JP7819364B2 - ガス混合装置及び半導体プロセス装置 - Google Patents

ガス混合装置及び半導体プロセス装置

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Description

本発明は、半導体製造の分野に関し、具体的には、ガス混合装置及び半導体プロセス装置に関する。
現在、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）装置は、半導体チップの製造プロセスに広く用いられ、その気流に関連するシステムは主に吸気システム、ガス混合システム、ガス分離システム及び排気システム等を含む。ＡＬＤプロセスの吸気方式は主にパルス吸気を採用し、単原子膜を一層ずつウェハ表面に堆積することを実現する。
具体的には、２種類のソースガスを用いるＡＬＤプロセスの吸気方法は、プロセスチャンバに希釈ガス（例えば窒素ガス）を導入し、管路及びチャンバをパージするステップ１と、プロセスチャンバに第１ソースガスと希釈ガスの混合ガスを導入するステップ２と、第１ソースガスの導入を停止し、プロセスチャンバに希釈ガスを導入するステップ３と、プロセスチャンバに第２ソースガスと希釈ガスの混合ガスを導入するステップ４と、第２ソースガスの導入を停止し、プロセスチャンバに希釈ガスを導入するステップ５と、を含む。
上記ステップ２～ステップ５を繰り返す。
上記ステップ２及びステップ５を行う過程において、ガス混合装置を利用してソースガス、希釈ガス（又はソースガスとして使用されるキャリアガス）を十分に混合し、混合ガスの濃度を非常に均一な状態にし、その後、ガス分離システム（例えばシャワー装置）の急速分散を経た後、ウェハ表面に均一に吹き付け、化学反応を発生させて成膜する。ここで、如何に迅速で、均一にガスを混合するかが、ガス混合時間の短縮や、性能、生産能力の向上にとって非常に重要である。
しかし、従来のガス混合装置は圧力を保持することによってガスの水平方向における流動を促進するが、このような方式は流動閉塞が深刻であり、流動抵抗が大きく、ガス混合効率が低いだけでなく、ガスの混合が完全に均一になることが困難であり、均一性効果が低く、ガス混合に対する要求が比較的高い運転モードに適していない。
本発明の目的は、少なくとも従来技術に存在する技術的問題の１つを解決し、ガス混合時間を短縮し、ガス混合効率を向上させるだけでなく、混合均一性を効果的に向上させ、製品性能を向上させることができるガス混合装置及び半導体プロセス装置を提供することである。
本発明の目的を達成するために提供するガス混合装置は、半導体プロセス装置に適用されるガス混合装置であって、ガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路を含み、前記ガス混合部材に第１吸気通路、第２吸気通路及び環状ガス混合通路が設けられ、
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の吸気端がそれぞれ前記第１吸気管路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端がいずれも前記環状ガス混合通路に連通し、前記環状ガス混合通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられ、
前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気方向は、それぞれ前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端から前記環状ガス混合通路に流入したガスが混合されるときにいずれも前記環状ガス混合通路の周方向における同一方向に沿って回転して流れるように設定される。
選択可能に、前記第１吸気通路は、前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第１ガス均一化孔を含み、各前記第１ガス均一化孔の排気端の前記環状ガス混合通路の径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第１接続線とし、各前記第１ガス均一化孔の吸気端の前記径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第２接続線としたとき、前記第１接続線と前記第２接続線の間に夾角を有する。
選択可能に、前記第２吸気通路は、前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第２ガス均一化孔を含み、各前記第２ガス均一化孔の排気端の前記環状ガス混合通路の径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第３接続線とし、各前記第２ガス均一化孔の吸気端の前記径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第４接続線としたとき、前記第３接続線と前記第４接続線の間に夾角を有し、
前記第２ガス均一化孔と前記第１ガス均一化孔は、前記環状ガス混合通路の軸方向において互いにずれている。
選択可能に、前記第１吸気通路は第１環状サブ通路及び第１接続サブ通路をさらに含み、前記第１環状サブ通路は、前記環状ガス混合通路の外側を取り囲み、複数の前記第１ガス均一化孔は前記第１環状サブ通路と前記環状ガス混合通路との間に位置し、各前記第１ガス均一化孔の吸気端が前記第１環状サブ通路に連通し、各前記第１ガス均一化孔の排気端が前記環状ガス混合通路に連通し、
前記第１接続サブ通路の両端がそれぞれ前記第１環状サブ通路及び前記第１吸気管路の排気端に連通し、前記第１接続サブ通路の排気方向は、前記第１環状サブ通路に流入したガスが回転して流れ、前記第１環状サブ通路におけるガスの流れ方向が前記環状ガス混合通路におけるガスの流れ方向と同じであるように設定される。
選択可能に、前記第２吸気通路は第２環状サブ通路及び第２接続サブ通路をさらに含み、前記第２環状サブ通路は、前記環状ガス混合通路の内側を取り囲み、複数の前記第２ガス均一化孔は前記第２環状サブ通路と前記環状ガス混合通路との間に位置し、各前記第２ガス均一化孔の吸気端が前記第２環状サブ通路に連通し、各前記第２ガス均一化孔の排気端が前記環状ガス混合通路に連通し、
前記第２接続サブ通路と前記第１接続サブ通路は前記環状ガス混合通路の軸方向において互いにずれており、前記第２接続サブ通路の両端がそれぞれ前記第２環状サブ通路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第２接続サブ通路の排気方向は、前記第２環状サブ通路に流入したガスが回転して流れ、前記第２環状サブ通路におけるガスの流れ方向が前記環状ガス混合通路におけるガスの流れ方向と同じであるように設定される。
選択可能に、前記第１接続サブ通路の軸線の前記ガス混合部材の径方向断面における正投影は、前記径方向断面におけるいずれか１つの径方向と互いに重なり、又は互いに平行であり、又は夾角を有し、
前記第２接続サブ通路の軸線の前記ガス混合部材の径方向断面における正投影は、前記径方向断面におけるいずれか１つの径方向と互いに重なり、又は互いに平行であり、又は夾角を有する。
選択可能に、前記ガス混合装置は第３吸気管路及び前記第３吸気管路に設けられた開閉弁をさらに含み、
前記ガス混合部材には、さらに第３吸気通路が設けられ、前記第３吸気通路は前記環状ガス混合通路の上方に位置し、前記第３吸気通路の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、前記第３吸気通路の排気端が前記第１環状サブ通路及び前記第２環状サブ通路のうちの少なくとも１つに連通する。
選択可能に、前記第３吸気通路は、前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第３ガス均一化孔を含み、各前記第３ガス均一化孔の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、各前記第３ガス均一化孔の排気端が前記第１環状サブ通路又は前記第２環状サブ通路に連通し、又は、
前記第３吸気通路は２つの気孔群を含み、各気孔群は前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第３ガス均一化孔をそれぞれ含み、そのうち一方の前記気孔群における複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、排気端が前記第１環状サブ通路に連通し、他方の前記気孔群における複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、排気端が前記第２環状サブ通路に連通する。
