TW201809341A - 氣體混合裝置及基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種：當混合複數種氣體時，將氣體一致地混合的技術。
在頂面被封閉之圓筒部(40)的於底面中央部設有氣體流出通路(41)，將相對於圓筒部(40)的中心形成對稱旋轉的複數個氣流導引內壁(42A)~(42C)，沿著氣體流出通路(41)的開口緣，保持間隔地配置。此外，氣流導引內壁(42A)~(42C)之周方向的一側端部，朝向圓筒部(40)的中心部靠近地形成彎曲。然後，將第1~第3氣體流入管(45A)~(45C)連接於：在氣流導引內壁(42A)~(42C)、與圓筒部(40)的內周面之間，靠近氣流導引內壁(42A)~(42C)之周方向的另一側的位置。由第1~第3氣體流入管(45A)~(45C)供給的氣體，沿著氣流導引內壁(42A)~(42C)的外周面流動，而成為沿著位於周方向之一側的氣流導引內壁(42A)~(42C)的內周面流動的迴旋流，並在氣體流出通路(41)混合。

Description

氣體混合裝置及基板處理裝置
本發明關於用來混合複數種氣體的技術領域。
在半導體製程中利用處理氣體來處理基板的裝置，譬如成膜裝置，有時需要將複數種的處理氣體混合成一致並供給至基板。就對作為基板的半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)執行成膜的手法而言，已知有被稱為所謂ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沉積)法等的手法，該手法是依序對晶圓供給原料氣體、及與原料氣體形成反應的反應氣體，使反應生成物的分子層堆積於晶圓的表面而獲得薄膜。在ALD中，是在載體氣體(carrier gas)流動的狀態下，交互地供給作為成膜用氣體的第1氣體及第2氣體，針對成膜處理，為了使晶圓的平面一致性良好，成膜氣體必須在一致地混合於載體氣體的狀態下，供給至基板。
就上述混合複數種氣體的手法而言，譬如在專利文獻1中記載了：使第1氣流與第2氣流形成渦卷狀的氣流混合體而一致地形成混合的技術。此外，在專利文獻 2中記載了：從氣體流出通路觀看，在流向周方向其中一側後，在氣體流出通路側彎曲成垂直並朝氣體流出通路的周緣流動而形成迴旋流的技術。除此之外，在專利文獻3記載了：藉由將原料氣體供給至氣體混合部的中央部分，從其周圍同樣將稀釋氣體朝相同方向供給並使其通過氣體擴散部，一邊使原料氣體形成相同的擴散的同時形成混合的技術。
但是，已知的混合手法，並不適合「欲在範圍較廣的流量比中，降低氣體之偏差」的場合。特別是大流量的氣體，譬如在將小流量的成膜氣體供給至載體氣體的場合中，難以達成氣體的一致化。此外，在「於氣體混合裝置內設置靜態混合機(Static mixer)，而強制地予以混合」的氣體混合裝置中，壓力損失變大。為了如同ALD法般，在處理容器內藉由沖洗氣體(Purge gas)置換的同時依序供給複數種的氣體，由於必須以高速使大流量的氣體流通，因此並不適合。
此外，藉由增長合流流路而使少量的氣體容易混合，但在增長合流流路的場合中，恐有氣體的溫度下降的疑慮，譬如在某種前驅物(Precursor)中，因溫度的下降而形成液化，恐有引發粒子(Particle)產生的疑慮。因此，合流路徑需要極力地縮短。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-260763號公報
[專利文獻2]美國第2009/0047426號公開公報
[專利文獻3]日本特開2003-133300號公報
本發明是在這樣的情事之下所發展的發明，本發明的目的在於提供：當混合複數種的氣體時，能一致地混合氣體的技術。
本發明的氣體混合裝置，是用來混合複數種氣體的氣體混合裝置，其特徵為具備：頂面被封閉的圓筒部；和氣體流出通路，在前述圓筒部之底面的中央部形成開口，並朝下方延伸；和複數個氣流導引內壁，沿著前述氣體流出通路中前述底面的開口緣，彼此保持間隔地配置於周方向，並且設成相對於前述圓筒部的中心對稱旋轉，朝向前述頂面突出；及氣體流入部，被設在前述氣流導引內壁與圓筒部的內周面之間，供欲混合的氣體流入，在前述圓筒部的周方向中，當在順時針方向及逆時針方向的其中一方觀看時，倘若將朝向該一方的側定義為前 方，前述氣流導引內壁將隨著朝向前方側，而朝前述圓筒部的中心部靠近地形成彎曲，將已流入圓筒部的內周面與氣流導引內壁之間的氣體，沿著該氣流導引內壁的外周面，導引至前述氣體流入部，藉此形成迴旋流。
