(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散装置であって、
中心部を通るノズルを含み、上側に曲面を有し、前記曲面の上方に開放空間を定義する本体部であって、前記ノズルは、ガスが、前記ノズルを通るとともに前記ノズル内に膨張することが可能となるよう配置されている本体部と、
前記ノズルの上方に配置されるとともに、前記ガス流の領域が膨張する間、前記本体部における前記開放空間に前記ノズルからの前記ガス流を反射するよう配置されている反射部で、前記ノズル、反射部、前記開放空間は、前記拡散装置の開放領域全域から前記ガスが実質的に均一な流れにて流出するよう、前記開放空間からのガス流の領域を膨張させると共にガス流を遅くするよう構成されている反射部と、
前記開放空間を一組の膨張空間に分割する、前記本体部の前記開放空間に配置された一組のベーンとを備え、これにより各膨張空間から前記ガスが実質的に均等な量にて流出する、拡散装置。
【請求項２】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記ノズルは前記本体部に組み込まれて形成されている拡散装置。
【請求項３】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記ノズルは、前記本体部と独立して形成されている拡散装置。
【請求項４】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記反射部はノズルの上方に同軸上に配置されている拡散装置。
【請求項５】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記本体部の前記曲面は、前記ガスの前記流れが前記開放空間に拡張するよう、放射状に前記開放空間に拡張するように配置されている拡散装置。
【請求項６】
請求項１記載の拡散装置であって、さらに、
反射部を所定の位置に保持するために前記本体部の上側に取り付けられた一組のアームを備える拡散装置。
【請求項７】
請求項１に記載の拡散装置であって、さらに、
前記一組のベーンを所定の位置に保持するために前記一組のベーンに装着されている一組のアームを備える拡散装置。
【請求項８】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記ノズルは、前記反射部に向かって直径が増加するよう傾斜した内壁を有する拡散装置。
【請求項９】
請求項８に記載の拡散装置であって、前記ノズルの前記内壁は、６度以下の角度で傾斜している拡散装置。
【請求項１０】
請求項１記載の拡散装置であって、さらに、
前記ガスを前記ノズルに流入するために前記ノズルに接続された吸気口と、
入力ガスの入力速度を制限するために前記吸気口に配置され、前記ガスの前記入力速度を減少させる流量制御器と
を備える拡散装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の拡散装置であって、前記流量制御器は、前記吸気口への前記入力ガスの通過を許容するオリフィスを有する円盤である拡散装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の拡散装置であって、さらに、
前記吸気口と前記流量制御器との間に接続されている弁を備え、前記弁は、前記拡散装置が前記開放空間を介してガスを膨張させるために使用される場合には、前記吸気口への前記入力ガスの通過を許容するために開き、前記拡散装置が前記拡散装置からの前記ガスを排気するために使用される場合には、前記入力ガスの前記吸気口への通過を防ぐために閉じるよう配置されている拡散装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記拡散装置は、半導体処理システムにおけるウェハロードロックにて用いられる拡散装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記拡散装置は、半導体処理システムにおけるプラズマ処理チャンバにて用いられる拡散装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の拡散装置であって、前記拡散装置は、真空運搬部からガスを排気するために前記真空運搬部において用いられる拡散装置。
【請求項１６】
半導体処理システムにおいてガスを循環するチャンバであって、
一組の囲い壁と、
前記チャンバの囲い壁の開口上に取り付けられた拡散装置と
を備え、前記拡散装置は、
中心部を通るノズルを含み、上側に曲面を有し、前記曲面の上方に開放空間を定義する本体部であって、前記ノズルは、ガスが、前記ノズルを通るとともに、前記ノズル内に膨張することが可能となるよう配置されている本体部と、
