(57)【要約】【課題】半導体製造装置及びパーティクルトラップにおいて、効果的にパーティクルを低減すること。【解決手段】半導体基板Wを収容するチャンバ２と、チャンバ２内を減圧する減圧ポンプ７と、チャンバ２と減圧ポンプ７の間に設けられ、減圧ポンプ７の吸入流路Qを画定する管２３を備えたパーティクルトラップ２１とを有し、管２３の吸入側の開口端２３ｂを自由端にして、該開口端２３ｂの開放方向Dを調節自在にした半導体製造装置による。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内を減圧する減圧ポンプと、
前記チャンバと前記減圧ポンプの間に設けられ、前記減圧ポンプの吸入流路を画定する管を備えたパーティクルトラップとを有し、
前記管の吸入側の開口端を自由端にして、該開口端の開放方向を調節自在にしたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記管はフレキシブル管であることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記フレキシブル管に挿入されて該フレキシブル管を直線状に矯正する直線状の第１の制御棒と、
前記フレキシブル管に挿入されて該フレキシブル管を湾曲させる屈曲した第２の制御棒とを更に有することを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記管に加熱機構が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
減圧ポンプへの吸入流路を確定する管を有し、
前記管の吸入側の開口端を自由端にして、該開口端の開放方向を調節自在にしたことを特徴とするパーティクルトラップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置及びパーティクルトラップに関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI等の半導体装置は、エッチングやCVD(Chemical Vapor Deposition)等の様々なプロセスを経て製造される。これらのプロセスは半導体製造装置のチャンバ内で行われるが、そのチャンバ内でパーティクルが発生するとゲート電極等のデバイスパターンに不良が発生し、半導体装置の歩留まりが低下してしまう。
【０００３】
そのようなパーティクルを低減するために、チャンバを減圧するポンプの吸入口に固定フィンを設け、その固定フィンでパーティクルを捕獲する方法が提案されている。但し、この方法では、固定フィンの向きが固定されてしまっているため、パーティクルを減少させるに最適な方向に固定フィンを向けることができず、パーティクルを低減する効果が十分に発揮できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２９９０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体製造装置及びパーティクルトラップにおいて、効果的にパーティクルを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の開示の一観点によれば、半導体基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内を減圧する減圧ポンプと、前記チャンバと前記減圧ポンプの間に設けられ、前記減圧ポンプの吸入流路を画定する管を備えたパーティクルトラップとを有し、前記管の吸入側の開口端を自由端にして、該開口端の開放方向を調節自在にした半導体製造装置が提供される。
【０００７】
また、その開示の他の観点によれば、減圧ポンプへの吸入流路を確定する管を有し、前記管の吸入側の開口端を自由端にして、該開口端の開放方向を調節自在にしたパーティクルトラップが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
以下の開示によれば、パーティクルトラップが備える管によってパーティクルを捕獲できると共に、その管の吸入側の開口端を自由端にしたことで、管からチャンバにパーティクルが到達し難い最適な方向にその開口端の開放方向を向けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、半導体製造装置の構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る半導体製造装置の構成図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るパーティクルトラップの斜視図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る管の側面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る調節機構の構成図である。
