TW201726969A - 混合器及真空處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種可均一地混合第一氣體與第二氣體之混合器，以及使用該混合器之真空處理裝置。以使第二筒開口(46)位於第一筒本體(11)中之方式，將第二筒本體(12)相互非接觸地配置在第一筒本體(11)的內部，於第一筒本體(11)內部的第一筒開口(45)與第二筒開口(46)之間形成助跑空間(48)，使第二氣體從第二筒開口(46)流出至助跑空間(48)，並使第一氣體從形成於第一、第二筒本體(11、12)之間之間隙(47)流出至助跑空間(48)，在第二氣體由第一氣體所包圍之狀態下，使第一、第二氣體往助跑空間(48)流動，並從第一筒開口(45)流出至混合容器(10)內。第一、第二氣體直行於混合容器(10)內，並碰撞於混合容器(10)之面對第一筒開口(45)的壁面，形成第一、第二氣體的渦流，即使供給至混合容器(10)之第一、第二氣體的流量相差較大，亦可均一地混合。

Description

混合器及真空處理裝置
本發明係關於氣體的混合器，以及使用該混合器之真空處理裝置之技術領域。
為了混合不同種類的氣體，係使於兩條配管中流動之不同種類的氣體合流，並於具有彎曲部之一條配管內流動，當兩種氣體於彎曲部中流動時，藉由在彎曲部所產生之渦流來混合兩種氣體。
此混合方法，雖然形狀單純且能夠以低成本來達成，但在彎曲部所產生之壓力損耗大。
尤其在兩種氣體中，一方之氣體源的壓力高，另一方之氣體源的壓力低時，由於壓力損耗，使從低壓力的氣體源所供給之氣體的量減少，而使氣體流量比從期望值中偏離。
尤其當一方的氣體於常溫常壓下為氣體，且該氣體的氣體源為高壓罐，另一方的氣體為加熱固體或液體的原料物質使其昇華或蒸發所產生之氣體的原料物質， 並且使兩種氣體反應而形成薄膜時，氣體之原料物質的供給量降低時，薄膜的成長速度降低。
係有一種使用長方體的容器作為混合容器，將不同種類的氣體所流動之配管連接於混合容器，並藉由在混合容器內所產生之渦流來混合兩種氣體，且以一條配管取出混合氣體之方法，此係具有壓力損耗小之優點。
然而，因配管連接於混合容器之位置的不同，混合的程度會受影響，而有兩種氣體未均一地混合之問題。尤其將流量大幅不同之兩種氣體導入於混合容器內時，於混合容器內部，兩種氣體位於不同位置，在以所得之混合氣體來形成薄膜時，只能得到膜厚分布差之薄膜。
尤其，近年來作為半導體元件所使用之SiO2膜的材料，係廣泛使用以TEOS為原料之電漿CVD方法，TEOS氣體與氧氣在混合容器地內部混合後被電漿化。
在使TEOS等之常溫下為液體之物質氣體化並進行氣體輸送時，該氣體壓力，是由該物質所具有之蒸氣壓與溫度來決定。
在進行氣體輸送時，於蒸發場所(或昇華場所)中之原料氣體的壓力高者，對於裝置設計上較為理想，但在將裝置的溫度保持為一定以上者，對於裝置構成上較為困難。因此，常溫下為液體或固體之物質的蒸氣壓，亦即所輸送之原料氣體的壓力仍存在著上限。
一般而言，液體之TEOS的蒸氣壓，由於難 以確保為2600Pa以上之值，所以TEOS氣體之生成場所的壓力與混合容器內的壓力之間的差壓變小，如此雖可簡單地增加高壓充填於氣體高壓罐之氧氣的流量，但卻難以增加TEOS氣體的流量。
使用混合容器之先前技術，係記載於下述文獻中。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開平10-150030號公報
[專利文獻2]日本特開2001-335941號公報
本發明係為了解決上述先前技術的缺失而創作出，該目的在於提供一種可均一地混合兩種氣體之混合器，以及使用該混合器之真空處理裝置。
為了解決上述問題，本發明為一種混合器，其特徵為具有：內部的空間與外部的環境氣體分離之混合容器、及使導入於根基側之第一氣體從前端側的第一筒開口流出之筒形狀的第一筒本體、及使導入於根基側之第二氣體從前端側的第二筒開口流出之筒形狀的第二筒本體、以及設置在前述混合容器的壁之流出口；前述第一筒開 口，是從前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面開離地配置在前述混合容器的內部，前述第二筒本體的至少一部分，是在前述第二筒本體的外周側面與前述第一筒本體的內周側面處於非接觸之狀態下，被配置在前述第一筒本體的內部，使前述第一氣體於前述第一筒本體的內周側面與前述第二筒本體的外周側面之間的間隙中流動，前述第二筒開口，配置在前述第一筒本體的內部，前述第一筒開口，是配置在較前述第二筒開口離前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面更近之位置，前述第一、第二氣體，是從前述第一筒開口釋出至前述混合容器的內部並在前述混合容器的內部混合，前述第一、第二氣體混合所生成之混合氣體，是從前述流出口流出至前述混合容器的外部。
本發明為一種混合器，其中前述第一筒本體與前述第二筒本體，係沿著相互平行之直線分別延伸，前述流出口，是以使從前述第一筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第一氣體，與從前述第二筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第二氣體不會入射於前述流出口之方式所配置。
本發明為一種混合器，其中前述流出口，係設置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之部分的壁面，且是在該交叉部分外側的前述壁面上。
此外，本發明為一種混合器，其中前述流出口，其至 少一部分係配置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之位置，於前述第一筒開口與前述流出口之間，設置有擋板部件。
