is By setting r3 to a diameter of 20 mm and a depth (formation length extending in the Z direction) to 46 mm, for example, by supplying nitrogen gas at a flow rate of 4 slm, the raw material gas G1 passing through the first stage limiting cylinder 13 is an ultrahigh-speed gas. And is supplied into the low vacuum processing chamber 18 through the second stage restriction cylinder 14 and the third stage restriction cylinder 15.
  • the gas ejector 1 of the gas supply device includes a first stage restriction cylinder 13, a second stage restriction cylinder 14, and a third stage restriction cylinder 15 each having an opening having a diameter r1, a diameter r2, and a diameter r3.
  • the gas supply device of the second embodiment has the same effects as the gas supply device of the first embodiment, and also has the effects when the first to fifth aspects are adopted.
  • the gas ejector 2 according to the second embodiment further includes a third stage restriction cylinder 15 as the nozzle portion 20 and sets the diameter r3 of the third stage restriction cylinder 15 longer than the diameter r2 of the second stage restriction cylinder 14.
  • the source gas G1 can be supplied to the wafer 25 in a state in which the generation of the Mach disk MD caused by the high-speed jet generated at the pressure ratio PC is suppressed as compared with the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the configuration of a gas supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • an XYZ orthogonal coordinate system is shown.
  • the gas supply apparatus is provided with a mounting table 19 (mounting unit) on which a wafer 25 that is a substrate to be processed is mounted, and an upper part of the mounting table 19.
  • the gas ejector 3 is configured to supply gas from the inside of the low vacuum processing chamber 18 to the wafer 25.
  • the gas ejector 3 includes a primary storage chamber 11, a gas supply port 12, a first stage limiting cylinder 13 (first limiting cylinder), a hemispherical limiting cylinder 17 (second limiting cylinder), and a low vacuum processing chamber 18. It has as a main component.
  • the first stage restriction cylinder 13 (first restriction cylinder) constituting the nozzle portion 30 has a circular shape with an opening cross-section of a diameter r1, and the raw material gas G1 in the primary storage chamber 11 is supplied. Supply downward.
  • the hemispherical limiting cylinder 17 is formed continuously with the first-stage limiting cylinder 13 along the Z direction, and has a circular shape with a (straight) diameter r2b (second diameter) of the opening cross-sectional shape of the bottom surface in the XY plane.
  • the source gas G1 supplied from the first stage restriction cylinder 13 is supplied to the lower low vacuum processing chamber 18.
  • the diameter r2b on the bottom surface is set so as to satisfy “r2b> r1”.
  • the nozzle part 30 is configured by the first stage restriction cylinder 13 and the hemispherical restriction cylinder 17 having openings of the diameter r1 and the diameter r2 (r2t to r2b).
  • directivity can be imparted to the source gas G1 ejected into the low vacuum processing chamber 18.
  • the presence of the hemispherical restriction cylinder 17 has an effect of suppressing the Mach disk MD phenomenon.
  • the hemispherical limiting cylinder 17 (second limiting cylinder) in the gas ejector 3 of the third embodiment is such that the diameter r2 of the opening becomes longer in the direction toward the low vacuum processing chamber 18 (in the ⁇ Z direction). Since it is formed in a hemispherical shape, it is possible to supply the raw material gas G1 to the wafer 25 in a state in which the generation of the Mach disk MD caused by the high-speed jet generated at the pressure ratio PC is further suppressed as compared with the first embodiment. .
  • a third stage restriction cylinder may be further provided below the hemispherical restriction cylinder 17 in the same manner as the third stage restriction cylinder 15 of the second embodiment.
  • a cylindrical shape having the same diameter as the diameter r2b of the bottom surface of the hemispherical limiting cylinder 17 can be considered.
  • the gas supply apparatus is provided with a mounting table 19 (mounting unit) on which a wafer 25 that is a substrate to be processed is mounted, and an upper portion of the mounting table 19. And a gas ejector 4 for supplying gas to the wafer 25 from within the low vacuum processing chamber 18.
  • the gas ejector 4 includes a primary storage chamber 11, a gas supply port 12, a first stage restriction cylinder 13X (first restriction cylinder), a second stage restriction cylinder 14X (second restriction cylinder), an upper electrode 22, and a lower electrode. 24 and a low vacuum processing chamber 18 as main components.
  • the gas ejector 4 has an upper electrode 22 and a lower electrode 24 (first and second electrodes) provided to face each other, and a discharge space is formed between the upper electrode 22 and the lower electrode 24.
  • at least one of the upper electrode 22 and the lower electrode 24 has a dielectric on the surface forming the discharge space.
  • the upper electrode 22 is disposed near the bottom surface in the primary storage chamber 11.
  • the lower electrode 24 is disposed below the bottom surface of the primary storage chamber 11 so as to form a part of the bottom surface of the primary storage chamber 11, and a through-hole provided at the center of the lower electrode 24 is connected to the first stage restriction cylinder 13 ⁇ / b> X. It is formed to become.
  • the first stage restriction cylinder 13X (the first restriction cylinder) constituting the nozzle portion 40 has an opening cross-sectional shape in the XY plane (when viewed in plan). It has a circular shape of r1 (first diameter) and supplies the raw material gas G1 in the primary storage chamber 11 downward.
  • the second stage limiting cylinder 14X is continuously formed along the Z direction and directly below the lower electrode 24 including the first stage limiting cylinder 13X.
  • the opening cross-sectional shape is a circle having a (straight) diameter r2 (second diameter), and the source gas G1 supplied from the first stage restriction cylinder 13 is supplied to the lower vacuum processing chamber 18 below.
  • the diameter r2 is set so as to satisfy “r2> r1”.
  • the gas ejector 4 performs gas ionization in which the source gas G1 is ionized and ionized or radicalized in the discharge space between the upper electrode 22 and the lower electrode 24 facing each other via a dielectric. Part inside.
  • the gas ionization part has a discharge space via a dielectric between the upper electrode 22 and the lower electrode 24 facing each other, and an AC voltage is applied between the upper electrode 22 and the lower electrode 24 to thereby discharge the discharge space.
  • the dielectric barrier discharge is generated, and the ionized gas and radical gas obtained by ionizing or radicalizing the source gas G1 can be supplied into the low vacuum processing chamber 18 via the second stage limiting cylinder 14X. .
  • ionized gas or radical obtained by ionizing or radicalizing the source gas G1 by ionizing the source gas G1 supplied from the gas supply port 12 in the vicinity of the boundary region between the primary storage chamber 11 and the nozzle portion 40 is characterized by providing a gas ionization part for obtaining a chemical gas.
  • the gas ejector 1 of the gas supply device has a low vacuum by configuring the nozzle unit 40 with the first stage limiting cylinder 13X and the second stage limiting cylinder 14X having openings with diameters r1 and r2. Directivity can be imparted to the source gas G1 ejected into the processing chamber 18. At this time, as in the first embodiment, the presence of the second stage limiting cylinder 14X has an effect of suppressing the Mach disk MD phenomenon.
  • the gas supply device of the fourth embodiment has the same effects as those of the gas supply device of the first embodiment, and also has the effects when the first to fifth modes are adopted.
  • a discharge treatment between the upper electrode 22 and the lower electrode 24 can be used as the heat treatment of the second aspect of the fourth embodiment.
  • the gas ejector 4 according to the fourth embodiment has a low vacuum in which gas discharge is performed in the gas ejector 4 by the gas ionization unit, and the ionized gas or the radicalized gas is used as a directional ultrafast jet gas. It can be applied directly from the processing chamber 18 to the surface of the wafer 25. For this reason, compared to the plasma CVD / ALD apparatus in the conventional film forming apparatus, it is possible to apply an ionized gas or radicalized gas having a higher density and a higher electric field to the surface of the wafer 25, thereby improving the quality. High film formation processing can be realized, and there is an effect that film formation on the wafer 25 having a high aspect ratio and film formation with a three-dimensional structure can be easily performed.
  • a discharge space is formed between the upper electrode 22 and the lower electrode 24 facing each other through a dielectric in the gas ionization portion inside the upper electrode 22, An AC voltage was applied between the electrodes 24 to generate a dielectric barrier discharge in the discharge space so that an ionized gas or a radicalized gas obtained by ionizing or radicalizing the source gas G1 can be supplied.
  • a dielectric barrier is provided in the gas ejector 4 so that the generated ion gas and radical gas are applied to the surface of the substrate to be processed in a short time.