【図６】図６は、第１実施形態において、調節機構で管２３を湾曲させた場合の図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係るパーティクルトラップの原理について説明するための模式図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る管とその周囲の断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態の別の例に係る管とその周囲の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第３実施形態に係るベースと管の一部切欠き斜視図であり、図１０（ｂ）は、第３実施形態に係る管をベースに固定したときの一部切欠き斜視図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態に係る半導体製造装置の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎となる予備的事項について説明する。
【００１１】
図１は半導体製造装置の構成図である。
【００１２】
この半導体製造装置１は、プラズマCVDやプラズマエッチング等のように減圧下でプロセスを行うものであって、チャンバ２、下部電極３、上部電極４、延長チャンバ５、圧力制御バルブ６、減圧ポンプ７、及び制御部２９を備える。
【００１３】
このうち、下部電極３の上には半導体基板Wが載置され、上部電極４には高周波電源１０から高周波電力が印加される。
【００１４】
チャンバ２にはガス供給口２ａが設けられており、そのガス供給口２ａからプロセスガスGを導入しながら下部電極３と上部電極４との間に高周波電力を印加することによりチャンバ２内がプラズマ雰囲気となる。
【００１５】
プロセスガスGはプロセスに応じて選択されるが、塩素系ガスやフッ素系ガスのようなハロゲンを含むガスをプロセスガスGとして使用することが多い。
【００１６】
また、減圧ポンプ７は、例えばターボ分子ポンプであって、チャンバ２においてプロセスを行っているか否かによらず常に動作しており、それによりチャンバ２内が減圧状態に保たれる。
【００１７】
チャンバ２内の圧力は圧力制御バルブ６により制御される。圧力制御バルブ６は開閉板８とアクチュエータ９とを備えており、アクチュエータ９により開閉板８の開きを制御することにより、チャンバ２内の圧力がプロセスに適した所定の圧力値に制御される。
【００１８】
制御部２９は、上記のアクチュエータ９に対して駆動信号SDを出力する。駆動信号SDは開閉板８の移動量Δxを含んでおり、開閉板８はその移動量だけ移動することになる。
【００１９】
このような半導体製造装置においては、上記のように減圧ポンプ７によってチャンバ２内が常に減圧状態となる。特に、半導体基板Wに対してプロセスを行う前においては、ガス供給口２ａからチャンバ２内にプロセスガスが供給されないため、チャンバ２や延長チャンバ５内には実質的にガスの流れが存在しない状態になる。
【００２０】
この状態において延長チャンバ５内にパーティクルPが発生すると、パーティクルPはガスの流れに乗ることなく半導体製造装置１内を漂って半導体基板Wに付着し、そのパーティクルPが原因で半導体基板Wに作製される半導体装置が不良になってしまう。
【００２１】
特に、プラズマCVD装置やプラズマエッチング装置においては、圧力制御バルブ６や減圧ポンプ７に、チャンバ２内でプロセスを行ったことが原因で反応生成物が付着している。反応生成物の例としては、AlF3等が挙げられる。
【００２２】
その反応生成物は、減圧ポンプ７として使用されるターボ分子ポンプの回転翼や開閉板８の動きによって刺激され、パーティクルPとして舞い上がってしまう。
【００２３】
以下に、実施形態について説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図２は、本実施形態に係る半導体製造装置の構成図である。なお、図２において、図１で説明したのと同じ要素には図１におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００２５】
この半導体製造装置２０は、プラズマCVD装置又はプラズマエッチング装置であって、減圧ポンプ７の前段にパーティクルトラップ２１を備える。
【００２６】
パーティクルトラップ２１はベース２２と複数の管２３を有しており、管２３の各々によって減圧ポンプ７への吸入流路Qが確定される。なお、管２３の外周側面は、チャンバ２内の雰囲気と同一の雰囲気に曝される。
【００２７】
また、ベース２２は、管２３の外を流れるガスが減圧ポンプ７に入るのを防止して、吸入流路Qを管２３の内側のみに制限するように機能する。
【００２８】
図３は、パーティクルトラップ２１の斜視図である。
【００２９】
図３に示すように、管２３は、ベース２２の上に並列して複数設けられる。
【００３０】
図４は、一つの管２３の側面図である。
【００３１】
