CN107523805B - 气体混合装置和基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在对多种气体进行混合时使气体均匀地混合的气体混合装置和基板处理装置。在上表面被封闭的圆筒部的底面中央部设置有气体流出路，沿着气体流出路的开口缘以隔着间隔的方式配置相对于圆筒部的中心呈旋转对称的多个气体流导向壁。另外，使气体流导向壁的周向的一个端部向靠圆筒部的中心部的位置屈曲。而且，在气体流导向壁与圆筒部的内周面之间的靠气体流导向壁周向的另一侧的位置处连接有第一气体流入管～第三气体流入管。从第一气体流入管～第三气体流入管供给的气体成为沿气体流导向壁的外周面流动后沿处于周向的一侧的气体流导向壁的内周面流动的涡流，来在气体流出路中被混合。

Description

气体混合装置和基板处理装置
技术领域
本发明涉及对多种气体进行混合的技术领域。
背景技术
在半导体工艺中通过处理气体对基板进行处理的装置、例如成膜装置中，有时要求将多种处理气体均匀地混合后向基板供给。作为对作为基板的半导体晶圆(以下称作“晶圆”)进行成膜的方法，已知被称为所谓的ALD(Atomic Layer Deposition：原子层沉积)法等的方法，在该方法中依次对晶圆供给原料气体和与原料气体发生反应的反应气体，使反应产物的分子层层叠在晶圆的表面从而得到薄膜。在ALD中，在使载气(carrier gas)流动的状态下交替供给作为成膜用的气体的第一气体和第二气体，但是在成膜处理中为了使晶圆的面内均匀性良好，需要使成膜气体以与载气均匀混合的状态供给到基板。
作为对这样的多种气体进行混合的方法，例如在专利文献1中记载有以下技术：使第一气体流和第二气体流成为旋涡状的气体流混合体来均匀地混合。另外，在专利文献2中记载有以下技术：在向从气体流出路径观察时的周向一方流动之后，向气体流出路径侧垂直地屈曲并朝向气体流出路径的周缘流动从而形成涡流。并且，在专利文献3中记载有以下技术：将原料气体供给到气体混合部的中央部分，从其周围同样地向相同的流动方向供给稀释气体并使稀释气体通过气体扩散部，由此一边使原料气体同样地扩散一边进行混合。
但是，公知的混合方法不适合于想要在宽范围的流量比下减少气体的不均的情况。特别是在向大流量的气体例如载气供给小流量的成膜气体的情况下，难以实现气体的均匀化。另外，当在气体混合装置内设置静态混合器来想要强制性地进行混合时，气体混合装置中的压力损失变大。为了如ALD法那样一边通过吹扫气体对处理容器内进行置换一边依次供给多种气体，需要使大流量的气体高速流动，因此不适合。
另外，通过延长合流流路，变得容易混合少量的气体，但是在合流流路长的情况下，气体的温度下降，例如存在如下可能性：在某种前体(precursor)中，由于温度的下降而发生液化，从而引起微粒的产生。因而，要求极力缩短合流路径。
专利文献1：日本特开2000-260763号公报
专利文献2：美国专利申请公开第2009/0047426号
专利文献3：日本特开2003-133300号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是在这样的情况下完成的，其目的在于提供一种在对多种气体进行混合时将气体均匀地混合的技术。
用于解决问题的方案
本发明的气体混合装置用于对多种气体进行混合，该气体混合装置的特征在于，具备：
圆筒部，其上表面被封闭；
气体流出路径，其在所述圆筒部的底面的中央部开口并向下方延伸；
多个气体流导向壁，该多个气体流导向壁沿着所述气体流出路径中的靠所述底面的开口缘以在周向上彼此隔着间隔的方式配置并且设置为相对于所述圆筒部的中心呈旋转对称，并朝向所述上表面突出；以及
气体流入部，其设置在所述气体流导向壁与圆筒部的内周面之间，供要进行混合的气体流入，
其中，在所述圆筒部的周向上以顺时针和逆时针中的一方观察时，当将朝向该一方的方向的一侧定义为前方时，所述气体流导向壁随着趋向前方侧而向靠所述圆筒部的中心部的位置屈曲，使得将流入到圆筒部的内周面与气体流导向壁之间的气体沿着该气体流导向壁的外周面导向到所述气体流出路径，由此形成涡流。
本发明的基板处理装置的特征在于，具备：气体混合装置，彼此不同的处理气体从彼此不同的位置流入到所述气体混合装置中，所述气体混合装置对这些处理气体进行混合；
