(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜装置又はエッチャーなどのステージのステージエッジにおけるガス流速の均一性を高めることができる半導体製造装置を提供する。【解決手段】ステージ１６と、ステージ１６の上の処理空間１７を囲む環状流路３０ｂ、処理空間１７に供給されたガスを環状流路３０ｂに導く環状のスリット３０ａ及び環状流路３０ｂのガスを外部に排出する排気口３０ｃが形成された排気ダクト３０と、を備える。スリット３０ａの開口率を、排気口３０ｃから遠い場所ほど大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと、
前記ステージの上の処理空間を囲む環状流路、前記処理空間に供給されたガスを前記環状流路に導く環状のスリット、及び前記環状流路のガスを外部に排出する排気口が形成された排気ダクトと、を備え、
前記スリットの開口率は、前記排気口から遠い場所ほど大きいことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記スリットの垂直方向の長さは、前記排気口から離れるほど階段状に大きくな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】
前記スリットの垂直方向の長さは、
前記排気口から前記排気ダクトの全周に対して１／８だけ周方向に進んだ位置までの範囲で第１の長さであり、
前記排気口から前記排気ダクトの全周に対して１／８だけ周方向に進んだ位置から、前記排気ダクトの全周に対して１／８だけ進んだ位置までの範囲で第２の長さであり、
前記第１の長さで形成された部分と前記第２の長さで形成された部分以外では第３の長さであり、
前記第１の長さは前記第２の長さより小さく、前記第２の長さは前記第３の長さより小さい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】
前記スリットの垂直方向の長さは、前記排気口から離れるほど無段階で大きくな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５】
前記スリットの垂直方向の長さは、前記排気口から離れるほど非線形的に無段階で大きくな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６】
前記スリットの開口率を前記排気口から遠い場所ほど大きくするように、前記スリットの一部を塞ぐ複数の障害物を備えた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７】
前記排気口から近い場所で、前記排気口から遠い場所より、前記複数の障害物の密度と幅を大きくしたことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記複数の障害物の垂直方向の長さは、前記スリットの垂直方向の長さと等しいことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記複数の障害物は、上端でのみ前記排気ダクトと結合したことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
前記複数の障害物は、下端でのみ前記排気ダクトと結合したことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
前記複数の障害物は、前記排気ダクトと一体的に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
前記排気ダクトはセラミックで形成されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対しガスを用いた処理を施す半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、成膜に利用されたガスを外部に排気する排気ダクトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０７１８７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば成膜装置又はエッチャーにはステージを囲むように排気ダクトが設けられる。ステージの上に供給されたガスは放射状に拡散し、排気ダクトに収容される。ここで、ステージの上に供給されたガスは、放射状に均等に排気ダクト内に入ることが好ましい。言い換えれば、ステージ上の基板に対する処理が場所依存なく均一に行われるために、ステージのエッジにおけるガス流速は均一であることが望ましい。
【０００５】
しかし、ステージエッジのある場所ではガス流速が早くなり、ステージエッジの別の場所ではガス流速が遅くなることで、ステージエッジにおけるガス流速が均一にならない問題があった。特に、チャンバ内の排気量が比較的多く、チャンバ内の圧力が２００Ｐａくらいまで低下した状態において、この問題が顕著になる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高めることができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明に係る半導体製造装置は、ステージと、該ステージの上の処理空間を囲む環状流路、該処理空間に供給されたガスを該環状流路に導く環状のスリット、及び該環状流路のガスを外部に排出する排気口が形成された排気ダクトと、を備え、該スリットの開口率は、該排気口から遠い場所ほど大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気ダクトのスリットの開口率を排気口から遠いほど大きくしたので、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る半導体製造装置の断面図である。