  • the first stage limiting cylinder 13X is configured as a through-hole formed in the lower electrode 24 (second electrode), and by discharging a discharge gas into the low vacuum processing chamber 18,
  • the ionized gas and radical gas generated by the dielectric barrier discharge can be applied to the surface of the wafer 25 in a very short time of milliseconds or less. Therefore, the gas supply device according to the fourth embodiment can be applied to the surface of the wafer 25 with minimal attenuation even if the ionization gas or radicalization gas having a very short lifetime generated by discharge is used.
  • the film can be formed at a low temperature, and the effect of improving the film forming speed can be exhibited.
  • the upper electrode 22 and the lower electrode 24 have a circular planar shape.
  • the present invention is not limited to this shape.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the structure of a gas supply apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • an XYZ orthogonal coordinate system is shown.
  • the gas ejector 100 includes a primary storage chamber 110, a gas supply port 12, first stage restriction cylinders 13a to 13d (a plurality of first restriction cylinders), and second stage restriction cylinders 14a to 14d (a plurality of second restriction cylinders). ) And a low vacuum processing chamber 180 as a main component.
  • the nozzle portions 10a to 10d are formed by a configuration including the first stage restriction cylinders 13a to 13d and the second stage restriction cylinders 14a to 14d. That is, the nozzle portions 10a to 10d are provided between the primary storage chamber 110 and the low vacuum processing chamber 180.
  • the nozzle part 10a is constituted by a first stage restriction cylinder 13a and a second stage restriction cylinder 14a
  • the nozzle part 10b is constituted by a first stage restriction cylinder 13b and a second stage restriction cylinder 14b
  • the nozzle part 10c is constituted by a first stage restriction cylinder 14b.
  • the cylinder 13c and the second stage limiting cylinder 14c are configured
  • the nozzle portion 10d is configured by the first stage limiting cylinder 13d and the second stage limiting cylinder 14d.
  • Each of the first-stage restriction cylinders 13a to 13d (a plurality of first restriction cylinders) has a circular shape with an opening cross-sectional shape having a diameter r1 in plan view, like the first-stage restriction cylinder 13 of the first embodiment.
  • the raw material gas G1 in the primary storage chamber 110 is supplied downward.
  • the gas ejector 1 of the gas supply device of Embodiment 5 includes nozzle portions 10a to 10d (a plurality of nozzles 10a to 10d) by first stage restriction cylinders 13a to 13d and second stage restriction cylinders 14a to 14d each having a diameter r1 and a diameter r2.
  • first stage restriction cylinders 13a to 13d By providing the nozzle portion, directivity can be given to the source gas G1 ejected into the low vacuum processing chamber 180.
  • the presence of the second stage restriction cylinders 14a to 14d has an effect of effectively suppressing the Mach disk MD phenomenon.
  • gas supply device of the fifth embodiment has the same effects as those of the gas supply device of the first embodiment, and also has the effects when the first to fifth aspects are adopted.
  • the gas ejector 100 according to the fifth embodiment can uniformly apply a directional high-speed gas from the nozzle portions 10a to 10d (a plurality of nozzle portions) to the entire surface of the wafer 25, and thus a wafer having a large aspect ratio. Even when forming a film on the surface of the wafer 25 or forming a three-dimensional structure on the surface of the wafer 25 having a three-dimensional structure, it is possible to perform a uniform film formation process with high quality in a relatively short time.
  • a sixth mode in which different values are set between the diameters r1a to r1d may be adopted. That is, a sixth mode in which the diameter r1 in each of the nozzle portions 10a to 10d is set to a different value between the nozzle portions 10a to 10d may be employed.
  • the gas supply device can control the flow rate and the gas velocity of the ejected gas with different contents between the nozzle portions 10a to 10d. Therefore, for example, if the amount of gas injected by the source gas G1 containing ionized gas, radicalized gas, etc. is controlled independently between the nozzle portions 10a to 10d in correspondence with the position hitting the surface of the wafer 25, the wafer 25 An effect that leads to an improvement in film formation quality, such as uniform film formation, occurs on the entire surface.
  • each of the nozzle portions 10a to 10d is made the same structure as the nozzle portion 40 of the fourth embodiment, and a plurality of gas ionization portions provided corresponding to the nozzle portions 10a to 10d can be controlled independently of each other.
  • the seventh aspect may be adopted.
  • the seventh aspect of the gas supply apparatus according to the fifth embodiment has an effect of improving film formation quality such as uniform film formation on the entire surface of the wafer 25.
  • the same structure as the nozzle section 10 of the first embodiment is adopted as the structure of each of the nozzle sections 10a to 10d.
  • the second embodiment employs the same structure as each of the nozzle sections 10a to 10d.
  • the same structure as that of the nozzle unit 20, the nozzle unit 30 of the third embodiment, or the nozzle unit 40 of the fourth embodiment may be employed.
  • each of the nozzle portions 10a to 10d of the fifth embodiment further includes the third stage restriction cylinder 15 (15a to 15d) as in the second embodiment, the diameters of the third stage restriction cylinders 15a to 15d.
  • r3 is set to the diameters r3a to r3d, different values may be set between the diameters r3a to r3d (second modification).
  • the gas supply device can control the flow rate and the gas velocity of the jets in various ways with different contents between the nozzle portions 10a to 10d.
  • the first or second modification example described above is adopted, and the hemisphere
  • the diameter r2 of the shape limiting cylinder 17 (including the diameter of the third stage limiting cylinder of the modified example), the diameter r2 of the second stage limiting cylinder 14X, etc. may be set to different values between the nozzle portions 10a to 10d. good.
  • the maximum number of limiting cylinders is three (second embodiment).
  • a fourth is further provided below the third-stage limiting cylinder 15 in the second embodiment.
  • a configuration in which four or more stages of limiting cylinders are provided is also conceivable.