处理容器，其被供给由所述气体混合装置混合后的处理气体；
载置部，其设置于所述处理容器内，用于载置被所述处理气体进行处理的基板；以及
排气部，其对所述处理容器内进行真空排气，
其中，所述气体混合装置是上述的气体混合装置。
发明的效果
在本发明中，在对多种气体进行混合时，将多个气体流导向壁沿着气体流出路径的开口缘以在周向上隔着间隔的方式配置，该多个气体流导向壁在底面中央部开有气体流出路径的开口的圆筒部内分别沿周向向靠圆筒部的中心部的位置屈曲且相对于圆筒部的中心呈旋转对称。因此，流入到气体流导向壁与圆筒部的内周面之间的气体沿着气体流导向壁的外周面流动，从而成为涡流并被导向到气体流出路径。因而，各气体成为涡流并在气体流出路径合流，因此混合气体的浓度难以出现不均，能够均匀地混合。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的成膜装置的纵截面图。
图2是本发明的实施方式所涉及的气体混合装置的截面图。
图3是气体扩散部的分解立体图。
图4是气体混合装置的截面立体图。
图5是气体混合装置的纵截面图。
图6是气体混合装置的俯视图。
图7是表示本发明的实施方式中的气体的供给的推移的说明图。
图8是说明气体混合装置中的气体的流动的说明图。
图9是说明气体混合装置中的气体的流动的说明图。
图10是表示比较例和实施例所涉及的气体混合装置的截面立体图。
图11是表示比较例和实施例中的气体的质量的标准偏差的特性图。
图12是表示实施例中的针对气体的质量流量比的、气体的质量的标准偏差的特性图。
附图标记说明
1：处理容器；2：载置台；4：气体混合装置；40：圆筒部；41：气体流出路径；42A～42C：气体流导向壁；43：导向路径；45A～45C：第一气体流入管～第三气体流入管；5：气体供给部；51：喷头；9：控制部；W：晶圆。
具体实施方式
对作为应用了本发明的实施方式所涉及的气体混合装置的基板处理装置的一例的成膜装置的结构进行说明。成膜装置构成为以下装置：向晶圆W的表面依次供给氯化钛(TiCl4)气体、氨(NH3)气以及氧(O2)气，通过所谓的ALD法来形成氮氧化钛(TiON)膜。此外，在说明书中，设载气也包括在处理气体中。
如图1所示，成膜装置具备处理容器1，该处理容器1是由铝等金属构成且俯视形状为大致圆形的真空容器，在该处理容器1内设置有用于载置晶圆W的载置台2。在处理容器1的侧面设置有晶圆W的搬入搬出口11以及用于对该搬入搬出口11进行开闭的闸阀12。
在比所述搬入搬出口11靠上部侧的位置，排气管路13以重叠在处理容器1的构成主体的侧壁之上的方式设置，该排气管路13是使纵截面的形状为方型的管路弯曲为圆环状而构成的。在排气管路13的内周面形成有沿周向延伸的狭缝状的开口部131。在排气管路13的外壁面形成有排气口132，在该排气口132上连接有由真空泵等构成的排气部14。
在处理容器1内，在所述排气管路13的内侧的位置配置有载置台2。在载置台2的内部埋设有用于将晶圆W加热到例如350℃～550℃的成膜温度的未图示的加热器。在载置台2上设置有盖构件22，该盖构件22设置为遍及周向地覆盖载置台2的周缘部和载置台2的侧周面。在载置台2的下表面侧中央部连接有贯通处理容器1的底面并沿上下方向延伸的支承构件23。该支承构件23的下端部经由水平地配置在处理容器1的下方侧的板状的支承台232而与升降机构24连接。升降机构24使载置台2在交接位置(在图1中以一点划线记载)与在图1中以实线示出的处理位置之间升降，所述交接位置是与从搬入搬出口11进入的晶圆搬送机构之间交接晶圆W的位置，所述处理位置是该交接位置的上方侧且用于对晶圆W进行成膜的位置。在该支承构件23所贯通的处理容器1的底面与支承台232之间，以从所述支承构件23的周向的外侧覆盖所述支承构件23的方式设置有波纹管231，该波纹管231将处理容器1内的环境与外部划分开，并伴随支承台232的升降动作而进行伸缩。
在载置台2的下方侧设置有在与外部的晶圆搬送机构之间进行晶圆W的交接时从晶圆W的下表面侧支承并抬起晶圆W的例如三个支承销25。支承销25与升降机构26连接从而升降自如，经由在上下方向上贯通载置台2的未图示的贯通孔而使支承销25从载置台2的上表面突出或退回，由此进行与晶圆搬送机构之间的晶圆W的交接。