【図２】排気ダクト等の拡大図である。
【図３】排気ダクトの平面図である。
【図４】排気ダクトの一部斜視図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体製造装置の排気ダクトの一部斜視図である。
【図６】実施の形態３に係る半導体製造装置の排気ダクトの下部部品の平面図である。
【図７】実施の形態３に係る半導体製造装置の排気ダクトの一部斜視図である。
【図８】シミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】実施の形態４に係る排気ダクトの一部斜視図である。
【図１０】実施の形態５に係る排気ダクトの一部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体製造装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置１０の断面図である。半導体製造装置１０は、例えば基板に対しＰＥＡＬＤ(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)を施す成膜装置として構成されている。半導体製造装置１０はチャンバ（Reactor Chamber）１２を備えている。チャンバ１２内にはＲＦ電力が印加されるＲＦ電極１４が設けられている。ＲＦ電極１４には孔１４ａが形成されている。
【００１２】
チャンバ１２内にＲＦ電極１４と対向するようにステージ１６が設けられている。ステージ１６は、滑動シャフト１８に支持されたサセプタである。ＲＦ電極１４とステージ１６で平行平板構造が形成されている。
【００１３】
ＲＦ電極１４には、絶縁部品２０を介してガス供給部２２が接続されている。ガス供給部２２は、ＲＦ電極１４とステージ１６の間に材料ガスを供給する部分である。ステージ１６の上の空間は、ステージ１６にのせられた基板に対し成膜等の処理を施す空間であるので、処理空間１７と称する。
【００１４】
ＲＦ電極１４とチャンバ１２の間に排気ダクト３０が設けられている。排気ダクト３０は例えばセラミックで形成されている。排気ダクト３０とＲＦ電極１４の間には適度に圧縮されたＯリング３２が設けられている。排気ダクト３０とチャンバ１２の間には適度に圧縮されたＯリング３４が設けられている。排気ダクト３０とガス排気部４０の間には適度に圧縮されたＯリング３６が設けられている。
【００１５】
排気ダクト３０は、ステージ１６を囲むように、平面視で環状に形成されている。排気ダクト３０により、ステージ１６の上の処理空間１７を囲む環状流路３０ｂが提供されている。排気ダクト３０には、処理空間１７に供給されたガスを環状流路３０ｂに導く環状のスリット３０ａ、及び環状流路３０ｂのガスを外部に排出する排気口３０ｃが形成されている。
【００１６】
排気口３０ｃは、チャンバ１２の側面に設けられたガス排気部４０につながる。ガス排気部４０は、成膜に使用された材料ガスを排気するために設けられている。ガス排気部４０にはバルブ４２と真空ポンプ４４が接続されている。バルブ４２と真空ポンプ４４により排気量を調整することでチャンバ１２内の圧力を自在に制御できる。
【００１７】
図２は、排気ダクト３０等の拡大図である。排気ダクトは上部部品３０αと下部部品３０βを備えている。スリット３０ａの垂直方向の長さがＺで示されている。スリット３０ａの垂直方向の長さＺを調整することで、処理空間１７から環状流路３０ｂへのガスの入りやすさを調整できる。スリット３０ａの長さＺが大きいと材料ガスが環状流路３０ｂに流れ込みやすくなり、スリット３０ａの長さＺが小さいと材料ガスが環状流路３０ｂに流れ込みにくくなる。
【００１８】
図３は、排気ダクト３０の平面図である。スリット３０ａの垂直方向の長さＺは、排気口３０ｃから離れるほど階段状に大きくなっている。具体的には、スリットの垂直方向の長さは、排気口３０ｃから排気ダクト３０の全周に対して１／８だけ周方向に進んだ位置までの範囲（第１領域３０Ａという）で第１の長さＺ１である。つまり、排気口３０ｃを中心として１／４の円弧ではスリットの垂直方向の長さがＺ１となっている。Ｚ１は例えば１．４ｍｍである。
【００１９】
スリット３０ａの垂直方向の長さは、排気口３０ｃから排気ダクト３０の全周に対して１／８だけ周方向に進んだ位置から、排気ダクト３０の全周に対して１／８だけ進んだ位置までの範囲（第２領域３０Ｂという）で第２の長さＺ２となっている。つまり、第１領域３０Ａを挟む、２つの１／８の円弧が第２領域３０Ｂである。Ｚ２は例えば１．５ｍｍである。
【００２０】
スリット３０ａの垂直方向の長さは、第１の長さＺ１で形成された部分（第１領域３０Ａ）と第２の長さＺ２で形成された部分（第２領域３０Ｂ）以外（第３領域３０Ｃという）では第３の長さＺ３となっている。つまり、排気口３０ｃから最も遠い位置にある１／２の円弧は第３領域３０Ｃである。Ｚ３は例えば１．５５ｍｍである。
【００２１】
