氣體噴射裝置的制作方法
本發(fā)明涉及具有如下的噴射方式的非加熱、加熱以及放電氣體的氣體噴射裝置，在該噴射方式中，能夠?qū)υO(shè)置于減壓氣氛中的處理腔室的被處理體高速度噴出具有指向性且在處理中有用的非加熱、加熱以及放電氣體的氣體種類。
背景技術(shù)：
在包含半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的多用途領(lǐng)域中，謀求多功能且高品質(zhì)的薄膜(例如高絕緣薄膜、半導(dǎo)體薄膜、高電介質(zhì)薄膜、發(fā)光薄膜、高磁性體薄膜、超硬薄膜等)。
例如在制造半導(dǎo)體裝置的場合下，在半導(dǎo)體芯片內(nèi)，設(shè)置有相當(dāng)于電路布線的低阻抗的高導(dǎo)電膜、具有電路的布線線圈功能、磁鐵功能的高磁性膜、具有電路的電容器功能的高電介質(zhì)膜、以及具有電氣方面的泄漏電流少的高絕緣功能的高絕緣膜等。
作為使這些膜成膜的現(xiàn)有技術(shù)，例如使用熱cvd(化學(xué)氣相成長：chemicalvapordeposition)裝置、光cvd裝置或者等離子體cvd裝置，尤其是大多使用等離子體cvd裝置。這是因為，與例如熱/光cvd裝置相比，等離子體cvd裝置的成膜溫度低且成膜速度快，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(dǎo)體基板的情況下，通常采用使用減壓氣氛下的等離子體cvd裝置的下述技術(shù)。
換句話說，nh3(氨)或n3、o2、o3(臭氧)等氣體以及硅或鉿等前驅(qū)體氣體(非加熱氣體)被直接供給至實施cvd處理的處理腔室裝置。在處理腔室裝置內(nèi)，利用熱量或放電而使前驅(qū)體氣體解離，生成金屬粒子，并通過該金屬粒子與上述的nh3(氨)等非加熱氣體的利用了熱量、放電的化學(xué)反應(yīng)，使氮化膜或氧化膜等薄膜在被處理體上成膜。
另一方面，在等離子體cvd裝置中，在處理腔室裝置內(nèi)直接地產(chǎn)生了高頻等離子體、微波等離子體。因此，被處理體暴露在原子團氣體、具有高能量的等離子體離子(或者電子)中。
需要說明的是，作為公開了關(guān)于等離子體cvd裝置的技術(shù)的在先文獻，例如存在專利文獻1。
然而，在等離子體cvd裝置內(nèi)的成膜處理中，如上所述，被處理體直接暴露于等離子體。因此，該被處理體通過等離子體(離子、電子)而受到降低半導(dǎo)體功能的性能等的較大損害。
另一方面，在使用了熱/光cvd裝置的成膜處理中，被處理體不受到由等離子體(離子、電子)造成的損害，能夠使高品質(zhì)的氮化膜、氧化膜等成膜。然而，在該成膜處理中，難以得到高濃度且大量的原子團氣體源，結(jié)果是，存在所需的成膜時間非常長這樣的問題。
在近來的熱/光cvd裝置中，作為原料氣體，使用容易在熱或光的照射下解離且高濃度的nh3氣體、o3氣體。此外，在cvd腔室裝置內(nèi)設(shè)置有加熱催化劑體。由此，在該熱/光cvd裝置中，通過催化劑作用來促進氣體的解離，從而還能夠在短時間內(nèi)使氮化膜、氧化膜等成膜。然而，在該時間的縮短方面具有限制，難以大幅度改善成膜時間。
對此，作為能夠減少等離子體對被處理體造成的損害且能夠進一步縮短成膜時間的裝置，存在遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)(例如參照專利文獻2)。
在該專利文獻2的技術(shù)中，等離子體生成區(qū)域與被處理體處理區(qū)域通過隔壁(等離子體約束電極)而分離。具體地說，在專利文獻2的技術(shù)中，在高頻施加電極與設(shè)置被處理體的對置電極之間設(shè)置有該等離子體約束電極。由此，在專利文獻2的技術(shù)中，僅將中性活性種向被處理體上供給。
另外，在專利文獻3的技術(shù)中，在遠程等離子體源中利用等離子體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出而向存在被處理體的裝置側(cè)供給。
在專利文獻3那樣的薄膜技術(shù)中，利用了氮、氧、臭氧或氫等各種原料氣體。而且，從該原料氣體生成活性化了的原子團氣體，利用該原子團氣體使薄膜在被處理體上成膜。
原子團氣體的反應(yīng)性非常高。因此，通過使微量(約1％：10000ppm)以下的濃度的原子團氣體觸碰到被處理體，能夠促進被處理體上的化學(xué)反應(yīng)，從而能夠在短時間內(nèi)有效地制作氮化薄膜、氧化薄膜或氫結(jié)合薄膜等。
在原子團氣體生成裝置中配設(shè)有放電單元，在該放電單元中，通過相當(dāng)于大氣壓等離子體的電介質(zhì)阻擋放電而實現(xiàn)高電場的等離子體。由此，從放電單元的暴露于等離子體的原料氣體生成高品質(zhì)的原子團氣體。
另外，在cvd裝置內(nèi)對被處理體(晶圓基板)實施利用了氣體的處理的情況下，將配設(shè)有被處理體的cvd裝置內(nèi)設(shè)為加熱以及減壓狀態(tài)。然后，使有機金屬化合物蒸汽氣體(前驅(qū)氣體)充滿該cvd裝置內(nèi)，并且，為了促進氧化、氮化、還原而供給臭氧氣體、水蒸氣、氫氣或者原子團氣體(氧原子團氣體、氮原子團氣體、氫原子團氣體等)。由此，在cvd裝置內(nèi)，通過使堆積在被處理體面上的氧化/氮化物質(zhì)等進行熱擴散，能夠使半導(dǎo)體膜或者絕緣膜等功能膜結(jié)晶生長在被處理體面上。
需要說明的是，之后，將在上述的cvd裝置內(nèi)與前驅(qū)氣體一同供給的各種氣體(臭氧氣體、水蒸氣、氫氣或者原子團氣體)稱為成膜處理氣體。
在先技術(shù)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
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的課題
以往，由于采用在被處理體上構(gòu)成半導(dǎo)體等功能元件(2d(dimension)元件)的結(jié)構(gòu)，因此，使前驅(qū)氣體、成膜處理氣體充滿cvd處理容器內(nèi)的表面成膜為主體。
例如，在配設(shè)有1張或多張被處理體的減壓后的cvd裝置內(nèi)，氣體從規(guī)定口徑且較短的氣體供給配管經(jīng)由多個噴嘴孔而呈淋浴狀地噴出。從規(guī)定口徑且較短的氣體供給配管供給的氣體在未被充分整流化的狀態(tài)下噴出，因此，噴出后的氣體以取決于氣氛氣體壓力、氣體濃度差的擴散速度向四周擴散。
另一方面，由于謀求更高密度的功能元件，因此期望實現(xiàn)層疊多層功能元件而形成的三維功能元件(3d元件)。換句話說，期望在高縱橫比的槽內(nèi)使所希望的膜均勻地成膜。
然而，如上所述，在為向四周擴散而噴射的氣體的情況下，氣體未均勻地照射到高縱橫比的槽內(nèi)。這樣，在該槽內(nèi)無法均勻地進行成膜。
因此，謀求能夠在被處理體上的高縱橫比的槽內(nèi)均勻地噴射氣體的成膜技術(shù)。
對此，本發(fā)明的目的在于，提供一種即便在具有高縱橫比的槽的被處理體上也能夠向該槽內(nèi)均勻地噴射氣體的氣體噴射裝置。
解決方案
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的氣體噴射裝置具備：容器部；氣體供給部，其向所述容器部供給氣體；以及氣體噴射單元部，其配設(shè)于所述容器部內(nèi)，且向被處理體噴射氣體，所述氣體噴射單元部具有：第一錐體形狀構(gòu)件；以及第二錐體形狀構(gòu)件，其從側(cè)面方向圍繞所述第一錐體形狀構(gòu)件，且配置為與所述第一錐體形狀的側(cè)面之間形成有間隙，所述第一錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)以及所述第二錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)與所述被處理體相面對，從所述氣體供給部供給的氣體從所述所述第一錐體形狀構(gòu)件的底面?zhèn)纫约八龅诙F體形狀構(gòu)件的底面?zhèn)惹秩氲剿鲩g隙，并穿過所述間隙，從所述第一錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)以及所述第二錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)朝向所述被處理體噴射。