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Abstract

　本発明は、マッハを超える超高速で、ガスを処理対象基板に供給することができるガス供給装置を提供することを目的とする。そして、本発明のガス供給装置のガス噴出器（１）はノズル部（１０）を有している。ノズル部（１０）を構成する第一段制限筒（１３）は、開口部断面形状が径ｒ１の円状を呈している。第二段制限筒（１４）はＺ方向に沿って第一段制限筒（１３）と連続的に形成され、開口部断面形状が径ｒ２の円状を呈し、第一段制限筒（１３）から供給される原料ガス（Ｇ１）を下方の低真空処理チャンバー（１８）に供給する。この際、径ｒ２は「ｒ２＞ｒ１」を満足するように設定される。

Description

ガス供給装置
　この発明は、成膜処理用のガス供給装置に関する発明である。
　半導体製造分野では、ウエハー等の被処理体の基板表面に絶縁膜等の成膜処理や、成膜によってできた膜表面をエッチング、洗浄などの処理を行うが、これらの処理は高速、かつ品質の高い技術が求められている。例えば、高絶縁薄膜、半導体薄膜、高誘電体薄膜、発光薄膜、高磁性体薄膜、超硬薄膜等の成膜を含む多岐に亘る高性能な優れた成膜処理とともに、高品質なエッチング処理、剥離、洗浄処理が追究され、大面積のウエハー表面（処理対象基板表面）に、高品質で均一な成膜の実現と高い処理速度が重要視されている。
　このような多岐に亘る薄膜技術やエッチング、剥離、洗浄処理は、半導体素子だけでなく多用途分野に応用されて来ている。
　その中で特に、薄膜成膜技術においては、金属や絶縁物の物質表面での化学反応で窒化・酸化・水素結合を促進させる基礎技術が薄膜形成には重要な位置を占め、この基礎技術をベースにして、薄膜は、様々な熱処理や化学反応処理を加え高品質な薄膜形成が実現される。
　具体的には、半導体装置の製造において、半導体チップ内で、回路配線として機能する低インピーダンスの高導電膜、回路の配線コイル機能や磁石機能を有する高磁性膜、回路のコンデンサ機能を有する高誘電体膜、及び電気的な漏洩電流の少ない高絶縁機能を有する酸化や窒化による高絶縁膜などの高機能膜の成膜方法がある。これらの高機能膜の成膜方法を実現するために、熱ＣＶＤ（化学気相成長：Chemical Vapor Deposition）装置、光ＣＶＤ装置またはプラズマＣＶＤ装置や熱ＡＬＤ（原子層堆積法：Atomic Layer Deposition）装置、プラズマＡＬＤ装置が用いられている。特に、プラズマＣＶＤ・ＡＬＤ装置が多々使用されており、例えば、熱・光ＣＶＤ・ＡＬＤ装置よりも、プラズマＣＶＤ・ＡＬＤ装置の方が、成膜温度を低くでき、かつ、成膜速度が大きく短時間の成膜処理ができるなどの利点がある。
　たとえば、窒化膜（ＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯＮなど）や酸化膜（ＳｉＯ２，ＨｆＯ２）などのゲート絶縁膜を処理対象基板であるウエハー上に成膜する場合には、プラズマＣＶＤ・ＡＬＤ装置を用いた以下の技術が一般的に採用されている。
　熱ＣＶＤ・ＡＬＤ装置はウエハーや容器内を高温にし、供給ガスの反応性を上げ、ウエハー上に膜を成膜するが、ウエハーを高温に曝すと熱ダメージなどにより歩留まりの低下につながる。
　そこで、現在では熱ＣＶＤ・ＡＬＤに変わり、プラズマを用いたプラズマＣＶＤ・ＡＬＤでの成膜が多く使用されている。（プラズマ）ＣＶＤ・ＡＬＤ技術は例えば特許文献１～特許文献３に開示されている。
　特許文献１に開示されたような従来のプラズマＣＶＤ・ＡＬＤや熱ＣＶＤ・ＡＬＤ等の成膜処理装置では成膜処理装置内に気体を充満させ、充満したガスをプラズマのエネルギーや熱エネルギーで活性化させてウエハー表面に供給したガスとの化学反応処理で薄膜を堆積させる方式を採用している。成膜処理装置に充満した活性化ガスは、ランダムなブラウン運動したガス流速のみで、ガス粒子自身が高速度を有していないため、基板表面での堆積成膜反応には有効であったが、基板表面の凹凸が非常に大きい面や、三次元成膜面を均等に成膜するには向いていない。また、高反応性ガスの場合、化学反応時間が短いため、非常に寿命が短い。そのため、基板表面のみに反応が促進され、凹凸が非常に大きい高アスペクトな面には、供給ガスが届かなく、均一な成膜が出来ない欠点があった。この場合、早い時間でウエハー内面まで、反応ガスを導き、ウエハー内面まで均一に反応させ成膜ができるようにさせたり、ウエハー内面内で充満したガスにエネルギーを与え活性化ガスへ変換させたりする必要がある。
　特許文献２に開示されたようなＣＶＤ・ＡＬＤの成膜処理装置は、容器内に一様にガスを供給し、ウエハー全体に堆積させているが、ガスの反応性が高い場合、ウエハーに到達する前に反応性を失ってしまう問題点がある。そのために容器内でプラズマを発生させて高反応性のガスを生成し基板に供給する方法や、容器内やウエハーを高温にし、反応性を高くする方法が知られている。
　特許文献３に開示されたプラズマを用いたプラズマＣＶＤ・ＡＬＤ装置では供給中のガスにプラズマのエネルギーを与え高反応性のガスに変換し供給する。その場合、ウエハーや容器内の温度を熱成膜に比べ低く設定できる利点があるが、プラズマ発生源と被処理面は近接している必要があり、基板が近接することで、逆に基板自体プラズマの影響を受けダメージを受ける欠点もあった。また、従来のＣＶＤ・ＡＬＤの成膜処理装置と、現状の稼働しているプラズマＣＶＤ・ＡＬＤ装置を比較すると、比較的小さな凹凸のあるウエハー表面上における三次元成膜処理には適しているが、より大きな凹凸のある高アスペクトなウエハー表面上における三次元成膜処理を実現し、品質の高い三次元成膜構造を得ることとは実質的に不可能であった。
　特許文献４に開示された三次元構造半導体を製造する製造方法では、ＴＳＶ（through-silicon via）構造の周りに位置するバリア膜は均一な成膜が必要になる。この場合、深さ方向の均一な成膜には限界があり、そのために深さ方向を複数回に分けていくつかの層ごとにバリア膜の成膜を行っている。
特開２００４－１１１７３９号公報 特開２０１３－２１９３８０号公報 特開２００１－１３５６２８号公報 特開２０１４－８６４９８号公報
　上述したように、従来の薄膜成膜技術は供給ガスを送り成膜処理装置内を所定圧力にして成膜処理が行われるため、高速度で指向性を持たせることが必要ではなかった。そのため、最近要求されている凹凸のある面に対する成膜処理、特に、深さのある孔形状に代表される高アスペクト比を有するウエハーに対する成膜処理に不向きであった。
　また、高反応性ガスを短時間で、ウエハー表面まで供給するために、ガスを低真空処理チャンバーに速く供給する手段として単一の制限筒（オリフィス）を設けてガスの供給速度を速め、低真空処理チャンバー内において低真空状態の環境下でガスを噴出することによりマッハを超える超高速で噴出させる方法が適している。その場合、ガス供給装置内の圧力と低真空状態の低真空処理チャンバー内の圧力との圧力差を所定圧力比以上にすることが必要で、この圧力差が大きいほど、また、低真空処理チャンバー内の圧力が低いほど、高速な供給ガスとなり、短時間でウエハー表面にガスを供給できる。制限筒における流通経路の開口部の径を小さくし、圧力差を大きくすると流速は速くなることによってガス供給時間は短くなる。
　しかし、マッハを超える超高速でガスを噴出させた場合、ガス速度は、マッハ速度のガス衝撃圧力と温度状態で、ガス流速フレーム（ガス噴流速度）に影響を与え、ある噴出位置のところで、ガス流速が極端に低下する影響をもたらし、その結果、マッハディスク状態（ある噴出位置のところで、ガス流速が極端に低下した状態）となる現象が生じてしまう。このマッハディスク状態となる現象をできるだけ小さくすることが望ましいが、具体的な解決策が見いだされていなかった。
　本発明では、上記のような問題点を解決し、マッハを超える超高速で、ガスを基板に供給する際、基板に供給したガスが超高速化することによる衝撃圧力や、温度状態に伴いガスに極端な減速が生じる現象を効果的に抑制することができる、ガス供給装置を提供することを目的とする。
　この発明に係るガス供給装置は、処理対象基板を載置する載置部と、前記載置部の上方に設けられ、底面に開口部を有する処理チャンバーから前記処理対象基板にガスを供給するガス噴出器とを備え、前記ガス噴出器は、ガス供給口から供給されるガスを一時的に収容する一次収容室と、前記処理チャンバーと、前記一次収容室と前記処理チャンバーとの間に設けられるノズル部とを備え、前記ノズル部は、平面視した開口部断面形状が第１の径で円状に形成され、前記一次収容室内のガスを下方に供給する第１の制限筒と、平面視した開口部断面形状が第２の径で円状に形成され、前記第１の制限筒から供給されるガスを前記処理チャンバーに向けて供給する第２の制限筒とを有し、前記第１の径は、前記一次収容室内と前記処理チャンバー内との圧力差が所定圧力比以上になるように設定され、前記第２の径は前記第１の径より長くなるように設定される。