選択可能に、前記開閉弁は弁体及び弁板を含み、前記第３吸気管路と前記ガス混合部材との間に前記弁体が接続され、前記弁体に接続通路が設けられ、前記接続通路は、前記第３吸気管路の排気端及び前記第３吸気通路の吸気端に連通し、
前記弁板は、前記接続通路内に移動可能に設けられ、前記接続通路を開放又は閉鎖することに用いられ、前記弁板には、予め設定された流量以下のガスを通過させるための少なくとも１つの貫通孔が設けられる。
選択可能に、前記第３吸気通路は第３接続サブ通路をさらに含み、前記第３接続サブ通路の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、前記第３接続サブ通路の排気端が複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端に連通し、
前記ガス混合部材の、前記第３吸気管路の排気端に対向する表面に導流凸部が設けられ、前記導流凸部の前記第３吸気管路の排気端に対向する表面は、円弧凸面であり、前記第３接続サブ通路に流入したガスを複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端へ分流することに用いられる。
選択可能に、前記ガス混合部材には、前記環状ガス混合通路の下方に位置するところには、さらに合流通路が設けられ、前記合流通路は第３環状サブ通路及び垂直サブ通路を含み、前記第３環状サブ通路の吸気端が前記環状ガス混合通路の排気端に連通し、前記第３環状サブ通路の排気端が前記垂直サブ通路の吸気端に連通し、前記第３環状サブ通路の内周直径及び外周直径がいずれも前記環状ガス混合通路から前記垂直サブ通路に向かって漸減し、
前記垂直サブ通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられる。
別の技術的解決手段として、本発明が提供する半導体プロセス装置は、プロセスチャンバを含む半導体プロセス装置であって、前記プロセスチャンバに混合ガスを導入するための本発明で提供する上記混合ガス装置をさらに含むことを特徴とする。
選択可能に、前記プロセスチャンバは、チャンバ本体及び前記チャンバ本体の頂部に設けられたカバープレート及びシャワー装置を含み、前記シャワー装置は前記カバープレートの下方に位置し、
前記ガス混合部材は前記カバープレートの上方に設けられ、前記カバープレートに前記環状ガス混合通路の排気端に対応する第１吸気口が設けられ、前記第１吸気口に導流プラグが設けられ、前記導流プラグには、通過する前記混合ガスの流れ方向を鉛直下向きに変換するための複数のスルーホールが設けられる。
選択可能に、複数の前記スルーホールは、複数の第１スルーホール及び複数の第２スルーホールを含み、複数の前記第１スルーホールは、前記導流プラグの軸線を回って少なくとも１周取り囲み、
最外周に位置する複数の前記第１スルーホールにおいて、各隣接する２つの前記第１スルーホールの間に少なくとも１つの前記第２スルーホールがそれぞれ設けられ、前記第２スルーホールの径方向断面積が前記第１スルーホールの径方向断面積よりも小さい。
選択可能に、複数の前記スルーホールは、径方向断面形状が円形の１つの第１スルーホール、及び径方向断面形状が円環状の１つ又は複数の第２スルーホールを含み、
前記第２スルーホールは、前記第１スルーホールの周囲を取り囲み、複数の前記第２スルーホールは互いに入れ子状になっており、各前記第２スルーホールには、さらに前記第２スルーホールの径方向に沿って延在する少なくとも１つの補強リブが設けられ、前記補強リブの前記第２スルーホールの径方向に沿った両端がそれぞれ前記第２スルーホールの内周壁と外周壁に接続される。
選択可能に、前記カバープレートの前記シャワー装置に対向する表面には、テーパ状通路が設けられ、前記テーパ状通路の上端が前記第１吸気口に連通し、前記テーパ状通路の下端が前記シャワー装置における第２吸気口に連通し、前記テーパ状通路の内径が前記第１吸気口から前記第２吸気口に向かって漸増する。
本発明は以下の有益な効果を有する。
本発明に係るガス混合装置は、第１吸気通路及び第２吸気通路の排気方向を、第１吸気通路及び第２吸気通路の排気端からそれぞれ環状ガス混合通路に流入したガスが混合されるときにいずれも環状ガス混合通路の周方向における同一方向（すなわち時計回り又は反時計回り）に沿って回転して流れるように設定することにより、様々なガスを回転させながら混合することができ、すなわち旋回流を形成し、それによりガスの流れの円滑性を向上させ、流動抵抗を低減し、流速を向上させ、さらにガス混合時間を短縮し、ガス混合効率を向上させることができ、生産能力の向上に役立つ。また、各種のガスは回転中に十分に成分の運動量交換及び質量混合を行うことができ、それにより混合均一性を効果的に向上させ、さらに製品性能を向上させることができる。また、本発明に係るガス混合装置の外部構造はガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路のみで構成され、構造が簡単で、集積度が高く、それにより占めるスペースを節約し、加工コストを低減することができる。
本発明に係る半導体プロセス装置は、本発明に係る上記ガス混合装置を用いることにより、ガス混合時間を短縮し、ガス混合効率を向上させ、生産能力の向上に寄与することができるだけでなく、混合均一性を効果的に向上させ、さらに製品性能を向上させることができる。
本発明の第１実施例に係るガス混合装置の外部構造図である。 本発明の第１実施例に係るガス混合装置の断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 図２のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第１実施例に用いられる第２接続サブ通路と第２環状サブ通路の３種類の位置関係図である。 図２のＣ－Ｃ線に沿った断面斜視図である。 図２のＣ－Ｃ線に沿った断面平面図である。 図２のＤ－Ｄ線に沿った断面斜視図である。 図２のＤ－Ｄ線に沿った断面平面図である。 本発明の第１実施例に用いられるガス混合部材におけるガスの流れ方向の概略図である。 本発明の第２実施例に係るガス混合装置の断面図である。 本発明の第２実施例に用いられるガス混合部材の外部構造図である。 図１１のＥ－Ｅ線に沿った断面斜視図である。 本発明の第２実施例に用いられる第３吸気通路の平面図である。 本発明の第２実施例に用いられる第３吸気通路の構造図である。 本発明の第２実施例に用いられる第３吸気通路の別の構造図である。 本発明の第２実施例に用いられる第３吸気通路の更なる構造図である。 本発明の第２実施例に用いられる開閉弁の断面図である。 本発明の第２実施例に用いられる弁板の平面図である。 本発明の第３実施例に係る半導体プロセス装置の断面図である。 本発明の第３実施例に用いられるカバープレート及びシャワー装置の部分断面図である。 本発明の第３実施例に用いられる導流プラグの径方向断面図である。 本発明の第３実施例に用いられる導流プラグの別の径方向断面図である。
当業者が本発明の技術的解決手段をよりよく理解するために、以下、図面を参照して本発明に係るガス混合装置及び半導体プロセス装置について詳細に説明する。
第１実施例
本発明の第１実施例に係るガス混合装置は、半導体プロセス装置に適用され、例えば原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）装置であり、該ガス混合装置は、半導体プロセス装置におけるプロセスチャンバに連通し、例えばプロセスチャンバに設けられたシャワー装置に接続され、ガスを混合するに用いられ、混合されたガスをシャワー装置によってプロセスチャンバに輸送する。
図１及び図２を併せて参照し、ガス混合装置はガス混合部材１、第１吸気管路２及び第２吸気管路３を含み、ここで、第１吸気管路２及び第２吸気管路３は、ガス混合部材１の横方向から吸気する。第１吸気管路２の吸気端が、少なくとも１つのガス源に連通することに用いられ、ＡＬＤ装置を例とし、第１吸気管路２の吸気端に２つの第１分岐管路（２１、２２）が接続され、２つの第１分岐管路（２１、２２）を介してそれぞれ２つの異なるガス源に連通することに用いられる。第２吸気管路３の吸気端に２つの第２分岐管路（３１、３２）が接続され、２つの第２分岐管路（３１、３２）を介してそれぞれ２つの異なるガス源に連通することに用いられる。上記複数のガス源としては、例えば、反応ガス源、キャリアガス源、希釈ガス源等の１種又は２種以上が挙げられる。プロセスを行う時に、第１吸気管路２又は第２吸気管路３の通気を単独で制御してもよく、第１吸気管路２と第２吸気管路３の通気を交互に制御してもよく、パルスで第１吸気管路２及び／又は第２吸気管路３の通気を制御してもよい。
