(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造工程を実行するための反応室、前記反応室の所定部位に連通され、前記反応室内に半導体ウェハを移送するための複数のロードロック部と、前記複数のロ−ドロック部を減圧するためのポンプと、前記複数のロードロック部と前記ポンプとを連結して前記複数のロードロック部の気体を排出する排気管と、前記排気管の所定部位に装着されたバルブと、前記複数のロードロック部にベンティング用の気体を注入するための複数のベンティング用気体注入管とを有する半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置は、前記複数のベンティング用気体注入管の所定部位にそれぞれ装着された複数の加熱源を具備し、前記複数のベンティング用気体注入管を通して前記複数のロードロックに注入されるそれぞれのベンティング用気体が前記複数の加熱源により加熱され、これによって該ベンティング用気体の断熱膨張による微粒子の発生が低減され、
前記排気管は、前記複数のロードロック部とそれぞれ連結される複数の副排気管部と、一端が前記複数の副排気管部に連結され、他端が前記ポンプに連結された主排気管部とを含み、
前記主排気管部において、前記複数の副排気管部が合流する位置から所定の長さの部分は第１の口径を有し、前記ポンプに連結される側の残りの長さ部分は前記第１の口径より大きい第２の口径を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記バルブは、前記副排気管部の所定位置に装着されてい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】
前記バルブは、遮断用バルブ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４】
前記遮断用バルブは、エアバルブであることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に係り、特に、真空システムを備えた半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空システムを備えた半導体製造装置による半導体装置の製造工程において、半導体ウェハが置かれた反応室の圧力を下げる際に微粒子が形成される。この微粒子は、半導体ウェハの表面に堆積し、半導体装置の歩留まりや信頼性を低下させる。この問題は、半導体ウェ−ハの大口径化、半導体装置の高集積化に伴い一層深刻になる。
【０００３】
反応室の減圧時又はベンティング時に微粒子が発生するのは、気体の断熱膨張による凝縮現象に起因する。
【０００４】
気体の凝縮現象による微粒子発生のメカニズムは、Ｙａｎ  Ｙｅ等により提案されている（Yan Ye et al. 、"Condensation-Induced Particle Formation during Vacuum Pump Down" in Journal of the Electrochemical Society 、Vol.140, No.5 、May 1993 printed in U.A.S copyright 1993、pp.1463-1468） 。
【０００５】
以下に、Ｙａｎ  Ｙｅ等により提案されたメカニズムを概略的に説明すれる。反応室内の圧力が急激に下がると、その内部の気体は、断熱膨張により温度が急激に低下する。この際、気体が凝縮されて水滴が形成される。そして、水滴が形成される際に、気体中のＳＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ２、その他の不純物が水滴に向かって拡散し吸着される。
【０００６】
一方、反応室の壁の熱容量は水滴の熱容量より大きいため、反応室の壁の温度は水滴の温度よりも緩やかに下がる。従って、反応室の壁と水滴との温度差によって反応室の壁から水滴に熱が伝導されることにより、水滴が加熱され、蒸発する。この蒸発に伴って水滴内の不純物の濃度は相対的に高くなる。このような凝縮過程において、水滴内のＨ２Ｏ２の濃度が十分に高くなると、Ｈ２Ｏ２とＳＯ２が高速に反応して硫酸を含む水滴が形成される。そして、水滴が蒸発し続けると、硫酸を主成分とする球形の残余微粒子のみが残る。この微粒子の主元素は、炭素、硫黄、酸素であり、約１８０℃の温度でも蒸発せずに残る。
【０００７】
以上のような気体の凝縮現象により発生する微粒子の数は、反応室が狭いほど、気体の相対湿度が高いほど、減圧速度またはベンティング速度が速いほど多くなる。
【０００８】