図４に示すように、管２３はベローズ等のフレキシブル管であって、その排気側の開口端２３ａがベース２２に接続されると共に、吸入側の開口端２３ｂが自由端となっており、当該開口端２３ｂの開放方向Dが調節自在となっている。
【００３２】
排気側の開口端２３ａはベース２２に形成された孔２２ｂに連通する。チャンバ２（図２参照）内のプロセスガスは、この孔２２ｂを通って減圧ポンプ７に導入される。
【００３３】
なお、管２３の大きさは特に限定されない。本実施形態では、管２３の外径を約１０mmとし、管２３の長さLを約５０mmとする。
【００３４】
また、管２３の材料も限定されないが、耐腐食性に優れたステンレスを管２３の材料として使用するのが好ましい。
【００３５】
図５は、上記の開放方向Dを調節する調節機構３０の構成図である。
【００３６】
この調節機構３０は、直線状の第１の制御棒３１、屈曲した第２の制御棒３２、第１のモータ３３、及び第２のモータ３４を有する。
【００３７】
このうち、第１の制御棒３１は、管２３に形成された第１の孔２３ｃに挿入されており、その挿入量が第１のモータ３３によって調節される。
【００３８】
第１の制御棒３１の駆動方法は特に限定されない。例えば、第１の制御棒３１の表面にネジ山を形成し、そのネジ山に嵌合したスクリューナットを第１のモータ３３で回転させることにより、管２３への第１の制御棒３１の挿入量を調節し得る。
【００３９】
一方、第２の制御棒３２は、管２３に形成された第２の孔２３ｄに挿入される。そして、第２のモータ３４の回転軸３４ａにより第２の制御棒３２を巻き取ることで、管２３への第２の制御棒３２の挿入量が調節される。
【００４０】
なお、第１の制御棒３１と第２の制御棒３２の材料は特に限定されないが、耐腐食性に優れたステンレス棒をこれらの制御棒として使用するのが好ましい。
【００４１】
また、第１のモータ３３と第２のモータ３４の各々の回転数は、制御部２９（図２参照）から出力される第１の制御信号S1と第２の制御信号S2によって制御される。
【００４２】
そして、第１のモータ３３と第２のモータ３４の各々を駆動させたときにこれらのモータから発生するパーティクルがチャンバ２内に導入されないように、第１のモータ３３と第２のモータ３４の各々はベース２２に埋め込まれている。
【００４３】
図５の例では、第２の制御棒３２と比較して第１の制御棒３１を管２３に深く挿入したため、直線状の第１の制御棒３１によって管２３の形状が直線状に矯正される。
【００４４】
一方、図６は、管２３の形状を湾曲させた場合の図である。
【００４５】
このように管２３を湾曲させるには、第１の制御棒３１と比較して第２の制御棒３２を管２３に深く挿入し、管２３の形状を屈曲した第２の制御棒３２に倣わせればよい。
【００４６】
上記のように第１の制御棒３１と第２の制御棒３２の挿入量を制御することにより、本実施形態では開放方向Dの向きを調節自在にすることが可能となる。
【００４７】
次に、このパーティクルトラップ２１の原理について説明する。
【００４８】
図７は、パーティクルトラップ２１の原理について説明するための模式図である。なお、図７では、ガス供給口２ａ（図２参照）からチャンバ２内にプロセスガスGが供給されておらず、チャンバ２内に実質的にガスの流れがない状態を例示している。
【００４９】
既述のように、CVD装置やエッチング装置では、減圧ポンプ７や開閉板８において反応成生物が原因のパーティクルPが発生し、上記のようにガスの流れがない状態ではそのパーティクルPがチャンバ２に至る危険がある。
【００５０】
本実施形態では、そのようなパーティクルPが発生した場合であっても、各管２３の内壁にパーティクルPが捕獲されるため、チャンバ２にパーティクルPが到達する可能性を低減できる。
【００５１】
特に、管２３としてベローズを用いると、管２３の節２３ｆにパーティクルPを捕獲し易くなり、パーティクルPの飛散を効果的に抑制できる。
【００５２】
また、管２３の内壁にパーティクルPが繰り返し衝突するうちにパーティクルPの移動方向が鉛直方向nに揃えられるため、仮に管２３からパーティクルPが飛び出しても、管２３の横方向にあるチャンバ２（図２参照）にまでパーティクルPが到達し難くなる。
【００５３】
更に、図７において点線で示すように、調節機構３０（図５、図６参照）を用いて管２３を曲げ、開口端２３ｂの開放方向Dを鉛直方向nから傾けてもよい。
【００５４】
管２３からのパーティクルPの飛び出し易さは様々なパラメータで支配されると考えられる。そのようなパラメータとしては、チャンバ２内の圧力や下部電極３の温度の他に、上記の開放方向Dもある。
【００５５】
そこで、チャンバ２においてプロセスを行う前に、管２３の内面でパーティクルPを最も捕獲し易い最適な開放方向Dを実験により求めておき、プロセス時に各管２３をその最適な開放方向Dに向けるのが好ましい。
【００５６】
そのように開放方向Dを調節することにより、本実施形態では、開放方向Dが固定されている場合と比較して、管２３によって効率的にパーティクルPを捕獲することができる。
【００５７】