在排气管路13的上表面侧，气体供给部5设置为将圆形的开口封闭，该气体供给部5用于朝向被载置于载置台2的晶圆W供给气体。参照图2来说明气体供给部5。气体供给部5具备顶板部50，在顶板部50的下方位置设置有上方开口的扁平的有底圆筒形的喷头51。在气体供给部5的内部设置有后述的气体混合装置4，构成为由气体混合装置4进行混合后的气体经由气体流出路径41而从在顶板部50的下表面中央开口的开口部52被供给到喷头51内。
在喷头51内的开口部52的周围设置有使从气体混合装置4供给的气体扩散的扁平的圆筒形的扩散室53。在扩散室53的下表面，沿着以俯视观察时被载置于载置台2的晶圆W的中心部为中心的圆，等间隔地配置有多个气体扩散部54，并且在晶圆W的中心部的上方配置气体扩散部54。如图3所示，气体扩散部54由圆筒形的构件构成，被设置为从扩散室53的底面朝向下方突出。在扩散室53的底面53A形成有用于向各气体扩散部54供给气体的孔部55，在气体扩散部54的侧面形成有以在周向上隔着间隔的方式设置的多个气体喷出口56，从扩散室53流入气体扩散部54的气体以从各气体喷出口56朝向水平方向均匀地扩展的方式被喷出。而且，被喷出到喷头51内的气体经由形成于喷头51的气体喷出孔57而被供给到晶圆W。
接着，参照图4～图6来说明气体混合装置4。气体混合装置4具备由下构件40A和将下构件40A的上方封闭的上构件40B构成的圆筒部40。下构件40A具备底面部46和构成圆筒部40的周壁的环状壁的外壁47，在外壁47的外周形成有凸缘46A。上构件40B具备覆盖作为下构件40A的环状壁的外壁47的上方的顶板部分48，周缘朝向下方屈曲而成为壁部49。而且，通过使上构件40B从上方与下构件40A接合，外壁47与顶板部分48紧密接触，从而构成扁平的圆筒形的圆筒部40。此外，图4、图6的灰色部分示出了下构件40A中的与上构件40B的顶板部分48紧密接触的部分。
如图4～图6所示，在下构件40A的底面部46的下表面侧的中心部连接有沿上下方向延伸的气体流出路径41。此外，气体混合装置4也可以配置为气体流出路径41水平地延伸，但在说明书中，将圆筒部40的中心轴延伸的方向设为上下方向。在下构件40A的内部，沿着气体流出路径41的开口缘设置有形成为沿周向延伸的三个气体流导向壁42A～42C。各气体流导向壁42A～42C形成为彼此相对于圆筒部40的中心呈旋转对称。三个气体流导向壁42A～42C为相同的构造，因此在此作为代表，对气体流导向壁42A进行说明。
当设圆筒部40的周向中的靠顺时针的方向为前方、设靠逆时针的方向为后方时，气体流导向壁42A被设置为：从下构件40A的底面朝向上构件40B的顶板部分48突出，在使下构件40A与上构件40B接合时，气体流导向壁42A的上表面与上构件40B的顶板部分48紧密接触。另外，气体流导向壁42A的与圆筒部40的内周面相对的面随着趋向前方侧而向靠圆筒部40的中心的位置屈曲，且如图6所示那样在俯视时呈与圆筒部40的内周面的圆弧形状相比小径的圆弧形状。
并且，当设气体流导向壁42A中的与圆筒部40的内周相对的面为气体流导向壁42A的外周面、设气体流导向壁42A中的靠圆筒部40的中心侧的面为气体流导向壁42A的内周面时，气体流导向壁42A的外周面的前方侧的端部与设置在该气体流导向壁的前方的气体流导向壁42B的内周面的后方侧的端部以彼此隔着间隙相对的方式配置，后方侧的气体流导向壁42A的外周面的前方侧的端部与前方侧的气体流导向壁42B的内周面的后方侧的端部所夹的区域成为气体流的导向路径43。
另外，气体流导向壁42A的内周面的前方侧的部分为朝向下方倾斜的倾斜面，气体流导向壁42A的内周面的后方侧为直立的面。另外，倾斜面是与气体流出路径41的内周面相连续的曲面，如图5所示，气体流出路径41的内周面以从圆筒部40的底面中的开口部朝向下方而逐渐变窄的方式倾斜。