本發明為一種混合器，其中前述混合容器為長方體，前述混合容器的六個壁中之四個壁的壁面，是與前述第一筒本體的外周平行地配置，並與前述第一筒本體的外周側面面對。
本發明為一種混合器，其中前述第一筒本體與前述第二筒本體，該內周側面的剖面形狀為圓形。
本發明為一種真空處理裝置，其係具有：氣體供給裝置、及混合器、及氣體輸送管、及真空槽、以及氣體釋出裝置；第一氣體與第二氣體從前述氣體供給裝置導入於前述混合器，前述第一氣體與前述第二氣體在前述混合器中混合而生成混合氣體，所生成之混合氣體，是藉由前述氣體輸送管從前述混合器輸送至前述氣體釋出裝置，並從前述氣體釋出裝置釋出至前述真空槽的內部，供配置在前述真空槽的內部之處理對象物進行真空處理之真空處理裝置，其特徵為：前述混合器，具有：內部的空間與外部的環境氣體分離之混合容器、及使導入於根基側之第一氣體從前端側的第一筒開口流出之筒形狀的第一筒本體、及使導入於根基側之第二氣體從前端側的第二筒開口流出之筒形狀的第二筒本體、以及設置在前述混合容器的壁，並連接有前述氣體輸送管之流出口；前述第一筒開口，從前述 第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面開離地配置在前述混合容器的內部，前述第二筒本體的至少一部分，是在該前述第二筒本體的外周側面與前述第一筒本體的內周側面處於非接觸之狀態下，被配置在前述第一筒本體的內部，使前述第一氣體於前述第一筒本體的內周側面與前述第二筒本體的外周側面之間的間隙中流動，前述第二筒開口，配置在前述第一筒本體的內部，前述第一筒開口，是配置在較前述第二筒開口離前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面更近之位置，前述第一、第二氣體，是從前述第一筒開口釋出至前述混合容器的內部並在前述混合容器的內部混合，前述第一、第二氣體混合所生成之混合氣體，是從前述流出口流入至前述氣體輸送管的內部。
本發明為一種真空處理裝置，其中前述氣體供給裝置，具有：配置原料物質之氣體生成容器、以及加熱前述氣體生成容器內的前述原料物質之加熱裝置；前述原料物質由前述加熱裝置所加熱並藉由昇華或蒸發所生成之原料氣體，係作為前述第一氣體及前述第二氣體中之任一方的氣體而被供給至前述混合容器，至少於常溫常壓下為氣態物質之氣體，係作為另一方的氣體而被供給至前述混合容器。
本發明為一種真空處理裝置，其中藉由釋出至前述真空槽內之前述混合氣體所含有之前述第一氣體與前述第二氣體的化學反應，使薄膜形成於：配置在前述真空槽的內部之處理對象物表面。
本發明為一種真空處理裝置，其中設置有：將從前述混合器所供給之前述混合氣體電漿化之電漿裝置。
本發明為一種真空處理裝置，其中前述第一筒本體與前述第二筒本體，係沿著相互平行之直線分別延伸；前述流出口，是以使從前述第一筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第一氣體，與從前述第二筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第二氣體不會入射於前述流出口之方式來配置。
本發明為一種真空處理裝置，其中前述流出口，係設置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之部分的壁面，且是在該交叉部分外側的前述壁面上。
本發明為一種真空處理裝置，其中前述流出口，係配置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之部分的壁面，且前述流出口之至少一部分是以和該交叉部分重疊之方式來配置，於前述第一筒開口與前述流出口之間，設置有擋板部件。
本發明為一種真空處理裝置，其中前述混合容器為長方體，前述混合容器的六個壁中之四個壁的壁面，是與前述第一筒本體的外周平行地配置，並與前述第一筒本體的外周側面面對。
再者，本發明為一種真空處理裝置，其中前述第一筒 本體與前述第二筒本體，該內周側面的剖面形狀為圓形。
本發明之混合器，可均一地混合導入於混合器之相互不同種類的第一氣體與第二氣體。尤其，本發明之混合器，即使第一氣體與第二氣體之流量差大，亦可均一地混合第一氣體與第二氣體。
此外，即使第一或第二氣體以接近於混合器的內部壓力之壓力被供給至混合器，亦可均一地混合第一、第二氣體。
此外，能夠以較小的壓力損耗來混合。
因此，本發明之真空處理裝置，可對處理對象物的表面均一地進行真空處理。
3、3a~3d‧‧‧混合器
5‧‧‧氣體生成容器
6‧‧‧原料物質
7‧‧‧加熱裝置
10‧‧‧混合容器
11、11a~11d‧‧‧第一筒本體
12、12a~12d‧‧‧第二筒本體
13‧‧‧混合空間
14‧‧‧交叉部分
19‧‧‧釋出裝置
24‧‧‧真空槽
25‧‧‧氣體輸送管
28、28a‧‧‧流出口
29‧‧‧虛擬筒
30‧‧‧處理對象物
34‧‧‧電漿裝置
45、45a~45d‧‧‧第一筒開口
46、46a~46d‧‧‧第二筒開口
47‧‧‧間隙
48‧‧‧助跑空間
第1圖(a)係本發明之真空處理裝置的一例，(b)係本發明之真空處理裝置的其他例。
第2圖係本發明之混合器的第一實施例。
第3圖係本發明之混合器的第二實施例。
第4圖係本發明之混合器的第三實施例。
第5圖係本發明之混合器的第四實施例。
第6圖係本發明之混合器的第五實施例。
第7圖係第一比較例的混合器。
第8圖係第二比較例的混合器。
第9圖係第三比較例的混合器。
第10圖(a)係第二實施例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例1)，(b)係顯示分布的交界線與混合容器的尺寸之圖。
第11圖(a)係第二實施例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例2)，(b)係分布的交界線。
