JP6216483B2 - Mixer, vacuum processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、気体の混合器と、その混合器を用いた真空処理装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a gas mixer and a vacuum processing apparatus using the mixer.
異なる種類のガスを混合させるために、二本の配管に流れる異なる種類のガスを合流させて屈曲部を有する一本の配管内に流し、二種類のガスが屈曲部を流れると、屈曲部で発生する渦流によって、二種類のガスが混合される。
この混合方法は、形状が単純で低コストで済むが、屈曲部で発生する圧力損失が大きい。In order to mix different types of gas, different types of gas flowing in two pipes are merged and flow into one pipe having a bent portion, and when two types of gas flow in the bent portion, Two kinds of gases are mixed by the generated vortex.
This mixing method is simple in shape and low in cost, but has a large pressure loss generated at the bent portion.
特に、二種類のガスのうち、一方のガス源の圧力が高く、他方のガス源の圧力が低い場合には、圧力損失のため、低い圧力のガス源から供給されるガスの量が減少し、ガス流量比が所望の値からずれてしまう。 In particular, when the pressure of one gas source is high and the pressure of the other gas source is low, the amount of gas supplied from the low pressure gas source decreases due to pressure loss. The gas flow rate ratio deviates from a desired value.
特に、一方のガスが、常温常圧で気体であり、そのガスのガス源がボンベであり、他方のガスが、固体又は液体の原料物質を加熱して昇華又は蒸発させて発生した気体の原料物質であり、二種類のガスを反応させて薄膜を形成する場合は、気体の原料物質の供給量が低下すると薄膜の成長速度が低下する。 In particular, one gas is a gas at normal temperature and pressure, the gas source of the gas is a cylinder, and the other gas is a gas material generated by sublimation or evaporation by heating a solid or liquid source material. In the case where a thin film is formed by reacting two kinds of gases, the growth rate of the thin film decreases when the supply amount of the gaseous raw material decreases.
直方体の容器を混合容器として用い、異なる種類のガスが流れる配管を混合容器に接続し、混合容器内で発生する渦流によって二種類のガスを混合させ、一本の配管で混合ガスを取り出す方法があり、圧力損失が小さいという利点がある。 A method of using a rectangular parallelepiped container as a mixing container, connecting pipes through which different types of gas flow to the mixing container, mixing two kinds of gas by the vortex generated in the mixing container, and taking out the mixed gas with a single pipe There is an advantage that the pressure loss is small.
しかしながら、配管が混合容器に接続された位置によって、混合の程度が影響を受け、二種類のガスが均一に混合されていないという問題がある。特に、流量が大きく異なる二種類のガスが混合容器内に導入されると、混合容器内部で、二種類のガスが別々の領域に位置し、得られた混合ガスで薄膜を形成すると、膜厚分布が悪い薄膜しか得られない。 However, there is a problem that the degree of mixing is affected by the position where the pipe is connected to the mixing container, and the two types of gases are not uniformly mixed. In particular, when two types of gases with greatly different flow rates are introduced into the mixing vessel, the two types of gases are located in different regions within the mixing vessel, and when a thin film is formed with the obtained mixed gas, the film thickness Only thin films with poor distribution can be obtained.
特に、近年では半導体素子に用いるSiO2膜の材料として、TEOSを原料とするプラズマCVD方法が広く用いられており、TEOSガスと酸素ガスとが混合容器の内部で混合された後、プラズマ化される。
TEOS等、常温で液体となる物質をガス化して気体輸送する場合は、その気体圧力はその物質がもつ蒸気圧と温度で決定される。In particular, in recent years, a plasma CVD method using TEOS as a raw material has been widely used as a material for a SiO 2 film used for a semiconductor element. After a TEOS gas and an oxygen gas are mixed inside a mixing vessel, the plasma is converted into plasma. The
When a substance that is liquid at room temperature, such as TEOS, is gasified and transported in gas, the gas pressure is determined by the vapor pressure and temperature of the substance.
気体輸送を行う場合、蒸発場所(又は昇華場所)での原料ガスの圧力は高い方が装置設計上都合が良いが、装置の温度を一定以上に保つ事は装置構成上難しい。従って、常温で液体や個体となる物質の蒸気圧、つまり輸送する原料ガスの圧力には上限が存在する。 When performing gas transportation, it is convenient in terms of device design that the pressure of the raw material gas at the evaporation site (or sublimation site) is high, but it is difficult to maintain the temperature of the device at a certain level or more. Therefore, there is an upper limit to the vapor pressure of a substance that becomes a liquid or solid at room temperature, that is, the pressure of the material gas to be transported.
一般に、液体のTEOSの蒸気圧は、2600Pa以上の値を確保する事は難しいため、TEOSガスの生成場所の圧力と混合容器内の圧力との間の差圧は小さくなるから、ガスボンベに高圧で充填された酸素ガスの流量を増加させることは簡単であるが、TEOSガスの流量を増加させることは困難である。
混合容器を用いた従来技術が下記文献に記載されている。In general, the vapor pressure of liquid TEOS is difficult to ensure a value of 2600 Pa or higher, so the differential pressure between the pressure at the TEOS gas generation site and the pressure in the mixing vessel is small. Although it is easy to increase the flow rate of the filled oxygen gas, it is difficult to increase the flow rate of the TEOS gas.
Prior art using a mixing vessel is described in the following document.
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、二種類のガスを均一に混合できる混合器と、その混合器を用いた真空処理装置を提供することにある。 The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide a mixer capable of uniformly mixing two kinds of gases and a vacuum processing apparatus using the mixer. It is in.
上記課題を解決するため、本発明は、内部の空間が外部の雰囲気から分離された混合容器と、根元側に導入された第一ガスが先端側の第一筒開口から流出する筒形状の第一筒本体と、根元側に導入された第二ガスが先端側の第二筒開口から流出する筒形状の第二筒本体と、前記混合容器の壁に設けられた流出口と、を有し、前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面から離間して前記混合容器の内部に配置され、前記第二筒本体の少なくとも一部は、前記第二筒本体の外周側面が前記第一筒本体の内周側面とは非接触にされた状態で前記第一筒本体の内部に配置され、前記第一筒本体の内周側面と前記第二筒本体の外周側面との間の隙間を前記第一ガスが流れるようにされ、前記第二筒開口は、前記第一筒本体の内部に配置され、前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面から、前記第二筒開口よりも近い位置に配置され、前記第一筒本体と前記第二筒本体とは、互いに平行な直線に沿ってそれぞれ伸ばされており、前記第一筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第一ガスと、前記第二筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第二ガスとが前記流出口に入射しないように、前記流出口が配置され、前記第一、第二ガスは、前記第一筒開口から前記混合容器の内部に放出されて前記混合容器の内部であって前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記第一筒本体とを中心とするドーナツ状の混合空間で形成された前記第一、第二ガスの渦で混合され、前記第一、第二ガスが混合されて生成された混合ガスは、前記流出口から前記混合容器の外部に流出する混合器である。
本発明は、前記流出口は、前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記混合容器の壁面とが交叉した部分の壁面である交叉部分の外側の前記壁面に設けられた混合器である。
また、本発明は、前記流出口は、前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記混合容器の壁面とが交叉する位置に少なくとも一部が配置され、前記第一筒開口と前記流出口との間には邪魔板部材が設けられた混合器である。
本発明は、前記混合容器は直方体であり、前記混合容器の六個の壁のうち四個の壁の壁面は前記第一筒本体の外周と平行に配置されて前記第一筒本体の外周側面と対面された混合器である。
本発明は、前記第一筒本体と前記第二筒本体とは内周側面の断面形状が円形である混合器である。
本発明は、ガス供給装置と、混合器と、ガス移送管と、真空槽と、ガス放出装置と、を有し、前記ガス供給装置から前記混合器に第一ガスと第二ガスとが導入され、前記第一ガスと前記第二ガスとは前記混合器で混合されて混合ガスが生成され、生成された混合ガスは、前記ガス移送管によって前記混合器から前記ガス放出装置に移送され、前記ガス放出装置から前記真空槽の内部に放出され、前記真空槽の内部に配置された処理対象物が真空処理される真空処理装置であって、前記混合器は、内部の空間が外部の雰囲気から分離された混合容器と、根元側に導入された前記第一ガスが先端側の第一筒開口から流出する筒形状の第一筒本体と、根元側に導入された前記第二ガスが先端側の第二筒開口から流出する筒形状の第二筒本体と、前記混合容器の壁に設けられ、前記ガス移送管が接続される流出口と、を有し、前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面と離間して前記混合容器の内部に配置され、前記第二筒本体の少なくとも一部は、前記第二筒本体の外周側面が前記第一筒本体の内周側面と非接触にされた状態で前記第一筒本体の内部に配置され、前記第一筒本体の内周側面と前記第二筒本体の外周側面との間の隙間を前記第一ガスが流れるようにされ、前記第二筒開口は、前記第一筒本体の内部に配置され、前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面から、前記第二筒開口よりも近い位置に配置され、前記第一筒本体と前記第二筒本体とは、互いに平行な直線に沿ってそれぞれ伸ばされており、前記第一筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第一ガスと、前記第二筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第二ガスとが前記流出口に入射しないように、前記流出口が配置され、前記第一、第二ガスは、前記第一筒開口から前記混合容器の内部に放出されて前記混合容器の内部であって前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記第一筒本体とを中心とするドーナツ状の混合空間で形成された前記第一、第二ガスの渦で混合され、前記第一、第二ガスが混合されて生成された混合ガスは、前記流出口から前記ガス移送管の内部に流入する真空処理装置である。
本発明は、前記ガス供給装置は、原料物質を配置するガス生成容器と、前記ガス生成容器内の前記原料物質を加熱する加熱装置と、を有し、前記第一ガス又は前記第二ガスのいずれか一方のガスとして、前記原料物質が前記加熱装置によって加熱され、昇華又は蒸発によって生成された原料ガスが前記混合容器に供給され、他方のガスとして、少なくとも常温常圧において気体であるガスが前記混合容器に供給される真空処理装置である。
本発明は、前記真空槽内に放出された前記混合ガスに含有される前記第一ガスと前記第二ガスの化学反応により、前記真空槽の内部に配置された処理対象物表面に薄膜が形成される真空処理装置である。
本発明は、前記混合器から供給された前記混合ガスをプラズマ化するプラズマ装置が設けられた真空処理装置である。
本発明は、前記流出口は、前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記混合容器の壁面とが交叉した部分の壁面である交叉部分の外側の前記壁面に設けられた真空処理装置である。