如图6所示，在圆筒部40中的各气体流导向壁42A～42C与圆筒部40的内周面之间、且在从前方后方观察气体流导向壁42A～42C时的比中央靠后方的位置处，连接有贯通上构件40B的顶板部分48的与各气体流导向壁42A～42C对应的第一气体流入管45A～第三气体流入管45C的一端侧。第一气体流入管45A～第三气体流入管45C以相对于圆筒部40的中心彼此呈旋转对称的方式配置。另外，下构件40A中的圆筒部40的内周面和各气体流导向壁42A～42C的外周面沿着第一气体流入管45A～第三气体流入管45C的开口部分的轮廓而弯曲。圆筒部40内的第一气体流入管45A～第三气体流入管45C的开口部分相当于气体流入部。
返回到图1、图2，第一气体流入管45A的另一端侧分支为两根，在各分支端分别连接有氮(N2)气供给源61和氯化钛(TiCl4)气体供给源62。另外，第二气体流入管45B的另一端侧分支为两根，在各分支端分别连接有氮(N2)气供给源63和氨(NH3)气供给源64。并且，第三气体流入管45C的另一端侧分支为两根，在各分支端分别连接有氮(N2)气供给源65和氧(O2)气供给源66。此外，图中的M1～M6为流量调整部，V1～V6为阀。第一气体流入管45A～第三气体流入管45C例如构成为通过未图示的加热器加热到200℃。在该例子中，N2气相当于载气，TiCl4气体、NH3气和O2气相当于成膜气体。
如图1所示，成膜装置与控制部9连接。控制部9例如由具备未图示的CPU和存储部的计算机构成，在存储部中记录有将关于成膜装置的作用的步骤(命令)组进行组合而成的程序，成膜装置的作用是使载置于载置台2上的晶圆W上升到处理位置，朝向晶圆W以决定的顺序供给反应气体、氧化气体以及置换用的气体来执行TiON的成膜，直到将被进行了成膜的晶圆W搬出为止的控制。该程序例如保存在硬盘、光盘(compact disc)、磁光盘(magnetoptical disc)、存储卡等存储介质中，并从这些存储介质安装到计算机中。
接着，说明本发明的实施方式所涉及的成膜装置的作用。图7是示出基于ALD法的TiON膜的成膜处理中的气体的供给的推移的说明图。此外，图7的横轴并非准确地示出各气体的供给、停止的时间间隔。首先，在预先将处理容器1内减压至规定的真空环境之后，使载置台2下降到交接位置。然后，将闸阀12开放，使设置于与搬入搬出口11连接的例如真空输送室的晶圆搬送机构的搬送臂进入，与支承销25之间进行晶圆W的交接。之后使支承销25下降，将晶圆W载置到通过加热器例如被加热到440℃的载置台2上。
接着，将闸阀12关闭，使载置台2上升到处理位置。并且，在图7所示的时刻t0，打开气体混合装置4的阀V1、V3和V5。此外，以下的序列的说明中所记载的流量、时间不过是用于说明的一例。由此，从第一气体流入管45A～第三气体流入管45C向圆筒部40内分别供给5000sccm的流量的N2气。因而，从气体混合装置4向处理容器1内供给总计为15000sccm的流量的N2气。
接着，在将处理容器1内的压力调整为由工艺制程决定的压力之后，从时刻t1起将阀V2打开0.05秒。由此，从第一气体流入管45A向圆筒部40内，与N2气一起供给例如50sccm的流量的TiCl4气体。而且，从第一气体流入管45A流入的TiCl4气体与N2气的混合气体在圆筒部40中与分别从第二气体流入管45B和第三气体流入管45C流入的N2气混合后经由气体流出路径41被供给到处理容器1内。
另外，在从时刻t1起经过0.05秒后将阀关闭，由此从第一气体流入管45A流入圆筒部40的气体只是N2气，从气体混合装置4向处理容器1内只供给N2气。由此，处理容器1内的TiCl4气体被置换为N2气。接着从将阀V2关闭之后经过0.2秒后的时刻t2起将阀V4打开0.2秒。由此，从第二气体流入管45B向圆筒部40，与N2气一起供给2700sccm的流量的NH3气。然后，从第二气体流入管45B供给的气体在圆筒部40内与分别从第一气体流入管45A和第三气体流入管45C流入的N2气混合后被供给到处理容器1。
进一步，通过将阀V4关闭，从第二气体流入管45B流入的气体只是N2气，从气体混合装置4向处理容器1供给N2气，处理容器1内的NH3气被置换为N2气。另外，从将阀V4关闭后经过3.3秒后的时刻t3起将阀V6打开0.2秒。由此，从第三气体流入管45C向圆筒部40，与N2气一起供给50sccm的流量的O2气，并在圆筒部40内与分别从第一气体流入管45A和第二气体流入管45B流入的N2气混合后被供给到处理容器1。进一步，通过将阀V6关闭，从第三气体流入管45C流入的气体只是N2气，从气体混合装置4向处理容器1内供给N2气，处理容器1内的O2气被置换为N2气。
