JP2001104825A

JP2001104825A - 基板処理チャンバのインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）真空ライン清浄用加熱された静電粒子トラップ

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Publication number: JP2001104825A
Application number: JP2000216215A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; タナカツトム; T Nguyen Choo; ティ．ヌグイェンチョー; Hari Ponnekanti; ポンネカンティハリ; Kevin Fairbairn; フェアバーンケヴィン; Raokkusu Sebastien; ラオックスセバスチャン; Anthony Fodooru Mark; アンソニーフォドールマーク
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2001-04-17
Also published as: US6354241B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】半導体処理装置の真空排出ライン内における
粒子状物質及び残留物の蓄積を防止する装置及び方法の
提供する。【解決手段】入口と、出口と、その間にある流体導管
とを有する容器チャンバを備え、上記の流体導管は、第
１及び第２の収集セクションを備える。上記の第１の収
集セクションは、第１の面に平行して整列されている複
数の第１の電極を備え、上記の第２の収集セクション
は、第１の面にほぼ直交する第２の面に平行して整列さ
れている複数の第２の電極を備える。電極は電圧差動に
接続して、流体導管を通して流れる粒子状物質および帯
電粒子を捕捉する静電粒子コレクタを形成する。ＣＶＤ
堆積ステップのような基板処理操作中に、粒子が、流体
導管内の電極上に収集される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）本発明は、一般に、半導体
処理設備の分野に関し、特に、処理チャンバに接続され
た真空排出ライン内からの汚染物及び残留物を除去す
る方法および装置、さらに、処理チャンバから排出され
たペルフルオロ化合物（ＰＦＣ）ガスを減少するための
方法と装置に関するものである。

【０００２】化学気相堆積（ＣＶＤ）処理中に、堆積ガ
スが処理チャンバ内に放出されて、処理されている基板
の表面上に薄膜層を形成する。上記のようなＣＶＤプロ
セス中に、処理チャンバの壁のような領域においても不
望ましくない堆積が発生する。しかし、これらの堆積ガ
ス中の個々の分子のチャンバ内に滞留する時間が比較的
短いので、チャンバ内に放出された分子の小部分だけが
堆積プロセスで消費され、ウェーハ或いはチャンバ壁の
上に堆積される。

【０００３】消費されていないガス分子は、部分的に反
応された化合物および反応副産物と共に、通常「フォア
ライン(foreline)」と称される真空排出ラインを介して
ポンプによって排出される。上記排出ガスの中の化合物
の多くは、まだ高い反応性状態であり、且つ/又は、フ
ォアライン内に望ましくない堆積物を形成する残留物或
いは粒子状物質を含有する。時間を与えれば、粉状残留
物質及び/或いは粒子状物質の重ね堆積が問題となる。
まず、上記物質は、多くの場合、自燃性物質であるた
め、標準の周期的な清浄操作中に真空シールが壊れて、
フォアラインが大気条件に晒されるとき、上記の物質が
問題を示す可能性がある。第二に、十分の堆積材料がフ
ォアライン内に蓄積する場合、適切に清浄を行わなけれ
ば、フォアライン及び/或いはそれに連結されている真
空ポンプが詰まる可能性がある。定期的に清浄を行って
も、物質蓄積が、真空ポンプの正常操作を妨害し、ポン
プの耐用寿命を劇的に短くすることができる。また、固
体物質がフォアラインから処理チャンバ内へ逆流し、処
理工程を汚染して、ウェーハ歩留りに不利な影響を与え
る可能性がある。

【０００４】これらの問題を回避するために、フォアラ
インの内部表面を定期的に清浄し、堆積された材料を除
去する。この処置は、チャンバ壁および処理チャンバの
ような領域から望ましくない堆積材料を除去するために
用いられる標準的なチャンバ清浄操作中に行われる。通
常のチャンバ清浄技術は、フッ素のようなエッチングガ
スを用いて、チャンバ壁及び他の領域から堆積された材
料を除去することを含む。エッチングガスをチャンバ内
に導入し、プラズマを形成することによって、エッチン
グガスがチャンバ壁に堆積された材料と反応し、チャン
バ壁から上記の堆積された材料を除去する。このような
清浄処置は、一般に、各ウェーハ或いは各Ｎ枚ウエハー
の堆積ステップの間に行われる。