另外，所述氣體噴射裝置具備：容器部；氣體供給部，其向所述容器部供給氣體；以及氣體噴射單元部，其配設(shè)于所述容器部內(nèi)，且向被處理體噴射氣體，所述氣體噴射單元部為扇形形狀，且具有：第一平板；以及第二平板，其以與所述第一平板形成有間隙的方式與所述第一平板對置配置，所述氣體噴射單元部的頂部側(cè)與所述被處理體相面對，從所述氣體供給部供給的氣體從扇形形狀的所述氣體噴射單元部中的寬度較寬的一側(cè)的開口部侵入到所述間隙，并穿過所述間隙，從所述氣體噴射單元部的頂部側(cè)朝向所述被處理體噴射。
發(fā)明效果
本發(fā)明的氣體噴射裝置具備：容器部；氣體供給部，其向所述容器部供給氣體；以及氣體噴射單元部，其配設(shè)于所述容器部內(nèi)，且向被處理體噴射氣體，所述氣體噴射單元部具有：第一錐體形狀構(gòu)件；以及第二錐體形狀構(gòu)件，其從側(cè)面方向圍繞所述第一錐體形狀構(gòu)件，且配置為與所述第一錐體形狀的側(cè)面之間形成有間隙，所述第一錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)以及所述第二錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)與所述被處理體相面對，從所述氣體供給部供給的氣體從所述所述第一錐體形狀構(gòu)件的底面?zhèn)纫约八龅诙F體形狀構(gòu)件的底面?zhèn)惹秩氲剿鲩g隙，并穿過所述間隙，從所述第一錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)以及所述第二錐體形狀構(gòu)件的頂部側(cè)朝向所述被處理體噴射。
另外，所述氣體噴射裝置具備：容器部；氣體供給部，其向所述容器部供給氣體；以及氣體噴射單元部，其配設(shè)于所述容器部內(nèi)，且向被處理體噴射氣體，所述氣體噴射單元部為扇形形狀，且具有：第一平板；以及第二平板，其以與所述第一平板形成有間隙的方式與所述第一平板對置配置，所述氣體噴射單元部的頂部側(cè)與所述被處理體相面對，從所述氣體供給部供給的氣體從扇形形狀的所述氣體噴射單元部中的寬度較寬的一側(cè)的開口部侵入到所述間隙，并穿過所述間隙，從所述氣體噴射單元部的頂部側(cè)朝向所述被處理體噴射。
因此，在氣體噴射單元部的間隙中氣體被整流并被加速。因此，能夠從氣體噴射單元部噴射具有指向性的波束狀的氣體。因此，氣體噴射裝置即便在具有高縱橫比的槽的被處理體上也能夠向該槽內(nèi)均勻地噴射氣體，其結(jié)果是，能夠使均質(zhì)的膜在該槽內(nèi)成膜。
附圖說明
圖1是示出具有高縱橫比的槽202a的被處理體202的一部分的剖面結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
圖2是示意性地示出由實施方式1的氣體噴射裝置100和處理腔室200構(gòu)成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖3是示出氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的放大立體圖。
圖4是示出氣體噴射單元部1內(nèi)的氣體的流動的圖。
圖5是示出通過氣體噴射單元部1而將氣體作為具有指向性的波束噴出的情形的圖。
圖6是示出通過氣體噴射單元部1而將氣體作為具有指向性的波束噴出的情形的圖。
圖7是示出氣體壓力與擴散速度之間的關(guān)系的圖。
圖8是示出氣體壓力與氣體噴出加速度之間的關(guān)系的圖。
圖9是示意性地示出實施方式2的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖10是示意性地示出實施方式3的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖11是示意性地示出實施方式4的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖12是示意性地示出在批量型的處理腔室200中配設(shè)有多個氣體噴射單元部1a、1b的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖13是示意性地示出在批量型的處理腔室200中配設(shè)有多個氣體噴射單元部1a、1b的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖14是示意性地示出在單張型的處理腔室200中配設(shè)有多個氣體噴射單元部1a、1b的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖15是示意性地示出實施方式7的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖16是示意性地示出實施方式8的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖17是示意性地示出實施方式9的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
具體實施方式
圖1是示出具有高縱橫比的槽202a的被處理體202的一部分的剖面結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
在圖1中，dx為槽202a的口徑，dy為槽202a的深度。例如，口徑dx為約數(shù)十μm左右的口徑，深度dy為口徑dx的數(shù)倍～數(shù)十倍左右。要求針對圖1所示的高縱橫比(dy/dx)的槽202a實現(xiàn)均質(zhì)的成膜(換言之，要求通過氣體噴射，直至高縱橫比的槽202a的底部位置都能夠供給均勻的氣體)。
以往那樣的從規(guī)定口徑且較短的氣體供給配管噴射氣體的方式適用于使裝置內(nèi)無遺漏地充滿氣體的情況。然而，在該方式的氣體噴出中，在氣體供給配管中未實現(xiàn)氣體的整流化和氣體的加速化，噴出氣體的指向性以及氣體速度弱，因此，氣體未進入到高縱橫比的槽202a內(nèi)部，難以使均質(zhì)的膜在槽202a的底面以及側(cè)面成膜。另外，所供給的原子團氣體的氣體壽命非常短，因此，在到達槽202a的底面之前消失。因此，難以形成均質(zhì)的膜。
因此，為了使均質(zhì)的膜在高縱橫比的槽202a內(nèi)成膜，需要使噴出氣體具有指向性，并且通過加速化而實現(xiàn)氣體的高速度化。換句話說，槽202a的縱橫比越大，噴出氣體的波束角度α需要越小(換句話說，需要采用通過更加具有指向性且實現(xiàn)氣體的高速度化而使噴出的氣體克服擴散速度從而抑制氣體的擴散的氣體噴射)。
本發(fā)明的非加熱氣體、加熱氣體以及放電氣體的氣體噴射裝置(以下僅稱為氣體噴射裝置)能夠?qū)⑶膀?qū)氣體或者成膜處理氣體呈波束狀地噴出，以使均質(zhì)的膜在高縱橫比的槽202a內(nèi)成膜。以下，基于表示本發(fā)明的實施方式的附圖來具體說明本發(fā)明。
<實施方式1>
圖2是示意性地示出由本實施方式的氣體噴射裝置100和處理腔室200構(gòu)成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
氣體噴射裝置100和處理腔室200由凸緣22劃分出。換句話說，凸緣22是用于使氣體噴射容器100與處理腔室200結(jié)合的構(gòu)件，凸緣22的一方主面構(gòu)成氣體噴射裝置100的底面，凸緣22的另一方主面構(gòu)成處理腔室200的上表面。在此，氣體噴射裝置100內(nèi)與處理腔室200內(nèi)經(jīng)由噴出孔102而連接。
如圖2所示，氣體噴射裝置100具有容器部100d、氣體供給部101以及氣體噴射單元部1。