本発明は、前記流出口は、前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記混合容器の壁面とが交叉した部分の壁面である交叉部分と少なくとも一部が重なるように配置され、前記第一筒開口と前記流出口との間には邪魔板部材が設けられた真空処理装置である。
本発明は、前記混合容器は直方体であり、前記混合容器の六個の壁のうち四個の壁の壁面は前記第一筒本体の外周と平行に配置されて前記第一筒本体の外周側面と対面された真空処理装置である。
さらに、本発明は、前記第一筒本体と前記第二筒本体とは内周側面の断面形状が円形である真空処理装置である。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a mixing container in which an internal space is separated from an external atmosphere, and a cylindrical first in which a first gas introduced to the root side flows out from a first cylinder opening on the tip side. A cylindrical main body, a cylindrical second cylindrical body through which the second gas introduced to the base side flows out from the second cylindrical opening on the tip side, and an outlet provided in the wall of the mixing container The first cylinder opening is disposed in the mixing container so as to be separated from the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening, and at least a part of the second cylinder main body is the second cylinder main body. The outer peripheral side surface of the first cylindrical main body is disposed in contact with the inner peripheral side surface of the first cylindrical main body, the inner peripheral side surface of the first cylindrical main body and the outer peripheral surface of the second cylindrical main body. The first gas is allowed to flow through a gap between side surfaces, and the second cylinder opening is formed inside the first cylinder body. Disposed, said first cylindrical opening, the wall of the mixing vessel the first cylindrical opening face, is positioned closer than the second cylindrical opening, and said first cylindrical body and the second tubular body Are respectively extended along straight lines parallel to each other, the first gas flowing out from the first cylinder opening into the mixing container and going straight, and the second cylinder opening into the mixing container The outflow port is disposed so that the second gas flowing out and going straight does not enter the outflow port, and the first and second gases are introduced into the mixing container from the first cylinder opening. A donut shape centered on the first cylinder main body and a virtual cylinder that is released and is virtually extended in the direction in which the first cylinder main body extends in the direction in which the first cylinder main body extends. the first formed by mixing space, are mixed in the vortex of a second gas, before First, a mixed gas the second gas is generated by mixing is a mixer for flow out of said mixing vessel from said outlet.
In the present invention, the outlet is a wall surface of a portion where a virtual cylinder obtained by virtually extending an outer peripheral side surface of the first cylinder body in a direction in which the first cylinder body extends and a wall surface of the mixing container intersect. It is a mixer provided in the said wall surface of the outer side of a crossing part.
Further, in the present invention, the outlet is at least at a position where a virtual cylinder obtained by virtually extending an outer peripheral side surface of the first cylinder main body in a direction in which the first cylinder main body extends and a wall surface of the mixing container intersect. A mixer in which a part is arranged and a baffle plate member is provided between the first cylinder opening and the outlet.
In the present invention, the mixing container is a rectangular parallelepiped, and wall surfaces of four walls among the six walls of the mixing container are arranged in parallel with the outer periphery of the first cylinder body, and the outer peripheral side surface of the first cylinder body It is a mixer faced with.
The present invention is a mixer in which the first cylinder main body and the second cylinder main body have circular inner cross-sectional shapes.
The present invention includes a gas supply device, a mixer, a gas transfer pipe, a vacuum chamber, and a gas discharge device, and the first gas and the second gas are introduced from the gas supply device into the mixer. The first gas and the second gas are mixed in the mixer to generate a mixed gas, and the generated mixed gas is transferred from the mixer to the gas discharge device by the gas transfer pipe, A vacuum processing apparatus in which an object to be processed, which is discharged from the gas releasing apparatus into the vacuum chamber and disposed inside the vacuum chamber, is vacuum-processed, and the mixer has an internal space in an external atmosphere. a first cylindrical body, said second gas introduced into the root side tip of the cylindrical shape and separated mixing vessel, said first gas introduced into the root side flows out from the first cylindrical opening in the distal end side from A cylindrical second cylinder body that flows out from the second cylinder opening on the side; An outlet port connected to the gas transfer pipe and connected to the gas transfer pipe, and the first cylinder opening is spaced apart from the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening. Disposed in the container, and at least a part of the second cylinder main body is configured such that the outer peripheral side surface of the second cylinder main body is not in contact with the inner peripheral side surface of the first cylinder main body. The first cylinder is disposed inside, and is configured to allow the first gas to flow through a gap between an inner peripheral side surface of the first cylinder main body and an outer peripheral side surface of the second cylinder main body, and the second cylinder opening The first cylinder opening is disposed inside the main body, the first cylinder opening is disposed at a position closer to the second cylinder opening than the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening, and the first cylinder main body and the first cylinder opening The two-cylinder main body is stretched along straight lines parallel to each other, and the mixing cylinder is opened from the first cylinder opening. The first gas flowing out into the container and going straight and the second gas flowing out into the mixing container and going straight from the second cylinder opening do not enter the outlet. An outlet is disposed, and the first and second gases are discharged from the first cylinder opening into the mixing container and are inside the mixing container and extend in the direction in which the first cylinder body extends. The first and second gas vortices formed in a donut-shaped mixing space centered on a virtual cylinder obtained by virtually extending the outer peripheral side surface of the cylinder main body and the first cylinder main body, The mixed gas generated by mixing the second gas is a vacuum processing apparatus that flows into the gas transfer pipe from the outlet.
In the present invention, the gas supply device includes a gas generation container in which a raw material is arranged, and a heating device that heats the raw material in the gas generation container, and the first gas or the second gas As one of the gases, the source material is heated by the heating device, the source gas generated by sublimation or evaporation is supplied to the mixing container, and the other gas is a gas that is a gas at least at normal temperature and pressure. It is a vacuum processing apparatus supplied to the said mixing container.