这样，以TiCl4气体→N2气→NH3气→N2气→O2气→N2气的顺序供给反应气体(TiCl4气体、NH3气)以及氧化气体(O2气)和置换用的气体(N2气)。通过向晶圆W供给TiCl4气体和NH3气，在晶圆W的表面层叠氮化钛(TiN)的分子层，并且通过供给O2气，氮化钛(TiN)的分子层被氧化而成为TiON的分子层。通过重复进行上述过程来层叠TiON而形成TiON的膜。
从第一气体流入管45A～第三气体流入管45C流入的气体通过气体混合装置4混合后供给到处理容器1，但是如背景技术中所述的那样，在使上述的实施方式所示的O2气等流量少的气体与大流量的N2气混合时，存在难以均匀地混合的问题。在此，以从时刻t3起供给O2气的例子来说明上述的实施方式所涉及的气体混合装置4中的气体的混合。
如图8所示，从第三气体流入管45C供给到圆筒部40内的气体被气体流导向壁42C限制，因此沿圆筒部40的周向(前后方向)流动。气体流导向壁42C的前方侧朝向圆筒部40的中心侧屈曲，气体流导向壁42C的外周面的前端侧被配置为与位于该气体流导向壁42C的前方的气体流导向壁42A的内周面的后端侧相对，气体流导向壁42C的外周面的前端侧与气体流导向壁42A的内周面的后端侧之间成为对气体进行导向的导向路径43。另外，气体流导向壁42C是与圆筒部40的内周面相比小径的圆弧。因而，从第三气体流入管45C流入到圆筒部40并沿着气体流导向壁42C的外周面向前方侧流动的气体一边向圆筒部40的中心方向弯曲一边流动，从导向路径43进入到前一个气体流导向壁42A的内周面侧。
进入到气体流导向壁42A的内周面侧的气体沿着气体流导向壁42A的内周面流动。气体流导向壁42A的内周面的前方侧是与气体流出路径41的内表面相连续的曲面，因此进入到气体流导向壁42A的内周面侧的气体一边沿着气体流导向壁42A的内周面的弯曲而弯曲一边进入到气体流出路径41。此时，气体通过沿着气体流导向壁42C的外周面和气体流导向壁42A的内周面流动而一边沿周向在气体流出路径41的周缘流动一边进入到气体流出路径41，因此成为如图8所示那样在气体流出路径41的内周面沿周向流动的涡流。
另外，从第三气体流入管45C供给到圆筒部40的气体的一部分在气体流导向壁42C的外周面朝向后方流动，而与从第二气体流入管45B供给并沿着比气体流导向壁42C靠后一个的气体流导向壁42B朝向前方流动的气体一起在气体流导向壁42C的内周面侧流动，从而成为在气体流出路径41的内周面沿周向流动的涡流。
另外，由气体流导向壁42A～42C的内表面与气体流出路径41的内周面围成的空间构成为随着趋向下方而变窄。因此，如图9所示，沿着气体流导向壁42A～42C的内表面流动并沿着气体流出路径41的内周面流动的涡流随着趋向气体流出路径41的下方侧而其旋转半径逐渐变短，从而流速上升。
而且，从第一气体流入管45A和第二气体流入管45B供给到圆筒部40的N2气也与从第三气体流入管45C供给到圆筒部40的气体同样地成为涡流，一边使流速逐渐增加一边在气体流出路径41中流动。
从这些第一气体流入管45A～第三气体流入管45C供给的气体分别成为涡流，一边使流速逐渐增加一边在气体流出路径41中流动。如后述的实施例所示那样，不仅在将TiCl4气体与N2气、NH3气与N2气混合的情况下能够均匀地混合，在将与成膜气体对应的、流量与N2气的流量比小的气体同N2气混合的情况下也能够均匀地混合。因而，从第三气体流入管45C供给的包括少量的O2的气体与从第一气体流入管45A和第二气体流入管45B供给的N2气相互混合成为浓度均匀的混合气体来向处理容器1供给。然后，通过气体扩散部54来扩散，并经由喷头51向晶圆W供给。
例如在重复数十次～数百次地进行TiCl4气体的供给、NH3气的供给以及O2气的供给从而形成了所期望的膜厚度的TiON膜之后、供给置换用的氮气来排出最后的O2气，之后使载置台2下降到交接位置。然后，将闸阀12打开并使搬送臂进入，以与搬入时相反的过程将晶圆W从支承销25交接到搬送臂。