　請求項１記載の本願発明のガス供給装置のガス噴出器は、ノズル部における第１の径を有する第１の制限筒により、処理チャンバーに噴出するガスに指向性を持たせることができるため、マッハを超える超高速で、ガスを処理対象基板に供給することができる。この際、第１の制限筒と処理チャンバーとの間に設けた第２の制限筒の存在により、噴出したガスが超高速化することに伴う衝撃圧力及び温度状態によって、噴出されるガスの極端な減速が生じるマッハディスク現象を抑制することができる。
　その結果、請求項１記載の本願発明のガス供給装置は、高アスペクト比のウエハー表面上における成膜に適したガスを処理対象基板に供給することができる効果を奏する。
　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明の実施の形態１であるガス供給装置の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２であるガス供給装置の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態３であるガス供給装置の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態４であるガス供給装置の構成を示す説明図（その１）である。 この発明の実施の形態４であるガス供給装置の構成を示す説明図（その２）である。 この発明の実施の形態５であるガス供給装置の構成を示す説明図である。 実施の形態１のガス供給装置を用いたガス噴流の速度状態を模式的に示す説明図である。 実施の形態１のガス供給装置を用いたガス噴流の圧力状態を模式的に示す説明図である。 従来のガス供給装置を用いたガス噴流の速度状態を模式的に示す説明図である。 従来のガス供給装置を用いたガス噴流の圧力状態を模式的に示す説明図である。 一次収容室と低真空処理チャンバーとの圧力比が３０倍未満の場合のガス噴流の速度状態を模式的に示す説明図である。 一次収容室と低真空処理チャンバーとの圧力比が３０倍未満の場合のガス噴流の圧力状態を模式的に示す説明図である。 従来のガス供給装置を用いた場合のマッハディスク発生構造を模式的に示す説明図である。 本実施の形態のガス供給装置を用いた場合の効果を模式的に示す説明図である。
　＜実施の形態１＞
　図１はこの発明の実施の形態１であるガス供給装置の構成を示す説明図である。図１において、ＸＹＺ直交座標系を示している。
　同図に示すように、実施の形態１のガス供給装置は、処理対象基板であるウエハー２５を載置する載置台１９（載置部）と、載置台１９の上方に設けられ、底面に開口部を有する低真空処理チャンバー１８（処理チャンバ-）から下方のウエハー２５にガスを供給するガス噴出器１とから構成されている。
　ガス噴出器１は、一次収容室１１、ガス供給口１２、第一段制限筒１３（第１の制限筒）、第二段制限筒１４（第２の制限筒）及び低真空処理チャンバー１８（処理チャンバ-）を主要構成部として有している。
　そして、制限筒群１３及び１４を含む構成によりノズル部１０を形成している。すなわち、ノズル部１０は一次収容室１１と低真空処理チャンバー１８との間に設けられる。
　ノズル部１０を構成する第一段制限筒１３は、ＸＹ平面における（平面視した）開口部断面形状が（直）径ｒ１（第１の径）の円状を呈し、一次収容室１１の原料ガスＧ１を下方（－Ｚ方向）に供給する。径ｒ１は、一次収容室１１内と低真空処理チャンバー１８内との圧力差が所定圧力比以上になるように設定される。
　第二段制限筒１４はＺ方向に沿って第一段制限筒１３と連続的に形成され、ＸＹ平面における（平面視した）底面の開口部断面形状が（直）径ｒ２（第２の径）の円状を呈し、第一段制限筒１３から供給される原料ガスＧ１を下方の低真空処理チャンバー１８に供給する。径ｒ２は「ｒ２＞ｒ１」を満足するように設定される。
　例えば、第一段制限筒１３の径ｒ１を直径１．３５ｍｍ、深さ（Ｚ方向に延びる形成長）を１ｍｍ、第二段制限筒１４の径ｒ２を直径８ｍｍ、深さ（Ｚ方向に延びる形成長）を４ｍｍ、原料ガスＧ１として例えば窒素ガスを流量４ｓｌｍ（standard liter per minute）で供給する。したがって、第一段制限筒１３を経由した原料ガスＧ１は超高速ガスとなって第二段制限筒１４を介して低真空処理チャンバー１８内へ供給される。
　一次収容室１１はガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１を一時的に収容する。この一次収容室１１内の圧力が一次圧力となる。
　ガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１は一次収容室１１を通った後、第一段制限筒１３によって二次圧力が決定される。原料ガスＧ１は第二段制限筒１４を経由して低真空処理チャンバー１８内へ供給される。
　その時、一次収容室１１内の一次圧力と、低真空処理チャンバー１８内の二次圧力との圧力比ＰＣは３０倍以上となるように設定される。すると、第一段制限筒１３を通過した原料ガスＧ１の流速は上記圧力比ＰＣによってマッハ以上の流速となり、第二段制限筒１４の存在によって原料ガスＧ１は高速噴流で生成されるマッハディスク状態が生じる現象を抑制した後、低真空処理チャンバー１８内に供給される。
　例えば、一次収容室１１内の一次圧力は３０ｋＰａ、低真空処理チャンバー１８内の圧力は２６６Ｐａとすると、原料ガスＧ１は超高速ガスとしての最高マッハ数は“５”を超えて載置台１９上のウエハー２５に供給される。
　この際、発生が懸念されるマッハディスク状態は第二段制限筒１４の存在により、効果的に抑制されるため、従来と比較して高速の状態でウエハーにガスを供給することができる。
　すなわち、第二段制限筒１４を設けたことにより、低真空処理チャンバー１８内の圧力分布、流速分布を緩和してマッハディスクＭＤ状態の発生を回避しつつ、原料ガスＧ１が低真空処理チャンバー１８内に供給され、載置台１９（ウェハー台）の上に設置されたウエハー２５に供給される。反応の終わったガスは、ガス噴出器１，載置台１９間に設けられた排気口２１から排気される。
　（従来構成との比較等）
　図７はノズル部１０を有する実施の形態１のガス供給装置を用いたガス噴流の速度状態を模式的に示す説明図である。
　図８はノズル部１０を有する実施の形態１のガス供給装置を用いたガス噴流の圧力状態を模式的に示す説明図である。
　図９は第一段制限筒１３のみからなるノズル部を有する従来のガス供給装置を用いたガス噴流の速度状態を模式的に示す説明図である。
　図１０は第一段制限筒１３のみからなるノズル部を有する従来のガス供給装置を用いたガス噴流の圧力状態を模式的に示す説明図である。図７～図１０において、最上部の斜線部は例えば後述する実施の形態４における上部電極２２の形成領域に相当する。図１１及び図１２において、最上部の斜線部は後述する実施の形態４における上部電極２２の形成領域に相当する。
　図８及び図１０に示すように、上述した一次圧力と二次圧力との圧力比ＰＣは３０倍以上に設定されている。
　図７と図９との比較から明らかなように、実施の形態１のガス供給装置は、マッハディスクＭＤが生じる現象を回避することにより、極端に速度を低下させることなく、原料ガスＧ１をウエハー２５に供給することができる。一方、図９に示すように、従来のガス供給装置ではマッハディスクＭＤが発生している。
　図１１は実施の形態１の構成において、一次収容室１１と低真空処理チャンバー１８との圧力比ＰＣが３０倍未満の場合のガス噴流の速度状態を模式的に示す説明図である。
　図１２は実施の形態１の構成において、一次収容室１１と低真空処理チャンバー１８との圧力比ＰＣが３０倍未満の場合のガス噴流の圧力状態を模式的に示す説明図である。図１１及び図１２において、最上部の斜線部は後述する実施の形態４における上部電極２２の形成領域に相当する。
　図１２に示すように、上述した一次圧力と二次圧力との圧力比ＰＣは３０倍未満に設定されている。
　図７と図１１との比較から明らかなように、圧力比ＰＣが３０倍以上の場合、圧力比ＰＣが３０倍未満の場合に比べ、より噴流速度が速い速度分布が得られており、確実にウエハー２５の表面に指向性の有するガスを供給することができる。