In the present invention, a thin film is formed on the surface of an object to be processed disposed inside the vacuum chamber by a chemical reaction between the first gas and the second gas contained in the mixed gas discharged into the vacuum chamber. Vacuum processing apparatus.
The present invention is a vacuum processing apparatus provided with a plasma apparatus for converting the mixed gas supplied from the mixer into plasma .
In the present invention, the outlet is a wall surface of a portion where a virtual cylinder obtained by virtually extending an outer peripheral side surface of the first cylinder body in a direction in which the first cylinder body extends and a wall surface of the mixing container intersect. It is the vacuum processing apparatus provided in the said wall surface outside a crossing part.
In the present invention, the outlet is a wall surface of a portion where a virtual cylinder obtained by virtually extending an outer peripheral side surface of the first cylinder body in a direction in which the first cylinder body extends and a wall surface of the mixing container intersect. The vacuum processing apparatus is arranged so that at least a part of the crossing portion overlaps, and a baffle plate member is provided between the first cylinder opening and the outlet.
In the present invention, the mixing container is a rectangular parallelepiped, and wall surfaces of four walls among the six walls of the mixing container are arranged in parallel with the outer periphery of the first cylinder body, and the outer peripheral side surface of the first cylinder body It is a vacuum processing apparatus that faces.
Furthermore, the present invention is a vacuum processing apparatus in which the first cylinder main body and the second cylinder main body have circular inner cross-sectional shapes.
本発明の混合器は、混合器に導入される互いに異なる種類の第一ガスと第二ガスとを均一に混合させることができる。特に、本発明の混合器は、第一ガスと第二ガスとの流量差が大きい場合でも第一ガスと第二ガスとを均一に混合することができる。 The mixer of the present invention can uniformly mix different types of first gas and second gas introduced into the mixer. In particular, the mixer of the present invention can uniformly mix the first gas and the second gas even when the flow rate difference between the first gas and the second gas is large.
また、第一又は第二ガスが、混合器の内部の圧力に近い圧力で混合器に供給される場合も、第一、第二ガスを均一に混合することができる。
また、小さな圧力損失で混合させることができる。
従って、本発明の真空処理装置は、処理対象物の表面を均一に真空処理することができる。Also, when the first or second gas is supplied to the mixer at a pressure close to the pressure inside the mixer, the first and second gases can be mixed uniformly.
Moreover, it can mix with a small pressure loss.
Therefore, the vacuum processing apparatus of the present invention can uniformly vacuum process the surface of the processing object.
図1(a)の符号2は、本発明の真空処理装置を示している。
この真空処理装置2は、真空槽24を有しており、真空槽24には、放出装置19と、ガス供給装置4と、本発明の第一実施例である混合器3とが設けられている。The code |
The
真空槽24には、真空排気装置33が接続されており、真空排気装置33によって真空槽24の内部を真空排気すると、混合器3の内部も真空排気されるようになっている。
混合器3とガス供給装置4とは、真空槽24の外部に配置されている。An
The
ガス供給装置4は、補助原料ガス供給装置8と、主原料ガス供給装置9とを有している。
補助原料ガス供給装置8は、ここではガスボンベであり、補助原料ガス供給装置8には、常温(「常温」は5℃−35℃の温度を意味する。:日本工業規格 JIS Z 8703)且つ常圧(「常圧は」は1013hPaの圧力を意味する。)において気体である補助原料ガスが充填されている。The
The auxiliary raw material
主原料ガス供給装置9は、ガス生成容器5と、原料物質6と、加熱装置7とを有している。原料物質6はガス生成容器5の内部に配置されており、真空排気装置33によってガス生成容器5の内部が真空排気された状態で、加熱装置7によってガス生成容器5が加熱されると、原料物質6が昇温し、昇華温度又は蒸発温度になると、昇華又は蒸発によって原料物質6の気体である主原料ガスが生成される。加熱装置7によって、原料物質6を直接加熱して、昇華又は蒸発によって原料物質6の気体である主原料ガスを発生させるようにしてもよい。
The main raw material gas supply device 9 includes a gas generation container 5, a raw material 6, and a
補助原料ガス供給装置8と主原料ガス供給装置9とのうち、いずれか一方の装置は第一配管26によって混合器3に接続され、他方の装置は第二配管27によって混合器3に接続されており、補助原料ガス供給装置8から供給される補助原料ガスと、主原料ガス供給装置9から供給される主原料ガスとのうち、いずれか一方のガスが、第一ガスとして、第一配管26を通って混合器3に供給され、他方のガスが、第二ガスとして第二配管27を通って混合器3に供給される。
One of the auxiliary source
真空槽24の内部と混合器3の内部とは真空排気装置33によって真空排気されており、第一、第二ガスが混合器3に供給されても、混合器3と真空槽24の内部は真空雰囲気が維持されている。
The inside of the
図2は混合器3の構造を示している。
混合器3は、内部の空間が外部の雰囲気から分離された混合容器10を有しており、混合容器10の内部の空間には、内部中空で断面円形である筒形状の第一筒本体11が配置されている。第一筒本体11の筒形状の内側には、内部中空で断面円形である筒形状の第二筒本体12が配置されている。混合容器10は直方体であり、長手方向に伸びる四面のうち、最大面積であって互いに平行な二面が水平に配置されている。第一筒本体11と第二筒本体12とは、筒形状の中心軸線が水平であるように配置されている。図2は、混合器3の水平断面図であり、上方から断面を見た場合の図である。FIG. 2 shows the structure of the
The
本実施例の混合器3は小室21を有しており、第一配管26は小室21に接続され、第一配管26を通った第一ガスは真空排気された小室21の内部22に導入されるようになっている。
小室21の壁には小孔23が設けられており、小室21の壁には、第一筒本体11の一端が、第一筒本体11の中空部分が小孔23に接続されるように固定され、第一筒本体11の他端は、混合容器10の内部に配置されている。小室21の内部は、第一筒本体11によって、混合容器10の内部に接続され、第一配管26によって小室21の内部に導入された第一ガスは、第一配管26を通過して、混合容器10の内部に供給されるようになっている。小室21の内部は、第一筒本体11以外の部分では、小室21は混合容器10の内部から分離されている。
ここでは、混合容器10の壁のうち、混合容器10の外部の雰囲気に接する壁は、小室21の壁にされており、その小室21の壁には第一、第二導入口37、38が設けられている。第一配管26の先端は第一導入口37に接続され、第一配管26を通った第一ガスは第一導入口37から小室21の内部22に導入されるようになっている。The
A
Here, of the walls of the mixing
小孔23は、小室21の壁のうち、混合容器10の内部の雰囲気に接触する壁に形成されている。
The
第二筒本体12は、第二導入口38と小孔23とに挿通され、第二筒本体12の先端側の少なくとも一部分は、第一筒本体11の内部に位置するようにされており、第一筒本体11の外周側面と第二筒本体12の内周側面との間には、隙間47が形成されている。
第一導入口37の縁部分と第一配管26の先端との間と、第二導入口38の縁部分と第二筒本体12の外周面との間とは、気密にされ、小室21の内部や混合容器10の内部には、第一、第二導入口37、38から大気が侵入しないようにされている。
ここでは、第二筒本体12のうち、第一筒本体11に挿入され、第一筒本体11の内部に位置する部分の外周側面は、第一筒本体11の内周側面と非接触にされている。The second cylinder