図４は、排気ダクト３０の一部斜視図である。第１領域３０Ａではスリット３０ａの垂直方向の長さＺ１が１．４ｍｍであり、第２領域３０Ｂではスリット３０ａの垂直方向長さＺ２が１．５ｍｍであり、第３領域３０Ｃではスリット３０ａの垂直方向長さＺ３が１．５５ｍｍである。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置１０の動作を説明する。図１に示すＲＦ電極１４の孔１４ａを介して処理空間１７に材料ガスが供給される。そして、電力を印加したＲＦ電極１４とステージ１６の間の電界によって材料ガスのプラズマを生成し、ステージ１６上の基板にプラズマ成膜を施す。成膜に使用された材料ガスは、平面視で放射状に広がり、排気ダクト３０のスリット３０ａを通って環状流路３０ｂに入る。環状流路３０ｂのガスは、排気口３０ｃから外部に排出される。
【００２３】
環状に形成されたスリット３０ａの垂直方向長さが均一の場合は、スリット３０ａのうち、排気口３０ｃに近い部分に多くのガスが流れ、排気口３０ｃから遠い部分のガス流量が少なくなる。そのため、ステージ１６のエッジ（ステージエッジ）におけるガス流速が不均一になってしまう。具体的には、ステージエッジのうち排気口３０ｃに近い部分でガス流速が大きく、排気口３０ｃから離れた部分でガス流速が小さくなってしまう。
【００２４】
ところが本発明の実施の形態１では、排気ダクト３０のスリット３０ａの垂直方向長さを、排気口３０ｃから離れるほど大きくした。このような形状のスリット３０ａは、ステージエッジのうち排気口３０ｃに近い部分でのガス流速を抑制し、かつステージエッジのうち排気口３０ｃから遠い部分でのガス流速を高める。よって、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高めることができる。このように、ステージのエッジにおける排気コンダクタンスをほぼ均等にすることで、基板面内の成膜ばらつきを低減できる。
【００２５】
本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置１０は様々な変形が可能である。半導体製造装置１０は、第１の長さＺ１は第２の長さＺ２より小さく、第２の長さＺ２は第３の長さＺ３より小さくすることで、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高める。Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３の具体的な寸法は適宜変更できる。
【００２６】
スリット３０ａの垂直方向長さは３段階（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）で変化させたが、複数段階で変化させる限り３段階に限定されない。半導体製造装置１０の特徴は排気ダクト３０の形状にある。従って、本発明は排気ダクトを備える様々な半導体製造装置に適用できる。具体的には、成膜装置に限らず、エッチャーなどの半導体製造装置にも本発明の排気ダクトを利用できる。
【００２７】
これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体製造装置に適宜応用できる。また、以下の実施の形態に係る半導体製造装置は、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００２８】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体製造装置の排気ダクト５０の一部斜視図である。スリット３０ａの垂直方向の長さＺは、排気口３０ｃから離れるほど無段階で大きくなっている。そのため、スリット３０ａの垂直方向の長さＺは排気口３０ｃが形成された部分で最小となり、排気口３０ｃから最も離れた部分で最大となっている。
【００２９】
このようなスリット形状は、排気口３０ｃに近い部分における処理空間から環状流路３０ｂへのガスの流れを抑制し、排気口３０ｃから遠い部分における処理空間から環状流路３０ｂへのガスの流れを促進する。よって、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高めることができる。
【００３０】
ところで、実施の形態２の排気ダクト５０では、スリット３０ａのうち、排気口３０ｃから周方向に、排気ダクト３０の全周に対して１／４だけ進んだ位置Ｐ１で他の部分よりもガスの流速が大きくなってしまう。そのため、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高める効果が小さい。
【００３１】
そこで、位置Ｐ１におけるスリット３０ａの垂直方向長さを抑制するために、スリット３０ａの垂直方向の長さを、排気口３０ｃから離れるほど非線形的に無段階で大きくすることが好ましい。例えば、排気口３０ｃのある場所から位置Ｐ１までのスリット３０ａの垂直方向長さの増加率を、それよりも先の部分のスリット３０ａの垂直方向長さの増加率より小さくする。そのようなスリットの形状は例えば当該垂直方向長さを２次関数的に変化させることで実現できる。当然ながら、次数を増加させてもよい。
【００３２】
本発明の実施の形態２では、スリット３０ａの垂直方向の長さＺを環状に形成された排気ダクト３０の全体に渡って変化させた。しかし、長さＺを排気口３０ｃのあるところから予め定められた場所まで変化させ、他の部分の長さＺは一定としてもよい。
【００３３】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る半導体製造装置の排気ダクトの下部部品３０βの平面図である。この排気ダクトは、スリットの一部が複数の障害物によって塞がれているものである。図６では下部部品３０βと複数の障害物が示されている。複数の障害物は、３つの障害物５０ａ、１１個の障害物５０ｂ、及び３つの障害物５０ｃを備えている。障害物５０ｂは排気口３０ｃの近くに形成されている。障害物５０ａと障害物５０ｃは障害物５０ｂを挟む位置に設けられている。