第12圖(a)係改變助跑空間的長度後之第二實施例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例1)，(b)係顯示分布的交界線與混合容器的尺寸之圖。
第13圖(a)係改變助跑空間的長度後之第二實施例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例2)，(b)係分布的交界線。
第14圖(a)係第四實施例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例1)，(b)係分布的交界線。
第15圖(a)係第一比較例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例1)，(b)係分布的交界線。
第16圖(a)係第二比較例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例1)，(b)係分布的交界線。
第17圖(a)係第三比較例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例1)，(b)係分布的交界線。
第18圖(a)係第三比較例的混合器之TEOS氣體的質量分率分布(導入例2)，(b)係分布的交界線。
第19圖係顯示圖樣與TEOS氣體的質量分率之對應 關係之圖。
第1圖(a)的符號2表示本發明之真空處理裝置。
此真空處理裝置2，係具有真空槽24，於真空槽24中，設置有釋出裝置19、與氣體供給裝置4、與本發明的第一實施例之混合器3。
於真空槽24連接有真空排氣裝置33，當藉由真空排氣裝置33對真空槽24的內部進行真空排氣時，混合器3的內部亦被真空排氣。
混合器3與氣體供給裝置4，係配置在真空槽24的外部。
氣體供給裝置4，具有輔助原料氣體供給裝置8與主原料氣體供給裝置9。
輔助原料氣體供給裝置8，在此為氣體高壓罐，於輔助原料氣體供給裝置8中，充填有常溫(「常溫」意指5℃-35℃的溫度：日本工業規格JIS Z8703)且常壓(「常壓」意指1013hPa的壓力)下為氣體之輔助原料氣體。
主原料氣體供給裝置9，係具有：氣體生成容器5、與原料物質6、與加熱裝置7。原料物質6被配置在氣體生成容器5的內部，當在藉由真空排氣裝置33對氣體生成容器5的內部進行真空排氣後之狀態下，藉由加 熱裝置7來加熱氣體生成容器5時，原料物質6升溫而到達昇華溫度或蒸發溫度時，藉由昇華或蒸發來生成原料物質6的氣體之主原料氣體。亦可藉由加熱裝置7直接加熱原料物質6，並藉由昇華或蒸發來產生原料物質6的氣體之主原料氣體。
輔助原料氣體供給裝置8與主原料氣體供給裝置9中之任一方的裝置，係藉由第一配管26連接於混合器3，另一方的裝置藉由第二配管27連接於混合器3，從輔助原料氣體供給裝置8所供給之輔助原料氣體與從主原料氣體供給裝置9所供給之主原料氣體中之任一方的氣體，作為第一氣體通過第一配管26被供給至混合器3，另一方的氣體作為第二氣體通過第二配管27被供給至混合器3。
真空槽24的內部與混合器3的內部藉由真空排氣裝置33進行真空排氣，即使第一、第二氣體被供給至混合器3，混合器3與真空槽24的內部仍維持真空環境。
第2圖係顯示混合器3的構造。
混合器3，係具有內部的空間與外部的環境氣體分離之混合容器10，於混合容器10之內部的空間中，配置有內部中空且剖面呈圓形之筒形狀的第一筒本體11。於第一筒本體11之筒形狀的內側，配置有內部中空且剖面呈圓形之筒形狀的第二筒本體12。混合容器10為長方體，於長度方向上延伸之四面中，為最大面積且相互平行之兩 面係水平地配置。第一筒本體11與第二筒本體12，以使筒形狀的中心軸線呈水平之方式來配置。第2圖為混合器3的水平剖面圖，為從上方觀看剖面時之圖。
本實施例之混合器3，係具有小室21，第一配管26連接於小室21，通過第一配管26之第一氣體被導入於進行真空排氣後之小室21的內部22。
於小室21的壁上設置有小孔23，第一筒本體11的一端，以使第一筒本體11的中空部分連接於小孔23之方式固定在小室21的壁，第一筒本體11的另一端，被配置在混合容器10的內部。小室21的內部，藉由第一筒本體11連接於混合容器10的內部，藉由第一配管26導入於小室21的內部之第一氣體，通過第一配管26被供給至混合容器10的內部。小室21的內部，在第一筒本體11以外的部分上，小室21從混合容器10的內部中分離。
在此，混合容器10的壁中之接觸於混合容器10的外部環境之壁，構成為小室21的壁，於該小室21的壁上設置有第一、第二導入口37、38。第一配管26的前端連接於第一導入口37，通過第一配管26之第一氣體，從第一導入口37被導入於小室21的內部22。
小孔23，係形成於小室21的壁中之接觸於混合容器10的內部環境之壁。
第二筒本體12，係插通於第二導入口38與小孔23，第二筒本體12之前端側的至少一部分，位於第一筒本體11的內部而構成，於第一筒本體11的外周側面與 第二筒本體12的內周側面之間，形成有間隙47。
第一導入口37的緣部分與第一配管26的前端之間，以及第二導入口38的緣部分與第二筒本體12的外周面之間，係形成為氣密，以使大氣不會從第一、第二導入口37、38侵入於小室21的內部或混合容器10的內部而構成。
在此，第二筒本體12中，插入於第一筒本體11且位於第一筒本體11的內部之部分的外周側面，係與第一筒本體11的內周側面處於非接觸。
形成於第一筒本體11的內周側面與第二筒本體12的外周側面之間之間隙47，其根基側的部分連接於小室21的內部空間，導入於小室21之第一氣體，從間隙47的根基側，導入於第二筒本體12的外周側面與第一筒本體11的內周側面之間的部分之間隙47內。
於第一筒本體11之位於混合容器10的內部之前端，設置有第一筒開口45，於第二筒本體12的前端側，設置有第二筒開口46。