本發明的基板處理裝置，其特徵為具備：氣體混合裝置，使彼此不同的處理氣體從不同的位置流入，並將這些處理氣體予以混合；和處理容器，用來供給經前述氣體混合裝置混合的處理氣體；和載置部，被設在前述處理容器內，用來載置由前述處理氣體所處理的基板；及排氣部，對前述處理容器內進行真空排氣，前述氣體混合裝置，是上述的氣體混合裝置。
本發明，當混合複數種氣體時，沿著氣體流出通路的開口緣將複數個氣流導引內壁保持間隔地配置於周方向，該複數個氣流導引內壁，在「於底面中央部開口形成氣體流出通路的圓筒部內」，沿著各個周方向朝圓筒部的中心部靠近地形成彎曲，並成為相對於圓筒部的中心對稱旋轉。因此，已流入氣流導引內壁、與圓筒部的內周面之間的氣體，將沿著氣流導引內壁的外周面流動而形成迴旋流，並被導向氣體流出通路。據此，由於各氣體形成迴旋流並在氣體流出通路形成合流，因此混合氣體之濃度 不一致的情形不易產生，能更一致地混合。
1‧‧‧處理容器
2‧‧‧載置台
4‧‧‧氣體混合裝置
40‧‧‧圓筒部
41‧‧‧氣體流出通路
42A~42C‧‧‧氣流導引內壁
43‧‧‧導引通路
45A~45C‧‧‧第1~第3氣體流入管
5‧‧‧氣體供給部
51‧‧‧噴水器頭(shower head)
9‧‧‧控制部
W‧‧‧晶圓
第1圖：為本發明其中一個實施形態之成膜裝置的縱剖面圖。
第2圖：為本發明其中一個實施形態之氣體混合裝置的剖面圖。
第3圖：為氣體擴散部的分解立體圖。
第4圖：為氣體混合裝置的剖面立體圖。
第5圖：為氣體混合裝置的縱剖面圖。
第6圖：為氣體混合裝置的俯視圖。
第7圖：為顯示本發明之實施形態中氣體之供給變化的說明圖。
第8圖：是用來說明氣體混合裝置中氣體之流動的說明圖。
第9圖：是用來說明氣體混合裝置中氣體之流動的說明圖。
第10圖：是顯示比較例、及實施例之氣體混合裝置的剖面立體圖。
第11圖：是顯示比較例、及實施例中氣體之質量的標準偏差的特性圖。
第12圖：是顯示相對於「實施例中氣體之質量流量比」之氣體的質量之標準偏差的特性圖。
針對採用本發明實施形態之混合裝置的基板處理裝置之其中一例的成膜裝置的構造進行說明。成膜裝置，係作為以下的裝置所構成：對晶圓W的表面，依序供給氯化鈦(TiCl4：titanium chloride)氣體、氨(NH3：ammonia)氣體、氧氣(O2)，並藉由所謂的ALD法形成氮氧化鈦(TiON：Titanium Oxynitride)膜。在說明書中，載體氣體也包含於處理氣體中。
如第1圖所示，成膜裝置，具備由鋁等金屬所構成，平面形狀略呈圓形之真空容器的處理容器1，在該處理容器1內，設有可供晶圓W載置的載置台2。在處理容器1的側面設有：晶圓W的搬送出入口11、及用來開閉該搬送出入口11的閘門閥12。
在較前述搬送出入口11更上部側的位置，將縱剖面形狀呈角型的導管彎曲成圓環狀所構成的排氣導管13，設成堆疊於「構成處理容器1之本體」的側壁上。在排氣導管13的內周面，形成有沿著周方向延伸之槽縫狀的開口部131。在排氣導管13的外壁面形成有排氣口132，在該排氣口132連接有：由真空泵所形成的排氣部14。
在處理容器1內，於前述排氣導管13的內側位置，配置有載置台2。在載置台2的內部，埋設有將晶圓W加熱至譬如350℃~550℃之成膜溫度之圖面中未顯示的加熱器。在載置台2設有蓋構件22，該蓋構件22設成：跨越 周方向地覆蓋載置台2的周緣部及載置台2的側周面。在載置台2的下面側中央部，連接有「貫穿處理容器1的底面，朝上下方向延伸的支承構件23」。該支承構件23的下端部，透過「水平地配置於處理容器1下方側之板狀的支承台232」，連接於升降機構24。升降機構24，使載置台2在收授位置與處理位置之間升降，該收授位置是指：在和「已從搬送出入口11進入的晶圓搬送機構」之間收授晶圓W的位置(在第1圖中以一點鎖線標示)，該處理位置是指：在該收授位置的上方側，對晶圓W執行成膜之第1圖中以實線標示的位置。將處理容器1內的環境區劃為外部，並伴隨著支承台232的升降動作而伸縮的伸縮囊(bellows)231，在「該支承構件23所貫穿之處理容器1的底面」與支承台232之間，設成從周方向的外側包覆前述支承構件23。