The space between the edge portion of the
Here, the outer peripheral side surface of the portion of the second cylinder
第一筒本体11の内周側面と第二筒本体12の外周側面との間に形成された隙間47は、根元側の部分が小室21の内部空間に接続されており、小室21に導入された第一ガスは、隙間47の根元側から第二筒本体12の外周側面と第一筒本体11の内周側面との間の部分である隙間47内に導入される。
A
第一筒本体11の混合容器10の内部に位置する先端には、第一筒開口45が設けられており、第二筒本体12の先端側には、第二筒開口46が設けられている。
第二筒本体12の根元側は第二配管27に接続され、第二筒本体12の内部と第二配管27の内部とが第二導入口38を介して接続されており、第二導入口38から第二筒本体12の内部に、第二配管27を通った第二ガスが導入される。A
The base side of the
第二筒開口46は、第一筒本体11の内部中空部分に位置しており、第二筒開口46からは、第一筒本体11の内部に第二ガスが流出する。
The second cylinder opening 46 is located in the inner hollow portion of the
第一筒本体11の内部の中空部分であって、第一筒開口45と第二筒開口46との間の部分を助走空間48と呼ぶと、第二ガスは、第二筒開口46から助走空間48に流出する。
When the hollow portion inside the
隙間47は、第二筒開口46の周囲で助走空間48に接続されており、隙間47を流れた第一ガスは、隙間47の助走空間48に接続された部分から助走空間48に流出する。
助走空間48は、第一筒本体11によって取り囲まれており、助走空間48に流出した第一、第二ガスは広がることができない。The
The run-up
助走空間48に流出した第一ガスが流れる方向は、隙間47を流れていたときと同じ方向であり、助走空間48に流出した第二ガスが流れる方向も、第二筒本体12の内部を流れていたときと同じ方向である。
The direction in which the first gas flowing out into the run-up
第一、第二筒本体11、12は、太さが一定の管であり、直線状に伸ばされており、隙間47の内部の第一ガスは第一筒本体11が伸びる方向に沿って直進し、第二筒本体12の内部の第二ガスは第二筒本体12が伸びる方向に沿って直進する。助走空間48内では、第一、第二ガスは、助走空間48に流出する直前と同じ方向に流れる。第二ガスは、筒状に流れている第一ガスの内側を流れるため、助走空間48の内部では、第二ガスは第一ガスによって周囲を包まれた状態で流れ、第一、第二ガスは、第二ガスが第一ガスに包まれた状態で、第一筒開口45から、混合容器10の内部に流出する。
The first and second cylinder
第一筒開口45から流出した第一、第二ガスの周囲には第一筒本体11は位置していないから、従って、第一筒開口45から流出した第一、第二ガスの流れは広がるが、その広がりは小さいので、第一筒開口45から流出した第一、第二ガスは、助走空間48を流れていたときと同じ方向に直進すると見做すことができる。
Since the first cylinder
隙間47の形状はドーナツ状であり、助走空間48内では、隙間47から流出した第一ガスは第二ガスの周囲を流れており、第二ガスは、第一ガスによって包まれた状態で流れている。
図2の符号29は、第一筒本体11の外周側面を、第一筒本体11が伸びる方向に仮想的に延長したときの筒である仮想筒を示しており、第一、第二ガスは、この仮想筒29が伸びる方向に直進する。The shape of the
2 indicates a virtual cylinder which is a cylinder when the outer peripheral side surface of the first cylinder
混合容器10の壁には、ガス移送管25の一端に接続された流出口28が設けられている。ガス移送管25の他端は放出装置19に接続されており、混合容器10の内部空間と、放出装置19の内部空間とは、流出口28及びガス移送管25とによって接続されている。
An
仮想筒29は、混合容器10の壁面のうち、第一筒開口45と対面している壁面と交叉しており、流出口28は、壁面のうち、仮想筒29が壁面に交叉して形成される部分である交叉部分14よりも外側に位置する部分の壁面に設けられている。
The
第一筒本体11が伸びる方向と第二筒本体12が伸びる方向とは平行であり、第一筒開口45から流出した第一、第二ガスは、第一筒本体11が伸びる方向と平行な方向に直進する。直進した第一、第二ガスが流出口28の中に流入することはない。
The direction in which the first cylinder
第一筒開口45から流出した第二ガスは、第一ガスによって包まれた状態で混合容器10内を流れて仮想筒29が交叉する壁面に衝突する。壁面に衝突した第二ガスは壁面に沿って四方に向けて流れるため、四方に向けて流れる第二ガスに衝突した第一ガスは、壁面に沿って広がる第二ガスによって壁面に衝突しなくても壁面に沿った四方に向けて流れるようになる。
その結果、第一筒開口45から流出した第一、第二ガスの両方が第一筒開口45と対向する壁面に沿って広がる。The second gas flowing out from the
As a result, both the first and second gases flowing out from the
仮想筒29の周囲と第一筒本体11の周囲とには、仮想筒29と第一筒本体11とを中心とするドーナツ状の混合空間13が設けられている。
第二ガスが衝突した壁面に沿って広がった第一、第二ガスは、混合容器10の他の壁面に衝突し、また、第一筒本体11の外周表面に衝突し、第一、第二ガスの流れる方向が変わり、第一、第二ガスは、混合空間13の内部に進入し、混合空間13の中に、第一、第二ガスの渦が形成される。この渦が形成されると、混合空間13の内部を流れる第一、第二ガスは、渦を形成することによって均一に混合され、混合ガスが生成される。Around the
The first and second gases that have spread along the wall surface with which the second gas has collided collide with the other wall surface of the mixing
生成された混合ガスは混合空間13から流出口28に流入し、ガス移送管25を通って放出装置19に移動する。
放出装置19は、内部に空洞39が設けられた放出容器35を有しており、ガス移送管25内を移動した混合ガスは空洞39に導入される。The generated mixed gas flows into the
The
真空槽24の内部には、台31が配置されており、台31上には、基板等の処理対象物30が配置されている。放出容器35の表面のうち、少なくとも一面は真空槽24の内部に配置されており、その面は台31が位置する方向に向けられている。
A
台31が位置する方向に向けられた放出容器35の面には、複数の放出口36が形成されており、空洞39に導入された混合ガスは放出口36から処理対象物30に向けて真空槽24の内部に放出される。この真空処理装置2では、放出容器35は、プラズマ用電源で構成されたプラズマ装置34に接続されており、プラズマ装置34が放出容器35に電圧を印加すると混合ガスのプラズマが生成され、第一ガスと第二ガスとが化学反応し、固体が生成されると、処理対象物30の表面に生成された固体から成る薄膜が成長する。
A plurality of
薄膜が所定膜厚に成長したところでプラズマ装置34の電圧出力を停止し、第一、第二配管26,27に設けられたバルブを閉じ、真空槽24内部への混合ガスの供給を停止し、処理対象物30を真空槽24の外部に移動させ、未処理の処理対象物30を真空槽24の内部に搬入し、台31上に置き、バルブを開けて、放出装置19によって真空槽24の内部に混合ガスを供給し、プラズマ装置34から電圧を出力させ、混合ガスのプラズマを形成して、処置対象物30の表面に薄膜を形成する。
このように、第一,第二ガスから混合ガスを生成し、真空雰囲気中で混合ガスのプラズマを発生させ、複数の処理対象物30に薄膜を形成する。When the thin film has grown to a predetermined thickness, the voltage output of the
In this way, a mixed gas is generated from the first and second gases, plasma of the mixed gas is generated in a vacuum atmosphere, and thin films are formed on the plurality of objects to be processed 30.
上記混合器3では流出口28は、第一筒開口45が直接対面する壁面に設けられていたが、流出口28は、第一筒開口45から流出して直進する第一、第二ガスが流入しない位置に配置されていればよく、また、仮想筒29が交叉する壁面以外の壁面に配置されていてもよい。
In the
<他の例の真空処理装置>
図1(b)の符号2aは本発明の他の例の真空処理装置を示している。
図1(b)、図3の混合器3aは、第一、第二筒本体11a,12aの第一、第二筒開口45a、46aが混合容器10の内部に配置されており、流出口28aは、第一筒開口45aが直接対面する壁面に垂直な壁面に設けられており、第一実施例の混合器3を変形した第二実施例の混合器3aである。<Vacuum processing apparatus of another example>
In the
下記に示す様に、TEOSガス質量分率の評価値から、通常は第一ガスには、液体のTEOS(テトラエトキシシラン:分子量208.37)を蒸発させて生成したTEOSガスを用い、第二ガスには、ボンベに充填された酸素ガス(O2:分子量31.99)を用いるが、上記例では、第一ガスには、ボンベに充填された酸素ガスを用い、第二ガスには、液体のTEOSを蒸発させて生成したTEOSガスを用いている。As shown below, from the evaluation value of the TEOS gas mass fraction, a TEOS gas generated by evaporating liquid TEOS (tetraethoxysilane: molecular weight 208.37) is usually used as the first gas. As the gas, oxygen gas (O 2 : molecular weight 31.99) filled in a cylinder is used. In the above example, the oxygen gas filled in the cylinder is used as the first gas, and the second gas is used as the second gas. A TEOS gas generated by evaporating liquid TEOS is used.