第二筒本體12的根基側連接於第二配管27，第二筒本體12的內部與第二配管27的內部夾隔著第二導入口38而連接，通過第二配管27之第二氣體，從第二導入口38導入於第二筒本體12的內部。
第二筒開口46，位於第一筒本體11的內部中空部分，第二氣體從第二筒開口46流出至第一筒本體11的內部。
將第一筒本體11的內部中空部分且為第一筒開口45與第二筒開口46之間的部分稱為助跑空間48時，第二氣體從第二筒開口46流出至助跑空間48。
間隙47，於第二筒開口46的周圍連接於助跑空間48，於間隙47中流動之第一氣體，從間隙47之連接於助跑空間48之部分，流出至助跑空間48。
助跑空間48，係由第一筒本體11所包圍，流出至助跑空間48之第一、第二氣體無法擴散。
流出至助跑空間48之第一氣體所流動的方向，係與於間隙47中流動時為相同方向，流出至助跑空間48之第二氣體所流動的方向，亦與於第二筒本體12的內部流動時為相同方向。
第一、第二筒本體11、12，為粗度一定之管且直線狀地延伸，間隙47內部的第一氣體，直行於沿著第一筒本體11延伸之方向，第二筒本體12內部的第二氣體，直行於沿著第二筒本體12延伸之方向。助跑空間48內，第一、第二氣體，於流出至助跑空間48不久前於相同方向上流動。第二氣體，由於在筒狀地流動之第一氣體的內側中流動，所以在助跑空間48的內部中，第二氣體在藉由第一氣體包圍該周圍之狀態下流動，第一、第二氣體，在第二氣體由第一氣體所包圍之狀態下，從第一筒開口45流出至混合容器10的內部。
第一筒本體11，由於未位於從第一筒開口45所流出之第一、第二氣體的周圍，因此從第一筒開口45 所流出之第一、第二氣體的流動雖會擴展，但該擴展較小，所以從第一筒開口45所流出之第一、第二氣體，於助跑空間48中流動時，可視為直行於相同方向。
間隙47的形狀為甜甜圈狀，於助跑空間48內，從間隙47所流出之第一氣體，於第二氣體的周圍流動，第二氣體，在由第一氣體所包圍之狀態下流動。
第2圖的符號29，係顯示將第一筒本體11的外周側面，朝向第一筒本體11延伸之方向虛擬地延長時之筒的虛擬筒，第一、第二氣體，往該虛擬筒29延伸之方向直行。
於混合容器10的壁上，設置有連接於氣體輸送管25的一端之流出口28。氣體輸送管25的另一端連接於釋出裝置19，混合容器10的內部空間與釋出裝置19的內部空間，藉由流出口28與氣體輸送管25所連接。
虛擬筒29，係與混合容器10的壁面中之與第一筒開口45相面對的壁面交叉，流出口28，係設置在壁面中之位於較虛擬筒29與壁面交叉所形成之部分的交叉部分14更外側之部分的壁面。
第一筒本體11延伸之方向與第二筒本體12延伸之方向平行，從第一筒開口45所流出之第一、第二氣體，往平行於第一筒本體11延伸之方向的方向直行。直行之第一、第二氣體，不會流入於流出口28中。
從第一筒開口45所流出之第二氣體，在由第一氣體所包圍之狀態下於混合容器10內流動，並碰撞於 虛擬筒29所交叉之壁面。碰撞於壁面之第二氣體，由於沿著壁面朝向四方流動，所以碰撞於與朝向四方流動之第二氣體的第一氣體，即使不藉由沿著壁面所擴展之第二氣體碰撞於壁面，亦會朝向沿著壁面之四方流動。
其結果為，從第一筒開口45所流出之第一、第二氣體兩者，沿著與第一筒開口45相對向之壁面擴展。
於虛擬筒29的周圍與第一筒本體11的周圍，設置有以虛擬筒29與第一筒本體11為中心之甜甜圈狀的混合空間13。
沿著第二氣體所碰撞之壁面擴展之第一、第二氣體，係碰撞於混合容器10的其他壁面，此外，並碰撞於第一筒本體11的外周表面，使第一、第二氣體的流動方向改變，第一、第二氣體，進入於混合空間13的內部，並於混合空間13中形成第一、第二氣體的渦流。當形成此渦流時，於混合空間13的內部中流動之第一、第二氣體，藉由渦流的形成而均一地混合，生成混合氣體。
所生成之混合氣體，從混合空間13流入至流出口28，並通過氣體輸送管25往釋出裝置19移動。
釋出裝置19，係具有在內部設置有空洞39之釋出容器35，於氣體輸送管25內移動之混合氣體，被導入於空洞39。
於真空槽24的內部，配置有載台31，於載台31上，配置基板等之處理對象物30。釋出容器35的表面中之至少一面，被配置在真空槽24的內部，該面朝向載 台31所處之方向。
於朝向載台31所處之方向之釋出容器35的面上，形成有複數個釋出口36，導入於空洞39之混合氣體，從釋出口36朝向處理對象物30釋出至真空槽24的內部。此真空處理裝置2中，釋出容器35連接於由電漿用電源所構成之電漿裝置34，當電漿裝置34對釋出容器35施加電壓時，生成混合氣體的電漿，使第一氣體與第二氣體進行化學反應，當生成固體時，由所生成之固體所構成之薄膜，係成長於處理對象物30的表面。
在薄膜成長為既定膜厚時，停止電漿裝置34的電壓輸出，關閉設置在第一、第二配管26、27之閥，停止將混合氣體供給至真空槽24內部，並將處理對象物30往真空槽24的外部移動，將未處理的處理對象物30送入至真空槽24的內部，放置於載台31上，然後開啟閥並藉由釋出裝置19將混合氣體供給至真空槽24的內部，從電漿裝置34輸出電壓，形成混合氣體的電漿，而在處理對象物30的表面上形成薄膜。
如此，從第一、第二氣體生成混合氣體，於真空環境中產生混合氣體的電漿，而在複數個處理對象物30上形成薄膜。
上述混合器3中，流出口28係設置在第一筒開口45所直接面對之壁面上，但流出口28只要是配置在從第一筒開口45流出而直行之第一、第二氣體所不會流入之位置即可，此外，亦可配置在虛擬筒29所交叉之壁 面以外的壁面。
〈其他例子的真空處理裝置〉
第1圖(b)的符號2a表示本發明之其他例子的真空處理裝置。
第1圖(b)、第3圖的混合器3a，係於混合容器10的內部配置有第一、第二筒本體11a、12a的第一、第二筒開口45a、46a，流出口28a設置在與第一筒開口45a所直接面對之壁面垂直之壁面，且係將第一實施例的混合器3變形之第二實施例的混合器3a。