在載置台2的下方側設有：當與外部的晶圓搬送裝置之間進行晶圓W的收授時，從下面側支承晶圓W並升起的譬如3個支承銷25。支承銷25，連接於升降機構26並形成自由升降，藉由使支承銷25透過「朝上下方向貫穿載置台2之圖面中未顯示的貫穿孔」，從載置台2的上表面伸出縮回，執行與晶圓搬送機構間之晶圓W的收授。
在排氣導管13的上表面側，朝向被載置於載置台2的晶圓W供給氣體的氣體供給部5，被設成封閉圓形的開口。參考第2圖說明氣體供給部5。氣體供給部5，具備頂板部50，並在頂板部50的下方位置，設有上方形成開口之扁平的有底圓筒形的噴水器頭51。在氣體供給部5的 內部設有後述的氣體混合裝置4，而構成：由氣體混合裝置4所混合的氣體透過氣體流出通路41，從開口形成於頂板部50之下面中央的開口部52，供給至噴水器頭51內。
在位於噴水器頭51內的開口部52的周圍，設有用來使「氣體混合裝置4所供給的氣體」擴散之扁平圓筒形的擴散室53。在擴散室53的下面配置有：從俯視角度觀看，沿著「以被載置於載置台2之晶圓W的中心部作為中心」的圓配置於相等間隔的複數個氣體擴散部54，並更進一步將氣體擴散部54配置於晶圓W之中心部的上方。如第3圖所示，氣體擴散部54是由圓筒形的構件所構成，並設成從擴散室53的底面朝向下方突出。在擴散室53的底面53A，形成有用來對各氣體擴散部54供給氣體的孔部55，在氣體擴散部54的側面，形成有沿著周方向保持間隔所設置的複數個氣體吐出口56，已從擴散室53流入氣體擴散部54的氣體，從各氣體吐出口56朝向水平方向吐出而形成一致地擴散。然後，已被吐出至噴水器頭51內的氣體，透過形成於噴水器頭51的氣體噴出孔57，供給至晶圓W。
接著參考第4圖~第6圖，說明氣體混合裝置4。氣體混合裝置4，具備由下構件40A、與封閉下構件40A之上方的上構件40B所構成的圓筒部40。下構件40A具備：底面部46、及形成圓筒部40之周壁的環狀壁，亦即外壁47，在外壁47的外周形成有凸緣46A。上構件40B具備：覆蓋下構件40A之環狀壁，亦即覆蓋外壁47之上方的頂板部分48，周緣朝向下方彎曲而成為壁部49。然後，藉 由使上構件40B從上方卡合於下構件40A，外壁47密接於頂板部分48，而構成扁平圓筒形的圓筒部40。而第4圖、第6圖的灰色部分，是表示下構件40A中密接於上構件40B之頂板部分48的部分。
如第4圖~第6圖所示，下構件40A，連接著在底面部46之下面側的中心部朝上下方向延伸的氣體流出通路41。氣體混合裝置4，亦可將氣體流出通路41配置成水平地延伸，但在說明書中，是將圓筒部40之中心軸的延伸方向設為上下方向。在下構件40A的內部，沿著氣體流出通路41的開口緣，設有形成朝周方向延伸的3個氣流導引內壁42A~42C。各氣流導引內壁42A~42C形成：彼此相對於圓筒部40的中心形成對稱旋轉。3個氣流導引內壁42A~42C，由於構造相同，在此以氣流導引內壁42A作為代表進行說明。
倘若將圓筒部40之周方向中的順時針方向設為前方，並將逆時針方向設為後方，氣流導引內壁42A將從下構件40A的底面朝向上構件40B的頂板部分48突出，而設成：當促使下構件40A與上構件40B卡合時，氣流導引內壁42A的上表面，密接於上構件40B的頂板部分48。此外，氣流導引內壁42A，面向圓筒部40之內周面的面，越朝向前方側，靠近圓筒部40的中心形成彎曲，如第6圖所示，當從俯視角度觀看時，成為較圓筒部40之內周面的圓弧形狀更小徑的圓弧形狀。
不僅如此，倘若將「氣流導引內壁42A中，面 向圓筒部40之內周的面」設為氣流導引內壁42A的外周面，並將「氣流導引內壁42A中，圓筒部40之中心側的面」設為氣流導引內壁42A的內周面，「氣流導引內壁42A的外周面之前方側的端部」、與「被設在該氣流導引內壁前方之氣流導引內壁42B的內周面之後方側的端部」，彼此隔著間隙配置成相對向，被「後方側之氣流導引內壁42A的外周面之前方側的端部」、與「前方側之氣流導引內壁42B的內周面之後方側的端部」所包夾的領域，成為氣流的導引通路43。
此外，氣流導引內壁42A的內周面之前方側的部分，成為朝向下方傾斜的傾斜面，氣流導引內壁42A之內周面的後方側，成為豎立的面。此外，傾斜面，成為與氣體流出通路41的內周面連接的曲面，如第5圖所示，氣體流出通路41的內周面，從位於圓筒部40之底面的開口部，朝向下方緩緩變窄地形成傾斜。