　（第二段制限筒１４による効果）
　図１３は第一段制限筒１３のみからなるノズル部を有する従来のガス供給装置を用いた場合のマッハディスク発生構造を模式的に示す説明図である。
　供給ガスである原料ガスＧ１が第一段制限筒１３（オリフィス）を経由する際、一次収容室１１の一次圧力が低真空処理チャンバー１８の二次圧力より高い、すなわち、第一段制限筒１３からの原料ガスＧ１の噴出圧力が低真空処理チャンバー１８内より高い場合、第一段制限筒１３の出口（オリフィス出口）を出た流れは衝撃波セル構造（shock cell）という現象を引き起こし、下流方向に上記衝撃波セル構造が周期的に観察される。衝撃波セル構造は、後述する反射衝撃波ＲＳが次の後述する境界領域ＪＢ（Jet Boundary）となることにより繰り返し得られる衝撃波の構造を意味する。
　このような、オリフィス出口での圧力が低真空処理チャンバー１８内の圧力より大きい場合を不足膨張（under expansion）と呼び、オリフィス出口を出た後、流れは膨張する。
　オリフィス出口の圧力が低真空処理チャンバー１８の圧力よりさらに大きい場合、まだガスは十分膨張しきれていないので、オリフィス出口の縁から膨張波ＥＷ(Expansion Waves)が発生し、ガスは外側に大きく膨張する。ガスのマッハ数が大きい場合には、この膨張波ＥＷが境界領域ＪＢ（Jet Boundary）で反射して、圧縮波となりジェット中心軸側に戻ってくる。なお、圧縮波は、圧力が基準より高く、通過するとその点の圧力が上昇する波であり、膨張波は、圧力が基準より低く、通過するとその点の圧力が下降する波を意味する。
　このように、ノズル部の通過前後の前後の圧力差が大きい場合は、形成された圧縮波が先行する圧縮波に追いつき，樽状のバレル衝撃波ＢＳ（Barrel Shock）を形成する。さらに圧力差が大きくなると、バレル衝撃波ＢＳは噴流の中心軸上では正常交差することができず、軸対称の噴流ではマッハディスクＭＤ（マッハ衝撃波）とよばれる円盤状の垂直衝撃波を形成する。その後ろの流れは亜音速流となる。また、バレル衝撃波ＢＳの端から反射衝撃波ＲＳ(Reflection Shock)が発生する。なお、トリプルポイントＴＰは、圧縮波であるバレル衝撃波ＢＳとマッハディスクＭＤと反射衝撃波ＲＳとが交わるポイントである。
　一方、図１４に示すように、実施の形態１のガス噴出器１では、第一段制限筒１３に連続的に形成される第二段制限筒１４を設けることにより、拡張波ＥＷが第二段制限筒１４の側面で反射することにより、バレル衝撃波ＢＳは噴流の中心軸ＸＣ上で正常交差することができるため、マッハディスクＭＤの発生を回避することができる。
　（発明の効果等）
　実施の形態１のガス供給装置のガス噴出器１は、ノズル部１０に設けられた径ｒ１の開口部を有する第一段制限筒１３により、低真空処理チャンバー１８に噴出する原料ガスＧ１に指向性を持たせることができるため、マッハを超える超高速で、ガスを処理対象基板であるウエハー２５に供給することができる。この際、第一段制限筒１３と低真空処理チャンバー１８との間に設けた第二段制限筒１４の存在により、噴出した原料ガスＧ１ガスが超高速化することに伴う衝撃圧力、及び、温度によって、極端に減速するというマッハディスクＭＤの発生を効果的抑制することができる。
　その結果、実施の形態１のガス供給装置は、高アスペクト比のウエハー２５の表面上を成膜することにより三次元構造の成膜を実現可能に、原料ガスＧ１として例えば反応性ガスをウエハー２５に供給することができる効果を奏する。
　さらに、実施の形態１のガス供給装置は、一次収容室１１内の一次圧力と、低真空処理チャンバー１８内の二次圧力との圧力比ＰＣを３０倍以上に設定することにより、高速な状態の原料ガスＧ１を処理対象基板であるウエハー２５に供給することができる。
　また、実施の形態１のガス供給装置は、第二段制限筒１４の径ｒ２を直径３０ｍｍ以内に設定することにより、マッハディスクＭＤをより効果的に抑制することができる。
　また、ガス噴出器１を構成するガス供給口１２、一次収容室１１、第一段制限筒１３及び第二段制限筒１４において、原料ガスＧ１と接触する領域であるガス接触領域を石英あるいはアルミナ材を構成材料として形成する第１の態様を採用することが望ましい。
　原料ガスＧ１として一般的に反応性ガスが用いられる。したがって、第１の態様を採用した実施の形態１のガス噴出器１は、少なくとも上記ガス接触領域の材質を石英あるいはアルミナ材で形成しており、石英材料面やアルミナ面は、上述した反応性ガスに対して化学的に安定な物質であるため、反応性ガスと接触するガス接触領域との間で、化学反応が少ない状態で、低真空処理チャンバー１８内に反応性ガスを供給することができる。
　さらに、ガス噴出器１内での反応性ガスとの化学反応に伴う副生成物としての腐食物質の生成も少なくすることができ、その結果として、供給する反応性ガスにコンタミを含まない、原料ガスＧ１としてクリーンな反応性ガスを低真空処理チャンバー１８内に供給することができ、ウエハー２５上に形成される膜の成膜品質を高める効果が生じる。
　さらに、原料ガスＧ１のウエハー２５への供給時に、ガス噴出器１を１００℃以上に加熱して、加熱した原料ガスＧ１をウエハー２５に供給する第２の態様を採用することが望ましい。なお、加熱処理として、例えば、ガス噴出器１の近傍にホットプレート等の加熱処理機構を設ける等の構成が考えられる。
　第２の態様を採用したガス供給装置は、原料ガスＧ１として用いられる反応性ガスが加熱処理により熱エネルギーを受け、より反応性の高いガスとして低真空処理チャンバー１８内に供給することができ、より高速でウエハー２５上で成膜できる効果が生じ、高速成膜処理ができる効果が生じる。
　また、ガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１は、少なくとも窒素、酸素、フッ素、水素を含有したガスである第３の態様を採用することが望ましい。
　第３の態様を採用したガス供給装置は、ガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１を、少なくとも窒素、酸素、フッ素、水素ガスを含むガスとしたので、窒化膜や酸化膜の絶縁膜形成の成膜だけでなく、レジスト剥離やエッチングガス、洗浄ガスとしてのフッ化ガスの活性ガスでの高アスペクト比なウエハー２５の表面処理にも利用できる。さらに、水素ラジカルガス等の超高速ガスをウエハー２５の表面に当てることで、絶縁膜形成、エッチング処理、洗浄機能以外の用途に利用可能な原料ガスＧ１をも供給することができるため、多様な成膜処理にガス供給装置を利用することができる。
　上記第３の態様に代えて、ガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１は、前駆体ガス（プリカーサガス）である第４の態様を採用するようにしても良い。
　ガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１を、前駆体ガス（プリカーサガス）とすることにより、反応性ガスとしての高アスペクト比なウエハー２５の表面処理用のガスの利用だけでなく、ウエハー２５上での成膜に必要な、成膜として堆積金属の素材となる前駆体ガスについても、ウエハー２５の表面に供給して成膜することができる。
　低真空処理チャンバー１８内の大気圧（１０１３．２５ｈＰａ）以下、１０ｋＰａ以上の圧力に設定するように、ガス供給口１２から供給される原料ガスＧ１のガス流量を制御する流量制御部を設けた構成を第５の態様として採用することが望ましい。なお、流量制御部としては例えば原料ガスＧ１の供給部～ガス供給口１２間の供給経路にガス流量制御機器（マスフローコントローラー；ＭＦＣ)を設け、ガス流量制御機器を制御する等の構成が考えられる。
　第５の態様を採用したガス供給装置は、ガス噴出器１のノズル部１０から低真空処理チャンバー１８内に噴出される原料ガスＧ１における超高速ガス流速の安定性を向上させることができ、ウエハー２５の表面に成膜する成膜厚み等を均一化するなどの成膜品質を高める効果を発揮することができる。
　＜実施の形態２＞
　図２はこの発明の実施の形態２であるガス供給装置の構成を示す説明図である。図２において、ＸＹＺ直交座標系を示している。
　同図に示すように、実施の形態２のガス供給装置は、処理対象基板であるウエハー２５を載置する載置台１９（載置部）と、載置台１９の上方に設けられ、開口部を有する低真空処理チャンバー１８内からウエハー２５にガスを供給するガス噴出器２とから構成されている。