如下述所示，從TEOS氣體質量分率的評估值來看，通常，第一氣體係使用使液體的TEOS(四乙氧矽烷：分子量208.37)蒸發而生成之TEOS氣體，第二氣體使用充填於高壓罐之氧氣(O2：分子量31.99)，但在上述例子中，第一氣體係使用充填於高壓罐之氧氣，第二氣體使用使液體的TEOS蒸發而生成之TEOS氣體。
〈第一、第二氣體的交換〉
第10圖(a)，係於第3圖之第二實施例的混合器3a中，作為導入例1，使用TEOS氣體作為第一氣體並使用氧氣作為第二氣體，然後分別導入於第一、第二筒本體11a、12a並流出至流出口28a時，藉由分布模擬來算出混合容器10內部的複數個算出場所中之TEOS氣體的質量與氧氣質量，並從下列式： TEOS氣體質量分率=TEOS氣體質量/(TEOS氣體質量+氧氣質量)
來求取混合容器10內部的算出場所中之TEOS氣體質量分率，並製作第10圖(a)的TEOS氣體質量分率分布圖。
製作分布圖，同時在從混合容器10的內部流出至流出口28a之場所中之TEOS氣體的質量分率之值中，以最大值為A且最小值為B時，藉由下列式：評估值(%)=±(A-B)/(A+B)×100
來算出TEOS氣體之質量分率分布的評估值。
在第10圖(a)及顯示質量分率分布之後述其他圖，與後述顯示質量分布階段的交界線之各圖中，係省略流出口。在同圖(a)及顯示質量分率分布之後述各圖中，將TEOS氣體質量分率之值分成4階段並附加圖樣來顯示。此等圖樣與TEOS氣體質量分率之關係如第19圖所示。
第10圖(a)的質量分率分布圖，係作為氧氣以較TEOS氣體更大之流量於第一或第二筒本體11a、12a中流動者來求取質量分率分布圖，在此，TEOS氣體與O2氣體之流量比係設為12：600，此外，將混合容器10的內部設為2000Pa來計算混合容器10內的質量分率分布。
以下之實施例及比較例的TEOS氣體與氧氣，係作為以與此第10圖(a)為相同壓力下導入於第 一、第二筒本體11a、12a者來求取質量分率的分布圖。
如觀看第10圖(a)可得知般，此導入例1中，藉由形成於混合空間13之渦流，來均一地混合第一氣體與第二氣體。
從流出口28a所供給之混合氣體中的TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±0.48%之值。
第10圖(b)係顯示關於第一、第二筒本體11a、12a與壁面之距離，以及從第10圖(a)中去除圖樣後之相鄰接之TEOS氣體質量分率之值的階段之交界線。
第一氣體，於間隙47中流動20mm的距離後，第一、第二氣體於助跑空間48中流動42.5mm的距離，從第一筒開口45a流出並流動52.5mm的距離，第二氣體碰撞於混合容器10的壁面。
第10圖(a)係顯示通過間隙47之第一氣體較通過第二筒本體12a之第二氣體為更低流量(低壓力)時之質量分率分布，但與此相反，作為導入例2，係導入氧氣作為相同之混合器3a的第一氣體，導入TEOS氣體作為第二氣體，並且通過第二筒本體12a之第二氣體較通過間隙47之第一氣體為更低流量(低壓力)。
該導入例2之TEOS氣體質量分率分布的交界如第11圖(a)、(b)所示。第11圖(a)的質量分率分布，與第10圖(a)的質量分率分布為同等程度的分布，並以同等程度混合。第11圖(a)中，從流出口28a所供給之混合氣體中的TEOS氣體之質量分率分布的評估 值，為±0.42%之值。
接著將第10圖(a)、第11圖(a)之測定質量分率分布後之第一筒本體11a縮短20mm，並與導入例1相同，使用TEOS氣體作為第一氣體，使用氧氣作為第二氣體，並算出質量分率分布。質量分率分布如第12圖(a)所示，不同值的交界與尺寸如第12圖(b)所示。第一筒本體11a之長度以外的尺寸與第10圖(b)相同。
由於縮短第一筒本體11a，所以第12圖(a)的質量分率分布，在與第一筒本體11a平行之兩壁面中之接近於第一筒本體11a之壁面附近呈不均一，該均一性較第10圖(a)的質量分率分布差。此可考量為在形成渦流之空間之混合空間13的中央附近未配置第一筒開口45a之故。
第一筒開口45a的適當位置，除了混合容器10的壁面之外，在將小室21的壁面與後述擋板部件44的表面設為「壁面」，並將第一、第二筒本體11a、12a延伸的方向上之形成混合容器10內的混合空間13之兩壁面間的距離之混合空間距離L設為"1"時，係位於從第一、第二筒本體11a、12a之根基側的壁面為2/5以上3/5以下之距離的範圍內。
從第10圖(a)來看，混合空間13的中央，位於從小室21開離57.5mm之位置，由於對應於2/5以上3/5以下的範圍之位置為46mm以上69mm以下的範圍， 所以第10圖(a)的第一筒開口45a，從混合容器10來看位於2/5以上3/5以下之距離的範圍內，從混合空間13的中央位置來看時為範圍外。
然而，從流出口28a所供給之混合氣體中的TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±0.93%之值，分布值位於可判斷為第一氣體與第二氣體相對均一地混合之範圍內的值，所以流出口28a，考量到設置在與第一筒本體11a平行之兩壁面中之較遠的壁面附近之必要性等，必須因應所求取之質量分率分布的程度來選擇該配置。然而，第10圖的構成者，並不須留意此考量。
接著，於第12圖之尺寸的混合器3a中，使用氧氣作為第一氣體並使用TEOS氣體作為第二氣體時(導入例2)之質量分率分布的交界線，如第13圖(a)、(b)所示。
從第13圖(a)中，可得知流出口28a設置在與第一筒開口45a相面對之壁面的中央即可。從流出口28a所供給之混合氣體中的TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±1.04%之值，可判斷為第一氣體與第二氣體相對均一地混合。