在上述的实施方式中，在将小流量的O2气与大流量的N2气混合时，在底面中央部设置有气体流出路径41且上表面被封闭的圆筒部40中，前方侧的端部向靠圆筒部40的中心部的位置屈曲且相对于圆筒部40的中心呈旋转对称的多个气体流导向壁42A～42C沿着气体流出路径41的开口缘以隔着间隔的方式配置。因此，从设置在气体流导向壁42A～42C与圆筒部40的内周面之间的第一气体流入管45A～第三气体流入管45C流入的气体沿着气体流导向壁42A～42C的外周面流动而成为涡流，并被导向到气体流出路径41。通过使从第一气体流入管45A～第三气体流入管45C流入的气体分别成为涡流，在气体流出路径41中各气体流合流时不易出现混合气体的浓度的不均，能够均匀地混合。
并且，如后述的实施例所示那样，例如在成膜气体与载气的质量流量比(成膜气体的质量流量/载气的质量流量)大的情况下也能够充分混合。因而，在从第一气体流入管45A供给TiCl4气体、从第二气体流入管45B和第三气体流入管45C供给N2气的情况下，或者在从第二气体流入管45A供给NH3气、从第一气体流入管45A和第三气体流入管45C供给N2气的情况下，也被均匀混合。
另外，随着成膜气体与载气的质量流量比变小而气体变得难以混合，因此可以说在对成膜气体与载气的质量流量比为0.4以下的气体进行混合的情况下效果更大。此外，设质量流量比是从一个气体流入管供给到圆筒部40的气体中的(成膜气体的质量流量/载气的质量流量)的值，而从其它气体流入管向圆筒部40流入与从一个气体流入管流入的载气同量的质量流量的载气。
此外，在从一个气体流入管仅流入少流量的成膜气体、从其它气体流入管流入大流量的载气的情况下，也能够得到同样的效果。
另外，如后述的实施例所示那样，在将第一气体流入管45A～第三气体流入管45C设置在气体流导向壁42A～42C与圆筒部40的内周面之间时，通过将第一气体流入管45A～第三气体流入管45C设置在比气体流导向壁42A～42C的中央部靠后方侧的位置，混合气体被更均匀地混合。推测这是因为从第一气体流入管45A～第三气体流入管45C流入到圆筒部40的气体的一部分朝向气体流导向壁42A～42C的后方侧流动并与沿着后方侧的气体流导向壁42A～42C的外周面流动的气体合流，由此变得容易混合。
并且，设为以以下方式倾斜的倾斜面：该倾斜面随着从气体流导向壁42A～42C的内周面和气体流出路径41的圆筒部40底面上的开口部趋向下方而接近圆筒部40的中心部。通过这样地构成，能够使涡流的速度逐渐加快。因此，如后述的实施例所示那样，能够使混合气体更均匀地混合。
并且，将相邻的气体流导向壁42A～42C中的前方侧的气体流导向壁例如气体流导向壁42A的内周面的后端部与后方侧的气体流导向壁42C的外周面的前端部以相对的方式配置，来将气体流导向壁42A的内周面的后端部与气体流导向壁42C的外周面的前端部之间设为气体流的导向路径43。因此，能够将沿着后方侧的气体流导向壁42C的外周面流动的气体更可靠地导向到前方侧的气体流导向壁42A的内周面侧，因此能够更可靠地形成涡流。
另外，如已述的那样，通过使气体流导向壁42A～42C的内周面带有倾斜，能够增加涡流的速度，因此混合气体被更均匀地混合，但是若将直到气体流导向壁42A的内周面的后端部侧为止均设为倾斜面，则气体流导向壁42A的内周面的后端部与气体流导向壁42C的外周面的前端部过于靠近，因此变得难以导向到前方侧的气体流导向壁42A的内周面侧。因此，将气体流导向壁42A的内周面的后方侧设为比前方侧直立的面，由此气体易于进入到导向路径43。
并且，也可以停止三根气体流入管45A～45C中的一根气体流入管的气体，而从其它两根气体流入管供给气体来对气体进行混合。例如，停止气体流入管45A的气体的供给，而从气体流入管45B供给N2气、从气体流入管45C分别供给N2气和O2气。在这样的情况下，从气体流入管45B和气体流入管45C供给的气体也分别成为涡流并被混合，因此被均匀地混合，从而获得效果。
另外，气体混合装置也可以应用于等离子体处理装置中。例如，在图1、图2所示的成膜装置中，构成为能够对喷头51施加高频电力，并将载置台2连接到接地电位。而且，只要构成为在成为上部电极的喷头51与成为下部电极的载置台2之间产生电容耦合型的等离子体，并构成为将通过气体混合装置混合后的气体供给到喷头51与载置台2之间即可。
并且，气体混合装置所混合的处理气体也可以是原料气体和与原料气体发生反应的反应气体，也可以将气体混合装置应用于将原料气体与反应气体混合而成的气体供给到晶圆W的CVD装置。