氣體供給部101向容器部100d內(nèi)進行氣體g1的供給。在此，容器部100d內(nèi)的氣體壓力p1恒定地維持在10kpa～50kpa的范圍內(nèi)。另外，在容器部100d內(nèi)配設(shè)有噴射氣體的中空圓錐形狀的氣體噴射單元部1。氣體噴射單元部1具有噴出孔102，且經(jīng)由該噴出孔102向處理腔室200內(nèi)噴射氣體g2(更具體地說，向處理腔室200內(nèi)的被處理體202噴射氣體g2)。在此，噴出孔102的開口徑為例如1mm以下。
在作為cvd裝置的處理腔室200內(nèi)配設(shè)有工作臺201。而且，在該工作臺201上載置有被處理體202。在此，如圖2所示，被處理體202具有高縱橫的槽202a。
處理腔室200經(jīng)由排氣口203而與真空泵300連接。通過該真空泵，將處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0維持為30pa～400pa左右。
在圖2中，可成為前驅(qū)氣體g1或原子團氣體的原料氣體g1經(jīng)由氣體供給部101以規(guī)定的流量向容器部100d內(nèi)供給。該原料氣體g1通過氣體噴射單元部1，從噴出孔102向處理腔室200內(nèi)作為前驅(qū)氣體g2或原子團氣體g2而噴出。氣體g2呈波束狀地向載置于工作臺201上的被處理體202照射，在該照射的區(qū)域中形成膜。
圖3是示出配設(shè)于氣體噴射裝置100內(nèi)的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的放大立體圖。需要說明的是，以下，對氣體噴射單元部1為中空的圓錐形狀的情況進行說明。但是，氣體噴射單元部1也可以為中空的多棱錐形狀。
氣體噴射單元部1包括作為內(nèi)管的第一錐體形狀構(gòu)件3、作為外管的第二錐體形狀構(gòu)件2、以及噴出部5。
第一錐體形狀構(gòu)件3為圓錐臺形狀(也可以為圓錐形狀)，且具有第一中空部。在此，該第一中空部也為圓錐臺形狀。另外，以從側(cè)面?zhèn)葒@該第一錐體形狀構(gòu)件3的方式配設(shè)有第二錐體形狀構(gòu)件2。在此，第二錐體形狀構(gòu)件2為圓錐臺形狀，且具有第二中空部。需要說明的是，該第二中空部也為圓錐臺形狀。另外，第一錐體形狀構(gòu)件3的圓錐角以及第二錐體形狀構(gòu)件2的圓錐角是相同的。換句話說，后述的間隙do的寬度δd恒定。
換句話說，在第二錐體形狀構(gòu)件2的第二中空部內(nèi)配設(shè)有第一錐體形狀構(gòu)件3，在第一錐體形狀構(gòu)件3的側(cè)面部與第二錐體形狀構(gòu)件2側(cè)面部之間形成有俯視觀察下呈環(huán)狀的間隙do。需要說明的是，第一錐體形狀構(gòu)件3的中心軸與第二錐體形狀構(gòu)件2的中心軸一致。
在此，第一錐體形狀構(gòu)件3的面向間隙do的部分以及第二錐體形狀構(gòu)件2的面向間隙do的部分例如由藍寶石或石英構(gòu)成。另外，對于間隙do的寬度δd(換句話說，從第一錐體形狀構(gòu)件3的側(cè)面到第二錐體形狀構(gòu)件2的側(cè)面的距離)例如，將錐體的直徑d設(shè)為
如上所述，各錐體形狀構(gòu)件2、3為圓錐臺形狀。在容器部100d內(nèi)配設(shè)有氣體噴射單元部1的狀態(tài)下，各圓錐臺形狀的直徑隨著從容器部100d內(nèi)的上側(cè)到下側(cè)(處理腔室200側(cè))而變小。
另外，如圖3所示，在處理腔室200側(cè)(換句話說，可成為各錐體形狀構(gòu)件2、3的錐體的頂部的一側(cè))，設(shè)置有向被處理體202噴射氣體的噴出部5。根據(jù)圖2、3的結(jié)構(gòu)可知，可成為各錐體形狀構(gòu)件2、3的頂部的一側(cè)(換言之為噴出部5)面對被處理體202。在該噴出部5的側(cè)面，呈環(huán)狀地連接有可成為各錐體形狀構(gòu)件2、3的所述頂部的一側(cè)。需要說明的是，根據(jù)附圖說明的觀點，在該連接的部分處透視地圖示出噴出部5的內(nèi)部。
在噴出部5的側(cè)面部呈環(huán)狀地形成有狹縫，在該狹縫連接有由第一錐體形狀構(gòu)件3和第二錐體形狀構(gòu)件2形成的間隙do。另外，在噴出部5的內(nèi)部形成有空間部5h以及噴出孔102。該空間部5h與所述環(huán)狀的狹縫連接，并且也與噴出孔102連接。
在圖2中，可成為前驅(qū)氣體g1或原子團氣體的原料氣體g1經(jīng)由氣體供給部101以規(guī)定的流量向容器部100d內(nèi)供給。這樣，參照圖2、4，在容器部100d內(nèi)的壓力保持為所希望的氣體壓力p1的狀態(tài)下，氣體g1從各錐體形狀構(gòu)件2、3的上部側(cè)(換句話說為未配設(shè)噴出部5的一側(cè)，可成為各錐體形狀構(gòu)件2、3的錐體的底面的一側(cè))侵入到間隙do。在此，圖4是示意性地示出氣體噴射單元部1中的氣體g1、g2的流動的圖。
而且，該氣體g1通過長度為lxs且較窄的間隙do，由此從四周流入到氣體噴射單元1的氣體g1因各錐體形狀構(gòu)件2、3的圓錐臺形狀而被整流化為恒定方向上的氣體流向并被加速。然后，氣體作為氣體g2而從各錐體形狀構(gòu)件2、3的頂部側(cè)(換句話說經(jīng)由噴出部5的噴出孔5)朝向被處理體202噴射(換言之，向被保持為氣體壓力p0的處理腔室200內(nèi)噴射)。在此，如圖4所示，從氣體噴射單元部1噴射的氣體g2為具有波束角度α的波束狀。
參照圖5，間隙do中的通路距離lx被設(shè)定為間隙do的寬度δd的數(shù)十倍以上，例如20mm～100mm左右。參照圖5，即便向氣體噴射單元部1的間隙do流入的氣體的流動方向存在偏差，在氣體噴射單元部1的頂點側(cè)(換句話說為噴出部5附近)的氣體的流動方向也被調(diào)整為沿著各錐體形狀構(gòu)件2、3的側(cè)面的朝向而被整流化。另外，由于氣體噴射單元部1的形狀，環(huán)狀的間隙do的剖面面積隨著接近噴出部5而變小。因此，在氣體噴射單元部1內(nèi)傳送的氣體被加速(加速度a)且在噴出部5附近成為速度vs。
參照圖5，被整流、加速且以速度vs輸入到噴出部5的氣體在噴出孔102進一步被壓縮而實現(xiàn)高速化。在此，在噴出孔102產(chǎn)生壓力差δp(＝容器部100d內(nèi)的氣體壓力p1-處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0)，利用該壓力差δp從噴出孔102向處理腔室200噴射氣體g2。
在此，參照圖6的速度成分圖，將向噴出部5輸入的氣體的速度設(shè)為vs，將該速度vs的軸向成分設(shè)為vsy，將該速度vs的徑向成分設(shè)為vsx。另外，將從噴出部5輸出的氣體的速度設(shè)為v0，將該速度v0的軸向成分設(shè)為vy0，將該速度v0的徑向成分設(shè)為vx0。
這樣，成為：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。
由于處理腔室200內(nèi)的壓力是接近真空壓的壓力(氣體壓力p0＝約30pa～400pa)，因此，從噴出部5噴出的氣體的擴散速度vd(參照圖6)變得非常大。另外，向被處理體202噴出的氣體的速度vs在圓錐體部分被加速，且利用容器部100d內(nèi)的氣體壓力p1與處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0的壓力差，以超過超音速的速度噴出具有指向性的波束狀的氣體。圖7示出作為氣體種類而采用氧氣或氮氣的情況下的相對于氣體壓力p0的擴散速度vd特性的特性圖。從該圖7可知，在氣體噴射單元1部中將p1設(shè)為30kpa時，氣體的擴散速度vd為約0.04m/s左右，但在處理腔室200的氣體壓力氣氛p0下成為3m/s～40m/s，氣體的擴散速度vd非常大。由于處理腔室中的擴散速度vd大，因此，向處理腔室200噴出的氣體不具有指向性，若噴出速度與擴散速度相比不夠大，則向處理腔室200噴出的氣體馬上向四面八方擴散。與此相對，在從本申請發(fā)明的錐體形狀的氣體噴射單元1噴出到處理腔室的情況下，噴出氣體g2的噴出速度v0為超過超音速的速度且成為具有指向性的波束狀。因此，與圖7所示的擴散速度vd相比具有非常高的氣體流速，因此，能夠抑制噴出氣體向四周的擴散，能夠以高速度向被處理體面呈波束狀地照射噴射氣體。