また、チャンバ２内の圧力や下部電極３の温度に応じてそのような最適な開放方向Dも変わると考えられる。そのため、実験により予めその開放方向Dを圧力や温度と対応づけておき、圧力や温度に応じて開放方向Dを変えるのが好ましい。
【００５８】
特に、本実施形態では制御部２９の制御下でその開放方向Dを自動で変えることができるため、手動で開放方向Dを変えるためにチャンバ２を大気開放する必要がなく、半導体製造装置１のメンテナンス時間を短縮することができる。
【００５９】
なお、図７ではチャンバ２内にガスが実質的に存在しない場合を示したが、ガス供給口２ａからチャンバ２内にプロセスガスを供給した場合でも、上記と同じ理由によりチャンバ２にパーティクルPが到達するのを防止できる。
【００６０】
この場合は、ベース２２によって吸入流路Qを管２３内のみに制限したことで、ベース２２を設けない場合と比較して管２３内におけるガスの流速が速められる。例えば、管２３内を通るガスの流量をM(m3/s)とし、管２３の内側の断面積をA(m2)とすると、管２３を流れるガスの流速V(m/s)はV＝Q/Aとなることが知られている。よって、管２３の断面積Aを小さくすればするほど流速Vが速くなる。
【００６１】
本実施形態では、そのような速いガスの流れにより、パーティクルPが管２３の吸気側に排出されるのを抑制でき、チャンバ２にパーティクルPが到達する危険性を一層低減できる。
【００６２】
（第２実施形態）
本実施形態では、以下のように管２３を加熱又は冷却する。
【００６３】
図８は、本実施形態に係る管２３とその周囲の断面図である。なお、図８において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６４】
図８に示すように、本実施形態では管２３の内面に加熱機構としてヒータ４１を設ける。ヒータ４１は、例えば電熱線であって、制御部２９から出力される電流Iによって管２３を約８０℃〜１００℃程度の温度に加熱する。
【００６５】
反応生成物は管２３の温度に敏感に反応する性質があり、上記のように管２３を加熱するとその表面における反応生成物の生成過程が熱により阻害され、管２３の内面２３ｇに反応生成物が付着し難くなる。
【００６６】
その結果、管２３内に付着した反応生成物が原因でパーティクルが発生するのを効果的に抑制でき、半導体装置の歩留まり向上に寄与することができる。
【００６７】
図９は、本実施形態の別の例に係る管２３とその周囲の断面図である。図９において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６８】
図９に示すように、本例では管２３の内面に冷却機構として水冷チューブ４５を設けると共に、水冷チューブ４５に冷却水Cを供給するチラー４７を設ける。
【００６９】
チラー４７の設置場所は特に限定されないが、本実施形態では半導体工場のメンテナンスエリアにチラー４７を設置する。
【００７０】
チラー４７で生成された冷却水Cは水冷チューブ４５に供給され、これにより管２３が約０℃〜４０℃程度に冷却される。そして、管２３を通った冷却水Cはチラー４７に戻って冷却された後、再び管２３を冷却するのに使用される。
【００７１】
上記のように反応生成物は管２３の温度に敏感に反応するが、室温（２０℃）よりも低い温度に管２３を冷却した場合には、反応生成物の生成過程が熱により阻害されず、管２３の内面２３ｇに多くの反応生成物が付着する。
【００７２】
本例では、このような性質を利用して管２３内に積極的に反応生成物を集めることにより、管２３の外側においてパーティクルの発生源となる反応生成物が生成されるのを防止できる。
【００７３】
なお、管２３内に必要以上に反応性生物が付着するのを防止するため、本例のように管２３を冷却する場合は、一定のメンテナンス周期で管２３を洗浄するのが好ましい。
【００７４】
（第３実施形態）
本実施形態では、以下のようにベース２２に管２３を脱着自在にする。
【００７５】
図１０（ａ）は、本実施形態に係るベース２２と管２３の一部切欠き斜視図である。なお、図１０（ａ）において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００７６】
図１０（ａ）に示すように、本実施形態では、管２３の外周側面に嵌合突起２３ｘを設ける。
【００７７】
また、ベース２２には、開口２２ａと、嵌合凹部２２ｙと、溝２２ｚが形成される。このうち、開口２２ａは、管２３が挿入される大きさに形成され、その平面形状は概略円形である。
【００７８】
そして、嵌合凹部２２ｙは、嵌合突起２３ｘが嵌る大きさに形成されており、溝２２ｚと連通する。溝２２ｚは、開口２２ａの円周に沿って延在しており、後述のように嵌合突起２３ｘと係合する。
【００７９】
図１０（ｂ）は、ベース２２に管２３を固定したときの一部切欠き斜視図である。
【００８０】
ベース２２に管２３を固定するには、嵌合凹部２２ｙに嵌合突起２３ｘを挿入した後、管２３を回転させて溝２２ｚに嵌合突起２３ｘを係合させる。なお、ベース２２から管２３を外すには、これとは逆の手順を行えばよい。