図１は、従来例に係る真空システムを備えた半導体製造装置の１つであるイオン注入装置の概略図である。同図において、１０は半導体ウェハのイオン注入工程のための反応室、２０は反応室１０の所定部位に連通され、反応室１０内に移送される半導体ウェハが装着されるロ−ドロック部、３０は反応室１０と各ロ−ドロック部２０との間に配置され、各ロ−ドロック部２０と反応室１０とを分離するか否かを決定する分離用バルブ、４０は各ロ−ドロック部２０から反応室１０に半導体ウェハを移送させる際に、真空状態を維持するために各ロ−ドロック部２０を減圧するポンプ、５０は各ロ−ドロック部２０とそれぞれ連結された２つの副排気管部Ａと、一端が２つの副排気管部Ａに、他端がポンプ４０に連結された主排気管部Ｂとを有する排気管、６０は副排気管部Ａの所定部位に装着されてロ−ドロック部２０からポンプ４０に流れる気体を遮断するか否かを決定する遮断用バルブ、７０はロ−ドロック部２０にベンティング用気体を注入するためのベンティング用気体注入部である。
【０００９】
遮断用バルブ６０としては、気体の圧力により開／閉の２つの状態が決定されるエアバルブが用いられる。また、主排気管部Ｂの口径は、副排気管部Ａの口径より大きい。これは、主排気管部Ａが各ロ−ドロック部２０から排気される気体が合流して主排気管部Ｂを通るからである。
【００１０】
同図の装置の作動順序を簡単に説明すると、まず、遮断用バルブ６０とポンプ４０との間の排気管５０を約１０−３ｔｏｒｒ程度の低真空に維持する。次いで、ロ−ドロック部２０にウェハを装着した後、遮断用バルブ６０を開けて当該ロ−ドロック部２０の圧力を約１０−３ｔｏｒｒ程度まで下げる。次いで、分離用バルブ３０を開けてウェ−ハを反応室１０に移送する。この時の反応室１０の圧力は１０−６ｔｏｒｒ以下の高真空である。ロ−ドロック部２０を低真空にする理由は、大気圧と反応室１０内の高真空との圧力差を縮めて急激な気体の乱流を防止すると共に、反応室１０にウェハを移送する前にロ−ドロック部２０で予め微粒子の数を減らすためである。
【００１１】
図２は、図１の遮断用バルブとして用いられるエアバルブ６０を拡大した断面図である。同図において、１００は側面と底面に開口部が形成された円筒形ケ−ス、２００は円筒形ケ−ス１００の所定位置に配置され、円筒形ケ−ス１００の内部を上下に分けると共に、中央部には円筒形ケ−ス１００の上下を連結する孔が形成された隔板、３００は隔板２００の前記孔の外周面に固着され、隔板２００の下側面によりシ−リングされると共に、下端部の外側にはＯリング４００を備え、円筒形ケ−ス１００の下面に形成された開口部を開閉するベロ−ズ、５００は円筒形ケ−ス１００の内部上段に装着され、円筒形ケ−ス１００の底面の方向に膨らんだ弾力性のあるゴムブ−ツ、６００はゴムブ−ツ５００の下側に固定され、隔板２００の前記孔に一部が挿入されるスプリング支持台、７００はベロ−ズ３００の内部の下段とスプリング支持台６００とに両端が固着されたスプリング、８００は円筒形ケ−ス１００の内部の上部側面に連通された空気注入口、９００はロ−ドロック部２０（図１参照）からポンプ４０（図１参照）への気体の流れを示す。
【００１２】
空気注入口８００から与えられる空気の圧力が一定圧力未満であれば、ベロ−ズ４００により円筒形ケ−ス１００の底面の開口部が閉じる。一方、該圧力が一定圧力以上であればゴムブ−ツ５００の膨らみのある端部が上方に押されてベロ−ズ４００が垂直方向に縮まり、円筒形ケ−ス１００の底面の開口部が開く。この場合、前記開口部が瞬時に開くためロ−ドロック部２０（図１参照）の圧力が急激に下がる。
【００１３】
図３は、図１に示すロ−ドロック部２０から発生した微粒子を観察したＳＥＭ(Scanning Electron Microspectroscopy) 写真であり、この微粒子は約０．３〜３．７μｍの大きさを有する球形である。
【００１４】
図４は、図３に示す微粒子の成分をＡＥＳ(Auger Electron Spectroscopy) で分析した結果であり、微粒子の主元素は硫黄、酸素、炭素である。
【００１５】
従来例に係る真空システムを備える半導体製造装置において、ロ−ドロック部から発生した微粒子の形状と主要構成元素とを分析した上記の結果は、Ｙａｎ  Ｙｅ等により提案されたように、気体の凝縮現象により微粒子が発生したことを示す。換言すると、ロ−ドロック部の気体を排出する排気管に装着された遮断用バルブが急速に開くことに伴い、ロ−ドロック部の圧力が急激に下がる結果、ロ−ドロック部内の気体の断熱膨張により微粒子が発生する。
【００１６】
さらに、同一の原因によりロ−ドロック部のベンティング時にもベンティング用気体が断熱膨張され、微粒子が発生する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロ−ドロック部内の気体の断熱膨張を防止し、凝縮現象による微粒子の発生を抑制する半導体製造装置を提供するにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体製造装置は、半導体装置の製造工程の行われる反応室と、前記反応室の所定部位に連通され、反応室内に移送される半導体ウェハの装着されるロ−ドロック部と、前記ロ−ドロック部を減圧するためのポンプと、前記ロ−ドロック部と前記ポンプとを連結して前記ロ−ドロック部の気体を排出する排気管と、前記排気管の所定部位に装着されたバルブとを具備する半導体製造装置において、前記バルブは前記ロ−ドロック部から前記ポンプに流れる気体の速度を調節し得る排気速度調節用バルブであることを特徴とする。