なお、本実施例では、第１吸気管路２及び第２吸気管路３の延在方向はいずれもガス混合部材１の軸方向（すなわち、垂直方向）と互いに垂直である。例示的に、第１吸気管路２及び第２吸気管路３の延在方向は互いに平行であってもよいが、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実際の運用においては、第１吸気管路２及び第２吸気管路３の延在方向はガス混合部材１の軸方向と９０°よりも小さい他の任意の角度をなすようになってもよく、第１吸気管路２及び第２吸気管路３の延在方向とガス混合部材１の軸方向との間の角度は同じであっても異なってもよく、本発明の実施例は特に限定しない。
図２に示すように、ガス混合部材１に第１吸気通路１１、第２吸気通路１２及び環状ガス混合通路１５が設けられ、ここで、第１吸気通路１１及び第２吸気通路１２の吸気端がそれぞれ第１吸気管路２及び第２吸気管路３の排気端に連通し、第１吸気通路１１及び第２吸気通路１２の排気端がいずれも環状ガス混合通路１５に連通し、環状ガス混合通路１５の排気端が半導体プロセス装置のプロセスチャンバ（図示せず）に連通することに用いられる。通気時、第１吸気管路２によって輸送されたガスが第１吸気通路１１を介して環状ガス混合通路１５に流入し、さらに環状ガス混合通路１５を介してプロセスチャンバに流入し、同様に、第２吸気管路３によって輸送されたガスが第２吸気通路１２を介して環状ガス混合通路１５に流入し、さらに環状ガス混合通路１５を介してプロセスチャンバに流入する。
そして、第１吸気通路１１及び第２吸気通路１２の排気方向は、それぞれ第１吸気通路１１及び第２吸気通路１２の排気端から環状ガス混合通路１５に流入したガスが混合されるときにいずれも環状ガス混合通路１５の周方向における同一方向に沿って回転して流れるように設定される。環状ガス混合通路１５におけるガスの流れ方向は、環状ガス混合通路１５の軸線を回って時計回り又は反時計回りの回転方向となる。第１吸気通路１１及び第２吸気通路１２の排気端から環状ガス混合通路１５に流入したガスが混合されるときに、いずれも環状ガス混合通路１５の軸線を回って時計回りの回転方向となるか、又はいずれも環状ガス混合通路１５の軸線を回って反時計回りの回転方向となる。このように、環状ガス混合通路１５に流入した各種ガスを回転させながら混合し、すなわち旋回流を形成することができ、それによりガスの流れの円滑性を向上させ、流動抵抗を低減し、流速を向上させ、さらにガス混合時間を短縮し、ガス混合効率を向上させ、生産能力の向上に寄与する。同時に、各種のガスは回転中に十分に成分の運動量交換及び質量混合を行うことができ、それにより混合均一性を効果的に向上させ、さらに製品性能を向上させる。
ＡＬＤプロセスについては、一般的に複数種類の異なるガスを、大流量（例えば５０００ｓｃｃｍより大きい）、短パルス時間（５０ｍｓ以下である）の条件で吸気する。本発明の実施例に係るガス混合装置が環状ガス混合通路１５に流入する各種類のガスを回転させながら混合することにより、上記吸気条件でのプロセスのガス混合時間、ガス混合均一性に対する要求を良好に満たすことができる。
また、本発明の実施例に係るガス混合装置の外部構造は、ガス混合部材１、第１吸気管路２及び第２吸気管路３のみで構成され、構造が簡単で、集積度が高く、それにより占めるスペースを節約することができ、加工コストを低減する。
いくつかの選択可能な実施例では、図６、図７及び図１０に示すように、第１吸気通路１１は、環状ガス混合通路１５の周方向に沿って均等に分布する複数の第１ガス均一化孔１１３を含む。図７に示すように、各第１ガス均一化孔１１３の排気端Ｂ１の環状ガス混合通路１５の径方向断面における正投影と該径方向断面の中心Ｏとの間の接続線を第１接続線Ｌ１とし、各第１ガス均一化孔１１３の吸気端Ｂ２の該径方向断面における正投影と該径方向断面の中心Ｏとの間の接続線を第２接続線Ｌ２としたとき、第１接続線Ｌ１と第２接続線Ｌ２との間に夾角を有する。すなわち、各第１ガス均一化孔１１３の排気端Ｂ１と吸気端Ｂ２は同一径方向上に位置せず、例えば、各第１ガス均一化孔１１３の延在方向は環状ガス混合通路１５の円周方向に接している。このように、各第１ガス均一化孔１１３の排気方向を径方向からずらし、複数の第１ガス均一化孔１１３をいずれも同一方向にずらして、各第１ガス均一化孔１１３の排気方向を図７に矢印で示すようにする。このように設置されることにより、各第１ガス均一化孔１１３から環状ガス混合通路１５に流入したガスが同一方向（時計回り又は反時計回り）に沿って回転して流れ、旋回流を形成することができる。
なお、実際の運用においては、具体的な必要に応じて第１ガス均一化孔１１３の数、サイズ、排気方向の径方向からずれた角度及び大きさ等を設定することができ、本発明の実施例はこれを特に限定しない。
同様に、いくつかの選択可能な実施例では、図８、図９及び図１０に示すように、第２吸気通路１２は、環状ガス混合通路１５の周方向に沿って均等に分布する複数の第２ガス均一化孔１２３を含む。図９に示すように、各第２ガス均一化孔１２３の排気端Ｂ３の環状ガス混合通路１５の径方向断面における正投影と該径方向断面の中心Ｏとの間の接続線を第３接続線Ｌ３とし、各第２ガス均一化孔１２３の吸気端Ｂ４の上記径方向断面における正投影と該径方向断面の中心Ｏとの間の接続線を第４接続線Ｌ４としたとき、第３接続線Ｌ３と第４接続線Ｌ４との間に夾角を有する。すなわち、各第２ガス均一化孔１２３の排気端Ｂ３と吸気端Ｂ４は同一の径方向上に位置せず、例えば、各第２ガス均一化孔１２３の延在方向は第２環状サブ通路１２２（後に詳しく説明する）の円周方向に接している。このように、各第２ガス均一化孔１２３の排気方向を径方向からずらし、複数の第２ガス均一化孔１２３をいずれも同一方向にずらして、各第２ガス均一化孔１２３の排気方向を図９に矢印で示すようにする。このように設置されることにより、各第２ガス均一化孔１２３から環状ガス混合通路１５に流入したガスが同一方向（時計回り又は反時計回り）に沿って回転して流れ、旋回流を形成することができるとともに、各第２ガス均一化孔１２３から環状ガス混合通路１５に流入したガスの流れ方向は、各第１ガス均一化孔１１３から環状ガス混合通路１５に流入したガスの流れ方向と同じ、すなわち、いずれも時計回り、又はいずれも反時計回りである。第２吸気通路１２は環状ガス混合通路１５の内側に位置するため、各第２ガス均一化孔１２３の排気方向は中心からエッジに向かう方向に流れ、第１吸気通路１１は環状ガス混合通路１５の外側に位置するため、各第１ガス均一化孔１１３の排気方向はエッジから回って向かう方向に流れることは、容易に理解されよう。
なお、実際の運用においては、具体的な必要に応じて第２ガス均一化孔１２３の数、サイズ、排気方向の径方向からずれた角度及び大きさ等を設定することができ、本発明の実施例はこれを特に限定しない。なお、第２ガス均一化孔１２３の上記パラメータは、第１ガス均一化孔１１３の上記パラメータと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
具体的に実施する場合、第１ガス均一化孔１１３の方向は、ガス混合部材１の軸方向に対して垂直であってもよく、ガス混合部材１の軸方向に対して一定の傾斜度を有してもよく、ここで限定しない。同様に、第２ガス均一化孔１２３の方向は、ガス混合部材１の軸方向に対して垂直であってもよく、ガス混合部材１の軸方向に対して一定の傾斜度を有していてもよく、ここでは限定しない。