<第一、第二ガスの交換>
図10(a)は、図3の第二実施例の混合器3aに、導入例1として、第一ガスにTEOSガスを用い第二ガスに酸素ガスを用いて第一、第二筒本体11a,12aにそれぞれ導入し、流出口28aに流出させたときの混合容器10の内部の複数の算出場所でのTEOSガスの質量と酸素ガス質量を分布シミュレーションによって算出し、次式、
TEOSガス質量分率=TEOSガス質量/(TEOSガス質量+酸素ガス質量)
から混合容器10の内部の算出場所でのTEOSガス質量分率を求め、図10(a)のTEOSガスの質量分率分布図を作成した。<Exchange of first and second gas>
FIG. 10 (a) shows the first and second cylinder
TEOS gas mass fraction = TEOS gas mass / (TEOS gas mass + oxygen gas mass)
From this, the TEOS gas mass fraction at the calculation location inside the mixing
そして、分布図を作成すると共に、混合溶器10の内部から流出口28aに流出する場所でのTEOSガスの質量分率の値のうち、最大値をA、最小値をBとしたときに、次式、
評価値(%)=±(A−B)/(A+B)×100
によってTEOSガスの質量分率分布の評価値を算出した。And while creating a distribution map and setting the maximum value as A and the minimum value as B among the mass fraction values of the TEOS gas at the location flowing out from the inside of the mixing
Evaluation value (%) = ± (A−B) / (A + B) × 100
Was used to calculate the evaluation value of the mass fraction distribution of the TEOS gas.
なお、図10(a)及び質量分率分布を示す後述の他の図と、後述の質量分布段階の境界線を示す各図とでは、流出口は省略する。同図(a)及び質量分率分布を示す後述の各図中では、TEOSガス質量分率の値を4段階に分けて模様付けして示している。これらの模様とTEOSガス質量分率との関係は図19に示した。 In addition, an outflow port is abbreviate | omitted in Fig.10 (a) and the other figure mentioned later which shows mass fraction distribution, and each figure which shows the boundary line of the mass distribution stage mentioned later. In the figure (a) and later-described figures showing the mass fraction distribution, the TEOS gas mass fraction values are shown in four stages. The relationship between these patterns and the TEOS gas mass fraction is shown in FIG.
図10(a)の質量分率分布図は、酸素ガスはTEOSガスよりも大きな流量で第一又は第二筒本体11a,12aに流れたものとして質量分率分布図が求められており、ここでは、TEOSガスとO2ガスの流量比は12:600とし、また、混合容器10の内部は2000Paとして混合容器10内の質量分率分布が計算されている。The mass fraction distribution diagram of FIG. 10 (a) is obtained by assuming that the oxygen gas flows into the first or
以下の実施例と比較例のTEOSガスと酸素ガスは、この図10(a)と同じ圧力で第一、第二筒本体11a,12aに導入されたとして質量分率の分布図が求められている。
図10(a)を見ると分かるように、この導入例1では、混合空間13に形成される渦によって、第一ガスと第二ガスとは均一に混合される。
流出口28aから供給される混合ガス中のTEOSガスの質量分率分布の評価値は、±0.48%の値である。Since the TEOS gas and oxygen gas of the following examples and comparative examples were introduced into the first and
As can be seen from FIG. 10A, in this introduction example 1, the first gas and the second gas are uniformly mixed by the vortex formed in the mixing
The evaluation value of the mass fraction distribution of the TEOS gas in the mixed gas supplied from the
図10(b)は、第一、第二筒本体11a,12aと壁面とに関する距離と、図10(a)から模様を除去したときの隣接するTEOSガス質量分率の値の段階を示す境界線が示されている。
FIG. 10B shows the distance between the first and second cylinder
第一ガスは隙間47の中で20mmの距離を流れた後、第一、第二ガスは、助走空間48の中で42.5mmの距離を流れ、第一筒開口45aから流出して52.5mmの距離を流れて、第二ガスが混合容器10の壁面に衝突している。
After the first gas flows a distance of 20 mm in the
図10(a)は、隙間47を通る第一ガスの方が第二筒本体12aを通る第二ガスよりも低流量(低圧力)の場合の質量分率分布が示されているが、それとは逆に、導入例2として、同じ混合器3aの第一ガスには酸素ガスを導入し、第二ガスとしてTEOSガスを導入し、第二筒本体12aを通る第二ガスが、隙間47を通る第一ガスの方よりも低流量(低圧力)にした。
FIG. 10A shows a mass fraction distribution in the case where the first gas passing through the
その導入例2のTEOSガスの質量分率分布の境界を図11(a)、(b)に示す。図11(a)の質量分率分布は、図10(a)の質量分率分布と同程度の分布であり、同程度に混合されている。図11(a)の場合は、流出口28aから供給される混合ガス中のTEOSガスの質量分率分布の評価値は、±0.42%の値である。
The boundaries of the mass fraction distribution of TEOS gas in the introduction example 2 are shown in FIGS. The mass fraction distribution in FIG. 11A is the same as the mass fraction distribution in FIG. 10A and is mixed to the same degree. In the case of FIG. 11 (a), the evaluation value of the mass fraction distribution of the TEOS gas in the mixed gas supplied from the
次に、図10(a)、図11(a)の質量分率分布を測定したときの第一筒本体11aを20mm短くし、導入例1と同じく、第一ガスにはTEOSガスを用い、第二ガスには酸素ガスを用い、質量分率分布を算出した。質量分率分布は図12(a)に示し、異なる値の境界と寸法を同図(b)に示す。第一筒本体11aの長さ以外の寸法は図10(b)と同じである。
Next, the first cylinder
第一筒本体11aを短くしたため、図12(a)の質量分率の分布は、第一筒本体11aに平行な二壁面のうち、第一筒本体11aに近い壁面付近で不均一になっており、図10(a)の質量分率の分布よりも均一性が悪い。それは渦流が形成される空間である混合空間13の中央付近に第一筒開口45aを配置しなかったためと言える。
Since the
第一筒開口45aの適切な位置は、混合溶器10の壁面に加え、小室21の壁面と後述の邪魔板部材44の表面とを「壁面」とし、第一、第二筒本体11a、12aが伸びる方向の混合溶器10内の混合空間13を形成する二壁面間の距離である混合空間距離Lを“1”としたときに、第一、第二筒本体11a、12aの根元側の壁面から2/5以上3/5以下の距離の範囲内に位置する。
Appropriate positions of the
図10(a)から混合空間13の中央は小室21から57.5mm離間した位置となり、2/5以上3/5以下の範囲に対応する位置は46mm以上69mm以下の範囲となるから、図10(a)の第一筒開口45aは、混合容器10から見れば2/5以上3/5以下の距離の範囲内に位置しているが、混合空間13の中央位置から見ると範囲外となる。
10A, the center of the mixing
しかし、流出口28aから供給される混合ガス中のTEOSガスの質量分率分布の評価値は、±0.93%の値であり、分布の値は、第一ガスと第二ガスとは比較的均一に混合されていると判断できる範囲内の値であるから、流出口28aは、第一筒本体11aに平行な二壁面のうち、遠い方の壁面近くに設ける必要性を考慮するなど、求める質量分率分布の度合いに応じて配置を選択する必要が出る。しかし、図10の構成であればこのような注意をする必要が無い。
However, the evaluation value of the mass fraction distribution of the TEOS gas in the mixed gas supplied from the
次に、図12の寸法の混合器3aに、第一ガスには酸素ガスを用い、第二ガスにはTEOSガスを用いた場合(導入例2)の質量分率分布の境界線を図13(a)、(b)に示す。
