(57)【要約】  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。
2017119074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１１１７３９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１９３８０号公報
【特許文献３】特開２００１−１３５６２８号公報
【特許文献４】特開２０１４−８６４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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２】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３】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４】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。
【図５】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。
【図６】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７】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】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】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】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１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
＜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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
＜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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
＜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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
＜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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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）。
【０１２６】
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。
【０１２７】
＜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。
【０１２８】
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。
【符号の説明】
【０１２９】
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
【図１】
2017119074.tif 000003
【図２】
2017119074.tif 000004
【図３】
2017119074.tif 000005
【図４】
2017119074.tif 000006
【図５】
2017119074.tif 000007
【図６】
2017119074.tif 000008
【図７】
2017119074.tif 000009
【図８】
2017119074.tif 000010
【図９】
2017119074.tif 000011
【図１０】
2017119074.tif 000012
【図１１】
2017119074.tif 000013
【図１２】
2017119074.tif 000014
【図１３】
2017119074.tif 000015
【図１４】
2017119074.tif 000016
【国際調査報告】
2017119074.tif 000017
2017119074.tif 000018
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