如第6圖所示，在圓筒部40之各氣流導引內壁42A~42C與圓筒部40的內周面之間，在前方後方觀看氣流導引內壁42A~42C，在較中央更後方的位置，對應於各氣流導引內壁42A~42C之第1~第3氣體流入管45A~45C的一端側，貫穿上構件40B的頂板部分48而形成連接。第1~第3氣體流入管45A~45C，相對於圓筒部40的中心，配置成彼此對稱旋轉。此外，下構件40A中，圓筒部40的內周面及各氣流導引內壁42A~42C的外周面，沿著第1~第3氣體流入管45A~45C之開口部分的輪廓形成彎曲。圓筒部40內之第1~第3氣體流入管45A~45C的開口部分，相當 於氣體流入部。
回到第1圖、第2圖，第1氣體流入管45A，其另一端側分歧為2條，在各分歧端部，分別連接著氮(N2)氣體供給源61、氯化鈦(TiCl4)氣體供給源62。此外，第2氣體流入管45B，其另一端側分歧為2條，在各分歧端部，分別連接著氮(N2)氣體供給源63、氨(NH3)氣體供給源64。不僅如此，第3氣體流入管45C，其另一端側分歧為2條，在各分歧端部，分別連接著氮(N2)氣體供給源65、氧(O2)氣體供給源66。圖中的M1~M6為流量調整部，V1~V6為閥。第1~第3氣體流入管45A~45C，構成譬如由圖面中未顯示的加熱器加熱至200℃。在該例中，N2氣體相當於載體氣體，TiCl4氣體、NH3氣體及O2氣體相當於成膜氣體。
成膜裝置，如第1圖所示與控制部9連接。控制部9，譬如是由圖面中未顯示之具備CPU與記憶部的電腦所形成，在記憶部記憶著組合有下述步驟(命令)的程式：成膜裝置的作用，亦即使已被載置於載置台2上的晶圓W上升至處理位置，以預定的順序朝晶圓W供給反應氣體、氧化氣體及置換用氣體而執行TiON的成膜，直到將已執行了成膜的晶圓W搬出的控制。該程式，被收藏於譬如硬碟、光碟、磁光碟(Magneto-Optical disk)、記憶卡之類的記錄媒體，並從該處安裝於電腦。
接著，說明本發明之實施形態的成膜裝置的作用。第7圖，為顯示基於ALD法的TiON膜之成膜處理 中，氣體之供給變化的說明圖。而第7圖的橫軸，並非正確地顯示各氣體的供給、停止的時間間隔。首先，在預先將處理容器1內減壓至特定的真空環境後，使載置台2下降至收授位置為止。接著，開放閘門閥12，使「與搬送出入口11連接之譬如設在真空搬送室的晶圓搬送機構」的搬送臂進入，和支承銷25之間執行晶圓W的收授。在此之後，使支承銷25下降，將晶圓W載置於藉由加熱器加熱至譬如440℃的載置台2上。
接下來，關閉閘門閥12，使載置台2上升至處理位置為止。不僅如此，在第7圖所示的時刻t0，開啟氣體混合裝置4的閥V1、V3及V5。以下之順序的說明所記載的流量和時間，僅是用來說明的一個例子。藉此，從第1~第3氣體流入管45A~45C，分別對圓筒部40內供給5000sccm流量的N2氣體。因此，從氣體混合裝置4對處理容器1內供給合計15000sccm流量的N2氣體。
接下來，將處理容器1內的壓力調整成由製程配方(Process Recipe)所預定的壓力之後，從時刻t1起將閥V2開啟0.05秒。藉此，從第1氣體流入管45A對圓筒部40內供給N2氣體，並供給譬如50sccm流量的TiCl4氣體。然後，從第1氣體流入管45A流入之TiCl4氣體與N2氣體的混合氣體，在圓筒部40，與分別從第2氣體流入管45B及第3氣體流入管45C流入的N2氣體混合，經由氣體流出通路41供給至處理容器1內。
此外，藉由從時刻t1起經過0.05秒後將閥關 閉，使從第1氣體流入管45A流入圓筒部40的氣體僅為N2氣體，從氣體混合裝置4對處理容器1內僅供給N2氣體。藉此，處理容器1內的TiCl4氣體被置換為N2氣體。接著，在關閉了閥V2之後，從經過0.2秒後的時刻t2起，將閥V4開啟0.2秒。藉此，從第2氣體流入管45B對圓筒部40供給N2氣體，並供給2700sccm流量的NH3氣體。然後，由第2氣體流入管45B所供給的氣體，在圓筒部40內，與分別從第1氣體流入管45A及第3氣體流入管45C流入的N2氣體混合，而供給至處理容器1。