いくつかの選択可能な実施例では、第１ガス均一化孔１１３の排気端（すなわち第１ガス均一化孔１１３と環状ガス混合通路１５との連通箇所）の高さは第２ガス均一化孔１２３の排気端（すなわち第２ガス均一化孔１２３と環状ガス混合通路１５との連通箇所）の高さと異なる。例示的に、第１ガス均一化孔１１３の方向及び第２ガス均一化孔１２３の方向はいずれもガス混合部材１の軸方向に対して垂直であることを例とする。図１０に示すように、第１ガス均一化孔１１３の位置する高さと第２ガス均一化孔１２３の位置する高さが異なり、すなわち、第１ガス均一化孔１１３と第２ガス均一化孔１２３は垂直方向において互いにずれ、このように、第１ガス均一化孔１１３と第２ガス均一化孔１２３から流出した２つの通路のガスが環状ガス混合通路１５内で直接接触することを回避することができる。第１ガス均一化孔１１３と第２ガス均一化孔１２３を垂直方向において互いにずらすことにより、第１ガス均一化孔１１３と第２ガス均一化孔１２３のうちの一方から環状ガス混合通路１５に流入した一方のガスが、まず一定区間回転して流動した後、第１ガス均一化孔１１３と第２ガス均一化孔１２３のうちの他方から環状ガス混合通路１５に流入した他方のガスと接触することができる。このように、ガスを混合する前にまず安定的な旋回流を形成することに寄与し、直接接触することにより乱流が発生し、混合効果が制御不可能になるのを回避する。実際の適用では、第１ガス均一化孔１１３の位置する高さを第２ガス均一化孔１２３の位置する高さより高くすることができ、第１ガス均一化孔１１３の位置する高さを第２ガス均一化孔１２３の位置する高さより低くすることもできる。
いくつかの選択可能な実施例では、図２、図３及び図１０を併せて参照し、第１吸気通路１１は第１環状サブ通路１１２及び第１接続サブ通路１１１をさらに含む。ここで、第１環状サブ通路１１２は環状ガス混合通路１５の外側を取り囲み、複数の第１ガス均一化孔１１３は第１環状サブ通路１１２と環状ガス混合通路１５との間に位置し、各第１ガス均一化孔１１３の吸気端が第１環状サブ通路１１２に連通し、各第１ガス均一化孔１１３の排気端が環状ガス混合通路１５に連通する。選択可能に、第１環状サブ通路１１２の上端が環状ガス混合通路１５の上端よりも高く、第１環状サブ通路１１２の下端が環状ガス混合通路１５の上端よりも低く、それにより第１環状サブ通路１１２と環状ガス混合通路１５は垂直方向で部分的に重なり、複数の第１ガス均一化孔１１３は第１環状サブ通路１１２と環状ガス混合通路１５の重なった位置で両者に連通する。
また、第１接続サブ通路１１１の両端がそれぞれ第１環状サブ通路１１２及び第１吸気管路２の排気端に連通する。いくつかの選択可能な実施例では、第１接続サブ通路１１１の吸気端がガス混合部材１の側面に位置し、それにより横方向の吸気を実現することができ、このように、ガス混合部材の上面の片側に吸気構造を設けるための空間を確保することができる。さらに選択可能に、第１接続サブ通路１１１と環状ガス混合通路１５の軸方向（すなわち、垂直方向）は互いに垂直であるが、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実際の運用においては、第１接続サブ通路１１１と環状ガス混合通路１５の軸方向との間は９０°よりも小さい角度をなすようにすることもできる。
第１吸気管路２によって輸送されたガスが第１接続サブ通路１１１を介して第１環状サブ通路１１２に流入することができる。また、第１接続サブ通路１１１の排気方向は、第１環状サブ通路１１２に流入したガスが回転して流れ、第１環状サブ通路１１２におけるガスの流れ方向が環状ガス混合通路１５におけるガスの流れ方向と同じになるように、即ち、環状ガス混合通路１５の軸線を回って時計回り又は反時計回りに回転するように設定される。このようにして、第１環状サブ通路１１２に流入したガスも回転しながら混合し、旋回流を形成し、第１環状サブ通路１１２における旋回流の方向は上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向と一致する。すなわち、第１環状サブ通路１１２における旋回流の方向が反時計回りであると、上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向も反時計回りであり、第１環状サブ通路１１２における旋回流の方向が時計回りであると、上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向も時計回りである。第１環状サブ通路１１２における旋回流の方向を上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向と一致させることにより、第１環状サブ通路１１２におけるガスが複数の第１ガス均一化孔１１３を介して上記環状ガス混合通路１５に流入したとき、依然として同一の旋回流の方向において回転して流れ、それにより乱流の発生、流動の円滑性の損害を回避することができる。また、第１環状サブ通路１１２に流入したガスも回転しながら混合することにより、環状ガス混合通路１５に流入したガスに旋回流を形成させた上で、ガスの流れの円滑性と混合均一性をさらに向上させることができる。
同様に、図２、図４及び図１０を併せて参照し、第２吸気通路１２は第２環状サブ通路１２２及び第２接続サブ通路１２１をさらに含む。ここで、第２環状サブ通路１２２は環状ガス混合通路１５の内側を取り囲み、複数の第２ガス均一化孔１２３は第２環状サブ通路１２２と環状ガス混合通路１５との間に位置し、各第２ガス均一化孔１２３の吸気端が第２環状サブ通路１２２に連通し、各第２ガス均一化孔１２３の排気端が環状ガス混合通路１５に連通する。選択可能に、第２環状サブ通路１２２の上端が環状ガス混合通路１５の上端よりも高く、第２環状サブ通路１２２の下端が環状ガス混合通路１５の上端よりも低く、それにより第２環状サブ通路１２２と環状ガス混合通路１５は垂直方向で部分的に重なり、複数の第２ガス均一化孔１２３は第２環状サブ通路１２２と環状ガス混合通路１５の重なった位置で両者に連通する。
そして、第２接続サブ通路１２１の位置する高さは、第１接続サブ通路１１１の位置する高さと異なり、すなわち環状ガス混合通路１５の軸方向において互いにずれている。例えば図１０に示すように、第２接続サブ通路１２１は第１接続サブ通路１１１より高く、それに対応して、第２環状サブ通路１２２の上端が第１環状サブ通路１１２の上端より高い。このように、外周に位置する第１環状サブ通路１１２はその上方に第２接続サブ通路１２１のために回避空間を確保することができ、それにより、第２接続サブ通路１２１の両端がそれぞれ内周に位置する第２環状サブ通路１２２及び第２吸気管路３の排気端まで延在することができ、両者に連通する。
いくつかの選択可能な実施例では、第２接続サブ通路１２１の吸気端がガス混合部材１の側面に位置し、それにより横方向の吸気を実現することができ、このように、ガス混合部材の上面の片側に吸気構造を設けるために空間を確保することができる。さらに選択可能に、第２接続サブ通路１２１と環状ガス混合通路１５の軸方向は互いに垂直であるが、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実際の運用においては、第２接続サブ通路１２１と環状ガス混合通路１５の軸方向との間は９０°よりも小さい角度をなすようになってもよい。
第２吸気管路３によって輸送されたガスが第２接続サブ通路１２１を介して第２環状サブ通路１２２に流入することができる。第２接続サブ通路１２１の排気方向は、第２環状サブ通路１２２に流入したガスが回転して流れ、第２環状サブ通路１２２におけるガスの流れ方向が環状ガス混合通路１５におけるガスの流れ方向と同じになるように、即ち、環状ガス混合通路１５の軸線を回って時計回り又は反時計回りに回転するように設定される。このようにして、第２環状サブ通路１２２に流入したガスも回転しながら混合し、旋回流を形成し、第２環状サブ通路１２２における旋回流の方向は上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向と一致する。すなわち、第２環状サブ通路１２２における旋回流の方向が反時計回りであると、上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向も反時計回りであり、第２環状サブ通路１２２における旋回流の方向が時計回りであると、上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向も時計回りである。第２環状サブ通路１２２における旋回流の方向を上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向と一致させることにより、第２環状サブ通路１２２におけるガスが複数の第２ガス均一化孔１２３を介して上記環状ガス混合通路１５に流入したとき、依然として同一の旋回流の方向において回転して流れ、それにより乱流の発生、流動の円滑性の損害を回避することができる。また、第２環状サブ通路１２２に流入したガスも回転しながら混合することにより、環状ガス混合通路１５に流入したガスに旋回流を形成させた上で、ガス流れの円滑性と混合均一性をさらに向上させることができる。