【０００５】プラズマが、チャンバ内に堆積された材料
に近接する領域で形成される点で、チャンバ壁から堆積
材料を除去するのは比較的簡単である。フォアラインは
処理チャンバから下流にあるため、フォアラインから堆
積材料を除去するのはより難しいである。一定の時間内
に、処理チャンバ内の大部分の点は、フォアライン内の
点と比べ、より多くのエッチャントフッ素原子と接触す
る。よって、一定の時間内に、チャンバは清浄プロセス
によって充分に清浄されうるが、フォアライン内には、
残留物および類似の堆積物が依然として残る。

【０００６】フォアラインを充分に清浄しようとするた
めに、清浄操作の継続期間を増長しなければならない。
しかし、清浄操作の継続期間を増長することは、ウェー
ハスループットに不利な影響を与えるため、望ましくな
い。また、清浄ステップからの反応物は、フォアライン
内の残留物質と反応可能の状態で、フォアライン内に排
出される範囲のみに、上記のような残留物蓄積が清浄さ
れる。幾つかのシステムと応用において、排出された反
応物の寿命は、フォアラインの端部或いは中間部分に達
するさえに不十分である。これらのシステムと応用で
は、残留物の蓄積がより大きな心配事となる。従って、
半導体処理システムのフォアラインを効率的に且つ徹底
的に清浄するための装置及び方法が必要である。

【０００７】フォアライン清浄のために既に用いられた
１つの手段は、プラズマ強化ＣＶＤ技術を用いて、排出
ガス中の反応化合物を電極表面上の膜堆積物として抽出
する洗浄集塵(scrubbing)システムによるものである。
上記の洗浄集塵システムは、固体膜としての反応物の除
去を最大化にするように設計され、大きな表面積を有す
る螺旋形電極を使用する。ブロアポンプと機械式ポンプ
との間にあるフォアラインの端部の近くに配置される取
り外し可能なキャニスタ内に、螺旋形電極が収容されて
いる。十分な量の固体廃物が電極上に蓄積した後、キャ
ニスタは廃棄処分及び取換えのために取り外されること
ができる。

【０００８】この従来方法では、システムが電極の大き
な表面積に依存して、堆積された固体物質を収集する領
域を提供する点で、問題が存在する。電極の大きな表面
積を収容するために、システムは必然的に大きくてかさ
ばっている。さらに、取り外し可能なキャニスタは使い
捨て製品であって、取換え且つ適切に処分されなければ
ならないので、上記の従来の洗浄集塵システムの操作に
おいて余分な費用がかかる。また、洗浄集塵システム
は、真空フォアラインの開始部分から下流に位置してい
るので、ラインのこの部分の中に蓄積される粉状材料或
いは粒子状物質の除去を保証しない。