　ガス噴出器２は、一次収容室１１、ガス供給口１２、第一段制限筒１３（第１の制限筒）、第二段制限筒１４（第２の制限筒）、第三段制限筒１５（第３の制限筒）及び低真空処理チャンバー１８を主要構成部として有している。
　そして、３つの制限筒群１３～１５を含む構成によりノズル部２０を形成している。すなわち、ノズル部２０は一次収容室１１と低真空処理チャンバー１８との間に設けられる。
　ノズル部２０を構成する第一段制限筒１３は、実施の形態１と同様、平面視した開口部断面形状が径ｒ１の円状を呈し、一次収容室１１の原料ガスＧ１を下方に供給する。
　第二段制限筒１４はＺ方向に沿って第一段制限筒１３と連続的に形成され、実施の形態１と同様、平面視した底面の開口部断面形状が径ｒ２の円状を呈し、第一段制限筒１３から供給される原料ガスＧ１を下方に供給する。
　第三段制限筒１５はＺ方向に沿って第二段制限筒１４と連続的に形成され、ＸＹ平面における（平面視した）底面の開口部断面形状が（直）径ｒ３（第３の径）の円状を呈し、第二段制限筒１４から供給される原料ガスＧ１を下方の低真空処理チャンバー１８に供給する。径ｒ３は「ｒ３＞ｒ２」を満足するように設定される。
　例えば、第一段制限筒１３の径ｒ１を直径１．３５ｍｍ、深さを１ｍｍ、第二段制限筒１４の径ｒ２を８ｍｍ、深さを４ｍｍとした場合、第三段制限筒１５の径ｒ３を直径２０ｍｍ、深さ（Ｚ方向に延びる形成長）を４６ｍｍに設定し、例えば窒素ガスを流量４ｓｌｍで供給することにより、第一段制限筒１３を経由した原料ガスＧ１は超高速ガスとなって第二段制限筒１４及び第三段制限筒１５を介して低真空処理チャンバー１８内へ供給される。
　なお、ガス噴出器２における他の構成は実施の形態１のガス噴出器１と同様であるため、適宜、同一符号を付して説明を省略する。
　実施の形態２のガス供給装置のガス噴出器１は、それぞれが径ｒ１、径ｒ２及び径ｒ３の開口部を有する第一段制限筒１３、第二段制限筒１４及び第三段制限筒１５によりノズル部２０を構成することにより、低真空処理チャンバー１８に噴出する原料ガスＧ１に指向性を持たせることができる。この際、実施の形態１と同様、第二段制限筒１４の存在により、マッハディスクＭＤ現象を効果的に抑制することができる。
　また、実施の形態２のガス供給装置は実施の形態１のガス供給装置と同様な効果を奏するとともに、第１～第５の態様を採用した場合の効果を有している。
　さらに、実施の形態２のガス噴出器２は、ノズル部２０として第三段制限筒１５をさらに設け、第二段制限筒１４の径ｒ２より第三段制限筒１５の径ｒ３を長く設定することにより、圧力比ＰＣで発生した高速噴流に起因するマッハディスクＭＤの発生を、実施の形態１に比べ、より抑制した状態で原料ガスＧ１をウエハー２５に供給することができる。
　＜実施の形態３＞
　図３はこの発明の実施の形態３であるガス供給装置の構成を示す説明図である。図３において、ＸＹＺ直交座標系を示している。
　同図に示すように、実施の形態３のガス供給装置は、処理対象基板であるウエハー２５を載置する載置台１９（載置部）と、載置台１９の上方に設けられ、開口部を有する低真空処理チャンバー１８内からウエハー２５にガスを供給するガス噴出器３とから構成されている。
　ガス噴出器３は、一次収容室１１、ガス供給口１２、第一段制限筒１３（第１の制限筒）、半球状制限筒１７（第２の制限筒）、及び低真空処理チャンバー１８を主要構成部として有している。
　そして、２つの制限筒群１３及び１７を含む構成によりノズル部３０を形成している。すなわち、ノズル部３０は一次収容室１１と低真空処理チャンバー１８との間に設けられる。
　ノズル部３０を構成する第一段制限筒１３（第１の制限筒）は、実施の形態１と同様、開口部断面形状が径ｒ１の円状を呈し、一次収容室１１の原料ガスＧ１を下方に供給する。
　半球状制限筒１７はＺ方向に沿って第一段制限筒１３と連続的に形成され、ＸＹ平面における底面の開口部断面形状の（直）径ｒ２ｂ（第２の径）の円状を呈し、第一段制限筒１３から供給される原料ガスＧ１を下方の低真空処理チャンバー１８に供給する。底面における径ｒ２ｂに関し、「ｒ２ｂ＞ｒ１」を満足するように設定される。
　ただし、半球状制限筒１７は最頂部に開口部を有する半球状に形成されることにより、開口部の径ｒ２は下方（－Ｚ方向）にかけて大きくなるように設定される。すなわち、半球状制限筒１７の平面視した開口部の径ｒ２は、最頂部における径ｒ２ｔ（＝径ｒ１）から、底面における径ｒ２ｂにかけて、下方に向かうに従いの長くなるように設定される。
　なお、ガス噴出器３における他の構成は実施の形態１のガス噴出器１と同様であるため、適宜、同一符号を付して説明を省略する。
　実施の形態３のガス供給装置のガス噴出器１は、径ｒ１、径ｒ２（ｒ２ｔ～ｒ２ｂ）の開口部を有する第一段制限筒１３及び半球状制限筒１７によりノズル部３０を構成することにより、低真空処理チャンバー１８に噴出する原料ガスＧ１に指向性を持たせることができる。この際、実施の形態１と同様、半球状制限筒１７の存在によりマッハディスクＭＤ現象を抑制する効果を奏する。
　また、実施の形態３のガス供給装置は実施の形態１のガス供給装置と同様な効果を奏するとともに、第１～第５の態様を採用した場合の効果を有している。
　さらに、実施の形態３のガス噴出器３における半球状制限筒１７（第２の制限筒）は低真空処理チャンバー１８に向かう方向（－Ｚ方向に）に従い開口部の径ｒ２が長くなるように半球状に形成されるため、圧力比ＰＣで発生した高速噴流に起因するマッハディスクＭＤの発生を、実施の形態１に比べ、より抑制した状態で原料ガスＧ１をウエハー２５に供給することができる。
　なお、上述した実施の形態３の構成において、変形例として、半球状制限筒１７の下方に、実施の形態２の第三段制限筒１５と同様に第三段制限筒をさらに設けてもよい。実施の形態３の第三段制限筒の形状としては、半球状制限筒１７の底面の径ｒ２ｂと同じ径の円柱形状等が考えられる。
　＜実施の形態４＞
　図４及び図５はこの発明の実施の形態４であるガス供給装置の構成を示す説明図である。図４は断面図であり図５は斜視図である。図４及び図５それぞれにおいて、ＸＹＺ直交座標系を示している。
　これらの図に示すように、実施の形態４のガス供給装置は、処理対象基板であるウエハー２５を載置する載置台１９（載置部）と、載置台１９の上方に設けられ、開口部を有する低真空処理チャンバー１８内からウエハー２５にガスを供給するガス噴出器４とから構成されている。
　ガス噴出器４は、一次収容室１１、ガス供給口１２、第一段制限筒１３Ｘ（第１の制限筒）、第二段制限筒１４Ｘ（第２の制限筒）、上部電極２２、下部電極２４及び低真空処理チャンバー１８を主要構成部として有している。
　そして、２つの制限筒群１３Ｘ及び１４Ｘ並びに下部電極２４を含む構成によりノズル部４０を形成している。すなわち、ノズル部４０は一次収容室１１と低真空処理チャンバー１８との間に設けられる。
　互いに対向する面にアルミナ等の誘電体を有する上部電極２２及び下部電極２４はそれぞれＸＹ平面において（平面視して）円状で互いに対向して設けられる。なお、上部電極２２及び下部電極２４のうち一方の電極の対向面にのみ誘電体を有する構成にしても良い。
　すなわち、ガス噴出器４は、互いに対向して設けられた上部電極２２及び下部電極２４（第１及び第２の電極）を有し、上部電極２２と下部電極２４との間に放電空間が形成され、上部電極２２及び下部電極２４のうち少なくとも一方が上記放電空間を形成する面に誘電体を有している。
　具体的には上部電極２２は一次収容室１１内の底面近傍に配置される。一方、下部電極２４は一次収容室１１の底面の一部を形成するように、一次収容室１１の底面下に配置され、下部電極２４の中心に設けた貫通口が第一段制限筒１３Ｘとなるように形成している。
　ノズル部４０を構成する第一段制限筒１３Ｘ（第１の制限筒）は、実施の形態１の第一段制限筒１３と同様、ＸＹ平面における（平面視して）開口部断面形状が径ｒ１（第１の径）の円状を呈し、一次収容室１１の原料ガスＧ１を下方に供給する。
　第二段制限筒１４ＸはＺ方向に沿って第一段制限筒１３Ｘを含む下部電極２４直下に連続的に形成され、実施の形態１の第二段制限筒１４と同様、ＸＹ平面における（平面視して）開口部断面形状が（直）径ｒ２（第２の径）の円状を呈し、第一段制限筒１３から供給される原料ガスＧ１を下方の低真空処理チャンバー１８に供給する。径ｒ２は「ｒ２＞ｒ１」を満足するように設定される。
　このように、実施の形態４のガス噴出器４は、誘電体を介して互いに対向する上部電極２２及び下部電極２４間の放電空間において、原料ガスＧ１を電離させ、イオン化あるいはラジカル化させるガス電離部を内部に有している。