いくつかの選択可能な実施例では、図５に示すように、第２環状サブ通路１２２及び第２接続サブ通路１２１を例とし、第２接続サブ通路１２１の軸線のガス混合部材１の径方向断面における正投影は、該径方向断面におけるいずれか１つの径方向と互いに重なり、又は互いに平行であり、又は夾角を有する。例えば、図５（ａ）は第２接続サブ通路１２１の軸線Ａ１と径方向Ａ２が互いに平行であることを示し、図５（ｂ）は第２接続サブ通路１２１の軸線Ａ１と径方向Ａ２が互いに重なることを示す。図５（Ｃ）は第２接続サブ通路１２１の軸線Ａ１と径方向Ａ２が角度をなすことを示す。第１環状サブ通路１１２及び第１接続サブ通路１１１の設置方法は、上記第２環状サブ通路１２２及び第２接続サブ通路１２１と類似し、すなわち、第１接続サブ通路１１１の軸線のガス混合部材１の径方向断面における正投影は、該径方向断面におけるいずれか１つの径方向と互いに重なり、又は互いに平行であり、又は夾角を有する。
なお、第１接続サブ通路１１１と第２接続サブ通路１２１は互いに平行であってもよく、水平面内で夾角を有してもよい。該夾角の大きさは、第２接続サブ通路１２１から第２環状サブ通路１２２に流入したガスの旋回流の方向と第１接続サブ通路１１１から第１環状サブ通路１１２に流入したガスの旋回流の方向がいずれも上記環状ガス混合通路１５における旋回流の方向と一致することを保証すればよい。
第２実施例
本発明の第２実施例に係るガス混合装置は、上記第１実施例に基づいて行われた改良であり、具体的には、図１１及び図１２を併せて参照し、上記第１実施例に基づいて、ガス混合装置は、第３吸気管路４及び該第３吸気管路４に設けられた、第３吸気管路４をオン又はオフするための開閉弁５をさらに含む。第３吸気管路４の吸気端が例えば遠隔プラズマ源（プラズマラジカルを担持する洗浄ガスを提供することに用いられる）に接続されてもよく、プロセスで生成された粒子状物質を除去するように、管路とプロセスチャンバに対してプラズマ洗浄プロセスを行うことに用いられる。しかし、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、実際の運用においては、第３吸気管路４の吸気端がパージガス源、ソースガスのガス源のうちの少なくとも１つに接続されてもよい。
図１１に示すように、ガス混合部材１には、さらに第３吸気通路１７が設けられ、ここで、第３吸気通路１７は環状ガス混合通路１５の上方に位置し、第３吸気通路１７の吸気端が上記第３吸気管路４の排気端に連通し、第３吸気通路１７の排気端が第１環状サブ通路１１２及び第２環状サブ通路１２２の少なくとも一方に連通する。第３吸気管路４によって輸送されたガスが第３吸気通路１７を介して第１環状サブ通路１１２及び第２環状サブ通路１２２の少なくとも一方に流入する。第３吸気管路４及び第３吸気通路１７を用いることにより、洗浄又はパージプロセスを行う時に、ガス混合装置の頂部から管路、通路及びチャンバ内に洗浄ガス又はパージガスを導入することを実現することができ、それによりガス混合装置の頂部から十分に洗浄及びパージを行うことができ、頂部不感帯に残留物が残されることを防止し、洗浄、パージ効果を向上させる。
いくつかの選択可能な実施例では、図１３、図１４及び図１５に示すように、第３吸気通路１７は、環状ガス混合通路１５の周方向に沿って均等に分布する複数の第３ガス均一化孔１７２を含み、各第３ガス均一化孔１７２の吸気端が第３吸気管路４の排気端に連通し、各第３ガス均一化孔１７２の排気端が第１環状サブ通路１１２に連通し、第３吸気管路４におけるガスを均一に第１環状サブ通路１１２に輸送することに用いられる。しかし、本発明の実施例はこれに限定されるものではなく、例えば、図１６に示すように、各第３ガス均一化孔１７２の排気端が第２環状サブ通路１２２に連通し、第３吸気管路４におけるガスを均一に第２環状サブ通路１２２に輸送することに用いられてもよい。又は、図１７に示すように、第３吸気通路１７は２つの気孔群を含み、各気孔群はいずれも環状ガス混合通路１５の周方向に沿って均等に分布する複数の第３ガス均一化孔を含んでもよい。そのうちの一方の気孔群における複数の第３ガス均一化孔１７２ａの吸気端が第３吸気管路４の排気端に連通し、各第３ガス均一化孔１７２ａの排気端が第１環状サブ通路１１２に連通し、第３吸気管路４におけるガスを第１環状サブ通路１１２に均一に輸送することに用いられ、もう一方の気孔群における複数の第３ガス均一化孔１７２ｂの吸気端が第３吸気管路４の排気端に連通し、各第３ガス均一化孔１７２ｂの排気端が第２環状サブ通路１２２に連通し、第３吸気管路４におけるガスを均一に第２環状サブ通路１２２に輸送することに用いられる。
いくつかの選択可能な実施例では、図１２、図１４～図１８に示すように、第３吸気通路１７は第３接続サブ通路１７１をさらに含み、第３接続サブ通路１７１の吸気端が第３吸気管路４の排気端に連通し、第３接続サブ通路１７１の排気端が複数の第３ガス均一化孔１７２の吸気端に連通する。選択可能に、第３接続サブ通路１７１の軸線が環状ガス混合通路１５の軸方向と互いに平行であり、このように、第３接続サブ通路１７１の吸気端がガス混合部材１の上面に位置し、それにより頂部吸気を実現することができる。
いくつかの選択可能な実施例では、図１８及び図１９に示すように、上記開閉弁は弁体５１及び弁板５２を含む。ここで、弁体５１は上記第３吸気管路４とガス混合部材１との間に接続され、弁体５１に接続通路５１１が設けられ、該接続通路５１１はそれぞれ第３吸気管路４の排気端及び第３吸気通路１７（例えば第３接続サブ通路１７１）の吸気端に連通している。弁板５２は接続通路５１１に移動可能に設けられ、接続通路５１１を開放又は閉鎖し、ガス通路の開閉及び密封を実現することに用いられる。弁板５２には、予め設定された流量以下のガスが通過するための少なくとも１つの貫通孔５２１が設けられる。貫通孔５２１により、弁板５２が通路５１１を遮断する状態であっても、小流量のガスが貫通孔５２１を通過することができ、それにより下流ガスの逆流及び粒子状物質が上流管路に逃げることを抑制することができ、さらに管路の清浄度を保証することができる。洗浄、パージが必要な場合に、弁板５２を制御して開放させて、大流量の洗浄ガス又はパージガスが接続通路５１１を通過して第３の吸気通路１７に流れることができるようにする。貫通孔５２１の数が３つ又は３つ以上であってもよく、複数の貫通孔５２１は弁板５２に均等に分布し又は不均等に分布することができる。貫通孔５２１の径方向断面形状は、例えば、円形、矩形、正方形又は楕円形等であり、実際の運用においては、貫通孔５２１の数、通気断面積の設定により通気量を調整することができる。
別の選択可能な実施例では、上記開閉弁の代わりにバタフライバルブを採用してもよく、バタフライバルブのバルブコア開度を調整することによって小流量常時通気状態と大流量通気状態との間の切り替えを実現することができる。
いくつかの選択可能な実施例では、図１２及び図１８に示すように、ガス混合部材１の第３吸気管路４の排気端に対向する表面に導流凸部１９が設けられ、該導流凸部１９の第３吸気管路４の排気端に対向する表面は、円弧凸面１９１であり、第３接続サブ通路１７１に流入したガスを複数の第３ガス均一化孔１７２の吸気端に分流することに用いられる。導流凸部１９により、導流作用を果たすとともに、流動のデッドゾーンを減少させることができ、それによりガス残留を回避することができる。
いくつかの選択可能な実施例では、図１１に示すように、ガス混合部材１では、環状ガス混合通路１５の下方に位置するところには、さらに合流通路１６が設けられ、該合流通路１６は第３環状サブ通路１６１と垂直サブ通路１６２を含む。ここで、第３環状サブ通路１６１の吸気端が環状ガス混合通路１５の排気端に連通し、第３環状サブ通路１６１の排気端が垂直サブ通路１６２の吸気端に連通し、第３環状サブ通路１６１の内周直径と外周直径がいずれも環状ガス混合通路１５から垂直サブ通路１６２に向かって漸減し、垂直サブ通路１６２の直径が第３環状サブ通路１６１の外周直径の最小値に等しく、環状ガス混合通路１５の外周直径が第３環状サブ通路１６１の外周直径の最大値に等しい。垂直サブ通路１６２の排気端が半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられる。環状ガス混合通路１５において十分に混合されたガスが第３環状サブ通路１６１の作用で集められ、垂直サブ通路１６２の導流作用で垂直方向において下へ流れる。