前記ノズルの上方に配置されるとともに、前記ガス流が膨張する間、前記ノズルからの前記ガスを、前記本体部の前記開放空間に反射するよう配置されている反射部であって、前記ガスが前記ノズルに流入する前記ガスの速度より小さい、実質的に均一な速度で前記開放空間から前記チャンバに流入するよう、前記ガスの前記流れを前記開放空間に膨張させる反射部と、
前記開放空間を一組の膨張空間に分割する、前記本体部の前記開放空間に配置された一組のベーンとを備え、各膨張空間から前記ガスが実質的に均等な量にて流出するチャンバ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のチャンバであって、前記ノズルは前記本体に組み込まれて形成されているチャンバ。
【請求項１８】
請求項１６に記載のチャンバであって、前記ノズルは、前記本体部と独立して形成されているチャンバ。
【請求項１９】
請求項１６に記載のチャンバであって、前記反射部は、前記ノズルの上方に同軸上に配置されているチャンバ。
【請求項２０】
請求項１６記載のチャンバであって、前記拡散装置はさらに、
前記反射部を所定の位置に保持するために前記本体部の上側に取り付けられた一組のアームを備えるチャンバ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のチャンバであって、前記一組のアームは、前記ベーンを所定の位置に保持するために前記ベーンに装着されているチャンバ。
【請求項２２】
請求項２０に記載のチャンバであって、前記ノズルは、前記反射部に向かって直径が増加するよう傾斜した内壁を有するチャンバ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のチャンバであって、前記ノズルの前記内壁は、６度以下の角度で傾斜しているチャンバ。
【請求項２４】
請求項１６記載のチャンバであって、前記拡散装置はさらに、
前記ガスを前記ノズルに流入するために前記ノズルに接続された吸気口と、
入力ガスの入力速度を制限するために前記吸気口に配置され、前記吸気口に出力する前記入力ガスの前記入力速度を減少させる流量制御器と
を備えるチャンバ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のチャンバであって、前記流量制御器は、前記吸気口への前記入力ガスの通過を許容するオリフィスを有する円盤であるチャンバ。
【請求項２６】
請求項２４記載のチャンバであって、前記拡散装置はさらに、
前記吸気口と前記流量制御器との間に接続されるとともに、前記拡散装置が前記開放空間を介して前記ガスを膨張させるために使用される場合には、前記吸気口への前記ガスの前記通過を許容するために開き、前記拡散装置が前記拡散装置からの前記ガスを排気するために使用される場合には、前記入力ガスの前記吸気口への通過を防ぐために閉じるよう配置されている弁を備えるチャンバ。
【請求項２７】
請求項１６に記載のチャンバであって、前記チャンバは、真空と大気とを相互に切り替えるウェハロードロックであるチャンバ。
【請求項２８】
請求項１６記載のチャンバであって、前記チャンバはプラズマ処理チャンバであるチャンバ。
【請求項２９】
請求項１６記載のチャンバであって、前記チャンバは、真空状態のウェハロードロックと前記ウェハを処理するプラズマ処理チャンバとの間を行き来する、ウェハ搬送のためのロボットアームを備える真空運搬部であるチャンバ。
【請求項３０】
請求項１６記載のチャンバであって、前記拡散装置が取り付けられている前記囲い壁は、前記チャンバの床面であるチャンバ。
【請求項３１】
請求項１６記載のチャンバであって、前記拡散装置が取り付けられている前記囲い壁は、前記チャンバの天井面であるチャンバ。
【請求項３２】
ガスを吸気する装置であって、
中心部を通るノズルを含み、上側に曲面を有し、前記曲面の上方にガス流を膨張させるための膨張空間を定義する本体部であって、前記ノズルは、ガスが前記ノズルを通るとともに前記ノズル内に膨張することが可能となるよう配置されている本体部と、
前記ノズルの上方に配置されるとともに、前記ガス流が膨張する間、前記本体部の前記膨張空間に前記ノズルからの前記ガスを反射するよう配置されている反射部であって、前記ガスを吸気する時には、前記ノズルからの前記ガスの速度よりも小さい、実質的に均一な速度にて前記ガスが前記膨張空間から流出するよう、前記ガスの前記流れは前記膨張空間に膨張する反射部と、
前記ガスを前記ノズルに流入するために前記ノズルに接続された吸気口と、
入力ガスの入力速度を制限するために前記吸気口に配置されている流量制御器と
を備え、前記流量制御器は前記吸気口に出力する前記入力ガスの前記入力速度を減少させ、