【０００９】粒子蓄積を除去するための他の手段は、粒
子収集チャンバにおけてプラズマを発生させることによ
るものである。基本的に、これらの手段は、静電力、サ
ーモホン(thermophoretic)力及び/或いは重力を用い
て、粒子及び他の固体物質を収集チャンバ内に収集させ
る。清浄ステップ中に、フッ素のようなエッチャントガ
スが真空ラインを介してチャンバから排出される際、上
記の収集された粒子状物質が、真空ラインを介してポン
プで排出されることができるガス状生成物に変換され
る。これらの装置における変換プロセスは、マイクロ波
パワー、容量的に結合された電極或いは誘導電磁界の使
用を含む幾つかの異なる方法のうちの１つによって、プ
ラズマを発生させることを含む。これらの手段を用いる
装置の例は、公開された欧州特許出願第96306536.2号
（「ＣＶＤシステムにおける真空ラインを清浄するため
の方法および装置」（"METHOD AND APPARATUS FOR CLEA
NING A VACUUM LINE IN A ＣＶＤ SYSTEM")）、第97308
660.6号（「基板処理設備のインサイチュ真空ライン清
浄用平行板装置」（"PARALLEL PLATE APPARATUS FOR IN
-SITU VACUUM LINE CLEANING FOR SUBSTRATE PROCESING
EQUIPMENT"）、第96309542.7（「基板処理設備排出ガ
スからのペルフルオロ化合物ガスを減少するための方法
および装置」 ("METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING P
ERFLUOROCOMPOUND GASES FROM SUBSTRATE PROCESSING E
QUIPMENT EMISSIONS")）及び第97118103.7号（「基板処
理設備のインサイチュ真空ライン清浄用マイクロ波装
置」（"MICROWAVE APPARATUS FOR IN-SITU VACUUM LINE
CLEANING FOR SUBSTRATE PROCESSING EQUIPMENT"））
に記載され、上記の特許出願はいずれも本発明の譲受人
であるアプライド・マテリアルズに譲渡されている。

【００１０】上記の３つのアプライド・マテリアルズの
特許出願で記述される装置の開発にもかかわらず、基板
チャンバフォアラインを清浄するための他の改良された
方法および装置が望まれる。

【００１１】(発明の概要）本発明は、基板処理チャン
バフォアラインを清浄するための、新しい且つ改良され
た方法及び装置を提供する。本発明は、上記の幾つかの
従来装置における問題の多くを解決し、粒子状物質及び
他の残留物質が排出ライン内に蓄積することを実質的に
防ぐ改良された装置を提供する。さもなければ、堆積ス
テップ中に真空ライン内に積もりうる粉末残留物及び他
の粒子状物質が、収集チャンバ内に捕捉され、そこで、
次の清浄ステップまでに保持される。清浄ステップでチ
ャンバ内に導入されたフッ素或いは他のエッチャントラ
ジカルは、排出ラインを通して収集チャンバ内に進入
し、収集チャンバの中で、上記の捕捉された粒子と反応
して、それらの粒子を、真空ラインを介してポンプによ
って容易に排出されるガス状生成物に変換する。さら
に、本発明は、真空ライン内にこのような粒子状材料の
形成の防止および真空ライン内から上記粒子状材料の除
去を確保する方法を提供する。

【００１２】本発明は、粒子コレクタ内に別のプラズマ
を生成する必要がなく、改良された粒子制御を提供し、
それによって、装置内のプラスの生成に依存する装置と
比べ、操作及び建設のコストが節約される。また、本発
明は、プロセスに対してその存在を示さずに、上記の結
果を達成する。即ち、好ましい実施例では、本発明の操
作が、フォアライン内の粒子状物質の堆積の防止又は収
集チャンバから堆積された粒子状物質の清浄のために、
いずれも付加の処理時間を取らない。

【００１３】本発明の装置の１つの実施例では、装置
が、入口と、出口と、上記出口を上記入口に結合するた
めに上記出口と上記入口との間に設けられる流体導管と
を有する容器チャンバを含む。流体導管は、第１及び第
２の収集セクションを含む。第１の収集セクションは、
第１の面に平行して整列されている複数の第１の電極を
含み、第２の収集セクションは、ガスが流体導管を通し
て通過するための第１方向にある流れの経路を画成する
第１のガス通路と、第１の方向と異なる第２の方向にあ
る流れの経路を画成する第２のガス通路とを含む。第１
の収集セクション内の電極は、電圧差動に接続して静電
粒子コレクタを形成し、このコレクタは、流体導管を通
して流れる粒子状物質および帯電粒子を捕捉する。

【００１４】ＣＶＤ堆積ステップのような基板処理操作
中に、粒子が流体導管内に収集される。その後、チャン
バ清浄操作中に、基板処理チャンバの清浄に用いられた
未反応エッチャントガスが、フォアラインを介して本発
明の装置の中へ排出されて、そこで、収集された粒子及
び/或いは粉末と反応し、固体物質がガス状物質に変換
される。上記ガス状物質は、真空ポンプまたは他の処理
設備に損害をもたらせず、フォアラインを介してポンプ
で排出されることができる。