図13(a)から、流出口28aは、第一筒開口45aと対面する壁面の中央に設ければ良いことが分かる。流出口28aから供給される混合ガス中のTEOSガスの質量分率分布の評価値は±1.04%の値であり、第一ガスと第二ガスとは比較的均一に混合されていると判断できる。Next, the boundary line of the mass fraction distribution when oxygen gas is used as the first gas and TEOS gas is used as the second gas (Introduction Example 2) in the
From FIG. 13 (a), it is understood that the
<第三実施例>
以上説明した混合器3、3aでは、第一ガスを混合容器10内部に設けた小室21に導入し、小室21内の第一ガスを隙間47に移動させていたが、図4に示す第三実施例の混合器3bの様に、小室21を設けずに、混合容器10の外部にも隙間47を形成して混合容器10の外部で第一ガスを隙間47に導入してもよい。<Third embodiment>
In the
この場合の第一、第二筒本体11b,12bの第一、第二筒開口45b、46bは混合容器10の内部に配置されているが、隙間47は混合容器10の外部でも形成されているから、第一、第二筒本体11b、12bには、混合容器10の外部で隙間47を形成する部分も含まれる。
In this case, the first and
<第四実施例>
上記第三実施例の混合器3bのように混合容器10の外部にも第一、第二筒本体11b,12bが伸ばされている場合は、図5の第四実施例の混合器3cのように、第一筒本体11cを混合容器10の内部と外部に位置させ、第一筒開口45cを混合容器10の内部に位置させ、他方、第二筒本体12cを第一筒本体11cの外部の部分に挿入させ、第二筒開口46cを、混合容器10の壁と同じ位置か、又は混合容器10の壁の外に位置させることもできる。<Fourth embodiment>
When the first and
この混合器3cの質量分率分布を図14に示す。第一ガスはTEOSガスであり、第二ガスは酸素ガスである(導入例1)。第一筒開口45cが2/5以上3/5以下の範囲内に位置するため、良好な混合が可能であり、均一な混合になっている。
The mass fraction distribution of the
<第五実施例>
第一〜第四実施例の混合器3,3a〜3cでは、流出口28、28aは、仮想筒29と混合容器10の壁面とが交叉する部分14の外側に設けられていたが、図6の第五実施例の混合器3dは、流出口28は、図2の第一実施例の混合器3で、第一筒本体11dが伸びる方向に第一筒本体11dの外周側面を仮想的に延長させた仮想筒29と混合容器10の壁面とが交叉した部分の壁面である交叉部分14と、全部又は少なくとも一部が重なるように配置されている。<Fifth embodiment>
In the
そして、第五実施例の混合器3dでは、第一筒開口45dと流出口28との間に邪魔板部材44が配置されている。
邪魔板部材44は、第一筒開口45dと流出口28との間に位置し、且つ、第二筒開口46dと流出口28との間とに位置しており、第二筒開口46dから放出されて第二筒本体12dが伸びる方向と平行な方向に直進する第二ガスは、邪魔板部材44の表面に衝突し、邪魔板部材44の表面に沿った方向に広がる。And in the
The
第一筒開口45dから放出されて第一筒本体45dが伸びる方向と平行な方向に直進する第一ガスは、邪魔板部材44の表面に沿って広がる第二ガスによって邪魔板部材44の表面に沿った方向に流され、又は、邪魔板部材44の表面に衝突して邪魔板部材44の表面に沿った方向に流されるので、第一筒開口45dから放出されて直進する第一、第二ガスは流出口28に流入せずに混合空間13で混合され、第一ガスと第二ガスとが均一に混合された混合ガスが流出口28に流入して放出装置19に供給される。
The first gas discharged from the
第一〜第四実施例の混合器3,3a〜3cでは、流出口28,28aは混合容器10の壁面のうち、交叉部分14の外側の壁面に設けられている。交叉部分14の外側の壁面には、混合容器10の壁面のうち、第一筒開口45が直接対面する壁面以外の壁面が含まれる。
第一筒開口45,45a〜45cでは、第一筒開口45,45a〜45cの混合容器10の壁面との間には、邪魔板部材44は配置されていない。In the
In the
第一〜第四実施例の混合器3,3a〜3cの混合容器10と、第五実施例の混合器3dの混合容器10とが同じ大きさの場合は、第一〜第四実施例の第一筒開口45,45a〜45cと第一筒開口45,45a〜45cが対面する壁面との間の距離よりも、第五実施例の第一筒開口45dと邪魔板部材44との間の距離の方が短くなる。
When the mixing
邪魔板部材44と第五実施例の第一筒開口45dとの間の距離を大きくしようとすると、邪魔板部材44は、流出口28に近づき、流出口28付近のコンダクタンスが小さくなるため、排出の際の圧力損失が大きくなる。
従って、圧力損失が大きくならないように、邪魔板部材44の大きさ、位置、流出口28の大きさ、位置等を求めれば良い。If it is attempted to increase the distance between the
Therefore, the size and position of the
<第一、二比較例>
次に、本発明の比較例を説明する。
図7の第一比較例の混合器103aと図8の第二比較例の混合器103bのように、第一筒開口145a、145bと、第二筒開口146a、146bとを、同一平面上に位置させ、助走空間を有しない混合器103a、103bを作成し、質量分率分布を算出した。<First and second comparative examples>
Next, a comparative example of the present invention will be described.
Like the
図7の混合器103aでは、第一筒本体111aと第二筒本体112aとは、混合容器10内に突き出されておらず、図8の混合器103bでは、第一筒本体111bと第二筒本体112bとは混合容器10内に突き出されている点で異なる構造になっているが、助走空間を有しない点で同じである。
In the
図7、図8の第一、二比較例の混合器103a、103bでは、第一ガスにはTEOSガスを用い、第二ガスには酸素ガスを用いた。
第一比較例の混合器103aのTEOSガスの質量分率分布は図15に示し、第二比較例の混合器103bのTEOSガスの質量分率分布は図16に示す。
いずれの場合も、第一ガスは隙間47の全周から均一には放出されておらず、混合容器10内で均一に混合されないことが分かる。In the
The mass fraction distribution of TEOS gas in the
In any case, it can be seen that the first gas is not uniformly released from the entire circumference of the
第一、第二比較例の混合器103a、103bから放出装置19に供給される混合ガス中のTEOSガスは、図15の第一比較例の混合器103aの混合ガスのTEOSガスの質量分率分布の評価値は±3.36%の値であり、図16の第二比較例の混合器103bのTEOSガスの質量分率分布の評価値は±0.69%の値である。
The TEOS gas in the mixed gas supplied from the
<第三比較例>
次に、図9に示す第三比較例の混合器103cのように、第一筒本体111cを混合容器10の内部に突き出させて第一筒開口145cを混合容器10の内部に位置させ、第二筒本体112cを、第一筒本体111cの第一筒開口145cから混合容器10の内部に突き出させ、第二筒開口146cを、第一筒開口145cよりも、対面する壁面近くに位置させた。<Third comparative example>
Next, as in the
図17(a)、(b)は、第三比較例の混合器103cに、第一ガスとしてTEOSガスを用い、第二ガスとして酸素ガスを用いたときのTEOSガスの質量分率分布である。
図17では、第二筒開口146cと、第二筒開口146cに近い壁面との間に酸素ガスによる渦が形成され、隙間47からその部分に供給されるTEOSガスが酸素ガスの渦に押されて隙間47から流出しにくくなり、第一、第二ガスは均一に混合されていないことが分かる。放出装置19に供給される混合ガスのTEOSガスの質量分率分布の評価値は、±2.5%の値である。FIGS. 17A and 17B are mass fraction distributions of TEOS gas when TEOS gas is used as the first gas and oxygen gas is used as the second gas in the
In FIG. 17, a vortex by oxygen gas is formed between the second cylinder opening 146c and the wall surface close to the second cylinder opening 146c, and the TEOS gas supplied to the portion from the
図18(a)、(b)は、図17(a)、(b)とは逆に、第一ガスとして酸素ガスを用い、第二ガスとしてTEOSガスを用いたときの、TEOSガスの質量分率分布である。
隙間47の先端と、隙間47の先端に近い壁面との間には、隙間47の先端から供給される酸素ガスの渦が形成され、突き出された第二筒本体112cの周囲には複雑な質量分率分布が形成される。その結果、TEOSガスと酸素ガスとが、第二筒開口146cに対向する壁面と垂直に交叉するように入射せず、不均一に混合されている。
なお、混合ガス中のTEOSガスの質量分率分布の評価値は、±1.8%の値である。18 (a) and 18 (b) show the mass of TEOS gas when oxygen gas is used as the first gas and TEOS gas is used as the second gas, contrary to FIGS. 17 (a) and (b). It is a fraction distribution.