另外，第一气体流入管45A～第三气体流入管45C也可以与圆筒部40的侧面连接。在从圆筒部40的侧面供给气体的情况下，也通过气体流导向壁42A～42C对气体流进行导向，因此能够得到同样的效果。
另外，当气体流入管和气体流导向壁的数量变多时需要增大圆筒部40，气体变得难以混合。因此，气体流入管和气体流导向壁优选为两个或三个。另外，气体流导向壁42A～42C的内周面也可以不是倾斜面而是垂直的面。
【实施例】
为了验证本发明的效果，使用应用了气体混合装置4的成膜装置，向处理容器1内供给混合后的气体，通过模拟调查了载置台2的上方的均匀性。
(实施例1)
使用应用了实施方式所涉及的气体混合装置4的成膜装置，将从第一气体流入管45A供给的反应气体与载气的质量流量比(反应气体的质量流量/载气质量流量)设定为0.338。另外，设其它的第二气体流入管45B和第三气体流入管45C流通与从第一气体流入管45A供给的载气同量的载气。另外，将处理容器1内的压力设为3Torr(400Pa)，将气体的温度设为200℃。
(实施例2)
如图10的(a)所示，将应用了以下气体混合装置4的例子作为实施例2：该气体混合装置4将气体流出路径41的内周面设为垂直的面，除此以外设为与实施例1相同的结构。
(实施例3)
如图10的(b)所示，将应用了以下气体混合装置4的例子作为实施例3：该气体混合装置4将圆筒部40中的供各气体流入的第一气体流入管45A～第三气体流入管45C的连接位置设定在气体流导向壁42A～42C的前后方向的中央部之间的位置，除此以外设为与实施例2相同的结构。
(比较例)
如图10的(c)所示，将应用了以下气体混合装置的例子作为比较例：该气体混合装置的结构被设为设置了流路91来代替实施例1所示的圆筒部40，该流路91用于使从第一气体流入管45A～第三气体流入管45C供给的气体在向从气体流出路径41观察时的周向一方流动后向气体流出路径侧垂直地屈曲而从气体流出路径41排出。此外，为了避免记载的复杂化，在图10的(c)中，以实线仅示出供气体流动的部位，而下构件40A中的外壁和底面部以虚线示出。
在各个实施例1～3及比较例中，测定了供给气体时的、载置台2周缘部的上方中的周向等间隔的八个地点处的气体的质量，并求出了八个地点处的气体的质量的标准偏差(1σ)。图11是示出该结果、且以相对于平均值的百分比(1σ％)来表示实施例1～3及比较例中的标准偏差(1σ)的特性图。此外，关于比较例和实施例2、3，采用了在扩散室53内形成有槽的构造，但是并不对气体混合装置4的效果的评价造成影响。
如图11所示，比较例和实施例1～3中的1σ％分别为7.8％、1.08％、2.9％、4.2％。根据该结果可知，相比于比较例所涉及的气体混合装置4，实施例1～3所涉及的气体混合装置4的1σ％变小，在载置台2的上方气体更均匀地混合。
另外，实施例2与实施例3相比1σ％小。因而，可以说通过将圆筒部40中的供给各气体的第一气体流入管45A～第三气体流入管45C的连接位置设置在比气体流导向壁42A～42C的前后方向的中央部靠后方侧的位置，气体被更均匀地混合。
并且，实施例1与实施例2相比1σ％小，从而可以说通过构成为使气体流出路径41的内周面随着趋向下方而逐渐变窄，气体被更均匀地混合。
另外，使用应用了实施例1所示的气体混合装置4的成膜装置，将反应气体与载气的质量流量比设定为0.338、0.342、0.363、0.830、0.840以及0.96，来与实施例1同样地求出了气体的质量的标准偏差(1σ)。
图12是示出该结果、且示出针对反应气体与载气的质量流量比的标准偏差(1σ％)的特性图。如图12所示，在将质量流量比设为从0.338到0.96为止的任意质量流量比时，1σ％均极低为1.08以下。根据该结果，可以说通过使用本发明的实施方式所涉及的气体混合装置4，不论质量流量比如何，在载置台2的上方气体都被均匀地混合。

Claims (13)

1.一种气体混合装置，用于对多种气体进行混合，该气体混合装置的特征在于，具备：
圆筒部，其上表面被封闭；
气体流出路径，其在所述圆筒部的底面的中央部开口并向下方延伸；