【００１５】本発明の好ましい実施例では、第２の収集
セクションが、複数の第２の電極を含む。これらの電極
は電圧差動に接続され、第１及び第２のガス通路を画成
し、第１の面と交差する第２の面に平行して整列され
ている。より好ましい実施例では、第２の面が第１の面
に対してほぼ直交しており、第１の方向が第２の方向に
対してほぼ反対である。

【００１６】もう１つの好ましい実施例では、次の清浄
サイクル中に、捕捉された粒子を加熱してガス状生成物
への分解を容易にするための加熱器に、複数の第１及び
/或いは第２の電極の内に少なくもと数個が接続されて
いる。

【００１７】さらにもう１つの好ましい実施例では、複
数の第１の電極は、インターディジテイティッド式で相
互に向かって延長している外部及び内部電極を含む。外
部電極は、流体導管の外壁から扇形に広がり、内部電極
は、装置の中央部分を通して延長する内部シャフトから
扇形に広がる。この実施例では、複数の第２の電極も、
インターディジテイティッド式で相互に向かって延長し
ている外部及び内部電極を含むことができ、外部電極は
外壁から扇形に広がり、内部電極は装置の内部シャフト
から外方へ延長している。

【００１８】本発明の上記の及びその他の実施例、そし
て本発明の利点及び特徴について、本明細書の以下の部
分及び添付図面を用いて、さらに詳細に記述する。

【００１９】（特定実施例の記載）Ｉ．例示的なＣＶＤシステム本発明の装置は、種々の異なる半導体処理装置とともに
使用することができる。一つの適切な装置、即ち化学気
相堆積機は、簡略された平行板化学気相堆積システム１
０の断面図である図１に示されている。ＣＶＤシステム
１０は、チャンバ壁１５ａとチャンバリッドアセンブリ
１５ｂとを有する真空または処理チャンバ１５を含む。
チャンバ１５は、処理チャンバ内の中心に置かれた加熱
されたペデスタル１２の上に載せられている基板（図示
せず）に、処理ガスを拡散させるためのガス分配マニホ
ルド１１を含む。処理中に、基板（例えば、半導体ウェ
ーハ）はペデスタル１２の平らな（またはわずかに凸面
の）表面１２aに配置される。ペデスタルは、（図１に
示される）下側のロード/オフロード位置と（図１の点
線14で示される）上側の処理位置との間で制御可能に移
動することができ、該処理位置はマニホルド１１に密接
に隣接している。センターボード(図示せず）は、ウェ
ーハの位置に関する情報を提供するセンサを含む。

【００２０】堆積およびキャリヤガスは、従来の平円形
のガス分配フェイスプレート１３aに穿孔されたホール
（図示せず）を通してチャンバ１５内に導入される。よ
り具体的に、堆積処理ガスは、（矢印１８で示されるよ
うに）流入マニホルド１１を通し、そして（領域１３６
における）従来の穿孔されたブロッカープレートを通
し、さらにガス分配フェイスプレート１３aのホールを
通してチャンバに流入する。

【００２１】マニホルドに到達する前に、堆積およびキ
ャリアガスは、ガス供給ライン８を通してガスソース７
から混合システム９にインプットされ、混合システム９
で組合わせた後に、マニホルド１１に送られる。一般
に、各処理ガスの供給ラインは、（i）チャンバ内部へ
の処理ガス流を自動的にまたは手動的に遮断できるよう
に用いられる数個の安全遮断弁（図示せず）および（i
i）供給ラインを通過するガスの流れを測定する流体質
量制御器（図示せず）を含む。プロセスに有毒ガスが使
われる場合、上記の数個の安全遮断弁は、従来構成のガ
ス供給ラインの各々に配置される。