以從噴出部5噴出的氣體超過擴散速度vd的速度噴出氣體g2。因此，使氣體g2以具有更大的速度vsy、vsx的方式從噴出部5噴射，由此，能夠使具有指向性的波束狀的氣體g2從氣體噴射單元部1噴出。另外，由于氣體噴射單元的形狀為圓錐狀，因此，速度vsx成為朝內(nèi)的氣體速度向量，因此，噴出的氣體也成為朝內(nèi)的氣體速度向量vx0，具有成為抑制擴散速度vd的方向的效果。
在氣體噴射單元部1中，間隙do的寬度δd設(shè)為1mm，間隙do的體積設(shè)為50cm3。另外，向氣體噴射單元部1的間隙do供給的氣體流量設(shè)為1l(升)/min。這樣，在氣體噴射單元部1中，向噴出部5輸入的(在圖5中，從氣體噴射單元部1的間隙do的入口起約0.9lx的位置處的)被整流化后的氣體的加速度a取決于容器部100d內(nèi)的氣體壓力p1。
圖8是示出氣體壓力p1與加速度a之間的關(guān)系特性的圖。在圖8中，特性2000示出將各錐體形狀構(gòu)件2、3的圓錐角β(參照圖5)設(shè)為22.4°時的氣體壓力p1與加速度a之間的關(guān)系特性，特性3000示出將各錐體形狀構(gòu)件2、3的圓錐角β設(shè)為32.3°時的氣體壓力p1與加速度a之間的關(guān)系特性。
對此，發(fā)明人進行了實驗、模擬，其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)在將處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0設(shè)定為適合成膜的30pa～400pa左右的情況下，從氣體g2的指向性的觀點出發(fā)，若能夠?qū)姵霾?附近的氣體的加速度確保為約200m/s2以上，則是優(yōu)選的。另外，為了噴出品質(zhì)更好的波束形狀的氣體g2，期望將氣體g2的加速度確保為約400m/s2以上。
因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：在將上述圓錐角設(shè)定為約20°～40°附近的氣體噴射單元部1中，從確保上述加速度的觀點出發(fā)，容器部100d內(nèi)(氣體噴射單元部1內(nèi))的氣體壓力p1優(yōu)選為約80kpa以下，為了噴出品質(zhì)更好的波束形狀的氣體g2，期望該氣體壓力p1為約50kpa以下。
另一方面，期望相對于處理腔室200內(nèi)的氣體壓力p0(30pa～400pa)具有數(shù)十倍以上的壓力損失。對此，在噴出部5中，在將噴出孔102的直徑設(shè)為0.03mm～1mm且將噴出部5的長度l1設(shè)為5mm以上的情況下，期望容器部100d內(nèi)(氣體噴射單元部1內(nèi))的氣體壓力p1為約20kpa左右。
需要說明的是，為了噴出品質(zhì)良好的波束狀的氣體，在圖5中通過增大錐體形狀部分，來對氣體的流動進行整流化并使整流化后的氣體噴出，因此，期望將噴出部5的尺寸(直徑d1以及長度l1)設(shè)計得盡可能小。
如以上那樣，在本實施方式的氣體噴射裝置100中，具有由各錐體形狀(圓錐或多棱錐)構(gòu)件2、3構(gòu)成的氣體噴射單元部1。
因此，在氣體噴射單元部1的錐體形狀的長度lx(長度lx與間隙do的寬度相比足夠長)、間隙do的部分處，氣體的流動被整流化并被加速。因此，能夠從氣體噴射單元部1噴射具有指向性的波束狀的氣體g2。因此，即便在具有高縱橫比的槽的被處理體上，氣體噴射裝置100也能夠向該槽內(nèi)均勻地噴射氣體，其結(jié)果是，能夠使氣體到達該槽內(nèi)而形成均質(zhì)的膜。雖然說明了氣體噴射單元部1為圓錐體時的效果，但即便將錐體形狀設(shè)為棱錐，也能夠起到與圓錐體形狀大體同等的效果。通過具有由錐體形狀(圓錐或者多棱錐)構(gòu)件2、3構(gòu)成的氣體噴射單元部1，能夠噴出波束形狀的氣體g2。
另外，在氣體噴射單元部1的錐體形狀的長度lx、間隙do的部分，由于氣體被整流且被加速，因此結(jié)果是，能夠從氣體噴射單元部1噴射高速的氣體g2。因此，例如在氣體g2為包含壽命短的原子團氣體的氣體的情況下，能夠使氣體在短時間內(nèi)到達被處理體，因此，能夠在維持高濃度的原子團的狀態(tài)下向被處理體202照射原子團氣體g2。因此，能夠使高品質(zhì)的膜在被處理體202上成膜，另外，還能夠降低成膜溫度。
若使用錐體形狀(圓錐角＜180°)的第一錐體形狀構(gòu)件2、第二錐體形狀構(gòu)件3來構(gòu)成氣體噴射單元部1，且利用各錐體形狀構(gòu)件2、3形成間隙do，并使氣體在該間隙do內(nèi)流動，則在氣體噴射單元部1內(nèi)，氣體被整流(生成抵消擴散速度vd的方向的速度)并被加速(使噴射的氣體g2高速化)。因此，從氣體噴射單元部1噴射上述的具有指向性的氣體g2。
另一方面，當(dāng)圓錐角β過大時，間隙do內(nèi)的氣體碰撞發(fā)生較多，在間隙do內(nèi)生成原子團氣體的情況下，原子團氣體在間隙do內(nèi)大多消失。另外，當(dāng)圓錐角β過大時，氣體噴射單元部1的占有面積變大。鑒于這些事項，期望圓錐角為60°以下。
需要說明的是，如已經(jīng)敘述的那樣，即便代替圓錐形狀的第一錐體形狀構(gòu)件2、第二錐體形狀構(gòu)件3而采用多棱錐形狀的第一錐體形狀構(gòu)件、第二錐體形狀構(gòu)件，也可以獲得與上述相同的效果。在以后的實施方式中，也以各錐體形狀構(gòu)件2、3是圓錐形狀的情況為例進行說明，但在下述的各實施方式中，各錐體形狀構(gòu)件2、3的形狀當(dāng)然也可以為多棱錐形狀。
另外，若間隙do的寬度δd在0.3mm～3mm的范圍內(nèi)，則能夠充分實現(xiàn)氣體噴射單元部1中的整流化。但是，間隙do的寬度δd越小，則越能夠進一步提高整流化，也越能夠?qū)崿F(xiàn)從氣體噴射單元部1噴射的氣體g2的高速化。
另外，如上所述，期望各錐體形狀構(gòu)件2、3的面向間隙do的部分由原子團氣體在與壁的碰撞中消失較少的藍寶石或石英構(gòu)成，且通路面為凹凸少的面。
由此，能夠抑制在氣體通過的間隙3的壁面上生成因氣體引起的腐蝕物等。因此，應(yīng)防止從氣體噴射單元部1除了輸出氣體g2以外還輸出雜質(zhì)。換句話說，能夠從氣體噴射單元部1始終噴出高純度的氣體g2。
<實施方式2>
圖9是示意性地示出由本實施方式的氣體噴射裝置和處理腔室構(gòu)成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。需要說明的是，在圖9中，為了簡化附圖，省略了容器部的結(jié)構(gòu)、處理腔室200的殼體以及凸緣22等的圖示。
雖然省略了一部分構(gòu)件，但圖2所示的結(jié)構(gòu)與圖9所示的結(jié)構(gòu)除了以下點之外是相同的結(jié)構(gòu)。換句話說，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，形成于噴出部5的噴出孔102為一個，但在圖9所示的結(jié)構(gòu)中，形成于噴出部5的噴出孔102為多個。
在本實施方式中，從氣體供給部供給而充滿容器部內(nèi)的氣體g1向氣體噴射單元部1的間隙do輸入。然后，該氣體g1通過間隙do被供給至噴出部5內(nèi)的空間部5h。然后，氣體g2經(jīng)由多個噴出孔102朝向被處理體202噴射。在此，也如在實施方式1中說明的那樣，從各噴出孔102噴出具有指向性的波束狀的氣體g2。
這樣，在本實施方式的氣體噴射裝置中，在一個氣體噴射單元部1形成有多個噴出孔102。
因此，一個氣體噴射單元部1能夠在更大的范圍內(nèi)輸出氣體g2。換句話說，與實施方式1相比，被處理體202上的氣體g2的照射面積擴大。因此，能夠使膜在更寬的范圍的被處理體202上成膜。
需要說明的是，如圖9所示，通過使工作臺201沿水平方向移動和/或旋轉(zhuǎn)，即便為大面積的被處理體202，能夠向被處理體202的整個面照射氣體g2。