前記膨張空間を一組の膨張空間に分割する、前記本体部の前記膨張空間に配置されている一組のベーンを備え、これにより各膨張空間から前記ガスが実質的に均等な量にて流出する、装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置であって、前記ノズルは前記本体に組み込まれて形成されている装置。
【請求項３４】
請求項３２に記載の装置であって、前記ノズルは、前記本体部と独立して形成されている装置。
【請求項３５】
請求項３２に記載の装置であって、前記反射部は、前記ノズルの上方に同軸上に配置されている装置。
【請求項３６】
請求項３２に記載の装置であって、前記本体部の前記曲面は、前記ガスの前記流れが前記膨張空間に膨張するよう、放射状に前記膨張空間を拡張する装置。
【請求項３７】
請求項３２記載の装置であって、さらに、
前記反射部を所定の位置に保持するために前記本体部の上側に取り付けられている一組のアームを備える装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置であって、前記一組のアームは、前記ベーンを所定の位置に保持するために前記ベーンに装着されている装置。
【請求項３９】
請求項３２に記載の装置であって、前記ノズルは、前記反射部に向かって直径が増加するよう傾斜した内壁を有する装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、前記ノズルの前記内壁は、６度以下の角度で傾斜している装置。
【請求項４１】
請求項３２に記載の装置であって、前記流量制御器は、前記吸気口への前記入力ガスの通過を許容するオリフィスを有する円盤である装置。
【請求項４２】
請求項３８記載の装置であって、さらに、
前記吸気口と前記流量制御器との間に接続されている弁を備え、前記弁は、前記拡散装置が前記膨張空間を介して前記ガスを膨張させるために使用される場合には、前記吸気口への前記入力ガスの通過を許容するために開き、前記拡散装置が前記拡散装置から前記ガスを排気するために使用される場合には、前記ガスの前記吸気口への通過を防ぐために閉じるよう配置されている装置。
【請求項４３】
請求項３２に記載の装置であって、前記ノズルは前記本体部に組み込まれて形成されている装置。
【請求項４４】
請求項３２に記載の装置であって、前記装置は、半導体処理システムにおけるウェハロードロックにおいて用いられる装置。
【請求項４５】
請求項３２に記載の装置であって、前記装置は、半導体処理システムにおけるプラズマ処理チャンバにおいて用いられる装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造に関する。より具体的には、本発明は、プラズマ処理システムにおける拡散装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理システムは、集積回路を形成する半導体ウェハを処理するために用いられる。中でも、プラズマ主体の半導体処理は、エッチング処理、酸化処理、化学気相反応法（ＣＶＤ法）等に用いられる処理としてよく知られている。従来のプラズマ処理システムは、主に、ウェハの処理に最適な環境を提供するために、プラズマ処理チャンバ内のガス、あるいはプラズマの流れを制御する。
【０００３】
さらに、このようなシステムは通常、浄化された処理環境を確保するために、大気および真空間にてウェハの処理と搬送とを行うその他のチャンバを含む。例えば、ウェハ処理のために、大気中のウェハは、ウェハロードロックという真空および大気間を行き来するチャンバへと搬送される。ウェハがウェハロードロック内に置かれると、ロードロックは大気を含むことになる。次に、ロードロックチャンバ内を真空状態にするために、大気中の空気は排気される。続いて、真空チャンバ内のロボットアーム操作により、ウェハは処理チャンバへと搬送される。処理チャンバは、チャンバ内に吸気され、およびチャンバから排気されるガス、あるいはプラズマにウェハをさらすことにより、ウェハの処理（例えば、エッチング処理、酸化処理、ＣＶＤ等）を行う。こうした処理により、ウェハの特性が変えられる。
【０００４】
ウェハが処理された後、真空搬送モジュールのロボットアームは、ウェハを真空状態のロードロックに運んで戻す。ウェハがロードロック内に置かれると、ロードロック内の真空圧は、窒素のようなガスの流入により、もとの大気圧に戻される。大気圧に達すると、必要に応じて、ウェハは他の処理工程のためのウェハカセットへと搬送される。
【０００５】
半導体処理では、処理システムの評価は、ウェハが処理され得る速度に大きく依存する。すなわち、処理速度がより高い処理システムほど、処理速度がより低いシステムよりも、与えられた時間内により多くのウェハを製造する。したがって、処理効率が上がるにつれて、スループットがより高くなるため、処理システムはさらに効果的になる。