以上により、本発明の上記各実施例に係るガス混合装置は、第１吸気通路及び第２吸気通路の排気方向を、第１吸気通路及び第２吸気通路の排気端からそれぞれ環状ガス混合通路に流入したガスが混合する時にいずれも環状ガス混合通路の周方向における同一方向（すなわち時計回り又は反時計回り）に沿って回転して流れるように設定することにより、様々なガスを回転させながら混合することができ、すなわち旋回流を形成し、それによりガスの流れの円滑性を向上させ、流動抵抗を低減し、流速を向上させ、さらにガス混合時間を短縮し、ガス混合効率を向上させることができ、生産能力の向上に役立つ。また、各種のガスは回転中に十分に成分の運動量交換及び質量混合を行うことができ、それにより混合均一性を効果的に向上させ、さらに製品性能を向上させることができる。また、本発明に係るガス混合装置の外部構造はガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路のみで構成され、構造が簡単で、集積度が高く、それにより占めるスペースを節約し、加工コストを低減することができる。
第３実施例
別の技術的解決手段として、図２０を参照し、本発明の第３実施例は、半導体プロセス装置をさらに提供し、該半導体プロセス装置は、プロセスチャンバ６、及び本発明の上記各実施例に係るガス混合装置を含み、該ガス混合装置はプロセスチャンバ６に混合ガスを導入することに用いられる。プロセスチャンバ６には、さらにウェハを載置するためのベース６４が設けられ、該ベース６４には、さらにウェハを加熱するための加熱装置が設けられてもよい。また、プロセスチャンバ６の底部には、プロセスチャンバ６内のガスを排気するための排気管路６５が設けられる。
いくつかの選択可能な実施例では、図２０及び図２１に示すように、プロセスチャンバ６はチャンバ６１及び該チャンバ６１の頂部に設けられたカバープレート６２及びシャワー装置６３を含み、該シャワー装置６３はカバープレート６２の下方に位置している。ここで、ガス混合部材１はカバープレート６２の上に設けられ、カバープレート６２に垂直サブ通路１６２の排気端に対応する第１吸気口６２１が設けられ、該第１吸気口６２１のシャワー装置６３に近い一端に、気流の円滑性を向上させるための弧形フィレットが設けられる。実際の運用においては、合流通路１６を省略することもでき、この場合、環状ガス混合通路１５の排気端が第１吸気口６２１に連通する。
また、図２１及び図２２に示すように、第１吸気口６２１には導流プラグ７が設けられ、該導流プラグには、通過する混合ガスの流れ方向を鉛直下向きに変換する複数のスルーホール７１が設けられる。導流プラグ７は下へ流れるガスをバッフルしてガイドすることができ（すなわち、旋回流状態にあるガスが導流プラグ７の孔壁に衝突した後、その流速の径方向における成分がほぼ０である）、それにより、ガスが旋回流状態から鉛直下向き流れ状態に変換され、シャワー装置６３がガスを分流することに有利であり、さらにプロセスチャンバに入るガスが回転しないことを保証することができ、成膜プロセスの可制御性を保証する。
いくつかの選択可能な実施例では、図２２に示すように、複数のスルーホール７１は複数の第１スルーホール７１ａ及び複数の第２スルーホール７１ｂを含み、ここで、第１スルーホール７１ａの径方向断面形状は六角形であり、複数の第１スルーホール７１ａはハニカム状に配列され、最外周に位置する複数の第１スルーホール７１ａにおいて、各隣接する２つの複数の第１スルーホール７１ａの間に少なくとも１つの第２スルーホール７１ｂがそれぞれ設けられ、第２スルーホール７１ｂの径方向断面積が第１スルーホール７１ａの径方向断面積よりも小さい。具体的には、図２２に示すように、６つの第１スルーホール７１ａは１つの第１スルーホール７１ａを１周取り囲んでおり、６つの第１スルーホール７１ａにおける各隣接する２つの第１スルーホール７１ａの間には、いずれも１つの第２スルーホール７１ｂが設けられる。このように設置すれば、導流プラグ７の全径方向断面積に対する、導流プラグ７の壁面（即ち、非貫通孔領域）の面積の比率をできる限り小さくすることができ、それにより、流動抵抗を最大限に低減し、ガスの流れの円滑性を確保することができる。実際の適用では、第１スルーホール７１ａは、導流プラグ７の軸線を回って複数周取り囲むこともできる。第１スルーホール７１ａの径方向断面形状は別の任意の形状であってもよく、例えば円形、正方形、三角形、菱形又は台形等である。第２スルーホール７１ｂの径方向の断面形状も、円形、正方形、三角形、六角形、菱形、台形など任意の形状とすることができる。
別の選択可能な実施例では、図２３に示すように、複数のスルーホール７１は径方向断面形状が円形の１つの第１スルーホール７１ａ、及び径方向断面形状が円環状の１つ又は複数の第２スルーホール７１ｂを含む。ここで、第２スルーホール７１ｂは第１スルーホール７１ａの周囲を取り囲み、複数の第２スルーホール７１ｂは互いに入れ子状になっている。各第２スルーホール７１ｂには、さらに第２スルーホール７１ｂの径方向に沿って延在する少なくとも１つの補強リブ７２が設けられ、壁面の強度を向上させることに用いられる。補強リブ７２は、例えば、複数であり、第２スルーホール７１ｂの周方向に沿って均等に分布している。具体的には、図２３に示すように、第２スルーホール７１ｂは２つであり、いずれも第１スルーホール７１ａの周囲を取り囲み、そのうちの１つの第２スルーホール７１ｂは別の第２スルーホール７１ｂの周囲を取り囲み、内周に位置する第２スルーホール７１ｂに４つの補強リブ７２が均等に分布し、外周に位置する第２スルーホール７１ｂに８つの補強リブが均等に分布し、外周に位置する８つの補強リブ７２と内周に位置する４つの補強リブ７２は、第２スルーホール７１ｂの周方向において互いにずれ、壁面強度を均一に向上させる。選択可能に、第２スルーホール７１ｂの数が２～４である。
なお、実際の適用では、複数のスルーホール７１は上記２種類のレイアウト方式を用いることに限定されず、実際の適用では、さらに別の任意のレイアウト方式を用いることができ、壁面（すなわち、非貫通孔領域）の強度を確保した上で、該壁面の面積の、導流プラグ７の径方向断面面積全体に対する比率をできるだけ小さくし、それにより流動抵抗を最大限に低減し、ガスの流れの円滑性を保証すればよい。選択可能に、単一の孔壁の厚さは０.５ｍｍ以上であり、２ｍｍ以下である。
いくつかの選択可能な実施例では、図２１に示すように、カバープレート６２のシャワー装置６３に対向する表面には、テーパ状通路６２２が設けられ、該テーパ状通路６２２の上端が上記第１吸気口６２１に連通し、テーパ状通路６２２の下端がシャワー装置６３における第２吸気口６３１に連通し、テーパ状通路６２２の内径が第１吸気口６２１から第２吸気口６３１に向かって漸増する。このように、テーパ状通路６２２の側壁は逆の「漏斗」状空間を形成することができ、該空間は第２吸気口６３１から流出したガスを圧迫することができ、それをより迅速にエッジに拡散させ、ガス拡散速度を向上させ、それによりシャワー装置６３がガスを分流する均一性を向上させることができる。同時に、さらにチャンバ全体の体積を減少させることができ、洗浄又はパージ時間を節約し、プロセス効率を向上させることに有利である。
本発明の実施例に係る半導体プロセス装置は、本発明の上記各実施例に係る上記ガス混合装置を用いることにより、ガス混合時間を短縮し、ガス混合効率を向上させ、生産能力の向上に寄与することができるだけでなく、混合均一性を効果的に向上させ、さらに製品性能を向上させることができる。図２０に示す半導体プロセス装置を用いてＡＬＤプロセスを行うことを例とし、実験によると、ウェハ表面のソースガスの質量分布の均一性が２％よりも小さく、膜厚の均一性が１％よりも小さく、プロセスの均一性を効果的に向上させることを発見した。
以上の実施形態は、本発明の原理を説明するために使用された例示的な実施形態にすぎず、本発明はこれに限定されない。当業者にとっては、本発明の精神及び本質を逸脱することなく、様々な変形及び改良を行うことができ、これらの変形及び改良も本発明の保護範囲とみなされる。

Claims (17)

  1. 半導体プロセス装置に適用されるガス混合装置であって、ガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路を含み、前記ガス混合部材に第１吸気通路、第２吸気通路及び環状ガス混合通路が設けられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の吸気端がそれぞれ前記第１吸気管路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端がいずれも前記環状ガス混合通路に連通し、前記環状ガス混合通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気方向は、それぞれ前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端から前記環状ガス混合通路に流入したガスが混合されるときにいずれも前記環状ガス混合通路の周方向における同一方向に沿って回転して流れるように設定される、