<實施方式3>
在本實施方式中，在氣體噴射單元部1中通過對氣體g1進行加熱而使氣體g1原子團氣體化。而且，本實施方式的氣體噴射單元部1噴射原子團氣體g2。
作為通過加熱而生成原子團氣體g2的氣體種類，存在臭氧氣體(換句話說，在圖2中從氣體供給部101向容器部100d內(nèi)供給的氣體g1為臭氧氣體)。
通常，在臭氧發(fā)生器中利用電介質(zhì)阻擋放電而產(chǎn)生臭氧氣體。近來，已經(jīng)通過將不包含氮氣且400g/m3左右的高濃度臭氧化氣體向cvd裝置供給而確立了利用臭氧氣體的氧化膜的成膜技術(shù)。
這樣的成膜技術(shù)例如將cvd裝置內(nèi)設(shè)為減壓氣氛且加熱氣氛。然后，向該cvd裝置交替地供給前驅(qū)氣體(例如teos(tetraetheylorthosilicate)等硅有機化合物)和高濃度臭氧氣體，使氧化膜在cvd裝置內(nèi)的被處理體上成膜。
在此，在供給前驅(qū)氣體的工序中，使si金屬從硅有機化合物熱解離，并且在供給臭氧氣體的工序中，通過使臭氧氣體的一部分熱解離而生成氧原子(氧原子團)。該氧原子團的氧化力強，通過與熱解離后的si金屬進行氧化反應(yīng)而使sio2膜在被處理體上成膜。
本實施方式的氣體噴射單元部1從臭氧氣體生成氧原子團氣體，并將該氧原子團氣體作為具有指向性的波束狀的氣體g2而噴出。圖10示出本實施方式的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)。
實施方式1中說明的氣體噴射單元部1與本實施方式的氣體噴射單元部1除了追加了下述構(gòu)件以外，為相同的結(jié)構(gòu)。
如圖10所示，在本實施方式的氣體噴射單元部1中，在第二錐體形狀構(gòu)件2的外側(cè)面(換句話說是未面向間隙do的一側(cè)的側(cè)面)上呈環(huán)狀地配設(shè)有加熱器(加熱部)51。另外，在第一錐體形狀構(gòu)件3的內(nèi)側(cè)面(換句話說是未面向間隙do的一側(cè)的側(cè)面)上呈環(huán)狀地配設(shè)有加熱器(加熱部)52。
需要說明的是，在本實施方式中，如圖10所示，氣體噴射裝置具有用于對加熱器51進行加熱的電源h2和對加熱器52進行加熱的電源h1。
通過使加熱器51、52加熱，將各錐體形狀構(gòu)件2、3加熱至數(shù)十℃～100℃左右，其結(jié)果是，將氣體噴射單元部1中的間隙do內(nèi)加熱至數(shù)十℃～100℃。當(dāng)臭氧氣體通過該加熱狀態(tài)的間隙do時，臭氧氣體發(fā)生熱解離而生成氧原子團氣體，在壽命為從氧原子團氣體還原成氧氣為止的短時間內(nèi)，向被處理體202噴射包含氧原子團氣體的氣體g2。
從氣體供給部供給而充滿容器部內(nèi)的高濃度的臭氧氣體g1被輸入到氣體噴射單元部1的間隙do。然后，臭氧氣體g1在加熱至數(shù)十℃～100℃左右的間隙do內(nèi)傳送。在間隙do內(nèi)傳送中的臭氧氣體部分地發(fā)生熱解離。換句話說，在加熱后的間隙do內(nèi)生成氧原子團氣體。該氧原子團氣體被向噴出部5內(nèi)的空間部5h供給。然后，經(jīng)由噴出孔102朝向被處理體202噴射氧原子團氣體g2。在此，也如在實施方式1中說明的那樣，從噴出孔102噴出具有指向性的波束狀的氧原子團氣體g2。
需要說明的是，在上述說明中，以具有一個噴出孔102的結(jié)構(gòu)為例進行了說明，但也可以如實施方式2中說明的那樣，向具有多個噴出孔102的氣體噴射單元部1同樣配設(shè)加熱器51、52。
如以上那樣，在本實施方式中，各錐體形狀構(gòu)件2、3具有進行加熱的加熱器51、52。
這樣，能夠利用加熱器51、52對狹窄的間隙do內(nèi)直接進行加熱，因此，能夠使臭氧氣體以更低的溫度(數(shù)十℃～100℃左右)在間隙do內(nèi)發(fā)生熱解離。然后，能夠使生成的氧原子團氣體g2作為具有指向性的波束而照射于被處理體。
需要說明的是，作為氣體g1，也可以代替臭氧氣體而采用氮化合物氣體、氫化合物氣體。在這些情況下，在加熱狀態(tài)的間隙do內(nèi)，通過熱解離而生成氮原子團氣體、氫原子團氣體。當(dāng)從氣體噴射單元部1向被處理體照射氮原子團氣體g2時，形成氮化膜，當(dāng)照射氫原子團氣體g2時，形成氫還原膜(促進了氫結(jié)合的金屬膜)。
另外，也可以向圖10所示的氣體噴射單元部1的間隙do內(nèi)輸入作為氣體g1的前驅(qū)氣體。在該情況下，使加熱后的前驅(qū)氣體從氣體噴射單元部1呈波束狀地噴出。
<實施方式4>
在本實施方式的氣體噴射單元部1中，在間隙do內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電，并利用該電介質(zhì)阻擋放電而生成品質(zhì)良好的原子團氣體。而且，本實施方式的氣體噴射單元部1噴出具有指向性的波束狀的高速度的原子團氣體。
已知向電極面施加高電壓的交流電壓而產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電，利用該電介質(zhì)阻擋放電使氣體解離，從而生成原子團氣體。本實施方式的氣體噴射單元部1能夠用作可獲取通過電介質(zhì)阻擋放電而生成的、具有非常高的能量的品質(zhì)良好的原子團氣體的有效機構(gòu)。
在本實施方式的氣體噴射單元部1中，各錐體形狀構(gòu)件2、3為電介質(zhì)，且例如由藍寶石或石英形成。
如圖11所示，在本實施方式的氣體噴射單元部1中，在第二錐體形狀構(gòu)件2的外側(cè)面(換句話說是未面向間隙do的一側(cè)的側(cè)面)上呈環(huán)狀地配設(shè)有第二電極部61。另外，在第一錐體形狀構(gòu)件3的內(nèi)側(cè)面(換句話說是未面向間隙do的一側(cè)的側(cè)面)上呈環(huán)狀地配設(shè)有第一電極部62。
需要說明的是，在本實施方式中，如圖11所示，氣體噴射裝置具有用于向第一電極部62與第二電極部61之間施加交流電壓的交流電源9。在此，第一電極部62為高電位hv側(cè)，第二電極部61為低電位(接地電位)lv側(cè)。
通過交流電源9，向第二電極部61與第一電極部62施加高電壓的交流電壓。這樣，在第一錐體形狀構(gòu)件2與第二錐體形狀構(gòu)件3之間形成的間隙do(能夠理解為放電空間)內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電。當(dāng)氣體通過產(chǎn)生了該電介質(zhì)阻擋放電的間隙do時，氣體發(fā)生電離，生成具有非常高的能量的品質(zhì)良好的原子團氣體。在此，在本實施方式中，間隙do為高電場且低溫。
假設(shè)從氣體供給部供給的例如氮氣g1充滿容器部內(nèi)。這樣，該氮氣g1被輸入到氣體噴射單元部1的間隙do。然后，氮氣g1在產(chǎn)生了電介質(zhì)阻擋放電的間隙do內(nèi)傳送。通過電介質(zhì)阻擋放電，從在間隙do內(nèi)傳送中的氮氣生成氮原子團氣體。該氮原子團氣體向噴出部5內(nèi)的空間部5h供給。然后，經(jīng)由噴出孔102，朝向被處理體202噴射氮原子團氣體g2。在此，也如在實施方式1中說明的那樣，從噴出孔102噴出具有指向性且具有波束狀的高速度的氮原子團氣體g2。
需要說明的是，在上述說明中，以具有一個噴出孔102的結(jié)構(gòu)為例進行了說明，但也可以如實施方式2中說明的那樣，向具有多個噴出孔102的氣體噴射單元部1同樣配設(shè)電極部61、62。
如以上那樣，在本實施方式中，各錐體形狀構(gòu)件2、3具有電極部61、62。
因此，能夠在氣體噴射單元部1的間隙do內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電。因此，當(dāng)向該間隙do內(nèi)供給氣體gq時，能夠在該間隙do內(nèi)生成原子團氣體。從氣體噴射單元部1輸出具有指向性的波束狀的原子團氣體g2。在此，也如在實施方式1中說明的那樣，在間隙do內(nèi)傳送的氣體被整流并被加速。因此，從氣體噴射單元部1輸出高速的波束化了的原子團氣體g2。因此，原子團氣體g2到達被處理體的時間被縮短，在維持了高濃度的狀態(tài)下將原子團氣體g2照射于被處理體。