除此之外，藉由關閉閥V4，使從第2氣體流入管45B流入的氣體僅為N2氣體，從氣體混合裝置4對處理容器1供給N2氣體，將處理容器1內的NH3氣體置換為N2氣體。此外，在關閉了閥V4之後，從經過3.3秒後的時刻t3起，將閥V6開啟0.2秒。藉此，由第3氣體流入管45C對圓筒部40供給N2氣體的同時，供給50sccm流量的O2氣體，在圓筒部40內，與分別從第1氣體流入管45A及第2氣體流入管45B流入的N2氣體混合，而供給至處理容器1。除此之外，藉由關閉閥V6，使從第3氣體流入管45C流入的氣體僅為N2氣體，從氣體混合裝置4對處理容器1內供給N2氣體，將處理容器1內的O2氣體置換為N2氣體。
如此一來，以TiCl4氣體→N2氣體→NH3氣體→N2氣體→O2氣體→N2氣體的順序，供給反應氣體(TiCl4氣體、NH3氣體)及氧化氣體(O2氣體)及置換氣體(N2氣體)。藉由對晶圓W供給TiCl4氣體及NH3氣體，使氮化鈦 (TiN)的分子層堆積於晶圓W的表面，藉由更進一步供給O2氣體，使氮化鈦(TiN)的分子層氧化而成為TiON的分子層。藉由反覆上述的動作，使TiON堆積而形成TiON的膜。
雖然從第1~第3氣體流入管45A~45C流入的氣體，是由氣體混合裝置4所混合而供給至處理容器1，但如同先前技術所描述，當將上述實施形態所顯示之O2氣體等流量少的氣體，與大流量的N2氣體混合時，存在著不易一致地混合的問題。在此，針對上述實施形態之氣體混合裝置4中的氣體混合，以「從時刻t3起供給O2氣體」的例子進行說明。
如第8圖所示，由第3氣體流入管45C供給至圓筒部40內的氣體，由於受到氣流導引內壁42C的限制，而流入圓筒部40的周方向(前後方向)。氣流導引內壁42C，其前方側朝向圓筒部40的中心側彎曲，氣流導引內壁42C之外周面的前端側，被配置成與「位在該氣流導引內壁42C前方之氣流導引內壁42A的內周面的後端側」相對向，氣流導引內壁42C之外周面的前端側、與氣流導引內壁42A之內周面的後端側之間，成為用來導引氣體的導引通路43。此外，氣流導引內壁42C，成為較圓筒部40的內周面更小徑的圓弧。因此，從第3氣體流入管45C流入圓筒部40，沿著氣流導引內壁42C的外周面流向前方側的氣體，朝向圓筒部40的中心方向彎折並且流動，從導引通路43進入其中一個前方的氣流導引內壁42A的內周面側。
已進入氣流導引內壁42A之內周面側的氣體，沿著氣流導引內壁42A的內周面流動。由於氣流導引內壁42A之內周面的前方側，形成與氣體流出通路41的內面連接的曲面，故已進入氣流導引內壁42A之內周面側的氣體，沿著氣流導引內壁42A之內周面的彎曲而形成彎折，並進入氣體流出通路41。此時，氣體藉由沿著氣流導引內壁42C的外周面及氣流導引內壁42A的內周面流動，從氣體流出通路41的周緣朝周方向流動並進入氣體流出通路41，因此如第8圖所示，成為從氣體流出通路41的內周面流向周方向的迴旋流。
此外，由第3氣體流入管45C供給至圓筒部40之氣體的一部分，從氣流導引內壁42C的外周面朝向後方流動，與「由第2氣體流入管45B所供給，沿著較氣流導引內壁42C更往後一個的氣流導引內壁42B，朝向前方流動」的氣體，一起流向氣流導引內壁42C的內周面側，而成為從氣體流出通路41之內周面流向周方向的迴旋流。
此外，被氣流導引內壁42A~42C的內面與氣體流出通路41的內周面所圍繞的空間，構成越朝向下方越窄。因此，如第9圖所示，沿著氣流導引內壁42A~42C的內面流動，且沿著氣體流出通路41的內周面流動的迴旋流，其旋轉半徑隨著朝向氣體流出通路41的下方側而緩緩地變短，其流速隨之上升。
然後，由第1氣體流入管45A及第2氣體流入管45B供給至圓筒部40的N2氣體，也和「由第3氣體流入管45C供給 至圓筒部40的氣體」一樣成為迴旋流，流速緩緩地增加並流動於氣體流出通路41。
由這些第1~第3氣體流入管45A~45C所供給的氣體，分別成為迴旋流，流速緩緩地增加並流動於氣體流出通路41。如同後述的實施例所示，不僅是TiCl4氣體與N2氣體、NH3氣體與N2氣體的混合，即使是將「與對應於成膜氣體的N2氣體之間的流量比小的氣體」混合於N2氣體的場合，也能一致地混合。因此，含有由第3氣體流入管45C所供給之少量O2的氣體、和由第1氣體流入管45A及第2氣體流入管45B所供給的N2氣體，彼此混合成為一致濃度的混合氣體，並供給至處理容器1。然後，由氣體擴散部54所擴散，透過噴水器頭51供給至晶圓W。
如此一來，將TiCl4氣體的供給、NH3氣體的供給、O2氣體的供給譬如反覆數十次~數百次，並在形成所期望之膜厚的TiON膜之後，供給置換用的氮氣，並在排出最後的O2氣體後，使載置台2下降至收授位置為止。然後，開啟閘門閥12使搬送臂進入，採用與搬入時相反的步驟，從支承銷25將晶圓W轉移至搬送臂。