    前記第１吸気通路は、前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第１ガス均一化孔を含み、各前記第１ガス均一化孔の排気端の前記環状ガス混合通路の径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第１接続線とし、各前記第１ガス均一化孔の吸気端の前記径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第２接続線としたとき、前記第１接続線と前記第２接続線の間に夾角を有し、
    前記第２吸気通路は、前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第２ガス均一化孔を含み、各前記第２ガス均一化孔の排気端の前記環状ガス混合通路の径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第３接続線とし、各前記第２ガス均一化孔の吸気端の前記径方向断面における正投影と前記径方向断面の中心との間の接続線を第４接続線としたとき、前記第３接続線と前記第４接続線の間に夾角を有し、
    前記第２ガス均一化孔と前記第１ガス均一化孔は、前記環状ガス混合通路の軸方向において互いにずれている、ことを特徴とするガス混合装置。
  2. 前記第１吸気通路は第１環状サブ通路及び第１接続サブ通路をさらに含み、前記第１環状サブ通路は、前記環状ガス混合通路の外側を取り囲み、複数の前記第１ガス均一化孔は前記第１環状サブ通路と前記環状ガス混合通路との間に位置し、各前記第１ガス均一化孔の吸気端が前記第１環状サブ通路に連通し、各前記第１ガス均一化孔の排気端が前記環状ガス混合通路に連通し、
    前記第１接続サブ通路の両端がそれぞれ前記第１環状サブ通路及び前記第１吸気管路の排気端に連通し、前記第１接続サブ通路の排気方向は、前記第１環状サブ通路に流入したガスが回転して流れ、前記第１環状サブ通路におけるガスの流れ方向が前記環状ガス混合通路におけるガスの流れ方向と同じであるように設定される、ことを特徴とする請求項１に記載のガス混合装置。
  3. 前記第２吸気通路は第２環状サブ通路及び第２接続サブ通路をさらに含み、前記第２環状サブ通路は、前記環状ガス混合通路の内側を取り囲み、複数の前記第２ガス均一化孔は前記第２環状サブ通路と前記環状ガス混合通路との間に位置し、各前記第２ガス均一化孔の吸気端が前記第２環状サブ通路に連通し、各前記第２ガス均一化孔の排気端が前記環状ガス混合通路に連通し、
    前記第２接続サブ通路と前記第１接続サブ通路は前記環状ガス混合通路の軸方向において互いにずれており、前記第２接続サブ通路の両端がそれぞれ前記第２環状サブ通路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第２接続サブ通路の排気方向は、前記第２環状サブ通路に流入したガスが回転して流れ、前記第２環状サブ通路におけるガスの流れ方向が前記環状ガス混合通路におけるガスの流れ方向と同じであるように設定される、ことを特徴とする請求項２に記載のガス混合装置。
  4. 前記第１接続サブ通路の軸線の前記ガス混合部材の径方向断面における正投影は、前記径方向断面におけるいずれか１つの径方向と互いに重なり、又は互いに平行であり、又は夾角を有し、
    前記第２接続サブ通路の軸線の前記ガス混合部材の径方向断面における正投影は、前記径方向断面におけるいずれか１つの径方向と互いに重なり、又は互いに平行であり、又は夾角を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のガス混合装置。
  5. 前記ガス混合装置は第３吸気管路及び前記第３吸気管路に設けられた開閉弁をさらに含み、
    前記ガス混合部材には、さらに第３吸気通路が設けられ、前記第３吸気通路は前記環状ガス混合通路の上方に位置し、前記第３吸気通路の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、前記第３吸気通路の排気端が前記第１環状サブ通路及び前記第２環状サブ通路のうちの少なくとも１つに連通する、ことを特徴とする請求項３に記載のガス混合装置。
  6. 前記第３吸気通路は、前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第３ガス均一化孔を含み、各前記第３ガス均一化孔の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、各前記第３ガス均一化孔の排気端が前記第１環状サブ通路又は前記第２環状サブ通路に連通し、又は、
    前記第３吸気通路は２つの気孔群を含み、各気孔群は前記環状ガス混合通路の周方向に沿って均等に分布する複数の第３ガス均一化孔をそれぞれ含み、そのうちの一方の前記気孔群における複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、排気端が前記第１環状サブ通路に連通し、他方の前記気孔群における複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、排気端が前記第２環状サブ通路に連通する、ことを特徴とする請求項５に記載のガス混合装置。
  7. 前記開閉弁は弁体及び弁板を含み、前記第３吸気管路と前記ガス混合部材との間に前記弁体が接続され、前記弁体に接続通路が設けられ、前記接続通路は、前記第３吸気管路の排気端及び前記第３吸気通路の吸気端に連通し、
    前記弁板は、前記接続通路内に移動可能に設けられ、前記接続通路を開放又は閉鎖することに用いられ、前記弁板には、予め設定された流量以下のガスを通過させるための少なくとも１つの貫通孔が設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載のガス混合装置。
  8. 前記第３吸気通路は第３接続サブ通路をさらに含み、前記第３接続サブ通路の吸気端が前記第３吸気管路の排気端に連通し、前記第３接続サブ通路の排気端が複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端に連通し、
    前記ガス混合部材の、前記第３吸気管路の排気端に対向する表面に導流凸部が設けられ、前記導流凸部の前記第３吸気管路の排気端に対向する表面は、円弧凸面であり、前記第３接続サブ通路に流入したガスを複数の前記第３ガス均一化孔の吸気端へ分流することに用いられる、ことを特徴とする請求項６に記載のガス混合装置。
  9. 前記ガス混合部材には、前記環状ガス混合通路の下方に位置するところには、さらに合流通路が設けられ、前記合流通路は第３環状サブ通路及び垂直サブ通路を含み、前記第３環状サブ通路の吸気端が前記環状ガス混合通路の排気端に連通し、前記第３環状サブ通路の排気端が前記垂直サブ通路の吸気端に連通し、前記第３環状サブ通路の内周直径及び外周直径がいずれも前記環状ガス混合通路から前記垂直サブ通路に向かって漸減し、
    前記垂直サブ通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載のガス混合装置。
  10. プロセスチャンバを含む半導体プロセス装置であって、
    前記プロセスチャンバに混合ガスを導入するための請求項１～９のいずれか１項に記載のガス混合装置をさらに含む、ことを特徴とする半導体プロセス装置。
  11. 前記プロセスチャンバは、チャンバ本体及び前記チャンバ本体の頂部に設けられたカバープレート及びシャワー装置を含み、前記シャワー装置は前記カバープレートの下方に位置し、
    前記ガス混合部材は前記カバープレートの上方に設けられ、前記カバープレートに前記環状ガス混合通路の排気端に対応する第１吸気口が設けられ、前記第１吸気口に導流プラグが設けられ、前記導流プラグには、通過する前記混合ガスの流れ方向を鉛直下向きに変換するための複数のスルーホールが設けられる、ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体プロセス装置。