〈第三實施例〉
於以上所說明之混合器3、3a中，將第一氣體導入於設置在混合容器10內部之小室21，並使小室21內的第一氣體往間隙47移動，但如第4圖所示之第三實施例的 混合器3b般，亦可不設置小室21，而是在混合容器10的外部亦形成間隙47，並在混合容器10的外部將第一氣體導入於間隙47。
此時之第一、第二筒本體11b、12b的第一、第二筒開口45b、46b雖配置在混合容器10的內部，但間隙47亦形成於混合容器10的外部，所以於第一、第二筒本體11b、12b中，亦包含混合容器10的外部中形成間隙47之部分。
〈第四實施例〉
如上述第三實施例的混合器3b般，第一、第二筒本體11b、12b於混合容器10的外部亦延伸時，如第5圖所示之第四實施例的混合器3c般，亦可使第一筒本體11c位於混合容器10的內部與外部，使第一筒開口45c位於混合容器10的內部，另一方面，將第二筒本體12c插入於第一筒本體11c的外部部分，使第二筒開口46c位於與混合容器10的壁為相同之位置或位於混合容器10的壁的外側。
此混合器3c的質量分率分布如第14圖所示。第一氣體為TEOS氣體，第二氣體為氧氣(導入例1)。由於第一筒開口45c位於2/5以上3/5以下的範圍內，所以可良好地混合而成為均一混合。
〈第五實施例〉
第一~第四實施例之混合器3、3a~3c中，流出口28、28a係設置在虛擬筒29與混合容器10的壁面所交叉之部分14的外側，但第6圖之第五實施例的混合器3d，該流出口28，於第2圖之第一實施例的混合器3中，係以使全部或至少一部分，和將第一筒本體11d的外周側面朝向第一筒本體11d延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒29、與混合容器10的壁面所交叉之部分的壁面之交叉部分14重疊之方式來配置。
此外，第五實施例之混合器3d中，於第一筒開口45d與流出口28之間配置有擋板部件44。
擋板部件44，係位於第一筒開口45d與流出口28之間並且位於第二筒開口46d與流出口28之間，從第二筒開口46d被釋出且直行於與第二筒本體12d延伸之方向平行的方向之第二氣體，係碰撞於擋板部件44的表面，並於沿著擋板部件44的表面之方向擴展。
從第一筒開口45d被釋出且直行於與第一筒本體11d延伸之方向平行的方向之第一氣體，藉由沿著擋板部件44的表面所擴展之第二氣體，於沿著擋板部件44的表面之方向上流動，或是碰撞於擋板部件44的表面，並於沿著擋板部件44的表面之方向流動，所以從第一筒開口45d所釋出並直行之第一、第二氣體，不會流入於流出口28而在混合空間13混合，第一氣體與第二氣體均一地混合後之混合氣體，流入於流出口28且被供給至釋出裝置19。
第一~第四實施例之混合器3、3a~3c中，流出口28、28a係設置在混合容器10的壁面中之交叉部分14外側的壁面。交叉部分14外側的壁面，於混合容器10的壁面中，包含第一筒開口45所直接面對之壁面以外的壁面。
第一筒開口45、45a~45c中，於第一筒開口45、45a~45c之與混合容器10的壁面之間，並未配置擋板部件44。
當第一~第四實施例之混合器3、3a~3c的混合容器10與第五實施例之混合器3d的混合容器10為相同大小時，相較於第一~第四實施例之第一筒開口45、45a~45c與第一筒開口45、45a~45c所面對之壁面之間的距離，第五實施例之第一筒開口45d與擋板部件44之間的距離更短。
在欲增大擋板部件44與第五實施例之第一筒開口45d之間的距離時，擋板部件44接近於流出口28，使流出口28附近的傳導變小，因而使排出時的壓力損耗增大。
因此，係以不會使壓力損耗增大之方式來求取擋板部件44的大小、位置、流出口28的大小、位置等即可。
〈第一、第二比較例〉
接著說明本發明之比較例。
如第7圖之第一比較例的混合器103a與第8圖之第 二比較例的混合器103b般，係使第一筒開口145a、145b與第二筒開口146a、146b位於同一平面上，製作出不具有助跑空間之混合器103a、103b，並算出質量分率分布。
第7圖的混合器103a中，第一筒本體111a與第二筒本體112a於混合容器10內未突出，第8圖的混合器103b中，第一筒本體111b與第二筒本體112b於混合容器10內突出，就此點乃成為不同構造，不具有助跑空間之點則相同。
第7圖、第8圖之第一、第二比較例的混合器103a、103b中，第一氣體使用TEOS氣體，第二氣體使用氧氣。
第一比較例的混合器103a之TEOS氣體的質量分率分布如第15圖所示，第二比較例的混合器103b之TEOS氣體的質量分率分布如第16圖所示。
不論何者，第一氣體均未從間隙47的全周中均一地釋出，可得知於混合容器10內未均一地混合。
從第一、第二比較例的混合器103a、103b供給至釋出裝置19之混合氣體中的TEOS氣體，第15圖之第一比較例的混合器103a之混合氣體的TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±3.36%之值，第16圖之第二比較例的混合器103b之TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±0.69%之值。
〈第三比較例〉
接著如第9圖之第三比較例的混合器103c般，係使第一筒本體111c於混合容器10的內部突出，並使第一筒開口145c位於混合容器10的內部，使第二筒本體112c從第一筒本體111c的第一筒開口145c於混合容器10的內部突出，並且使第二筒開口146c位於較第一筒開口145c更接近所面對之壁面。
第17圖(a)、(b)，係於第三比較例的混合器103c中，使用TEOS氣體作為第一氣體，使用氧氣作為第二氣體時之TEOS氣體的質量分率分布。