在上述的實施形態中，當將小流量的O2氣體混合於大流量的N2氣體時，在「於底面中央部設有氣體流出通路41，頂面被封閉的圓筒部40」，前方側的端部朝圓筒部40的中心部靠近地形成彎曲，並且相對於圓筒部40的中心形成對稱旋轉的複數個氣流導引內壁42A~42C，沿著氣體流出通路41的開口緣，保持間隔地配置。因此，從 設在「氣流導引內壁42A~42C、與圓筒部40的內周面之間」的第1~第3氣體流入管45A~45C流入的氣體，沿著氣流導引內壁42A~42C的外周面流動而形成迴旋流，並被導向氣體流出通路41。藉由使從第1~第3氣體流入管45A~45C流入的氣體分別成為迴旋流，當利用氣體流出通路41使各氣體合流時，混合氣體之濃度不一致的情形不易產生，能更一致地混合。
除此之外，如同後述的實施例所示，舉例來說，即使是成膜氣體與載體氣體間的混合比(成膜氣體的質量流量/載體氣體的質量流量)大的場合，也能充分地混合。因此，即使在由第1氣體流入管45A供給TiCl4氣體；由第2及第3氣體流入管45B、45C供給N2氣體的場合，或者由第2氣體流入管45A供給NH3氣體；由第1及第3氣體流入管45A、45C供給N2氣體的場合中，也能一致地混合。
此外，由於成膜氣體與載體氣體間的混合比變小將使氣體變得難以混合，因此在混合「成膜氣體與載體氣體間的混合比為0.4以下的氣體」的場合中，能獲得更大的效果。混合比，是指從一個氣體流入管供給至圓筒部40之氣體中(成膜氣體的質量流量/載體氣體的質量流量)的值，從另一個氣體流入管，使質量流量與「從一個氣體流入管流入的載體氣體」相同的載體氣體，流入圓筒部40。
即使在「從一個氣體流入管僅流入少量的成膜氣體，並從其他的氣體流入管流入大流量的載體氣體」的場合中，也能獲得相同的效果。
此外，如同後述的實施例所示，將第1~第3氣體流入管45A~45C，設在氣流導引內壁42A~42C、與圓筒部40的內周面之間時，藉由設在較氣流導引內壁42A~42C的中央部更後方側，混合氣體能更一致地混合。這是由於：從第1~第3氣體流入管45A~45C流入圓筒部40之氣體的一部分，朝向氣流導引內壁42A~42C的後方側流動，藉由與沿著後方側之氣流導引內壁42A~42C的外周面流動的氣體合流，而變得容易混合。
除此之外，傾斜面，是從位於氣流導引內壁42A~42C的內周面及氣體流出通路41的圓筒部40底面的開口部，隨著朝向下方而靠近圓筒部40的中心部地形成傾斜。藉由以上述的方式構成，能使迴旋流的速度緩緩地加速。因此，如同後述的實施例所示，能更一致地對混合氣體進行混合。
除此之外，將鄰接的氣流導引內壁42A~42C中前方側的氣流導引內壁，譬如氣流導引內壁42A之內周面的後端部、與後方側的氣流導引內壁42C之外周面的前端部配置成相對向，而將「氣流導引內壁42A之內周面的後端部、與氣流導引內壁42C之外周面的前端部」之間作為氣流的導引通路43。因為這緣故，由於能更確實地將「沿著後方側的氣流導引內壁42C之外周面流動的氣體」，導引至前方側之氣流導引內壁42A的內周面側，因此能更確實地形成迴旋流。
此外，如同以上所述，藉由使氣流導引內壁 42A~42C的內周面形成傾斜而增加迴旋流的速度，故混合氣體能更加一致地混合，倘若到氣流導引內壁42A之內周面的後端部側為止形成傾斜面，由於氣流導引內壁42A之內周面的後端部與氣流導引內壁42C之外周面的前端部過度地靠近，而不易朝前方側之氣流導引內壁42A的內周面側導引。因此，相較於前方側，使氣流導引內壁42A之內周面的後方側形成豎立的面，使氣體容易進入導引通路43。
不僅如此，亦可停止3個氣體流入管45A~45C之其中一個氣體流入管的氣體，而由其他2個氣體流入管供給氣體，來混合氣體。舉例來說，停止氣體流入管45A的氣體供給，分別由氣體流入管45B供給N2氣體，由氣體流入管45C供給N2氣體及O2氣體。即使在這樣的場合中，由氣體流入管45B及氣體流入管45C所供給的氣體，也能分別形成迴旋流而混合，由於一致地混合而能獲得功效。