【０００６】
しかしながら、従来の半導体処理システムでは、ウェハの処理速度は、ロードロックなどのチャンバ、真空搬送モジュール、および処理チャンバが高低圧状態間で切替され得る速度に大きく依存する。残念なことに、従来の処理システムにおけるチャンバの循環速度は、通常、出入りするガスの最大局所速度に実際には制限される。例えば、速度が大きすぎると、ウェハの位置をずらす可能性がある。さらに、ガスの最大速度が大きすぎる場合、真空チャンバ内に、ガスと一緒に微粒子が混入し、微粒子の一部がウェハ表面に再付着することがある。周知の通り、粒子状表面汚染物は、このようなウェハで製造された集積回路の不具合をもたらし得る。したがって、こうした不具合を防ぐため、局所速度は一定水準よりも低く維持されなければならない。
【０００７】
このような問題に対処するため、従来のチャンバは、チャンバ内のより広い範囲にわたって、流れを均一に拡充することにより流入するガス流をゆるやかにする拡散装置を含むことが多い。このような機能を提供するため、拡散装置は、一般的に、チャンバ界面に供給される膜を備えている。概して、その膜は、繊維、シンタード・メタル、あるいは多数の小さな孔が開いた板から成る。この構成では、膜の裏側の空洞は、より広範囲にわたって流れを広めるために供給される。膜は、流れに抵抗を与える。この抵抗によって、膜の裏側において圧力が均一になる。均一な圧力および均一な膜抵抗によって、均一な流れが供給される。
【０００８】
しかしながら、膜を備える従来の拡散装置には、いくつかの欠点がある。例えば、このような拡散装置は、相当大きな圧力を保持する必要があるため、高価になりがちである。通常、膜全域に対し数ポンドの圧力が必要とされる。したがって、膜は、その圧力に耐え、さらにガスが均一に通り抜けることができるほどの強度を必要とするため、拡散装置のコストが増し、切替の吸気工程の速度を抑制する。さらに、切替の排気工程中には、膜がガス流を妨げ得るため、排気切替を減速する。その上、膜の小さな孔は、吸気、および／または排気切替中に、微粒子を捕捉し得る。これらの粒子に起因して、排気および吸気効果は時間の経過とともに低減し、あるいは粒子が吸気流に開放され、ウェハ表面に付着する可能性がある。加えて、拡散装置の膜の清浄は困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の点から、吸気切替、および排気切替の両工程において、必要とされる広範囲かつ低速の流れを提供し、流れに対する抵抗が小さい拡散装置が好ましい。こうすることにより、ウェハ処理速度が向上する。さらに、コスト節約、および／または有効空間を有するより大規模な拡散装置への適応力のため、排気、および吸気の両方が実行され得る拡散装置が有効である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
概して、本発明は、拡散装置と、ガスを吸気、および／もしくは排気する高速切替チャンバとを提供することによりこれらの要求を満たす。当然のことながら、本発明は、プロセス、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の態様で実施できる。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【００１１】
一実施形態によると、本発明は、本体部と反射部とを含む拡散装置を提供する。本体部は、中心部を通るノズルを含み、上側に曲面を有し、曲面上の開放空間を定義する。ノズルは、ガスがノズルを通って流れ、かつノズルの内部に膨張可能なように配置されている。反射部は、ノズルの上方に配置されるとともに、ガス流が膨張する間、本体部の開放空間にノズルからのガスを反射するよう配置されている。本構成では、開放空間からガスが流出するよう、ノズル、反射部、および開放空間において、ガスの流れは緩やかにされる。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、半導体処理システムにおいてガスを循環するチャンバを提供する。そのチャンバは、一組の囲い壁と拡散装置とを備える。拡散装置は、チャンバの囲い壁のオリフィスに装着されている。拡散装置は、本体部、反射部、および一組のベーンを備える。本体部は、中心部を通るノズルを含み、上側に曲面を有し、曲面上の開放空間を定義する。ノズルは、ガスがノズルを通って流れ、かつノズルの内部に膨張することができるよう配置されている。反射部は、ノズルの上方に配置されるとともに、ガス流が膨張する間、本体部の開放空間にノズルからのガスを反射するよう配置されている。本構成では、ノズル、反射部、および開放空間において、ガスの流れはチャンバへと低速で広がり、緩やかになる。一組のベーンは、開放空間を一組の膨張空間に分割し、分割された各々の空間からチャンバへと流出するガスの量が実質的に均等となるよう配置されている。ベーンの数および形状は、開放空間からチャンバへと流入する実質的に均一な流れを供給するために選択される。