【００３４】
３つの障害物５０ａと３つの障害物５０ｃは比較的幅の小さい障害物である。１１個の障害物５０ｂは、障害物５０ａ、５０ｂより２倍程度幅の大きい障害物である。また、障害物５０ｂは、障害物５０ａ、５０ｃよりも２倍程度大きい密度で設けられている。したがって、複数の障害物は、スリットの開口率を排気口３０ｃから遠い場所ほど大きくするように、スリットの一部を塞ぐ。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体製造装置の排気ダクトの一部斜視図である。スリット３０ａの垂直方向長さＺは１．５５ｍｍで一定である。障害物５０ａの幅は１．５ｍｍである。障害物５０ａの縦方向（処理空間から環状流路３０ｂに向かう方向）の長さは８ｍｍである。なお、前述の障害物５０ｃは障害物５０ａと同じ形状である。
【００３６】
障害物５０ｂの幅は３ｍｍである。障害物の縦方向（処理空間から環状流路３０ｂに向かう方向）の長さは８ｍｍである。
【００３７】
複数の障害物の垂直方向の長さは、スリット３０ａの垂直方向の長さと等しく１．５５ｍｍである。よって複数の障害物の上端と下端が排気ダクト３０に接続されている。複数の障害物は、排気ダクト３０と別部品でも良いし、排気ダクト３０と一体的に形成されてもよい。
【００３８】
図６に示されるとおり、排気口３０ｃから近い場所で、排気口３０ｃから遠い場所より複数の障害物の密度と幅を大きくすることで、スリット３０ａの開口率は実施の形態１のスリット３０ａの開口率とほぼ等しくなっている。したがって、ステージエッジにおけるガス流速の均一性を高めることができる。
【００３９】
図８は、排気ダクトのスリット形状と、ステージエッジにおけるガス流速の不均一性（ＮＵ：Non Uniformity）の関係を示すシミュレーション結果である。ガス流速の不均一性（ＮＵ）は、ステージエッジにおけるガス流速の最大値をＶｍａｘ、ステージエッジにおけるガス流速の最小値をＶｍｉｎ、ステージエッジにおけるガス流速の平均値をＶａｖｅとしたときに、（（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖａｖｅ）×１００で与えられる。
【００４０】
“Traditional Exhaust Duct”とは、スリットの垂直方向長さが均一な排気ダクトのことである。具体的なスリットの垂直方向長さは１．５ｍｍである。“ED with slope”とは実施の形態２(図５)の排気ダクトのことである。“ED with various gap Heights”とは実施の形態１(図３、４）の排気ダクトのことである。“ED with Obstacles”とは実施の形態３(図６、７)の排気ダクトのことである。
【００４１】
“Traditional Exhaust Duct”では不均一性（ＮＵ）が１６．３％と高くなっている。“ED with slope”は、“Traditional Exhaust Duct”よりは不均一性が若干改善している。“ED with various gap Heights”では不均一性（ＮＵ）が３．７％と非常に良好な値となった。また、“ED with Obstacles”でも不均一性（ＮＵ）が３．２％と非常に良好な値となっている。
【００４２】
本発明の実施の形態３に係る複数の障害物は、スリット３０ａの開口率を調整するために設けられているので、その幅と密度を適宜変化させてもよい。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態３の半導体製造装置との相違点を中心に説明する。図９は、実施の形態４に係る排気ダクトの一部斜視図である。複数の障害物は、幅の狭い障害物６０ａと幅の広い障害物６０ｂを備えている。複数の障害物は、上端でのみ排気ダクト３０と結合している。複数の障害物の下端と排気ダクト３０との間の間隙を調整することで、スリット３０ａの開口率を調整できる。
【００４４】
実施の形態５．
実施の形態３の半導体製造装置との相違点を中心に説明する。図１０は、実施の形態５に係る排気ダクトの一部斜視図である。複数の障害物は、幅の狭い障害物７０ａと幅の広い障害物７０ｂを備えている。複数の障害物は、下端でのみ排気ダクト３０と結合している。複数の障害物の上端と排気ダクト３０との間の間隙を調整することで、スリット３０ａの開口率を調整できる。
【００４５】
ここまでに説明した本発明の半導体製造装置のスリット３０ａの形状は、スリット３０ａの開口率が排気口から遠い場所ほど大きい限り、適宜変更可能である。なお、各実施の形態に係る半導体製造装置の特徴を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  半導体製造装置、  １２  チャンバ、  １４  ＲＦ電極、  １６  ステージ、  １７  処理空間、  ３０  排気ダクト、  ３０ａ  スリット、  ３０ｂ  環状流路、  ３０ｃ  排気口、  ３０α  上部部品、  ３０β  下部部品
【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】
2016149526.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016149526.tif 000011
【図１０】
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