在此，為了去除由電介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的放電熱量，也可以在各電極部61、62內(nèi)設(shè)置供制冷劑循環(huán)的流路，對此省略圖示。通過使水等制冷劑在該流路內(nèi)循環(huán)，能夠冷卻電極61、62、各錐體形狀構(gòu)件2、3以及間隙do。在該冷卻后的間隙do內(nèi)生成品質(zhì)更好的原子團氣體。
為了利用電介質(zhì)阻擋放電而生成品質(zhì)良好的原子團氣體，需要將間隙do內(nèi)的等離子體狀態(tài)設(shè)為高電場。為了實現(xiàn)高電場的等離子體狀態(tài)，要求將p·d(kpa·cm)積設(shè)為規(guī)定值以下的條件。在此，p為間隙do內(nèi)的氣體壓力(能夠把握為上述的氣體壓力p1)，并且d為間隙do的寬度(能夠把握為上述的δd)。
在原子團氣體的情況下p·d積為相同的值時，在為大氣壓+短間隙長度(寬度δd小)的條件(稱為前者的情況)和減壓+長間隙長度(寬度δd大)的條件(稱為后者的情況)的情況下，后者的情況在下述方面是有益的。換句話說，在后者的情況下，在間隙do中流動的氣體流速高，且間隙長度(放電面的壁)寬，能夠抑制原子團氣體向壁碰撞的碰撞量所造成的損失(換句話說能夠抑制產(chǎn)生的原子團氣體量(原子團氣體濃度)的分解)。
根據(jù)以上情況，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，從能夠穩(wěn)定地驅(qū)動電介質(zhì)阻擋放電而得到良好的原子團氣體這樣的觀點出發(fā)，期望氣體噴射單元部1滿足以下的條件。
換句話說，在原子團氣體生成裝置100中，期望將氣體噴射裝置內(nèi)部(換言之間隙do內(nèi))的氣體壓力p1設(shè)定為約10kpa～30kpa左右，將間隙do內(nèi)的寬度δd設(shè)定為約0.3～3mm，從而使p·d積值成為約0.3～9(kpa·cm)。通過將氣體壓力p1以及寬度δd設(shè)定在所述值的范圍，能夠提高電介質(zhì)阻擋放電的電場強度，能夠生成品質(zhì)良好的原子團氣體。
需要說明的是，作為一例，上述說明中對采用氮氣作為氣體g1的情況進行了說明。然而，代替氮氣也可以采用氮化合物氣體。另外，作為向氣體噴射單元部1的間隙do內(nèi)供給的氣體g1，也可以采用氧化合物氣體(包含氧氣、臭氧)、氫化合物氣體(包含氫氣)等。在該情況下，在間隙do內(nèi)通過電離而從氧化合物氣體生成氧原子團氣體，從氫化合物氣體生成氫原子團氣體。
當(dāng)從氣體噴射單元部1向被處理體照射氧原子團氣體g2時形成氧化膜，當(dāng)照射氫原子團氣體g2時形成氫還原膜(促進了氫結(jié)合的金屬膜)。
<實施方式5>
在本實施方式中，在氣體噴射裝置內(nèi)配設(shè)有多個上述說明的氣體噴射單元部。另外，在本實施方式中采用了批量型的處理腔室。換句話說，在處理腔室內(nèi)配置有多個被處理體。另外，在一個氣體噴射裝置內(nèi)配設(shè)有多個氣體噴射單元部，但各氣體噴射單元部與各被處理體是一對一的關(guān)系。換句話說，在一個氣體噴射裝置內(nèi)配設(shè)的各氣體噴出單元部向各被處理體噴出氣體。
圖12是示意性地示出由本實施方式的氣體噴射裝置100a、100b和處理腔室200構(gòu)成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖12所示，在本實施方式中，在處理腔室200內(nèi)沿上下方向呈多層地配置有多個被處理體202。換句話說，本實施方式的處理腔室200為批量型cvd裝置。
在該處理腔室200的側(cè)面部連接有第一氣體噴射裝置100a和第二氣體噴射裝置100b。具體地說，處理腔室200與第一氣體噴射裝置100a經(jīng)由真空凸緣而連接。同樣，處理腔室200與第二氣體噴射裝置100b經(jīng)由真空凸緣而連接。需要說明的是，各氣體噴射裝置100a、100b內(nèi)的氣體壓力例如被恒定地保持為10kpa～50kpa的范圍內(nèi)的規(guī)定壓力。
在此，在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)有噴射原子團氣體的多個氣體噴射單元部1a。另外，在第二氣體噴射裝置100b內(nèi)配設(shè)有噴射前驅(qū)氣體的多個氣體噴射單元部1b。
需要說明的是，氣體噴射單元部1a、1b的結(jié)構(gòu)與在實施方式1或?qū)嵤┓绞?中說明的內(nèi)容是同樣的。此外，氣體噴射單元部1a也具有在實施方式3中說明的技術(shù)特征，換句話說具有對各錐體形狀構(gòu)件2、3進行加熱的加熱器51、52(在圖12中圖示出加熱器51、用于對加熱器51進行加熱的電源h2、以及用于對加熱器52進行加熱的電源h1)。
如上所述，在處理腔室200內(nèi)沿上下方向呈多層地配置有各被處理體202。同樣，在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)沿上下方向呈一列地配置有各氣體噴射單元部1a。同樣，同樣，在第二氣體噴射裝置100b內(nèi)沿上下方向呈一列地配置有各氣體噴射單元部1b。
另外，向第一氣體噴射裝置100a內(nèi)供給用于通過加熱而原子團化的原料氣體g1a。向第二氣體噴射裝置100b內(nèi)供給前驅(qū)氣體g1b。
最上層(第1層)的氣體噴射單元1a向最上層(第1層)的被處理體202照射原子團氣體g2a，最上層(第1層)的氣體噴射單元1b向最上層(第1層)的被處理體202照射前驅(qū)氣體g2b。
同樣，從上數(shù)第2層的氣體噴射單元1a向從上數(shù)第1層的被處理體202照射原子團氣體g2a，從上數(shù)第2層的氣體噴射單元1b向從上數(shù)第2層的被處理體202照射前驅(qū)氣體g2b。
同樣，從上數(shù)第n層的氣體噴射單元1a向從上數(shù)第n層的被處理體202照射原子團氣體g2a，從上數(shù)第n層的氣體噴射單元1b向從上數(shù)第n層的被處理體202照射前驅(qū)氣體g2b。
而且，最下層的氣體噴射單元1a向最下層的被處理體202照射原子團氣體g2a，最下層的氣體噴射單元1b向最下層的被處理體202照射前驅(qū)氣體g2b。
如圖12所示，在處理腔室200內(nèi)的工作臺201上沿上下方向延伸設(shè)置有兩根柱240。另外，沿著柱240的延伸設(shè)置方向，在上下方向上配置有載置臺2010。在此，在各柱240安裝有支承部230，利用該支承部230以及未圖示的構(gòu)件將各載置臺2010支承為能夠旋轉(zhuǎn)。
在此，如圖12所示，在載置臺2010上載置有被處理體202。另外，利用支承部230以及未圖示的構(gòu)件傾斜地支承載置臺2010，以使得被處理體202面向從各氣體噴射單元部1a、1b噴出氣體的氣體噴出方向。
各載置臺2010的側(cè)面部與各旋轉(zhuǎn)輥250接觸。因此，通過使各旋轉(zhuǎn)輥旋轉(zhuǎn)，能夠使各載置臺2010進行旋轉(zhuǎn)。各旋轉(zhuǎn)輥250與軸夾持器260結(jié)合。通過使該軸夾持器260進行軸旋轉(zhuǎn)，能夠使各旋轉(zhuǎn)輥250(結(jié)果為各載置臺2010)以恒定周期進行旋轉(zhuǎn)。
需要說明的是，也如實施方式1中說明的那樣，處理腔室200內(nèi)通過真空泵300而排氣，成膜后的氣體向處理腔室200外排出，從而將處理腔室200內(nèi)的壓力維持為最適合成膜的減壓氣氛。通常，處理腔室200內(nèi)在約30pa～400pa左右的范圍內(nèi)被設(shè)定為恒定條件。
需要說明的是，在處理腔室200的側(cè)面連接有加熱器，對此未圖示。而且，通過該加熱器，將處理腔室200內(nèi)的溫度控制為適合成膜的溫度。