【００１３】
さらに別の実施形態において、流量制御器は、入力ガスの速度を制限するために吸気口に配置されている。一実施形態において、別個のソニック流量制御器は、ノズル内に流入するガス流を制限してガス流を緩やかにする、および、上流の弁が開いている場合にガス流の噴出がノズル内に流入することを防ぐために用いられ得る。
【００１４】
本発明は、従来の拡散装置に実質的な利点を提供する。例えば、本発明の拡散装置は、チャンバへのガスの吸気、あるいはチャンバからのガスの排気に用いられ得る。吸気に使用する際には、例えば、ノズル、反射部、および膨張空洞は、流入するガス流を徐々に低い高さで膨張させる。チャンバ内に流入するガス流が緩やかかつ均一なため、チャンバ内のウェハは、位置がずれない。さらに、チャンバ内の微粒子が流れに混入してチャンバ内のウェハに付着する可能性が低い。したがって、拡散装置、および本発明の上述のような拡散装置を備えるチャンバにより、半導体製造システムにおけるスループット、および／もしくは歩留まりが向上する。他方、拡散装置はさらに、チャンバを排気して真空にするために用いられ得る。本モードにて拡散装置を使用することにより、チャンバは、単独で排気ポート、あるいは排気装置を用いる必要がないため、チャンバ内のスペースを節約することができ、あるいは大規模な拡散装置を用いることができる。本発明のこれらの利点およびその他の利点は、以下の詳細な説明および種々の図面から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本明細書中において、本発明は、拡散装置と、ガスを吸気および／もしくは排気する高速切替チャンバとについて記載される。以下の説明において、本発明の完全な理解を促すために、数々の具体例が説明されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体例の一部または全てを伴うことなく実施され得る。そのほか、本発明が不要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理操作の説明は省略した。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る、ウェハ処理自動操作を備える一例としての半導体処理システム１００の概略図である。ウェハ処理の効率化をはかるため、一枚、もしくは複数のウェハ１０２は、まずウェハカセット１０４に配置され、続いてロードポート１０６に配置される。大気運搬モジュール１０８内のロボットアーム１１０は、カセット１０４よりウェハ１０２を取り出す。ロードポート１０６、および大気運搬モジュール１０８はいずれも、大気圧状態にて主に空気を含む。
【００１７】
ロボットアーム１１０がウェハ１０２を取り出すと、ウェハ１０２を受け取るために、ウェハロードロック１１２のドア１１６が開く。ロボットアーム１１０がウェハロードロック１１２内のウェハ支持部１１４にウェハ１０２を搬送すると、ロードロック内は空気を含む大気圧になる。ウェハ１０２がウェハロードロック１１２内のウェハ支持部１１４に載せられると、ロボットアーム１１０がウェハロードロックから出て、ドア１１６が閉められる。次に、真空状態がロードロックチャンバ内に確保されるまで、ロードロックチャンバから空気を排気することによりウェハロードロック１１２は「ポンプ」される。
【００１８】
ロードロック１１２が真空状態の場合には、処理工程の間中、真空状態を維持する真空運搬モジュール１２２から真空ロボットアーム１２０を受け入れるため、ロードロック１１２のドア１１８が開く。しかしながら、真空運搬モジュール１２２は、最適な真空状態の確保、またはシステム立ち上げの一環として、あるいはチャンバ清浄の一環として、周期的な排気が要求され得る。真空ロボットアーム１２０は、プラズマ処理チャンバ１２６にウェハ１０２を搬送するため、ウェハ支持部１１４からウェハ１０２を持ち上げる。具体的には、チャンバドア１２４が開くと、真空ロボットアーム１２０は、ウェハ１０２をプラズマ処理チャンバ１２６内のウェハ支持部（図示せず）に載せる。当分野の技術として知られているプラズマ処理チャンバ１２６は、最初は真空状態にある。ウェハ１０２がチャンバ１２６内に置かれると、チャンバドア１２６は閉じられ、ウェハ１０２は通常、一種類、あるいは多種のガス（例えば、ソースガス、プラズマなど）を吸気、およびチャンバ１２６からガスを排気することにより処理される。本処理では、ウェハ１０２は一般的に、エッチング処理、酸化処理、ＣＶＤ等でみられるような物理的変化を来す。