【００２２】ＣＶＤシステム１０で行われる堆積処理
は、熱処理か強化プラズマ処理のいずれでもよい。強化
プラズマ処理では、高周波（ＲＦ）電源４４がガス分配
フェイスプレート１３aとペデスタル１２との間に電力
を印加して、処理ガス混合物を励起させ、フェイスプレ
ート１３aとペデスタル１２との間の円筒形領域にプラ
ズマを生成させる。（この領域は、以下「反応領域」と
称する。）プラズマの構成要素が反応して、ペデスタル
１２に支持される半導体ウェーハの表面上に望まれる膜
を堆積する。ＲＦ電源４４は単一或いは混合周波数ＲＦ
電力を供給することができ、例えば、１３.５６MHzの高
いRF周波数（RFl）および360KHzの低いRF周波数（RF2）
での電力を供給して、チャンバ１５に導入された反応種
の分解を促進することが可能である。熱堆積処理で
は、ＲＦ電源４４を利用せず、処理ガス混合物が熱的に
反応して、反応用熱エネルギーを提供するように抵抗的
に加熱されたペデスタル１２に支持されるウェーハの表
面上に望まれる膜を堆積する。

【００２３】強化プラズマ堆積処理中に、プラズマは、
排気通路２３と遮断弁２４を包囲するチャンバ本体の壁
１５ａを含むチャンバ１０を加熱する。プラズマがONに
されてないとき或いは熱堆積処理中に、チャンバを高い
温度に維持するために、熱い液体を処理チャンバの壁１
５aを通して循環させる。チャンバ壁１５aを加熱するた
めに用いられる流体は典型的な流体タイプ、即ち、水系
エチレングリコールまたは油系熱搬送流体を含む。この
加熱は、望ましくない反応生成物の凝縮を有益に減少ま
たは除去すると共に、冷却真空通路の壁に凝結し、ガス
が流れてない間に処理チャンバの中へ戻ってプロセスを
汚染しうる処理ガスの揮発性生成物の除去を改善する。

【００２４】層に堆積しないガス混合物の残留物は、反
応生成物を含み、真空ポンプ３３によって、チャンバか
ら排出される。具体的に、それらのガスが、反応領域を
囲む環状スロット形オリフィス１６を介して、環状の排
気プレナム１７の中へ排出される。環状オリフィス１６
とプレナム１７は、（壁上の上側誘電ラインング１９を
含む）チャンバの円筒形側壁１５aの上面と円状のチャ
ンバリッド２０の底面との間のギャップによって画成さ
れる。均一な膜をウェーハに堆積するためにウェーハの
上に処理ガスを均一に流すことを達成するには、スロッ
トオリフィス１６とプレナム１７の３６０度円形対称と
均一性が重要である。

【００２５】排気プレナム１７からのガスは、排気プレ
ナム１７の横延長部２１の下に流れ、ビューイングポイ
ント（図示せず）を通過し、下方へ広がっているガス通
路２３を通して、（その本体が壁１５aの下側部分と一
体化されている）真空遮断弁２４を通過して、フォアラ
イン３１を介して外部の真空ポンプ３３に接続される排
気出口２５の中へ流れる。

【００２６】（好ましくはアルミニウム、セラミック或
いはそれらの組み合わせからなる）ペデスタル１２のウ
ェーハ支持プラターは、シングルループ(single-loop)
が埋設された埋込式加熱素子によって抵抗的に加熱さ
れ、上記加熱素子は、２つのフルターン(full turn)が
平行の同心円を形成するように構成される。加熱素子の
外側部分は支持盤の周辺に隣接して、その内側部分はよ
り小さな半径を持つ同心円の経路上にある。加熱素子へ
の配線はペデスタル１２のステムを貫通する。

【００２７】典型的に、チャンバライング、ガスインレ
ットマニホルドフェースプレートおよびその他種々のリ
アクタハードウェアのいずれか或いは全ては、アルミニ
ウム、陽極化されたアルミニウム或いはセラミクから製
造される。そのようなＣＶＤ装置の１つの例は、Zhaoら
に付与された米国特許第５５５８７１７号（「CVD処理
チャンバ」(ＣＶＤ Processing Chamber)）で記載され
ている。上記米国特許第５５５８７１７号は、本発明の
譲受人であるアプライド・マテリアルズ・インコーポレ
イテッドに譲渡されている。よって、該米国特許の全体
を参照として本明細書に組み入れる。