【００８１】
このように、本実施形態ではベース２２に管２３を脱着自在としたので、管２３をベース２２から外して操作性良く洗浄することができるようになり、洗浄後に管２３の内面に反応生成物の洗い残しが発生し難くなる。
【００８２】
更に、ドライバ等の工具を使用しなくても、溝２２ｚに嵌合突起２３を係合させるだけでベース２２に管２３を固定できるため、作業者の負担軽減にも資することができる。
【００８３】
（第４実施形態）
第１実施形態では、延長チャンバ５を備えた半導体製造装置１について説明したが、本実施形態のように延長チャンバ５を省いてもよい。
【００８４】
図１１は、本実施形態に係る半導体製造装置５０の構成図である。なお、図１１において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００８５】
図１１に示すように、本実施形態ではチャンバ２の底部に複数のパーティクルトラップ２１を設ける。
【００８６】
各パーティクルトラップ２１は排気配管５１に接続される。排気配管５１は減圧ポンプ７に接続されており、その減圧ポンプ７とパーティクルトラップ２１との間には圧力制御バルブ６が設けられる。
【００８７】
本実施形態でも、第１実施形態と同じ理由により、減圧ポンプ７や開閉板８で発生したパーティクルPを管２３で捕獲することができ、パーティクルPがチャンバ２内に到達するのを防止できる。
【００８８】
また、第１実施形態で説明したように、第１の制御信号S1と第２の制御信号S2で管２３を湾曲させることにより、チャンバ２内にパーティクルPが到達し難くなるように管２３の開放方向の向きを最適化してもよい。
【００８９】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００９０】
（付記１）  半導体基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内を減圧する減圧ポンプと、
前記チャンバと前記減圧ポンプの間に設けられ、前記減圧ポンプの吸入流路を画定する管を備えたパーティクルトラップとを有し、
前記管の吸入側の開口端を自由端にして、該開口端の開放方向を調節自在にしたことを特徴とする半導体製造装置。
【００９１】
（付記２）  前記管はフレキシブル管であることを特徴とする付記１に記載の半導体製造装置。
【００９２】
（付記３）  前記開口端の前記開放方向を調節する調節機構を更に有することを特徴とする付記２に記載の半導体製造装置。
【００９３】
（付記４）  前記調節機構は、
前記フレキシブル管に挿入されて該フレキシブル管を直線状に矯正する直線状の第１の制御棒と、
前記フレキシブル管に挿入されて該フレキシブル管を湾曲させる屈曲した第２の制御棒とを有することを特徴とする付記３に記載の半導体製造装置。
【００９４】
（付記５）  前記管に加熱機構が設けられたことを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【００９５】
（付記６）  前記管に冷却機構が設けられたことを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【００９６】
（付記７）  前記パーティクルトラップは、前記吸入流路を前記管の内側のみに制限するベースを更に有し、
前記管の排気側の開口端が前記ベースに接続されることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の半導体製造装置。
【００９７】
（付記８）  前記管は、前記ベースに脱着自在に設けられたことを特徴とする付記７に記載の半導体製造装置。
【００９８】
（付記９）  前記管は、並列して複数設けられたことを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の半導体製造装置。
【００９９】
（付記１０）  減圧ポンプへの吸入流路を確定する管を有し、
前記管の吸入側の開口端を自由端にして、該開口端の開放方向を調節自在にしたことを特徴とするパーティクルトラップ。
【符号の説明】
【０１００】
１、２０、５０…半導体製造装置、２…チャンバ、２ａ…ガス供給口、３…下部電極、４…上部電極、５…延長チャンバ、６…圧力制御バルブ、７…減圧ポンプ、８…開閉板、９…アクチュエータ、１０…高周波電源、２１…パーティクルトラップ、２２…ベース、２２ａ…開口、２２ｙ…嵌合凹部、２２ｚ…溝、２３…管、２３ａ、２３ｂ…開口端、２３ｃ…第１の孔、２３ｄ…第２の孔、２３ｆ…節、２３ｇ…内面、２３ｘ…嵌合突起、３０…調節機構、３１…第１の制御棒、３２…第２の制御棒、３３…第１のモータ、３４…第２のモータ、３４ａ…回転軸、４１…ヒータ、４５…水冷チューブ、４７…チラー、５１…排気配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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