第17圖中，於第二筒開口146c與接近於第二筒開口146c之壁面之間，形成有氧氣的渦流，從間隙47供給至該部分之TEOS氣體，被氧氣的渦流所擠壓而難以從間隙47流出，可得知第一、第二氣體未均一地混合。供給至釋出裝置19之混合氣體的TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±2.5%之值。
第18圖(a)、(b)，與第17圖(a)、(b)相反，為使用氧氣作為第一氣體，使用TEOS氣體作為第二氣體時之TEOS氣體的質量分率分布。
於間隙47的前端與接近於間隙47的前端之壁面之間，形成有從間隙47的前端所供給之氧氣的渦流，於突出之第二筒本體112c的周圍，形成複雜的質量分率分布。其結果為TEOS氣體與氧氣並未以與對向於第二筒開口146c之壁面垂直地交叉之方式入射，而不均一地混 合。
混合氣體中的TEOS氣體之質量分率分布的評估值，為±1.8%之值。
〈混合的其他例子〉
從以上的質量分率分布圖與該評估值中，當混合具有流量差之兩種氣體時，本發明之混合器3、3a~3d中，不論將高流量(高壓力)的氣體與低流量(低壓力)的氣體中之任一方作為第一氣體，將另一方作為第二氣體，均可均一地混合。
此外，以上所說明之本發明之混合器3、3a~3d的第一、第二筒本體11、11a~11d、12、12a~12d，該剖面呈圓形，但亦可為多角形或正多角形。
藉由以上比較例一~三之質量分率分布的計算結果，於不具有助跑空間48之混合器103a~103c中，可得知即使使用第一筒本體111a~111c與第二筒本體112a~112c，第一、第二氣體亦不會均一地混合，但即使設置助跑空間48，亦可考量到第一、第二氣體於助跑空間48中流動之距離短時，亦不會均一地混合。最適之助跑空間48的長度，由於會受到所使用之混合容器10內部的尺寸，或是第一、第二筒本體11、11a~11d、12、12a~12d的粗度或長度所影響，所以當混合容器10的大小等改變時，可重新算出最適之助跑空間48的長度。
此外，當混合容器10為長方體時，第一筒開 口45、45a~45d的適當位置，在將混合容器10的壁面、小室21的壁面、擋板部件44的表面設為「壁面」，並將第一、第二筒本體11、11a~11d、12、12a~12d延伸的方向上之形成混合容器10內的混合空間13之兩壁面間的距離之混合空間距離L設為"1"時，係位於從第一、第二筒本體11、11a~11d、12、12a~12d之根基側的壁面為2/5以上3/5以下之距離的範圍內。於第一~第五實施例之混合器3、3a~3d的混合容器10內，於混合空間13形成穩定的渦流，並可算出第一、第二氣體均一地混合之質量分率分布。
再者，助跑空間48在第一、第二氣體所流動之方向上的長度，當設為混合容器10之與第一、第二筒本體11、11a~11d、12、12a~12d延伸的方向平行之邊的長度之1/5以上時，可算出第一、第二氣體均一地混合之分布。
關於第一筒開口45、45a~45d與所面對之壁面之間的距離，該最適值，由於會受到所使用之混合容器10內部的尺寸，或是第一、第二筒本體11、11a~11d、12、12a~12d的粗度或長度所影響，所以當混合容器10的大小等改變時，可重新算出最適的距離值。
將與混合空間距離L垂直之方向上的長度且係第一筒本體11、11a~11d的外周與混合容器10的壁面之間的距離，設為混合空間13的寬度時，該寬度的最小值，較佳為第一筒開口45、45a~45d的直徑(內徑)D之 2倍以上的長度，所以在因尺寸變更而使混合空間13之寬度的最小值未達第一筒開口45、45a~45d的直徑D之2倍時，可重新算出尺寸。
上述實施例中，係在混合器3、3a~3d中混合TEOS氣體與氧氣，但亦可混合其他種類的氣體。尤其在藉由昇華或蒸發所生成之原料氣體、與常溫下為氣態物質之氣體中，可將一方的氣體設為第一氣體，另一方的氣體設為第二氣體。
此外，上述真空處理裝置2中，係使用電漿來形成薄膜，但亦包含不使用電漿來形成薄膜之真空處理裝置。此外，本發明亦包含不形成薄膜，而是進行蝕刻或表面處理等之真空處理之真空處理裝置。
上述各實施例1~5之第一筒本體11、11a~11d與第二筒本體12、12a~12d為非接觸，但亦可使不會導致間隙47中所流動之第一氣體的流動紊亂之程度的較小間隔材，密著於第一筒本體11、11a~11d的內周側面與第二筒本體12、12a~12d的外周側面而配置。
在混合氣體中的TEOS氣體之質量分率分布的評估值為±41.8%之混合器中，使薄膜形成於基板表面時，所形成之薄膜的膜厚分布極差，已到達無法使用之程度。
此外，評估值為±7.4%之混合器中，因應評估值的大小之面內膜厚分布，該值惡化。
另一方面，評估值為±0.5%以下之混合器中， 因應評估值的大小之面內膜厚分布已消失，可考量為對於膜厚分布造成影響之因素並非評估值的大小，而是其他因素。
3‧‧‧混合器
10‧‧‧混合容器
11‧‧‧第一筒本體
12‧‧‧第二筒本體
13‧‧‧混合空間
14‧‧‧交叉部分
21‧‧‧小室
22‧‧‧小室的內部
23‧‧‧小孔
25‧‧‧氣體輸送管
26‧‧‧第一配管
27‧‧‧第二配管
28‧‧‧流出口
29‧‧‧虛擬筒
37‧‧‧第一導入口
38‧‧‧第二導入口
45‧‧‧第一筒開口
46‧‧‧第二筒開口
47‧‧‧間隙
48‧‧‧助跑空間

Claims (15)