多个气体流导向壁，该多个气体流导向壁沿着所述气体流出路径中的靠所述底面的开口缘以在周向上彼此隔着间隔的方式配置并且设置为相对于所述圆筒部的中心呈旋转对称，并朝向所述上表面突出；以及
气体流入部，其设置在所述气体流导向壁与圆筒部的内周面之间，供要进行混合的气体流入，
其中，在所述圆筒部的周向上以顺时针和逆时针中的一方观察时，当将朝向该一方的方向的一侧定义为前方时，所述气体流导向壁随着趋向前方侧而向靠所述圆筒部的中心部的位置屈曲，使得将流入到圆筒部的内周面与气体流导向壁之间的气体沿着该气体流导向壁的外周面导向到所述气体流出路径，由此形成涡流。
2.根据权利要求1所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流导向壁的外周面的圆弧形状被形成为在俯视时与所述圆筒部的内周面的圆弧形状相比是小径的圆弧形状。
3.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流入部构成为气体流入位置与气体流导向壁的前后方向的中央相比靠后方侧。
4.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流入部构成为，气体在所述圆筒部内从上表面侧流入所述气体流入部。
5.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流导向壁的内周面形成有倾斜面，该倾斜面以随着趋向下方而接近圆筒部的中心部的方式倾斜。
6.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流出路径以随着从开口部趋向下方而接近圆筒部的中心部的方式倾斜。
7.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
在彼此相邻的气体流导向壁中，前方侧的气体流导向壁的靠后端的内周面与后方侧的气体流导向壁的靠前端的外周面相对，由该内周面与外周面夹着的空间构成为用于形成涡流的气体流的导向路径。
8.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流导向壁的前端侧的内周面为倾斜面，所述气体流导向壁的后端侧的内周面比所述前端侧的内周面直立。
9.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
所述气体流导向壁的配置数量为两个或三个。
10.根据权利要求1或2所述的气体混合装置，其特征在于，
按各气体流导向壁设置所述气体流入部。
11.一种基板处理装置，其特征在于，具备
气体混合装置，彼此不同的处理气体从彼此不同的位置流入到所述气体混合装置中，所述气体混合装置对这些处理气体进行混合；
处理容器，其被供给由所述气体混合装置混合后的处理气体；
载置部，其设置在所述处理容器内，用于载置被所述处理气体进行处理的基板；以及
排气部，其对所述处理容器内进行真空排气，
其中，所述气体混合装置是根据权利要求1至10中的任一项所述的气体混合装置。
12.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于，
所述气体混合装置具备供载气和原料气体流入的一个气体流入部、以及供载气和与所述原料气体发生反应的反应气体流入的其它气体流入部，
由所述基板处理装置进行的处理为如下的成膜处理：在放置有基板的被设为真空环境的处理容器内，交替地多次循环供给气体来进行成膜，交替地多次循环供给的气体是在所述气体混合装置中将从一个气体流入部流入的载气和原料气体与从其它气体流入部流入的载气进行混合而成的气体，以及在所述气体混合装置中将从一个气体流入部流入的载气与从其它气体流入部流入的载气和反应气体进行混合而成的气体。
13.根据权利要求11所述的基板处理装置，其特征在于，
所述气体混合装置具备供原料气体流入的一个气体流入部以及供与所述原料气体发生反应的反应气体流入的其它气体流入部，
由所述基板处理装置进行的处理为如下的成膜处理：向基板供给将从所述一个气体流入部流入的原料气体与从其它气体流入部流入的反应气体进行混合而成的气体来进行成膜。
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