【００２８】ウェーハがロボットブレード（図示せず）
によってチャンバ１０の側面にある挿入・除去口２６を
通してチャンバの本体内へまたはチャンバの本体から搬
送される際、リフト機構とモーター３２はヒータペデ
スタルアセンブリ１２およびそのウェーハリフトピン１
２bを昇降させる。モーター３２は、ペデスタル１２を
処理位置１４と下側のウェーハロード位置との間に昇降
させる。モーター、供給ライン８に接続される弁または
流量調節器、ガス配送システム、スロットルバルブ、RF
電源44、およびチャンバと基板の加熱システムは、全て
制御線３６の上方にあるシステムコントローラ３４によ
って制御される。該コントローラの一部のみが図示され
ている。コントローラ３４は、光学的或いは機械的セン
サからのフィードバックに基づいて、コントローラ３４
の制御下で適切なモーターによって移動されるペデスタ
ルリフト機構のような幾つかの移動可能な機械的アセン
ブリの位置を決定する。

【００２９】好ましい実施例では、システムコントロー
ラが、ハードディスクドライブ（メモリ３８)、フロッ
ピーディスクドライブおよびプロセッサ３７を備える。
システムコントローラ３４は、ＣＶＤ装置の全ての動作
を制御する。システムコントローラはシステム制御ソフ
トウェアを実行し、このソフトウェアは、メモリ３８の
ようなコンピュータ読取り可能な媒体に保存されるコン
ピュータープログラムである。

【００３０】上記のリアクタに関する記載は実例で説明
するためのものであり、本発明は、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結合ＲＦ高密
度プラズマＣＶＤ装置などの他のＣＶＤ装置と共に用い
られてもよい。本発明は、さらに熱ＣＶＤ装置、プラズ
マエッチング装置、物理気相堆積装置及び他の基板処理
装置と共に用いられてもよい。本発明の装置及び真空ラ
イン内における堆積物の蓄積を防止する方法は、特定の
半導体処理装置或いは特定の堆積またはエッチングプロ
セス或いは方法に限定することがない。

【００３１】ＩＩ．例示的半導体処理操作ＣＶＤリアクタ１０によって行われる化学気相堆積法プ
ロセスのような半導体処理操作中に、種々のガス状廃棄
物と汚染物質が、真空チャンバ１５から真空ライン３１
内に排出される。行われる特定の操作によって、これら
の排出物は、部分的に反応された生成物及び副産物のよ
うな粒子状物質を含む可能性があり、上記粒子状物質
は、真空ラインを通して排出される際に、ライン内に残
留物或いは類似の粉状物質を残す。例えば、シラン（Si
H₄）、窒素（N₂）及びアンモニア（NH₃）を前駆物質と
して用いる窒化ケイ素薄膜の堆積中に、Si_xN_yH_zからな
る褐色粉末状の残留物及び元素ケイ素はフォアライン内
に観察された。この残留物蓄積は、SiH₄ + N₂ + NH₃反
応の途中まで反応された副産物からなると思われる。類
似の残留物は、ジシラン(Si₂H₆)或いは有機源のような
他の前駆物質ガス或いは液体を用いる窒化ケイ素層の堆
積中にも形成される。残留物の蓄積は、他の層の内に、
酸窒化物薄膜及び酸化ケイ素薄膜の堆積中にも発生する
可能性があり、また、プラズマエッチングおよび他のプ
ロセスステップにも発生する可能性がある。

【００３２】本発明は、収集チャンバ内に粒子状物質を
捕捉することによって、上記のような残留物および粒子
状物質の蓄積を防止する。そして、その後、次のチャン
バ清浄操作中に、エッチャントガスが真空ラインを通し
て排出されるとき、そのエッチャントガスが、堆積され
た材料と反応して、ガス状生成物及び副産物を形成し、
これらのガス状生成物および副産物は、ライン内に堆積
或いは凝結せず、真空ラインを通してポンプで排出され
ることができる。