　上記ガス電離部は、互いに対向する上部電極２２と下部電極２４との間に誘電体を介した放電空間を有しており、上部電極２２及び下部電極２４間に交流電圧を印加し、放電空間において誘電体バリア放電を発生させ、原料ガスＧ１をイオン化あるいはラジカル化させて得られるイオン化ガス、ラジカル化ガスを第二段制限筒１４Ｘを経由して低真空処理チャンバー１８内に供給することができる。
　このように、一次収容室１１とノズル部４０との境界領域近傍に、ガス供給口１２から供給された原料ガスＧ１を電離させることにより、原料ガスＧ１をイオン化あるいはラジカル化させたイオン化ガスあるいはラジカル化ガスを得るガス電離部を設けたことを特徴としている。
　なお、ガス噴出器４における他の構成は実施の形態１のガス噴出器１と同様であるため、適宜、同一符号を付して説明を省略する。
　実施の形態４のガス供給装置のガス噴出器１は、径ｒ１、径ｒ２の開口部を有する第一段制限筒１３Ｘ及び第二段制限筒１４Ｘによりノズル部４０を構成することにより、低真空処理チャンバー１８に噴出する原料ガスＧ１に指向性を持たせることができる。この際、実施の形態１と同様、第二段制限筒１４Ｘの存在によりマッハディスクＭＤ現象を抑制することが可能となる効果を奏する。
　また、実施の形態４のガス供給装置は実施の形態１のガス供給装置と同様な効果を奏するとともに、第１～第５の態様を採用した場合の効果を有している。この際、実施の形態４の第２の態様の加熱処理として、上部電極２２及び下部電極２４間での放電処理を利用することができる。
　さらに、実施の形態４のガス噴出器４は、上記ガス電離部によって、ガス噴出器４内で、ガス放電をさせ、イオン化ガスあるいはラジカル化ガスを指向性のある超高速噴流ガスとして、低真空処理チャンバー１８からウエハー２５の表面に直接当てることができる。このため、従来の成膜処理装置内であるプラズマＣＶＤ・ＡＬＤ装置に比べ、より高密度で高電界の活性なイオン化ガスあるいはラジカル化ガスを、ウエハー２５の表面に当てることができ、より品質の高い成膜処理が実現でき、アスペクト比の高いウエハー２５への成膜や三次元構造の成膜が容易に行える効果がある。
　さらに、実施の形態４のガス噴出器４は内部の上記ガス電離部において、互いに対向する上部電極２２と下部電極２４との間に誘電体を介して放電空間を形成し、上部電極２２，下部電極２４間に交流電圧を印加し、放電空間において誘電体バリア放電を発生させ、原料ガスＧ１をイオン化あるいはラジカル化して得られるイオン化ガス、あるいはラジカル化ガスを供給できるようにした。この際、イオン化ガス，ラジカル化ガスは非常に寿命が短いことを考慮し、発生したイオン化ガス、ラジカル化ガスを、短時間で処理対象基板表面に当てるべく、ガス噴出器４内に誘電体バリア放電機構（上部電極２２及び下部電極２４）を設けることにより、供給するイオン化ガス、ラジカル化ガスによって高品質な成膜処理を可能にする効果が奏することができる。
　具体的には、第一段制限筒１３Ｘは、下部電極２４（第２の電極）に形成される貫通口として構成し、低真空処理チャンバー１８内に放電ガスを噴出するようにすることにより、誘電体バリア放電で生成したイオン化ガス、ラジカル化ガスを非常に短いミリ秒以下の短時間で、ウエハー２５の表面に当てることができる。したがって、実施の形４のガス供給装置は、放電で生成した寿命の非常に短いイオン化ガス、ラジカル化ガスであっても、減衰を最小限に抑えで、ウエハー２５の表面に当てることができ、成膜が低温で可能になったり、成膜速度の向上を図ったりする効果を発揮することができる。
　また、上述した実施の形態４では上部電極２２及び下部電極２４の平面形状が円状の場合を示したが、この形状に限定されないのは勿論である。
　＜実施の形態５＞
　図６はこの発明の実施の形態５であるガス供給装置の構成を示す説明図である。図６において、ＸＹＺ直交座標系を示している。
　同図に示すように、実施の形態５のガス供給装置は、処理対象基板であるウエハー２５を載置する載置台１９（載置部）と、載置台１９の上方に設けられ、開口部を有する低真空処理チャンバー１８０内からウエハー２５にガスを供給するガス噴出器１００とから構成されている。
　ガス噴出器１００は、一次収容室１１０、ガス供給口１２、第一段制限筒１３ａ～１３ｄ（複数の第１の制限筒）、第二段制限筒１４ａ～１４ｄ（複数の第２の制限筒）、及び低真空処理チャンバー１８０を主要構成部として有している。
　そして、第一段制限筒１３ａ～１３ｄ及び第二段制限筒１４ａ～１４ｄを含む構成によりノズル部１０ａ～１０ｄを形成している。すなわち、ノズル部１０ａ～１０ｄは一次収容室１１０と低真空処理チャンバー１８０との間に設けられる。ノズル部１０ａは第一段制限筒１３ａ及び第二段制限筒１４ａにより構成され、ノズル部１０ｂは第一段制限筒１３ｂ及び第二段制限筒１４ｂにより構成され、ノズル部１０ｃは第一段制限筒１３ｃ及び第二段制限筒１４ｃにより構成され、ノズル部１０ｄは第一段制限筒１３ｄ及び第二段制限筒１４ｄにより構成される。
　第一段制限筒１３ａ～１３ｄ（複数の第１の制限筒）はそれぞれ、実施の形態１の第一段制限筒１３と同様、平面視して開口部断面形状が径ｒ１の円状を呈し、一次収容室１１０の原料ガスＧ１を下方に供給する。
　第二段制限筒１４ａ～１４ｄ（第２の制限筒）はそれぞれ、Ｚ方向に沿って第一段制限筒１３ａ～１３ｄと連続的に形成され、実施の形態１の第二段制限筒１４と同様、平面視して開口部断面形状が径ｒ２の円状を呈し、第一段制限筒１３ａ～１３ｄからそれぞれ供給される原料ガスＧ１を下方に供給する。反応の終わったガスは、ガス噴出器１００，載置台１９間に設けられた排気口２１０から排気される。
　なお、ガス噴出器１００における他の構成は実施の形態１のガス噴出器１と同様であるため、適宜、同一符号を付して説明を省略する。
　実施の形態５のガス供給装置のガス噴出器１は、各々が径ｒ１並びに径ｒ２を有する第一段制限筒１３ａ～１３ｄ並びに第二段制限筒１４ａ～１４ｄによりノズル部１０ａ～１０ｄ（複数のノズル部）を有することにより、低真空処理チャンバー１８０に噴出する原料ガスＧ１に指向性を持たせることができる。この際、実施の形態１と同様、第二段制限筒１４ａ～１４ｄの存在により、マッハディスクＭＤ現象を効果的に抑制することができる効果を奏する。
　また、実施の形態５のガス供給装置は実施の形態１のガス供給装置と同様な効果を奏するとともに、第１～第５の態様を採用した場合の効果を有している。
　さらに、実施の形態５のガス噴出器１００は、ノズル部１０ａ～１０ｄ（複数のノズル部）から指向性のある高速ガスを、ウエハー２５の全面に均一に当てることができ、アスペクト比の大きなウエハー２５への成膜時や三次元構造のウエハー２５の表面上での三次元構造の成膜時においても、良質で、均一な成膜処理を比較的短時間に実行することができる。
　また、第一段制限筒１３ａ～１３ｄの径ｒ１を径ｒ１ａ～ｒ１ｄとしたとき、径ｒ１ａ～ｒ１ｄ間で異なる値に設定する第６の態様を採用してもよい。すなわち、ノズル部１０ａ～１０ｄそれぞれにおける径ｒ１を、ノズル部１０ａ～１０ｄ間で異なる値に設定する第６の態様を採用しても良い。
　第６の態様を採用した実施の形態５のガス供給装置は、噴出するガス流量、ガス速度をノズル部１０ａ～１０ｄ間に異なる内容で制御できる。このため、例えば、ウエハー２５の表面に当たる位置に対応させて、イオン化ガス、ラジカル化ガス等を含む原料ガスＧ１の噴射するガス量をノズル部１０ａ～１０ｄ間で独立して制御すれば、ウエハー２５の全面において、均一な成膜ができるなどの成膜品質向上につながる効果が生じる。
　また、ノズル部１０ａ～１０ｄそれぞれの構造を、実施の形態４のノズル部４０と同様な構造にし、ノズル部１０ａ～１０ｄに対応して設けられる複数のガス電離部を互いに独立して制御可能にした第７の態様を採用しても良い。
　ノズル部１０ａ～１０ｄ（複数のノズル部）に対応して設けられる複数のガス電離部は互いに独立して制御可能であるため、複数のイオン化ガス、ラジカル化ガスの噴射するガス量及び放電電力を制御することにより、例えば、ウエハー２５の表面に当たる位置に対応させて、イオン化ガス、ラジカル化ガスの噴射するガス量及び放電電力を制御することができる。その結果、実施の形態５のガス供給装置における第７の態様は、ウエハー２５全面において、均一な成膜ができる等の成膜品質向上につながる効果が生じる。
　なお、上述した実施の形態５では、ノズル部１０ａ～１０ｄそれぞれの構造として実施の形態１のノズル部１０と同様な構造を採用したが、ノズル部１０ａ～１０ｄそれぞれの構造として、実施の形態２のノズル部２０、実施の形態３のノズル部３０あるいは実施の形態４のノズル部４０と同様な構造を採用しても良い。