A vortex of oxygen gas supplied from the tip of the
The evaluation value of the mass fraction distribution of the TEOS gas in the mixed gas is a value of ± 1.8%.
<混合の他の例>
以上の質量分率分布図とその評価値とから、流量に差がある二種類のガスを混合させる場合、本発明の混合器3,3a〜3dでは、高流量(高圧力)のガスと低流量(低圧力)のガスのいずれを第一ガスとし他方を第二ガスとしても、均一に混合される。<Other examples of mixing>
From the above mass fraction distribution diagram and its evaluation value, when mixing two kinds of gases having a difference in flow rate, in the
また、以上説明した本発明の混合器3,3a〜3dの第一、第二筒本体11,11a〜11d,12,12a〜12dは断面円形であったが、多角形であってもよく、正多角形であればもっとよい。
Moreover, although the 1st, 2nd cylinder
以上の比較例一〜三の質量分率分布の計算結果により、助走空間48がない混合器103a〜103cでは第一筒本体111a〜111cと第二筒本体112a〜112cを用いても、第一、第二ガスは均一に混合されないことが分かるが、助走空間48を設けても、助走空間48中を第一、第二ガスが流れる距離が短い場合は均一に混合されないと考えられる。最適な助走空間48の長さは、用いる混合容器10の内部の寸法や、第一、第二筒本体11,11a〜11d,12,12a〜12dの太さや長さが影響を与えるので、混合容器10の大きさ等が変わると、最適な助走空間48の長さは算出し直すとよい。
According to the calculation results of the mass fraction distributions of Comparative Examples 1 to 3 above, the
また、混合容器10が直方体の場合は第一筒開口45,45a〜45dの適切な位置は、混合溶器10の壁面と、小室21の壁面と、邪魔板部材44の表面とを「壁面」とし、第一、第二筒本体11,11a〜11d、12,12a〜12dが伸びる方向の混合溶器10内の混合空間13を形成する二壁面間の距離である混合空間距離Lを“1”としたときに、第一、第二筒本体11,11a〜11d,12,12a〜12dの根元側の壁面から2/5以上3/5以下の距離の範囲内に位置する。第一〜第五実施例の混合器3,3a〜3dの混合容器10内で混合空間13に安定した渦ができ、第一、第二ガスが均一に混合された質量分率の分布が算出される。
Further, when the mixing
更に、助走空間48の、第一、第二ガスが流れる方向の長さは、混合容器10の、第一、第二筒本体11,11a〜11d,12,12a〜12dが伸びる方向と平行な辺の長さの1/5以上にすると第一、第二ガスが均一に混合された分布を算出することができる。
Furthermore, the length of the running
第一筒開口45,45a〜45dが対面する壁面との間の距離についても、最適な値は、混合容器10の内部の寸法や、第一、第二筒本体11,11a〜11d,12,12a〜12dの太さや長さが影響を与えるので、混合容器10の内部の寸法等が変わると、最適な距離の値は算出し直すとよい。
As for the distances between the
混合空間距離Lと垂直な方向の長さであって、第一筒本体11,11a〜11dの外周と、混合溶器10の壁面との間の距離を混合空間13の幅とすると、その幅の最小値は、第一筒開口45,45a〜45dの直径(内径)Dの2倍以上の長さが望ましいので、寸法変更によって、混合空間13の幅の最小値が第一筒開口45,45a〜45dの直径Dの2倍未満になったときには、寸法を算出し直すと良い。
The width in the direction perpendicular to the mixing space distance L, where the distance between the outer circumference of the first cylinder
なお、上記実施例では、混合器3,3a〜3dでTEOSガスと酸素ガスとを混合させたが、他の種類のガスも混合させることができる。特に、昇華又は蒸発によって生成された原料ガスと、常温では気体であるガスとのうち、一方のガスが第一ガス、他方のガスが第二ガスにされればよい。
また、上記真空処理装置2では、プラズマを用いて薄膜を形成したが、プラズマを用いずに薄膜を形成する真空処理装置も含まれる。また、薄膜を形成せず、エッチングや表面処理等の真空処理を行う真空処理装置も本発明に含まれる。In the above embodiment, the TEOS gas and the oxygen gas are mixed by the
Moreover, in the said
なお、上記各実施例1〜5の第一筒本体11、11a〜11dと、第二筒本体12、12a〜12dは非接触であったが、隙間47を流れる第一ガスの流れを乱さない程小さなスペーサを第一筒本体11、11a〜11dの内周側面と、第二筒本体12、12a〜12dの外周側面とに密着させて配置してもよい。
In addition, although the 1st cylinder
混合ガス中のTEOSガスの質量分率分布の評価値が±41.8%の混合器で基板表面に薄膜を形成したところ、形成された薄膜の膜厚分布は使用できない程非常に悪かった。
また、評価値が±7.4%の混合器では、評価値の大きさに応じた面内膜厚分布の値が悪かった。When a thin film was formed on the substrate surface with a mixer having an evaluation value of the mass fraction distribution of TEOS gas in the mixed gas of ± 41.8%, the film thickness distribution of the formed thin film was so bad that it could not be used.
Further, in the mixer having an evaluation value of ± 7.4%, the value of the in-plane film thickness distribution according to the magnitude of the evaluation value was bad.
他方、評価値が±0.5%以下の混合器では、評価値の大きさに応じた面内膜厚分布ではなくなり、膜厚分布に影響を与える要因が、評価値の大きさではない他の要因になったと考えられる。 On the other hand, in a mixer with an evaluation value of ± 0.5% or less, the in-plane film thickness distribution corresponding to the evaluation value is no longer in effect, and the factor that affects the film thickness distribution is not the size of the evaluation value. It is thought that it became the factor of.