【００１９】
ウェハ１０２が処理されると、チャンバドア１２４が開き、真空ロボットアーム１２０は、プラズマ処理チャンバ１２６からウェハ１０２を取り出す。次に、被処理ウェハ１０２を受け取るために、真空状態にあるウェハロードロック１１２のドア１１８が開く。続いて、真空ロボットアーム１２０がウェハ支持部１１４にウェハ１０２を載せると、真空運搬モジュール１２２の側面側のドア１１８が閉まる。ドア１１６および１１８のいずれもしっかりと密閉された状態にて、チャンバ内が大気圧に達するまでウェハロードロック１１２内にガスを吸気することにより、ウェハロードロック１１２は「ベント」される。吸気するガスは、クリーンかつドライな窒素ガスが好ましい。
【００２０】
ウェハロードロック１１２内が大気圧になると、大気ロボットアーム１１０を受け入れるため、大気運搬モジュール１０８の側面側にあるドア１１６が開く。ロボットアーム１１０は、次に、被処理ウェハを取り出し、ロードポート１０６内のカセット１０４に運び戻す。カセット内の全ウェハが同様に処理されると、カセット１０４内のウェハ１０２は、他の処理のために移動され得る。複数のウェハを同時に処理可能とするため、半導体処理システム１００が複数のカセット１０４、処理チャンバ１２６、およびウェハロードロック１１２を含み得ることは当然である。
【００２１】
周知のとおり、半導体処理システム１００のスループットは、ガスを吸気、および／あるいは排気する際のチャンバ１１２、１２２、および１２６の効率に依存する。例えば、ウェハロードロック１１２の排気速度が増すにつれて、ウェハ１０２は、続く処理のために、より迅速にウェハロードロック１２２内に配置され得る。同様に、ウェハロードロック１１２が吸気される速度が増すにつれて、ウェハ１０２は、より迅速に他の処理のためにカセット１０４に戻され得る。したがって、本発明は、上述のようなチャンバ内に、半導体処理システムのスループット向上のためにガスを効果的に吸気、および／または排気するために用いられ得るような拡散装置を提供する。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態に係る一例としての拡散装置２００を上から見た側面図である。拡散装置２００は、本体部２０２、反射部２０４、スパイダ２０６、一対の案内ベーン２１０、２１２、および本図に示されない反射部２０４の下方のノズルを備える。スパイダ２０６は、一組のアーム２０６を有し、ネジ２１４によって本体部２０２に固定して取り付けられている。反射部２０４は、本体部２０２の中心部を覆って配置され、かつ、反射部２０４を所定の位置に保持するためのアーム２０６に取り付けられている。さらに、案内ベーン２１０、２１２は、アーム２０６の下方に取り付けられ、反射部２０４下方の本体中心部へと下方向に伸びている。アーム２０６は、クモ状、または三脚状としてよいが、その他の構造もまた、反射部２０４、および案内ベーン２１０、２１２を備え付けるのに使用され得る。アーム２０６は、リング構造２１６にて本体部２０２に取り付けられるのが好ましい。さらに、拡散装置２００は、任意の個数の案内ベーンを含むか、または一つも案内ベーンを含まなくてもよい。本体部２０２は、環状の形状が好ましいが、ガス流の膨張に適した任意の形状を用いてもよい。
【００２３】
拡散装置２００は、ウェハロードロック１１２、真空大気モジュール１２２、およびプラズマ処理チャンバ１２６にみられるような半導体処理システムにおいて、ガスを吸気、あるいは排気するために使用され得る。このような場合、本体部２００はネジによって拡散装置２００を装着するために、リング構造２１６において複数の孔２０８を含む。本明細書中において使用されるように、用語「チャンバ」は、ウェハロードロック１１２、真空大気モジュール１２２、プラズマ処理チャンバ１２６、および、吸気、および／または排気を必要とするその他任意のチャンバを含む。
【００２４】
図３Ａから３Ｃは、ノズル３０２を有する拡散装置２００がチャンバ３００に配置され得る種々の方法を示す。例えば、図３Ａは本発明の一実施形態において、チャンバ３００の床面に取り付けられた拡散装置２００を備えるチャンバ３００の概略図である。他方、図３Ｂは、本発明の別の実施形態において、チャンバ３００の天井面に取り付けられた拡散装置２００を備えるチャンバ３００を示す。あるいは、図３Ｃに示すように、拡散装置２００は、チャンバ３００の床面と天井面との両方に配置され得る。拡散装置２００は、チャンバ３００の側面にも取り付けられ得る。好ましくは、拡散装置２００は、硬い表面形状を提供するために金属で形成されるとよい。
【００２５】