  12. 複数の前記スルーホールは、複数の第１スルーホール及び複数の第２スルーホールを含み、複数の前記第１スルーホールは、前記導流プラグの軸線を回って少なくとも１周取り囲み、
    最外周に位置する複数の前記第１スルーホールにおいて、各隣接する２つの前記第１スルーホールの間に少なくとも１つの前記第２スルーホールがそれぞれ設けられ、前記第２スルーホールの径方向断面積が前記第１スルーホールの径方向断面積よりも小さい、ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体プロセス装置。
  13. 複数の前記スルーホールは、径方向断面形状が円形の１つの第１スルーホール、及び径方向断面形状が円環状の１つ又は複数の第２スルーホールを含み、
    前記第２スルーホールは、前記第１スルーホールの周囲を取り囲み、複数の前記第２スルーホールは互いに入れ子状になっており、各前記第２スルーホールには、さらに前記第２スルーホールの径方向に沿って延在する少なくとも１つの補強リブが設けられ、前記補強リブの前記第２スルーホールの径方向に沿った両端がそれぞれ前記第２スルーホールの内周壁と外周壁に接続される、ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体プロセス装置。
  14. 前記カバープレートの前記シャワー装置に対向する表面には、テーパ状通路が設けられ、前記テーパ状通路の上端が前記第１吸気口に連通し、前記テーパ状通路の下端が前記シャワー装置における第２吸気口に連通し、前記テーパ状通路の内径が前記第１吸気口から前記第２吸気口に向かって漸増する、ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体プロセス装置。
  15. プロセスチャンバを含む半導体プロセス装置であって、
    前記プロセスチャンバに混合ガスを導入するためのガス混合装置をさらに含み、
    前記ガス混合装置は、
    ガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路を含み、
    前記ガス混合部材に第１吸気通路、第２吸気通路及び環状ガス混合通路が設けられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の吸気端がそれぞれ前記第１吸気管路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端がいずれも前記環状ガス混合通路に連通し、前記環状ガス混合通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気方向は、それぞれ前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端から前記環状ガス混合通路に流入したガスが混合されるときにいずれも前記環状ガス混合通路の周方向における同一方向に沿って回転して流れるように設定され、
    前記プロセスチャンバは、チャンバ本体及び前記チャンバ本体の頂部に設けられたカバープレート及びシャワー装置を含み、前記シャワー装置は前記カバープレートの下方に位置し、
    前記ガス混合部材は前記カバープレートの上方に設けられ、前記カバープレートに前記環状ガス混合通路の排気端に対応する第１吸気口が設けられ、前記第１吸気口に導流プラグが設けられ、前記導流プラグには、通過する前記混合ガスの流れ方向を鉛直下向きに変換するための複数のスルーホールが設けられ、
    複数の前記スルーホールは、複数の第１スルーホール及び複数の第２スルーホールを含み、複数の前記第１スルーホールは、前記導流プラグの軸線を回って少なくとも１周取り囲み、
    最外周に位置する複数の前記第１スルーホールにおいて、各隣接する２つの前記第１スルーホールの間に少なくとも１つの前記第２スルーホールがそれぞれ設けられ、前記第２スルーホールの径方向断面積が前記第１スルーホールの径方向断面積よりも小さい、ことを特徴とする半導体プロセス装置。
  16. プロセスチャンバを含む半導体プロセス装置であって、
    前記プロセスチャンバに混合ガスを導入するためのガス混合装置をさらに含み、
    前記ガス混合装置は、
    ガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路を含み、
    前記ガス混合部材に第１吸気通路、第２吸気通路及び環状ガス混合通路が設けられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の吸気端がそれぞれ前記第１吸気管路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端がいずれも前記環状ガス混合通路に連通し、前記環状ガス混合通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気方向は、それぞれ前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端から前記環状ガス混合通路に流入したガスが混合されるときにいずれも前記環状ガス混合通路の周方向における同一方向に沿って回転して流れるように設定され、
    前記プロセスチャンバは、チャンバ本体及び前記チャンバ本体の頂部に設けられたカバープレート及びシャワー装置を含み、前記シャワー装置は前記カバープレートの下方に位置し、
    前記ガス混合部材は前記カバープレートの上方に設けられ、前記カバープレートに前記環状ガス混合通路の排気端に対応する第１吸気口が設けられ、前記第１吸気口に導流プラグが設けられ、前記導流プラグには、通過する前記混合ガスの流れ方向を鉛直下向きに変換するための複数のスルーホールが設けられ、
    複数の前記スルーホールは、径方向断面形状が円形の１つの第１スルーホール、及び径方向断面形状が円環状の１つ又は複数の第２スルーホールを含み、
    前記第２スルーホールは、前記第１スルーホールの周囲を取り囲み、複数の前記第２スルーホールは互いに入れ子状になっており、各前記第２スルーホールには、さらに前記第２スルーホールの径方向に沿って延在する少なくとも１つの補強リブが設けられ、前記補強リブの前記第２スルーホールの径方向に沿った両端がそれぞれ前記第２スルーホールの内周壁と外周壁に接続される、ことを特徴とする半導体プロセス装置。
  17. プロセスチャンバを含む半導体プロセス装置であって、
    前記プロセスチャンバに混合ガスを導入するためのガス混合装置をさらに含み、
    前記ガス混合装置は、
    ガス混合部材、第１吸気管路及び第２吸気管路を含み、
    前記ガス混合部材に第１吸気通路、第２吸気通路及び環状ガス混合通路が設けられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の吸気端がそれぞれ前記第１吸気管路及び前記第２吸気管路の排気端に連通し、前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端がいずれも前記環状ガス混合通路に連通し、前記環状ガス混合通路の排気端が前記半導体プロセス装置のプロセスチャンバに連通することに用いられ、
    前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気方向は、それぞれ前記第１吸気通路及び前記第２吸気通路の排気端から前記環状ガス混合通路に流入したガスが混合されるときにいずれも前記環状ガス混合通路の周方向における同一方向に沿って回転して流れるように設定され、
    前記プロセスチャンバは、チャンバ本体及び前記チャンバ本体の頂部に設けられたカバープレート及びシャワー装置を含み、前記シャワー装置は前記カバープレートの下方に位置し、
    前記ガス混合部材は前記カバープレートの上方に設けられ、前記カバープレートに前記環状ガス混合通路の排気端に対応する第１吸気口が設けられ、前記第１吸気口に導流プラグが設けられ、前記導流プラグには、通過する前記混合ガスの流れ方向を鉛直下向きに変換するための複数のスルーホールが設けられ、
    前記カバープレートの前記シャワー装置に対向する表面には、テーパ状通路が設けられ、前記テーパ状通路の上端が前記第１吸気口に連通し、前記テーパ状通路の下端が前記シャワー装置における第２吸気口に連通し、前記テーパ状通路の内径が前記第１吸気口から前記第２吸気口に向かって漸増する、ことを特徴とする半導体プロセス装置。
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