　実施の形態５の第６の態様では、第一段制限筒１３ａ～１３ｄの径ｒ１を径ｒ１ａ～ｒ１ｄとしたとき、径ｒ１ａ～ｒ１ｄ間で異なる値に設定したが、さらに、第二段制限筒１４ａ～１４ｄの径ｒ２を径ｒ２ａ～ｒ２ｄとしたとき、径ｒ２ａ～ｒ２ｄ間で異なる値に設定しても良い（第１の変形例）。加えて、実施の形態５のノズル部１０ａ～１０ｄそれぞれが実施の形態２のように第三段制限筒１５（１５ａ～１５ｄ）をさらに有する構成の場合、第三段制限筒１５ａ～１５ｄの径ｒ３を径ｒ３ａ～ｒ３ｄとしたとき、径ｒ３ａ～ｒ３ｄ間で異なる値に設定しても良い（第２の変形例）。
　第６の態様の第１及び第２の変形例を採用した実施の形態５のガス供給装置は、噴出するガス流量、ガス速度をノズル部１０ａ～１０ｄ間を異なる内容で多様に制御できる。また、ノズル部１０ａ～１０ｄそれぞれを実施の形態３のノズル部３０、あるいは実施の形態４のノズル部４０の構成とした場合も、上述した第１あるいは第２の変形例を採用して、半球状制限筒１７の径ｒ２（変形例の第三段制限筒の径を含む）や第二段制限筒１４Ｘの径ｒ２等を、ノズル部１０ａ～１０ｄ間で異なる値に設定するようにしても良い。
　＜その他＞
　なお、上述した実施の形態では、制限筒の個数を最大３段構成（実施の形態２）のものを示したが、例えば、実施の形態２の第三段制限筒１５の下方にさらに第四段制限筒を設ける等、４段以上の制限筒を設ける構成も勿論考えられる。
　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１～４，１００　ガス噴出器
　１１，１１０　一次収容室
　１２　ガス供給口
　１３，１３ａ～１３ｄ，１３Ｘ　第一段制限筒
　１４，１４ａ～１４ｄ，１４Ｘ　第二段制限筒
　１５　第三段制限筒
　１７　半球状制限筒
　１８，１８０　低真空処理チャンバー
　１９　載置台
　２２　上部電極
　２４　下部電極
　２５　ウエハー

Claims (15)

  1. 　処理対象基板（２５）を載置する載置部（１９）と、
    　前記載置部の上方に設けられ、底面に開口部を有する処理チャンバー（１８，１８０）から前記処理対象基板にガスを供給するガス噴出器（１～４，１００）とを備え、
    　前記ガス噴出器は、
    　ガス供給口（１２）から供給されるガスを一時的に収容する一次収容室（１１，１１０）と、
    　前記処理チャンバーと、
    　前記一次収容室と前記処理チャンバーとの間に設けられるノズル部（１０，２０，３０，４０，１１０）とを備え、
    　前記ノズル部は、
    　平面視した開口部断面形状が第１の径で円状に形成され、前記一次収容室内のガスを下方に供給する第１の制限筒（１３，１３Ｘ）と、
    　平面視した開口部断面形状が第２の径で円状に形成され、前記第１の制限筒から供給されるガスを前記処理チャンバーに向けて供給する第２の制限筒（１４，１４Ｘ，１７）とを有し、
    　前記第１の径は、前記一次収容室内と前記処理チャンバー内との圧力差が所定圧力比以上になるように設定され、
    　前記第２の径は前記第１の径より長くなるように設定される、
    ガス供給装置。
  2. 　請求項１記載のガス供給装置であって、
    　前記所定圧力比は３０倍であり、
    　前記第１の制限筒の前記第１の径を直径２ｍｍ以下、形成長を２ｍｍ以下に設定し、
    　前記一次収容室内の圧力と、前記処理チャンバー内の圧力との圧力差を３０倍以上にするようにしたことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のガス供給装置であって、
    　前記第２の制限筒の前記第２の径を直径３０ｍｍ以内に設定したことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  4. 　請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ノズル部（３０）は、
    　平面視した開口部断面形状が第３の径の円状に形成され、前記第２の制限筒から供給されるガスを前記処理チャンバーに向けて供給する第３の制限筒（１５）をさらに含み、
    　前記第３の径は前記第２の径より長いことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  5. 　請求項１から請求項３のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ノズル部（４０）における前記第２の制限筒（１７）は、
    　前記処理チャンバーに向かうに従い前記第２の径が長くなるように半球状に形成されることを特徴とする、
    ガス供給装置。
  6. 　請求項１から請求項５のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ガス噴出器のうち、ガスと接触する領域であるガス接触領域を石英あるいはアルミナ材を構成材料として形成したことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  7. 　請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ガス噴出器を１００℃以上に加熱することで、加熱したガスを前記処理対象基板に供給するようにしたことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  8. 　請求項１から請求項７のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ガス供給口から供給されるガスは、少なくとも窒素、酸素、フッ素、水素を含有したガスである、
    ガス供給装置。
  9. 　請求項１から請求項７のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ガス供給口から供給されるガスは、前駆体ガスである、
    ガス供給装置。
  10. 　請求項１から請求項９のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記処理チャンバー内の圧力を大気圧以下、１０ｋＰａ以上の圧力に設定するように、前記ガス供給口から供給されるガスのガス流量を制御する、
    ガス供給装置。
  11. 　請求項１から請求項１０のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記ノズル部は、
    　複数のノズルを含む、
    ガス供給装置。
  12. 　請求項１１記載のガス供給装置であって、
    　複数のノズル部それぞれにおける前記第１の制限筒の前記第１の径を、前記複数のノズル部間で異なる値に設定したことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  13. 　請求項１から請求項１０のうち、いずれか１項に記載のガス供給装置であって、
    　前記一次収容室と前記ノズル部との境界領域近傍に、前記ガス供給口から供給されたガスを電離させ、イオン化あるいはラジカル化させてイオン化ガスあるいはラジカル化ガスを得るガス電離部（２２，２４）を設けたことを特徴とする、
    ガス供給装置。
  14. 　請求項１３記載のガス供給装置であって、
    　前記ガス電離部は、
    　互いに対向して設けられ第１及び第２の電極（２２及び２４）を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に放電空間を有し、前記第１及び第２の電極のうち少なくとも一方が前記放電空間を形成する面に誘電体を有し、
    　前記第１の制限筒は、前記第２の電極に形成される貫通口によって形成され、
    　前記第１及び第２の電極間に交流電圧を印加し、前記放電空間において誘電体バリア放電を発生させて得られる前記イオン化ガスあるいは前記ラジカル化ガスを前記処理チャンバー内に供給する、
    ガス供給装置。
  15. 　請求項１３または請求項１４に記載のガス供給装置であって、
    　前記ノズル部は、複数のノズルを含み、
    　前記ガス電離部は、前記複数のノズル部に対応して設けられる複数のガス電離部を含み、前記複数のガス電離部は互いに独立して制御可能であることを特徴とする、
    ガス供給装置。
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