  1. 一種混合器，其特徵為：具有：內部的空間與外部的環境氣體分離之混合容器、及使導入於根基側之第一氣體從前端側的第一筒開口流出之筒形狀的第一筒本體、及使導入於根基側之第二氣體從前端側的第二筒開口流出之筒形狀的第二筒本體、以及設置在前述混合容器的壁之流出口；前述第一筒開口，是從前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面開離地配置在前述混合容器的內部，前述第二筒本體的至少一部分，是在該前述第二筒本體的外周側面與前述第一筒本體的內周側面處於非接觸之狀態下，被配置在前述第一筒本體的內部，使前述第一氣體於前述第一筒本體的內周側面與前述第二筒本體的外周側面之間的間隙中流動，前述第二筒開口，配置在前述第一筒本體的內部，前述第一筒開口，是配置在較前述第二筒開口離前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面更近之位置，前述第一、第二氣體，是從前述第一筒開口釋出至前述混合容器的內部並在前述混合容器的內部混合，前述第一、第二氣體混合所生成之混合氣體，是從前述流出口流出至前述混合容器的外部。
  2. 如請求項1所述之混合器，其中前述第一筒本體 與前述第二筒本體，係沿著相互平行之直線分別延伸，前述流出口，是以使從前述第一筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第一氣體，與從前述第二筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第二氣體不會入射於前述流出口之方式所配置。
  3. 如請求項2所述之混合器，其中前述流出口，係設置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之部分的壁面，且是在該交叉部分外側的前述壁面上。
  4. 如請求項2所述之混合器，其中前述流出口，其至少一部分係配置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之位置，於前述第一筒開口與前述流出口之間，設置有擋板部件。
  5. 如請求項1或請求項2中之任一項所述之混合器，其中前述混合容器為長方體，前述混合容器的六個壁中之四個壁的壁面，是與前述第一筒本體的外周平行地配置，並與前述第一筒本體的外周側面面對。
  6. 如請求項1或請求項2中之任一項所述之混合器，其中前述第一筒本體與前述第二筒本體，該內周側面的剖面形狀為圓形。
  7. 一種真空處理裝置，其係具有：氣體供給裝置、 及混合器、及氣體輸送管、及真空槽、以及氣體釋出裝置；第一氣體與第二氣體從前述氣體供給裝置導入於前述混合器，前述第一氣體與前述第二氣體在前述混合器中混合而生成混合氣體，所生成之混合氣體，是藉由前述氣體輸送管從前述混合器輸送至前述氣體釋出裝置，並從前述氣體釋出裝置釋出至前述真空槽的內部，供配置在前述真空槽的內部之處理對象物進行真空處理之真空處理裝置，其特徵為：前述混合器，具有：內部的空間與外部的環境氣體分離之混合容器、及使導入於根基側之第一氣體從前端側的第一筒開口流出之筒形狀的第一筒本體、及使導入於根基側之第二氣體從前端側的第二筒開口流出之筒形狀的第二筒本體、以及設置在前述混合容器的壁，並連接有前述氣體輸送管之流出口；前述第一筒開口，是從前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面開離地配置在前述混合容器的內部，前述第二筒本體的至少一部分，是在該前述第二筒本體的外周側面與前述第一筒本體的內周側面處於非接觸之 狀態下，被配置在前述第一筒本體的內部，使前述第一氣體於前述第一筒本體的內周側面與前述第二筒本體的外周側面之間的間隙中流動，前述第二筒開口，配置在前述第一筒本體的內部，前述第一筒開口，是配置在較前述第二筒開口離前述第一筒開口所面對之前述混合容器的壁面更近之位置，前述第一、第二氣體，是從前述第一筒開口釋出至前述混合容器的內部並在前述混合容器的內部混合，前述第一、第二氣體混合所生成之混合氣體，是從前述流出口流入至前述氣體輸送管的內部。
  8. 如請求項7所述之真空處理裝置，其中前述氣體供給裝置，具有：配置原料物質之氣體生成容器、以及加熱前述氣體生成容器內的前述原料物質之加熱裝置；前述原料物質由前述加熱裝置所加熱並藉由昇華或蒸發所生成之原料氣體，係作為前述第一氣體及前述第二氣體中之任一方的氣體而被供給至前述混合容器，至少於常溫常壓下為氣態物質之氣體，係作為另一方的氣體而被供給至前述混合容器。
  9. 如請求項8所述之真空處理裝置，其中藉由釋出至前述真空槽內之前述混合氣體所含有之前述第一氣體與前述第二氣體的化學反應，使薄膜形成於：配置在前述真空槽的內部之處理對象物表面。
  10. 如請求項9所述之真空處理裝置，其中設置有： 將從前述混合器所供給之前述混合氣體電漿化之電漿裝置。
  11. 如請求項8所述之真空處理裝置，其中前述第一筒本體與前述第二筒本體，係沿著相互平行之直線分別延伸； 前述流出口，是以使從前述第一筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第一氣體，與從前述第二筒開口流出至前述混合容器內而直行之前述第二氣體不會入射於前述流出口之方式來配置。
  12. 如請求項11所述之真空處理裝置，其中前述流出口，係設置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之部分的壁面，且是在該交叉部分外側的前述壁面上。
  13. 如請求項11所述之真空處理裝置，其中前述流出口，係配置在：使前述第一筒本體的外周側面朝向前述第一筒本體延伸之方向虛擬地延長之虛擬筒與前述混合容器的壁面所交叉之部分的壁面，且前述流出口之至少一部分是以和該交叉部分重疊之方式來配置，於前述第一筒開口與前述流出口之間，設置有擋板部件。
  14. 如請求項11所述之真空處理裝置，其中前述混合容器為長方體，前述混合容器的六個壁中之四個壁的壁面，是與前述第一筒本體的外周平行地配置，並與前述第 一筒本體的外周側面面對。
  15. 如請求項11所述之真空處理裝置，其中前述第一筒本體與前述第二筒本體，該內周側面的剖面形狀為圓形。
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