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明に係る第２の半導体製造装置は、半導体装置の製造工程が行われる反応室と、前記反応室の所定部位に連通され、前記反応室内に移送される半導体ウェ−ハの装着されるロ−ドロック部と、前記ロ−ドロック部にベンティング用の気体を注入するためのベンティング用気体注入管とを備えた半導体製造装置において、前記ベンティング用気体注入管は、前記ロ−ドロック部に注入されるベンティング用気体を加熱するために前記ベンティング用気体注入管の所定部位に装着された加熱源をさらに具備することを特徴する。
【００２０】
上記の目的を達成するため、本発明に係る第３の半導体製造装置は、半導体装置の製造工程の行われる反応室と、前記反応室の所定部位に連通され、前記反応室内に移送される半導体ウェ−ハの装着される複数のロ−ドロック部と、前記複数のロ−ドロック部を減圧させるためのポンプと、前記複数のロ−ドロック部と前記ポンプとを連結して前記複数のロ−ドロック部の気体を排出する排気管と、前記排気管の所定部位に装着されたバルブとを具備する半導体製造装置において、前記排気管は、前記複数のロ−ドロック部とそれぞれ連結される複数の副排気管部と、一端が前記複数の副排気管部に、他端が前記ポンプに連結され、所定の領域の口径が残り領域の口径と異なる主排気管部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
上記の目的を達成するため、本発明に係る第４の半導体製造装置は、高真空の中で半導体ウェハに処理を施すための反応室と、前記反応室を大気圧に開放することなく半導体ウェハを移送するためのロ−ドロック部と、前記ロ−ドロック部を減圧するためのポンプとを有する半導体製造装置であって、前記ロ−ドロック部を前記ポンプにより減圧する際の凝縮現象による微粒子の発生を抑制する手段を具備することを特徴とする半導体製造装置。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置の１つであるイオン注入装置の概略図である。同図において、１１は半導体ウェハのイオン注入工程のための反応室、２１は反応室１１の所定部位に連通され、反応室１１内に移送される半導体ウェハが装着されるロ−ドロック部である。ロードロック部２１は、１または複数個（例えば、図示の例は２個）備えられる。
【００２４】
また、３１は反応室１１と各ロ−ドロック部２１との間に配置され、各ロ−ドロック部２１と反応室１１とを分離するか否かを決定する分離用バルブ、４１は各ロ−ドロック部２１から反応室１１に半導体ウェ−ハを移送させる際に、真空状態を維持するために各ロ−ドロック部２１を減圧するポンプ、５１は各ロ−ドロック部２１とそれぞれ連結された複数個（例えば、図示の例は２個）の副排気管部Ｃと、一端が各副排気管部Ｃに、他端がポンプ４１に連結された主排気管部Ｄとを有する排気管、６１は排気管５１に装着され、開放程度に応じて各ロ−ドロック部２１からポンプ４１に流れる気体の速度（ロ−ドロック部２１内の圧力の変化速度）を調節する機能を有する排気速度調節用バルブ、７１は各ロ−ドロック部２１をベンティングする場合にベンティング用気体を注入するためのベンティング用気体注入管である。
【００２５】
主排気管部Ｄの口径は、副排気管部Ｃの口径より大きいことが好ましい。これは、主排気管部Ｄが各ロ−ドロック部２１から排出される気体が合流して同時に主排気管部Ｄを通るからである。排気速度調節用バルブ６１としては、スロットルバルブが好適である。
【００２６】
本実施の形態によれば、排気速度調節用バルブ６１を用いて排気速度を徐々に速くすることにより、ロ−ドロック部２１の急激な圧力の低下による気体の断熱膨張を防止し、凝縮現象による微粒子の発生を低減することができる。
【００２７】
また、ベンティング用気体注入管の所定部位に加熱源（図示せず）、例えばヒ−タ線を装着し、ベンティング時に注入される気体を加熱することにより相対湿度を下げることができ、これにより気体の断熱膨張による微粒子の発生を低減することができる。
【００２８】
図６は、図５の排気速度調節用バルブ６１の好適な実施例であるスロットルバルブの概略図である。同図において、１０１は両側面に排気管５１（図５参照）と連結される開口部が形成された円筒形ケ−ス、２０１は円筒形ケ−ス１０１の内部を左右に分離する円板形の回転板、３０１は円筒形ケ−ス１０１を直径方向に垂直に貫き、回転板２０１の中心を通るように回転板２０１と結合された回転軸である。