図４Ａは、本発明の一実施形態による案内ベーン２１０、２１２を含まない拡散装置２００の直線Ａ−Ａ’での断面図である。図示のとおり、拡散装置２００は、本体部２０２、反射部２０４およびノズル３０２を備える。本体部２０２は、空洞４０２のノズル３０２と合うように、中心部４０４に空洞４０２を含むように形成される。ノズル３０２は、本体部２０２から独立したユニットでも一体型ユニットでもよい。拡散装置２００の上側に局面４０６が形成され、局面４０６上と空洞４０２の周辺に開放空間４０８を定義する。リング構造２１６は、本体部２０２にアーム２０６を取り付けるために、局面４０６の外端に供給される。
【００２６】
反射部２０４は、本体部２０２の空洞４０２の中心部４０４を覆って同軸上に配置され、局面４０６の上方全域に形成される開放空間４０８に、ノズル３０２からのガスを反射するように配置される。ガスを反射するために、ノズル３０２側の内面４１９は、反射部２０４の外側のボトムエッジに向かって下方に曲げられている。こうすることにより、ノズル３０２からのガスは、開放空間４０８の前面に広がり得る。
【００２７】
ノズル３０２はまた、空洞４０２を含みつつ本体部２０２に同軸上に配置され、本体部２０２の底面４１１の下方に延びている。しかしながら、ノズル３０２は、下方に突出することなく空洞４０２内に完全に収容されてもよい。内壁４１０は、壁４１０の直径が反射部２０４に向かって徐々に増加するよう、緩やかに傾斜している。好ましくは、ノズル３０２の内壁４１０は、直径を超えた６度以下の角度で形成されるとよい。内壁４１０の傾斜角度により、ノズル３０２に流入するガスは、ノズルを通って上方に浸透する間、徐々に拡散可能となる。
【００２８】
一実施例では、拡散装置２００はさらに、吸気口４１２、弁４１４および流量制御器４１６をも備える。窒素等のガスを吸気する場合には、減圧弁は、流量制御器４１６の下流側にある吸入口４１２に上流側のガスを供給する。流量制御器４１６は、減圧弁からのガス流を制限するよう配置され、ガスが通過できるよう、孔を備える円盤を用いて中心部に実装され得る。孔の直径は、所望の流量に制御するために調整され得る。弁４１４は、吸気口４１２を介するノズル３０２内へのガスの流入を可能とする、あるいは、拡散装置２００が排気モードにて動作している場合には、ノズル３０２内へのガスの通過を抑制するようガスを遮断する、遮断弁である。
【００２９】
流量制御器４１６の位置は、いくつかの実施例において異なり得る。例えば、流量制御器４１６が上流に位置付けられた場合には、可能な限り、弁４１４に接近した位置が好ましい。一実施例において、流量制御器４１６は、弁４１４内に組み込まれ得る。別の実施形態において、流量制御器４１６は、弁４１４の下方側に設置可能であり、ノズル３０２内に流入する前に絞り弁より下方の流量が実質的に均一となるよう調整される。流量制御器４１６によって、入力気圧に応じて、時間の経過とともに
線形的に、または初期段階だけ線形的に、チャンバを充填することが可能となる。
【００３０】
排気モードでは、拡散装置２００は、Ｔ型パイプ４１８を用いて排気するために接続される。一方において、拡散装置２００を介したガスの吸入に用いるために、Ｔ型パイプ４１８が吸気口４１２に連結される。他方において、Ｔ型パイプ４１８は、チャンバ内に真空状態を提供するために、チャンバから拡散装置２００を介してガスを排気するポンプ（図示せず）に連結される。
【００３１】
操作中、流量制御器４１６の上流では、ガスは高気圧状態で流れる。下流気圧と上流気圧間の圧力比が、臨界圧力比（例えば窒素では５２８）より小さく維持される限り、質量流量は、流量制御器４１６の孔の直径および上流の気圧によって、下流気圧とは独立して決まる。流量制御器４１６は、ガス流を制限し、ガス流を高速（例えば、音速）に加速する。さらに、流量制御器４１６は、吸気弁４１４が開いている場合には、ガスの噴出がチャンバ内に流入するのを防ぐ。したがって、断続的な質量流量により、チャンバ吸入時間、および最大吸入気圧の制御が可能となる。
【００３２】
弁４１６の下流では、チャンバに流入するガス流を膨張させる機能を奏する拡散装置２００内の絞りが小さいため、気圧はチャンバ気圧に近い。吸気と排気とを交互に切り替えるため、チャンバ気圧は、チャンバ吸入開始時における気圧に準じた真空と最大チャンバ気圧との間の範囲にあり、通常は、チャンバ内へのガス導入時と同程度の大気圧である。
【００３３】
拡散装置２００は、流量制御器４１６の孔を通じてガス流を調節し、続いて、均一で速度の小さいガス流が広い範囲を介してチャンバに流入するよう、流域を徐々に拡張することにより、孔の下流の吸入口４１２における流速よりもガスの流速を緩やかにするよう機能する。具体的には、６度以下の角度で広がる傾斜壁４１０により、ノズル３０２に流入するガス流はノズル３０２内で弱められる。次に、ノズル３０２からの流れは反射部２０４へと導かれ、拡散装置２００の開放空間４０８へのガス流を反射し、さらに膨張させる。流れは反射部２０４から出ると、開放空間４０８に流入し、その中でガス流はさらに、拡散装置２００の開放空間内全域に広がる。チャンバが最短時間で空にされ得る（すなわち吸気され得る）よう、拡散装置２００の容積は、最小限に維持されるのが好ましい。