通過從各氣體噴射單元部1a、1b向各被處理體202照射波束狀的各氣體g2a、g2b，使所希望的膜在各被處理體202面上成膜。向處理腔室200內(nèi)供給各氣體g2a、g2b的供給模式由成膜條件來決定，利用質(zhì)量流量控制器、氣動閥來控制氣體流量以及氣體打開-關(guān)閉。
如在實施方式3中說明的那樣，從各氣體噴射單元部1a噴射通過熱解離生成的例如氧原子團氣體g2a。另一方面，從各氣體噴射單元部1b噴射前驅(qū)氣體g2b。在各被處理體202中，氧原子團氣體g2a與前驅(qū)氣體g2b發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過前驅(qū)氣體g2b的金屬與氧原子的結(jié)合，在各被處理體202上堆積金屬氧化物質(zhì)。處理腔室200內(nèi)為減壓氣氛，且被加熱到所希望的溫度。由此，所堆積的金屬氧化物質(zhì)在被處理體202面上擴散結(jié)合，形成結(jié)晶化膜，其結(jié)果是，使所希望的金屬氧化膜在各被處理體202上成膜。
需要說明的是，在進行成膜處理時，如上所述，載置臺2010進行旋轉(zhuǎn)。另外，除了使該載置臺2010旋轉(zhuǎn)之外，也可以使各載置臺2010沿上下方向(圖12的上下方向)反復(fù)地移動，以使得能夠向被處理體202上的更寬的范圍的區(qū)域照射各氣體g2a、g2b。由此，能夠在短時間內(nèi)使均勻的金屬氧化膜在各被處理體202的整個面上成膜。
需要說明的是，也可以代替圖12所示的結(jié)構(gòu)而采用圖13所示的結(jié)構(gòu)。通過對圖12與圖13進行比較可知，在圖13所示的結(jié)構(gòu)中，向圖12所示的結(jié)構(gòu)附加了氣體排出管2030a、2030b。
如圖13所示，氣體排出管2030a以及氣體排出管2030b配設(shè)在處理腔室200內(nèi)。另外，氣體排出管2030a的一方的端部以及氣體排出管2030b的一方的端部與真空泵300連接。氣體排出管2030a排出從各氣體噴射單元部1a噴出且被各被處理體202反射后的原子團氣體g2a。氣體排出管2030b排出從各氣體噴射單元部1b噴出且被各被處理體202反射后的前驅(qū)氣體g2b。
更具體地說，在氣體排出管2030a的側(cè)面部穿設(shè)有多個排氣孔。換句話說，分別與各被處理體202對應(yīng)地設(shè)置有排氣孔。因此，氣體排出管2030a的各排氣孔排出從各氣體噴射單元部1a噴出且被各被處理體202反射后的原子團氣體g2a。
另外，在氣體排出管2030b的側(cè)面部穿設(shè)有多個排氣孔。換句話說，分別與各被處理體202對應(yīng)地設(shè)置有排氣孔。因此，氣體排出管2030b的各排氣孔排出從各氣體噴射單元部1b噴出且被各被處理體202反射后的原子團氣體g2b。
如圖13所示，通過設(shè)置各氣體排出管2030a、2030b，能夠使處理腔室200內(nèi)的氣體的流動恒定化。換句話說，能夠防止被一方的被處理體202反射后的氣體g2a、g2a照射于其他的被處理體202。由此，能夠使品質(zhì)更好的膜在各被處理體202上成膜。
需要說明的是，如圖12、13所示，需要在各氣體噴射裝置100a、100b內(nèi)呈多層地配設(shè)多個氣體噴射單元部1a、1b。因此，期望使設(shè)置各氣體噴射單元部1a、1b的占有面積盡量小，期望上述的各氣體噴射單元部1a、1b的圓錐角β設(shè)定為50°以下。
如以上那樣，在本實施方式中配設(shè)有多個氣體噴射單元部1a、1b。而且，原子團氣體用的各氣體噴射單元部1a向各被處理體202照射原子團氣體g2a，前驅(qū)氣體用的各氣體噴射單元部1b向各被處理體202照射前驅(qū)氣體g2b。
因此，能夠通過一次成膜工序使所希望的膜在多張被處理體202上同時成膜。需要說明的是，在本實施方式中，以錐體形狀作為多個氣體噴射單元部1a、1b的形狀進行了說明，但作為其他實施例，也可以形成為后述的扇狀形狀的氣體空間剖面、氣體加熱空間剖面或放電氣體空間剖面而向被處理腔室噴射氣體。
需要說明的是，在上述例子中，在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)有在實施方式3中說明的氣體噴射單元部。然而，也可以在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)在實施方式4中說明的氣體噴射單元部。換句話說，也可以在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)，配設(shè)利用電介質(zhì)阻擋放電而生成原子團氣體并將其噴出的多個氣體噴射單元部。
<實施方式6>
在本實施方式中，在氣體噴射裝置內(nèi)配設(shè)有多個實施方式1-4中說明的氣體噴射單元部。另外，在本實施方式中采用了單張型的處理腔室。換句話說，在處理腔室內(nèi)配置有一張被處理體。另外，在一個氣體噴射裝置內(nèi)配設(shè)有多個氣體噴射單元部，但所有的氣體噴射單元部1向一張被處理體照射氣體。
圖14是示意性地示出由本實施方式的氣體噴射裝置100a、100b和處理腔室200構(gòu)成的遠程等離子體型成膜處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖14所示，在本實施方式中，在處理腔室200內(nèi)配置有一張被處理體202(具體地說，在處理腔室200內(nèi)設(shè)置的工作臺201上載置有一張大面積的被處理體202)。換句話說，本實施方式的處理腔室200為單張型cvd裝置。
在該處理腔室200的上表面部連接有第一氣體噴射裝置100a和第二氣體噴射裝置100b。具體地說，處理腔室200與第一氣體噴射裝置100a經(jīng)由真空凸緣而連接。同樣，處理腔室200與第二氣體噴射裝置100b經(jīng)由真空凸緣而連接。需要說明的是，各氣體噴射裝置100a、100b內(nèi)的氣體壓力恒定地保持為例如10kpa～50kpa的范圍內(nèi)的規(guī)定壓力。
在此，在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)有噴射原子團氣體的多個氣體噴射單元部1a。另外，在第二氣體噴射裝置100b內(nèi)配設(shè)有噴射前驅(qū)氣體的多個氣體噴射單元部1b。
需要說明的是，氣體噴射單元部1a、1b的結(jié)構(gòu)與在實施方式1或?qū)嵤┓绞?中說明的內(nèi)容是同樣的。此外，氣體噴射單元部1a還具有在實施方式4中說明的技術(shù)特征，換句話說，具有用于向各錐體形狀構(gòu)件2、3間施加交流電壓的電極部61、62(在圖14中圖示出電極部61和用于向各電極61、62間施加交流電壓的交流電源9)。
另外，向第一氣體噴射裝置100a內(nèi)供給成為原子團氣體的原料的原料氣體g1a。向第二氣體噴射裝置100b內(nèi)供給前驅(qū)氣體g1b。
在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)的所有的氣體噴射單元部1a向一張被處理體202的不同區(qū)域照射原子團氣體g2a。另外，在第二氣體噴射裝置100b內(nèi)配設(shè)的所有的氣體噴射單元部1b向一張被處理體202的不同區(qū)域照射原子團氣體g2b。
工作臺201能夠旋轉(zhuǎn)，且伴隨著該工作臺201的旋轉(zhuǎn)，被處理體202也進行旋轉(zhuǎn)。
需要說明的是，也如在實施方式1中說明的那樣，處理腔室200內(nèi)由真空泵300排氣，成膜后的氣體向處理腔室200外排出，從而將處理腔室200內(nèi)的壓力維持為最適合成膜的減壓氣氛。通常，處理腔室200內(nèi)在約30pa～400pa左右的范圍內(nèi)被設(shè)定為恒定條件。
需要說明的是，在工作臺201連接有加熱器，對此未圖示。而且，利用該加熱器，將處理腔室200內(nèi)的溫度控制為適合成膜的溫度。
通過從各氣體噴射單元部1a、1b向被處理體202照射波束狀的各氣體g2a、g2b，使所希望的膜在被處理體202面上成膜。向處理腔室200內(nèi)供給各氣體g2a、g2b的供給模式由成膜條件來決定，利用質(zhì)量流量控制器、氣動閥來控制氣體流量以及氣體打開-關(guān)閉。