【００２９】
回転軸３０１は、モ−タ（図示せず）の動力が伝達されて回動する。従って、回転板２０１は、回転軸３０１の回動により回転軸３０１を軸として回動し、回動の程度（角度）に応じてロ−ドロック部２１（図５参照）からポンプ４１（図５参照）に流れる気体の速度、すなわち減圧の速度が決定される。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置の１つであるイオン注入装置の概略図である。なお、図５に示す装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
図７において、６１Ａは副排気管部Ｃの所定部位に装着され、ロ−ドロック部２１からポンプ４１への気体の流れを遮断するか否かを決定する遮断用バルブであり、例えばエアバルブが好適である。また、８１はベンティング用気体注入管７１の所定部位に装着された加熱源であり、例えばヒ−タ線が好適である。
【００３２】
この加熱源８１によってロ−ドロック部２１に注入するベンティング用気体を加熱することにより、ベンティング用気体の相対湿度が低くなり、ベンティング用気体の断熱膨張によるロ−ドロック部２１における微粒子の発生を低減することができる。
【００３３】
＜第３の実施の形態＞
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の１つであるイオン注入装置の概略図である。なお、図５に示す装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
図８において、５１Ａは、ロ−ドロック部２１と連結される複数個（例えば、図示の例は２個）の副排気管部Ｅと、一端が副排気管部Ｅに、他端がポンプ４１に連結される主排気管部Ｆとを有する排気管である。主排気管部Ｆは、複数の副排気管部Ｅが合流する位置から所定の長さの部分は第１の口径を有し、ポンプ４１と連結される側の残り部分は、前記第１の口径より大きい第２の口径を有することが好ましい。
【００３５】
前記第１の口径を有する部分は、必ずしも複数の副排気管部Ｅが合流する位置から所定の長さの部分とする必要はなく、主排気管部Ｆにおける任意の位置に配置し得る。
【００３６】
前記第１の口径は、副排気管部Ｅの口径より大きいことが好ましい。
【００３７】
また、図８において、６１Ａは、ロ−ドロック部２１からポンプ４１に流れる気体を遮断するか否かを決定する遮断用バルブであり、例えばエアバルブが好適である。この遮断用バルブ６１Ａは、副排気管部Ｅの所定位置に装着されることが好ましい。
【００３８】
この構成に拠れば、遮断用バルブ６１Ａが急激に開いても、排出される気体の速度は、主排気管部Ｆの前記第１の口径を有する部分により遅くなるため、ロ−ドロック部２１の急激な圧力の低下による気体の断熱膨張が抑制され、凝縮現象による微粒子の発生が低減される。
【００３９】
さらに、ベンティング用気体注入管７１の所定部位に加熱源（図示せず）、例えばヒ−タ線を装着し、ベンティング時に注入する気体を加熱することにより、相対湿度を下げて気体の断熱膨張による微粒子の発生をさらに低減することができる。
【００４０】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形をなし得ることは明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ロ−ドロック部における気体の断熱膨張を防止し、これにより凝縮現象による微粒子の発生を低減することができる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例に係る真空システムを備えた半導体製造装置の１つであるイオン注入装置の概略図である。
【図２】図１の遮断用バルブとして用いられるエアバルブを示した断面図である。
【図３】図１のロ−ドロック部から発生した微粒子を観察したＳＥＭ写真である。
【図４】図３の微粒子の成分をＡＥＳで分析した結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置の概略図である。
【図６】図５の排気速度調節用バルブの好適な実施例であるスロットルバルブの概略図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置の概略図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の概略図である。
【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】
0004008515.tif 000008
【図８】
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