【００３４】
拡散装置２００はさらに、均一な流速を提供するために、開放空間４０８を仕切る一組の案内ベーンを備えてもよい。図４Ｂは、本発明の一実施形態における、案内ベーン２１０、２１２を備える拡散装置２００の直線Ａ−Ａ’での断面図である。図示のとおり、案内ベーン２１０、２１２は、拡散装置２００の開放空間４０８に備えられている。本構成では、案内ベーン２１０、２１２は、開放空間４０８を膨張空間４６０、４６２および４６４に分割するよう配置されている。例えば、案内ベーン２１０は、開放空間４０８を膨張空間４６０と４６２とに分割し、案内ベーン２１２は、開放空間４０８を膨張空間４６２と４６４とに分割する。
【００３５】
好ましくは、案内ベーン２１０、２１２は、チャンバに面する環状領域４５０、４５２および４５４が均等になるような間隔で配置される。均等な環状領域４５０、４５２および４５４により、膨張空間４６０、４６２および４６４から各々のチャンバに流入するガスの量は、実質的に均一になる。一実施例において、案内ベーン２１０、２１２は、均一な流れを提供するために、水平、および／もしくは垂直に調節され得る。
【００３６】
本発明は、従来の拡散装置に重要な利点を提供する。本発明の拡散装置は、チャンバへのガスの吸入、あるいは真空状態を提供するためのチャンバからのガスの排気に用いられ得る。チャンバへのガスの吸気に使用される場合には、例えば、ノズルや反射部を通るガスは、流入するガス流を膨張させる。反射部は、チャンバ内に実質的に均一なガス流を供給するため、ガス流がさらに減速されるとともに膨張される膨張空間に流入するガスを反射する。
【００３７】
膨張空間からチャンバへ流入するガス流が緩やかかつ均一なため、チャンバ内のウェハは位置ずれしない。さらに、チャンバ内の微粒子がチャンバ内のウェハ上に撹拌される可能性は低い。したがって、拡散装置、および本発明の上述のような拡散装置を備えるチャンバによって、半導体処理システムにおけるスループットが向上する。
【００３８】
他方、排気に使用される場合には、絞りを介してチャンバに接続するものが存在しないため、チャンバはより急速に真空排気され得る。さらに、チャンバは独立した排気ポート、あるいは排気装置を用いる必要がないため、チャンバ内のスペースを節約することができる。排気モードでは、チャンバに接続されるものが存在しないため、本発明の流量制御器によって、より急速にチャンバからの排気が可能である。
【００３９】
本発明はさらに、その他実用上、およびコスト上の利点を提供する。例えば、本発明の拡散装置は、繊維、シンタード・メタル、あるいは膜を有する従来の拡散装置の多孔性壁面を含まないため、比較的清浄し易い。本発明の拡散装置の堅い表面形状は、部品の消耗、あるいは詰まりを防ぐ。さらに、本発明の拡散装置は、従来の膜型拡散装置よりも製造および維持が安価である。
【００４０】
以上では、本発明をいくつかの好ましい実施形態の形で説明したが、本発明の範囲内で、種々の代替、置き換え、および等価物が可能である。また本発明の方法及び装置を実現する種々の態様が数多く存在することはいうまでもない。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨およびその範囲内に含まれる代替物、置換物、および等価物の全てを含むものとして解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るウェハ処理自動操作を有する一例としての半導体処理システムの概略図である。
【図２】発明の一実施形態に係る一例としての拡散装置を上から見た透視図である。
【図３Ａ】ノズルを備える拡散装置がチャンバ内に設置され得る種々の方法を示す。
【図３Ｂ】ノズルを備える拡散装置がチャンバ内に設置され得る種々の方法を示す。
【図３Ｃ】ノズルを備える拡散装置がチャンバ内に設置され得る種々の方法を示す。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る案内ベーンを含まない拡散装置の直線Ａ−Ａ’での断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る案内ベーンを含む拡散装置の直線Ａ−Ａ’での断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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