3,3a〜3d……混合器
5……ガス生成容器
6……原料物質
7……加熱装置
10……混合容器
11,11a〜11d……第一筒本体
12,12a〜12d……第二筒本体
13……混合空間
14……交叉部分
19……放出装置
24……真空槽
25……ガス移送管
28、28a……流出口
29……仮想筒
30……処理対象物
34……プラズマ装置
45,45a〜45d……第一筒開口
46,46a〜46d……第二筒開口
47……隙間
48……助走空間
3, 3a to 3d …… Mixer 5 …… Gas generating container 6 ……
Claims (13)
根元側に導入された第一ガスが先端側の第一筒開口から流出する筒形状の第一筒本体と、
根元側に導入された第二ガスが先端側の第二筒開口から流出する筒形状の第二筒本体と、
前記混合容器の壁に設けられた流出口と、
を有し、
前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面から離間して前記混合容器の内部に配置され、
前記第二筒本体の少なくとも一部は、前記第二筒本体の外周側面が前記第一筒本体の内周側面とは非接触にされた状態で前記第一筒本体の内部に配置され、
前記第一筒本体の内周側面と前記第二筒本体の外周側面との間の隙間を前記第一ガスが流れるようにされ、
前記第二筒開口は、前記第一筒本体の内部に配置され、
前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面から、前記第二筒開口よりも近い位置に配置され、
前記第一筒本体と前記第二筒本体とは、互いに平行な直線に沿ってそれぞれ伸ばされており、
前記第一筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第一ガスと、前記第二筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第二ガスとが前記流出口に入射しないように、前記流出口が配置され、
前記第一、第二ガスは、前記第一筒開口から前記混合容器の内部に放出されて前記混合容器の内部であって前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記第一筒本体とを中心とするドーナツ状の混合空間で形成された前記第一、第二ガスの渦で混合され、前記第一、第二ガスが混合されて生成された混合ガスは、前記流出口から前記混合容器の外部に流出する混合器。 A mixing vessel in which the internal space is separated from the external atmosphere;
A cylindrical first cylinder body in which the first gas introduced into the root side flows out from the first cylinder opening on the tip side;
A cylindrical second cylinder body in which the second gas introduced into the root side flows out from the second cylinder opening on the tip side;
An outlet provided in the wall of the mixing vessel;
Have
The first cylinder opening is disposed inside the mixing container away from the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening,
At least a part of the second cylinder main body is disposed inside the first cylinder main body in a state where the outer peripheral side surface of the second cylinder main body is not in contact with the inner peripheral side surface of the first cylinder main body,
The first gas flows through a gap between the inner peripheral side surface of the first cylinder body and the outer peripheral side surface of the second cylinder body;
The second cylinder opening is disposed inside the first cylinder main body,
The first cylinder opening is arranged at a position closer to the second cylinder opening from the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening,
The first cylinder body and the second cylinder body are respectively stretched along straight lines parallel to each other,
The first gas flowing out from the first cylinder opening into the mixing container and traveling straight and the second gas flowing out from the second cylinder opening into the mixing container and proceeding straight are the flow. The outlet is arranged so as not to enter the outlet,
Said 1st, 2nd gas is discharge | released from the said 1st cylinder opening to the inside of the said mixing container, and the outer peripheral side surface of the said 1st cylinder main body is the inside of the said mixing container, and the said 1st cylinder main body extends. The first and second gases are mixed by the vortex of the first and second gases formed in a donut-shaped mixing space centered on the virtually extended virtual cylinder and the first cylinder main body. The mixed gas thus generated flows out of the mixing container from the outlet.
前記第一筒開口と前記流出口との間には邪魔板部材が設けられた請求項1記載の混合器。 The outlet is at least partially arranged at a position where a virtual cylinder obtained by virtually extending an outer peripheral side surface of the first cylinder main body in a direction in which the first cylinder main body extends and a wall surface of the mixing container intersect.
Mixer according to claim 1, wherein the baffle member is provided between said first cylindrical opening and the outlet.
混合器と、
ガス移送管と、
真空槽と、
ガス放出装置と、
を有し、
前記ガス供給装置から前記混合器に第一ガスと第二ガスとが導入され、前記第一ガスと前記第二ガスとは前記混合器で混合されて混合ガスが生成され、生成された混合ガスは、前記ガス移送管によって前記混合器から前記ガス放出装置に移送され、前記ガス放出装置から前記真空槽の内部に放出され、前記真空槽の内部に配置された処理対象物が真空処理される真空処理装置であって、
前記混合器は、
内部の空間が外部の雰囲気から分離された混合容器と、
根元側に導入された前記第一ガスが先端側の第一筒開口から流出する筒形状の第一筒本体と、
根元側に導入された前記第二ガスが先端側の第二筒開口から流出する筒形状の第二筒本体と、
前記混合容器の壁に設けられ、前記ガス移送管が接続される流出口と、
を有し、
前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面と離間して前記混合容器の内部に配置され、
前記第二筒本体の少なくとも一部は、前記第二筒本体の外周側面が前記第一筒本体の内周側面と非接触にされた状態で前記第一筒本体の内部に配置され、
前記第一筒本体の内周側面と前記第二筒本体の外周側面との間の隙間を前記第一ガスが流れるようにされ、
前記第二筒開口は、前記第一筒本体の内部に配置され、
前記第一筒開口は、前記第一筒開口が対面する前記混合容器の壁面から、前記第二筒開口よりも近い位置に配置され、
前記第一筒本体と前記第二筒本体とは、互いに平行な直線に沿ってそれぞれ伸ばされており、
前記第一筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第一ガスと、前記第二筒開口から前記混合容器内に流出して直進している前記第二ガスとが前記流出口に入射しないように、前記流出口が配置され、
前記第一、第二ガスは、前記第一筒開口から前記混合容器の内部に放出されて前記混合容器の内部であって前記第一筒本体が伸びる方向に前記第一筒本体の外周側面を仮想的に延長させた仮想筒と前記第一筒本体とを中心とするドーナツ状の混合空間で形成された前記第一、第二ガスの渦で混合され、前記第一、第二ガスが混合されて生成された混合ガスは、前記流出口から前記ガス移送管の内部に流入する真空処理装置。 A gas supply device;
A mixer;
A gas transfer pipe;
A vacuum chamber;
A gas release device;
Have
The first gas and the second gas are introduced into the mixer from the gas supply device, the first gas and the second gas are mixed in the mixer to generate a mixed gas, and the generated mixed gas Is transferred from the mixer to the gas discharge device by the gas transfer pipe, discharged from the gas discharge device to the inside of the vacuum chamber, and a processing object disposed inside the vacuum chamber is vacuum processed. A vacuum processing apparatus,
The mixer is
A mixing vessel in which the internal space is separated from the external atmosphere;
A first cylindrical body of the cylindrical shape the first gas introduced into the base side flows out from the first cylindrical opening in the distal end side,
A second cylindrical body of the cylindrical shape the second gas introduced into the base side flows out from the second cylindrical opening in the distal end side,
An outlet provided on the wall of the mixing vessel to which the gas transfer pipe is connected;
Have
The first cylinder opening is disposed inside the mixing container apart from the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening,
At least a part of the second cylinder main body is disposed inside the first cylinder main body in a state where the outer peripheral side surface of the second cylinder main body is not in contact with the inner peripheral side surface of the first cylinder main body.
The first gas flows through a gap between the inner peripheral side surface of the first cylinder body and the outer peripheral side surface of the second cylinder body;
The second cylinder opening is disposed inside the first cylinder main body,
The first cylinder opening is arranged at a position closer to the second cylinder opening from the wall surface of the mixing container facing the first cylinder opening,
The first cylinder body and the second cylinder body are respectively stretched along straight lines parallel to each other,
The first gas flowing out from the first cylinder opening into the mixing container and traveling straight and the second gas flowing out from the second cylinder opening into the mixing container and proceeding straight are the flow. The outlet is arranged so as not to enter the outlet,
Said 1st, 2nd gas is discharge | released from the said 1st cylinder opening to the inside of the said mixing container, and the outer peripheral side surface of the said 1st cylinder main body is the inside of the said mixing container, and the said 1st cylinder main body extends. The first and second gases are mixed by the vortex of the first and second gases formed in a donut-shaped mixing space centered on the virtually extended virtual cylinder and the first cylinder main body. The mixed gas thus generated flows into the gas transfer pipe from the outflow port.
原料物質を配置するガス生成容器と、
前記ガス生成容器内の前記原料物質を加熱する加熱装置と、を有し、
前記第一ガス又は前記第二ガスのいずれか一方のガスとして、前記原料物質が前記加熱装置によって加熱され、昇華又は蒸発によって生成された原料ガスが前記混合容器に供給され、
他方のガスとして、少なくとも常温常圧において気体であるガスが前記混合容器に供給される請求項6記載の真空処理装置。 The gas supply device includes:
A gas generating container in which the raw material is disposed;
A heating device for heating the source material in the gas generation container,
As the first gas or the second gas, the raw material is heated by the heating device, and the raw material gas generated by sublimation or evaporation is supplied to the mixing container,
The vacuum processing apparatus according to claim 6 , wherein a gas that is a gas at least at normal temperature and pressure is supplied to the mixing container as the other gas.
前記第一筒開口と前記流出口との間には邪魔板部材が設けられた請求項6記載の真空処理装置。 The outlet port includes at least a crossover portion that is a wall surface of a portion where a virtual tube obtained by virtually extending an outer peripheral side surface of the first tube body in a direction in which the first tube body extends and a wall surface of the mixing container intersect. It is arranged so that a part overlaps,
The vacuum processing apparatus according to claim 6 , wherein a baffle plate member is provided between the first cylinder opening and the outlet.
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