此外，氣體混合裝置，亦可適用於電漿處理裝置。舉例來說，在第1圖、第2圖所示的成膜裝置中，構成可對噴水器頭51施加高頻(high frequency)電力，並將載置台2連接於接地電位。然後，構成使容量結合型的電漿，發生於「成為上部電極的噴水器頭51」與「成為下部電極的載置台2」之間，亦可構成：將由氣體混合裝置所混合的氣體，供給至噴水器頭51與載置台2之間。不僅如此，氣體混合裝置所混合的處理氣體，也可以是原料氣體、和與原料氣體產生反應的反應氣體，亦可適用於將「已混合 了原料氣體與反應氣體」的氣體供給至晶圓W的CVD裝置。
此外，第1~第3氣體流入管45A~45C，亦可連接於圓筒部40的側面。即使是從圓筒部40的側面供給氣體的場合，由於是由氣流導引內壁42A~42C來導引氣流，故能獲得相同的效果。
此外，一旦氣體流入管及氣流導引內壁的數量變多，則有必要使圓筒部40變大，氣體變得難以混合。因此，氣體流入管及氣流導引內壁，最好為2個或者3個。此外，氣流導引內壁42A~42C的內周面，也可以是非傾斜面的垂直面。
[實施例]
為了驗證本發明的效果，使用「採用的氣體混合裝置4的成膜裝置」，對處理容器1內供給經混合的氣體，針對載置台2上方的一致性，利用模擬進行了調查。
(實施例1)
使用「採用了實施形態之氣體混合裝置4的成膜裝置」，將由第1氣體流入管45A所供給的反應氣體與載體氣體間的質量流量比(反應氣體的質量流量/載體氣體的質量流量)設定為0.338。此外，將其餘的第2氣體流入管45B、第3氣體流入管45C設為：可供與「由第1氣體流入管45A所供給的載體氣體」相同量的載體氣體流動。此外，將處理容 器1內的壓力設為3Torr(400Pa)，將氣體的溫度設為200℃。
(實施例2)
如第10圖(a)所示，除了將氣體流出通路41的內周面設為垂直面的這點以外，將採用與實施例1相同構造之氣體混合裝置4的例子，作為實施例2。
(實施例3)
如第10圖(b)所示，除了「將圓筒部40中可供各氣體流入之第1~第3氣體流入管45A~45C的連接位置，設定於氣流導引內壁42A~42C之前後方向的中央部之間的位置」的這點以外，將採用與實施例2相同構造之氣體混合裝置4的例子，作為實施例3。
(比較例)
如第10圖(c)所示，取代實施例1所示的圓筒部40，以「採用了設有下述流路91之構造的氣體混合裝置的例子」作為比較例，該流路91，是使由第1~第3氣體流入管45A~45C所供給的氣體，從氣體流出通路41觀看流向周方向其中一側後，垂直地朝氣體流出通路側彎曲，從氣體流出通路41排出。第10圖(c)，為了避免記載的複雜化，僅氣流的流動部位以實線顯示，下構件40A的外壁及底面部，則以虛線顯示。
實施例1~3及比較例的各個當中，測量已供給氣體時，載置台2的周緣部上方之周方向上相等間隔之8個位置的氣體質量，並求出8個位置處之氣體質量的標準偏差(1σ)。第11圖，是顯示該結果，並以相對於平均值的百分率(1σ%)，顯示實施例1~3及比較例的標準偏差(1σ)的特性圖。雖然比較例及實施例2、3，採用了在擴散室53內形成有溝的構造，但不會對氣體混合裝置4的效果評估造成影響。
如第11圖所示，比較例及實施例1~3的1σ%，分別為7.8%、1.08%、2.9%、4.2%。根據該結果，可得知相較於比較例的氣體混合裝置4，實施例1~3的氣體混合裝置4，其1σ%變得更小，在載置台2的上方，氣體能更一致地混合。
此外，實施例2，其1σ%較實施例3更小。因此，藉由將圓筒部40中用來供給各氣體之第1~第3氣體流入管45A~45C的連接位置，設在較氣流導引內壁42A~42C之前後方向的的中央部更後方側，能更一致地混合氣體。
不僅如此，實施例1，其1σ%形成小於實施例2，藉由使氣體流出通路41的內周面構成朝向下方而緩緩地變窄，能更一致地混合氣體。
此外，使用「採用了實施例1所示之氣體混合裝置4的成膜裝置」，將反應氣體與載體氣體間的質量流量比設定為0.338、0.342、0.363、0.830、0.840及0.96，與實施例1同樣地求出氣體之質量的標準偏差(1σ)。
第12圖，顯示其結果，是顯示相對於「反應氣體與載體氣體間的質量流量比」之標準偏差(1σ%)的特性圖。如第12圖所示，無論質量流量比為0.338~0.96中的任一個，1σ%成為極低的1.08以下。根據該結果，藉由使用本發明實施形態的氣體混合裝置4，無關於質量流量比，在載置台2的上方氣體能更一致地混合。
40A‧‧‧下構件
41‧‧‧氣體流出通路
42A~42C‧‧‧氣流導引內壁
43‧‧‧導引通路
46‧‧‧底面部
46A‧‧‧凸緣
47‧‧‧外壁

Claims (13)