如在實施方式4中說明的那樣，從各氣體噴射單元部1a噴射通過電介質(zhì)阻擋放電生成的例如氮原子團氣體g2a。另一方面，從各氣體噴射單元部1b噴射前驅(qū)氣體g2b。在被處理體202中，氮原子團氣體g2a與前驅(qū)氣體g2b發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過前驅(qū)氣體g2b的金屬與氮原子的結(jié)合，在被處理體202上堆積金屬氮化物質(zhì)。處理腔室200內(nèi)為減壓氣氛，且被加熱到所希望的溫度。由此，所堆積的金屬氮化物質(zhì)擴散，其結(jié)果是，使所希望的金屬氮化膜在被處理體202上成膜。
需要說明的是，在進行成膜處理時，如上所述，工作臺201進行旋轉(zhuǎn)。由此，能夠使均勻的金屬氧化膜在被處理體202的整個面上成膜。
需要說明的是，如圖14所示，需要在各氣體噴射裝置100a、100b內(nèi)配設(shè)多個氣體噴射單元部1a、1b。因此，期望使設(shè)置各氣體噴射單元部1a、1b的占有面積盡量小，期望上述的各氣體噴射單元部1a、1b的圓錐角β設(shè)定為50°以下。
如以上那樣，在本實施方式中，配設(shè)有多個氣體噴射單元部la、1b。而且，所有的氣體噴射單元部1a、1b向一張被處理體202照射各氣體g2a、g2b。
因此，即便是大面積的被處理體202，也能夠在短時間內(nèi)形成所希望的膜。
需要說明的是，在上述例子中，在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)有在實施方式4中說明的氣體噴射單元部。然而，也可以在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)在實施方式3中說明的氣體噴射單元部。換句話說，也可以在第一氣體噴射裝置100a內(nèi)配設(shè)利用因加熱器加熱引起的熱解離來生成并噴出原子團氣體的多個氣體噴射單元部。
<實施方式7>
本實施方式示出上述所示的氣體噴射單元部1的其他形狀。上述所說明的氣體噴射單元部1的形狀為圓錐或棱錐等錐體形狀。在本實施方式中，氣體噴射單元部1的形狀使用兩個平板構(gòu)成，能夠使氣體的流動方向整流化以及加速化。
圖15是示出本實施方式的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。如圖15所示，氣體噴射單元部1通過使兩個平板2、3隔開間隔δd地對置而構(gòu)成。形成氣體噴射單元部1的兩側(cè)面的構(gòu)件作為用于形成兩個平板2、3的間隙do的隔離物而發(fā)揮功能，利用該構(gòu)件，能夠在間隙do內(nèi)的全部區(qū)域恒定地維持間隔δd。另外，當(dāng)俯視平板2、3的面時，具有寬度從氣體的入口(上部側(cè))朝向氣體的出口(為下部側(cè)，能夠把握為扇形形狀的頂部側(cè))而減小的扁平形狀(以下稱為扇形形狀)。因此，在氣體噴射單元部1，氣體的入口側(cè)的寬度比氣體的出口側(cè)(頂部側(cè))的寬度寬。
從上述氣體供給部101供給的氣體g1從設(shè)置于氣體噴射單元部1的上部的開口部侵入到該氣體噴射單元部1內(nèi)，并穿過氣體噴射單元部1內(nèi)的間隙do。間隙do內(nèi)的間隔δd在氣體噴射單元部1內(nèi)恒定，氣體g1在扇形形狀的間隙do內(nèi)朝向下部側(cè)流動。由于扇形形狀，間隙do的體積從氣體的侵入側(cè)朝向氣體的出口側(cè)變小。因此，氣體噴射單元部1內(nèi)的氣體流速變大。
通過了氣體噴射單元部1內(nèi)的氣體g1經(jīng)由在設(shè)置于氣體噴射單元部1的下部側(cè)的噴出部5穿設(shè)的噴出孔102，作為氣體g2呈波束狀地噴射。換句話說，扇形形狀的氣體噴射單元部1的頂部側(cè)(噴出部5配設(shè)側(cè))面向被處理體202，該波束狀的氣體g2經(jīng)由噴出孔102向被處理體202噴射。在此，配設(shè)于噴出部5的上述噴出孔102為一個或多個。
需要說明的是，兩個平板2、3以及成為側(cè)面的構(gòu)件由氧化鋁、石英以及藍寶石中的任一者形成，且構(gòu)成為一體。
如圖15所示，通過將氣體噴射單元部1設(shè)為扇形形狀，不僅具有與錐體形狀的氣體噴射單元部1相同的作用效果，而且能夠低成本地制作氣體噴射單元部1。另外，扇形形狀的氣體噴射單元部1與錐體形狀的氣體噴射單元部1相比適合層疊等，也能夠在狹窄的區(qū)域配設(shè)多個扇形形狀的氣體噴射單元部1。
<實施方式8>
圖16是示出本實施方式的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖16所示，在本實施方式中，以包圍實施方式7的氣體噴射單元部1的周圍的方式卷繞加熱器51。需要說明的是，為了能夠視覺確認氣體噴射單元部1的輪廓，透視地圖示出加熱器51。另外，與實施方式3同樣地，配設(shè)由用于對加熱器51進行加熱的電源h1。通過該加熱器51的配設(shè)，能夠在氣體噴射單元部1內(nèi)對穿過間隙do內(nèi)的氣體g1加熱。通過該氣體g1的加熱，能夠使氣體g1原子團化，從而生成原子團氣體g2。然后從噴出孔102噴射波束狀的原子團氣體g2。
<實施方式9>
圖17是示出本實施方式的氣體噴射單元部1的結(jié)構(gòu)的立體圖。
如圖17所示，在本實施方式中，在實施方式7的氣體噴射單元部1的各平板1、2的外側(cè)面(未面向間隙do的一側(cè)的面)配設(shè)有第一電極(配設(shè)于平板3，在圖17中被平板3隱藏了輪廓)和第二電極61。
在第一電極配設(shè)有低壓供電板620，在第二電極61配設(shè)有高壓供電板610。另外，如圖17所示，交流電源9的高壓端子hv與高壓供電板610連接，交流電源9的低壓端子lv與低壓供電板620連接。與實施方式4同樣地，交流電源9向高壓供電板610與低壓供電板620之間施加交流電壓。
需要說明的是，也可以在高壓供電板610與低壓供電板620內(nèi)形成使冷卻水流動的流路，以使得冷卻該構(gòu)件以及氣體噴射單元部1。
在本實施方式的氣體噴射單元部1中，交流電源9經(jīng)由高壓供電板610以及低壓供電板620向作為電介質(zhì)的平板2、3間施加交流高電壓。由此，在間隙do內(nèi)產(chǎn)生電介質(zhì)阻擋放電。通過利用該電介質(zhì)阻擋放電而從氣體g1生成品質(zhì)良好的原子團氣體g2。然后，從噴出孔102噴射波束狀的原子團氣體g2。
需要說明的是，僅通過將實施方式7-9所示的扇形形狀的氣體噴射單元部1置換為錐體形狀的氣體噴射單元部1，實施方式1-6所說明的內(nèi)容在使用該扇形形狀的氣體噴射單元部1的氣體噴射裝置中也成立。因此，實施方式7-9所示的氣體噴射單元部1當(dāng)然能夠代替錐體形狀的氣體噴射單元部1而用作實施方式5、6中的氣體噴射單元部1。
另外，如上所述，在實施方式7-9所示的氣體噴射單元部1中，期望間隙do的間隔δd(兩平板2、3間的距離)為0.3mm以上且3mm以下，容器部內(nèi)(換句話說為氣體噴射單元部1內(nèi))的氣體壓力為10kpa以上且30kpa以下。
附圖標(biāo)記說明：
1、1a、1b氣體噴射單元部；
2第二錐體形狀構(gòu)件，平板；
3第一錐體形狀構(gòu)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處理腔室；
201工作臺；
202被處理體；
202a槽；
230支承部；
240柱；
250旋轉(zhuǎn)輥；
300真空泵；
610高壓供電板；
620低壓供電板；
2010載置臺；
2030a、2030b氣體排出管；
do間隙；
g1(氣向體噴射裝置供給的)氣體；
g2(從氣體噴射單元部輸出的)氣體；
g1a原料氣體；
g1b前驅(qū)氣體；
g2a原子團氣體
g2b前驅(qū)氣體；
h1、h2電源；
p0(處理腔室內(nèi)的)氣體壓力；
p1(容器部內(nèi)的)氣體壓力；
α波束角度；
β圓錐角。
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