  1. 一種氣體混合裝置，是用來混合複數種氣體的氣體混合裝置，其特徵為：具備：頂面被封閉的圓筒部；和氣體流出通路，在前述圓筒部之底面的中央部形成開口，並朝下方延伸；和複數個氣流導引內壁，沿著前述氣體流出通路中前述底面的開口緣，彼此保持間隔地配置於周方向，並且設成相對於前述圓筒部的中心對稱旋轉，朝向前述頂面突出；及氣體流入部，被設在前述氣流導引內壁與圓筒部的內周面之間，供欲混合的氣體流入，在前述圓筒部的周方向中，當在順時針方向及逆時針方向的其中一方觀看時，倘若將朝向該一方的側定義為前方，前述氣流導引內壁將隨著朝向前方側，而朝前述圓筒部的中心部靠近地形成彎曲，將已流入圓筒部的內周面與氣流導引內壁之間的氣體，沿著該氣流導引內壁的外周面，導引至前述氣體流出通路，藉此形成迴旋流。
  2. 如請求項1所記載的氣體混合裝置，其中前述氣流導引內壁之外周面的圓弧形狀，當從俯視角度觀看時，成為 較前述圓筒部之內周面的圓弧形狀更小徑的圓弧形狀。
  3. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前述氣體流入部構成：氣體流入位置成為較氣流導引內壁之前後方向的中央更後方側。
  4. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前述氣體流入部構成：氣體從上面側流入前述圓筒部內。
  5. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前述氣流導引內壁的內周面形成傾斜面，該傾斜面越朝向下方，便越靠近圓筒部的中心部地形成傾斜。
  6. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前述氣體流出通路，從開口部起越朝向下方，便越靠近圓筒部的中心部地形成傾斜。
  7. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中彼此鄰接的氣流導引內壁中前方側的氣流導引內壁之後端附近的內周面、與後方側的氣流導引內壁中前端附近的外周面，形成相對向，而被該內周面、外周面所包夾的空間，構成用來形成迴旋流之氣流的導引通路。
  8. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前 述氣流導引內壁中前端側的內周面為傾斜面，前述氣流導引內壁中後端側的內周面，較前述前端側的內周面更為豎起。
  9. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前述氣流導引內壁的配置數量，為2個或者3個。
  10. 如請求項1或請求項2所記載的氣體混合裝置，其中前述氣體流入部，被設在各個氣流導引內壁。
  11. 一種基板處理裝置，其特徵為：具備：氣體混合裝置，使彼此不同的處理氣體從不同的位置流入，並將這些氣體予以混合；和處理容器，用來供給經前述氣體混合裝置混合的處理氣體；和載置部，被設在前述處理容器內，用來載置由前述處理氣體所處理的基板；及排氣部，對前述處理容器內進行真空排氣，前述氣體混合裝置，是請求項1至請求項10之其中任一項所記載的氣體混合裝置。
  12. 如請求項11所記載的基板處理裝置，其中前述氣體混合裝置具備：可供載體氣體與原料氣體流入的一個氣體流 入部；及可供載體氣體、及與前述原料氣體形成反應的反應氣體流入的另一個氣體流入部，利用前述基板處理裝置執行的處理，是對形成放置有基板之真空環境的處理容器內，交互地供給以下的氣體複數回以執行成膜的成膜處理：在前述氣體混合裝置中，將從一個氣體流入部流入的載體氣體及原料氣體、與從另一個氣體流入部流入的載體氣體予以混合的氣體；在前述氣體混合裝置中，將從一個氣體流入部流入的載體氣體、與從另一個氣體流入部流入的載體氣體及反應氣體予以混合的氣體。
  13. 如請求項11所記載的基板處理裝置，其中前述氣體混合裝置具備：可供原料氣體流入的一個氣體流入部；及可供與前述原料氣體形成反應的反應氣體流入的另一個氣體流入部，利用前述基板處理裝置執行的處理，是對基板供給以下的氣體以執行成膜的成膜處理：將從前述一個氣體流入部流入的原料氣體、與從另一個氣體流入部流入的反應氣體予以混合的氣體。
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