【００３３】本発明は、上記のような粒子状物質を生成
する種々の基板処理操作のために、真空ラインをクリー
ンな状態に維持するために用いられることが可能であ
る。しかし、１つ注意しなければならないことは、幾つ
かの基板処理操作が他の操作と比べより、「汚れてい
る」ことである。即ち、幾つかの操作は、他の操作と比
べ、より多くの粒子状物質および粉末を含む副産物を生
成する。本発明は、任意のレベルの粒子状副産物を生成
する任意の基板プロセス操作に用いられるチャンバの真
空ラインを清浄するために用いられてもよいが、上記の
ような汚れているプロセスに用いられるチャンバの真空
ラインをクリーンな状態に保持するには、本発明が最も
有用である。上記のシランと窒素とアンモニアとの前駆
物質から堆積されるＣＶＤ窒化ケイ素薄膜は、上記のよ
うな特に「汚れている」プロセスとして知られている。
非常に低いレベルの粒子状物質を生産するプロセスは、
排出ラインを粒子が蓄積しない状態に維持するための専
用装置を使用する必要がない場合もある。

【００３４】III. 本発明の例示的実施例図１で示されるように、本発明の粒子コレクタ４０は、
排出ガスソース、即ち、処理チャンバ１５から下流に配
置されている。粒子コレクタ４０は、真空フォアライン
の一部に接続しても或い置き換えてもよい。収集チャン
バ内に収集される粉末及び他の粒子状物質の量を最大に
し、真空ラインの他の領域内に堆積される量を最小にす
るために、粒子コレクタ４０は、好ましく、チャンバ１
５の排出口２５にできるだけ近くに配置される。

【００３５】図２Ａ−２Ｄは、本発明の粒子コレクタの
好ましい実施例を示す。図２Ａ及び２Ｂは装置の側面断
面図であり、図２Ｂは、図２Ａで示される断面図を９０
度回転させたものを示す。図２Ａと2Bに示されるよう
に、粒子コレクタ４０は、フランジ４２を介して排出口
２５に接続され、そしてフランジ44を介して真空ライン
３１に接続される。粒子収集チャンバ５０はフランジ４
２と４４の間にある。粒子収集チャンバ５０は、2つの
別々の収集セクションを含む：アノード電極５４及びカ
ソード５６電極の平行電極配列を含む平行電極配列セク
ション５２、および遠心力によって粒子を捕捉するため
に設計された迷路構造（または蛇行（serpentine）状構
造と称される構造）が取り入れられた迷路セクション５
８。

【００３６】平行電極整列セクション５２は、セクショ
ン５２の容積にわたってインターディジテイティッド式
（interdigitated）で配置されている複数のアノードと
カソードとの電極対を含む（図２Ｃ参照）。カソード電
極５６は、収集セクション５２を第１の半分と第２の半
分に分割する中央壁６０の対向する表面から外方へ突出
する。アノード電極５４は、外壁６２の対向する側部か
ら内方へ突出する。アノード電極５４及びカソード電極
５６のいずれも、粒子コレクタ４０を通過するガス流の
方向とほぼ平行して整列されている。

【００３７】電極５４及び５６が、中央壁６０及び外壁
６２と同様に、機械加工されたアルミニウムから作られ
る。本好ましい実施例では、向い合うアノードとカソー
ド電極との間の距離は約１/１０インチ（１００mil）で
ある。他の実施例では、装置の機械加工をより容易にす
るために、電極の間により大きな距離が残される。当業
者なら分かるように、電極５４及び５６は、他の導電性
材料から作られることもでき、さらに金属ブロックから
電極と壁を機械加工によって製作するよりむしろ他の適
切な方法によって、電極を壁６０及び６２に取付けるこ
とができる。

【００３８】平行電極配列セクション５２内に隣接する
電極の間に電界が形成されて、このセクションを通して
排出される帯電粒子を捕捉する。本好ましい実施例で
は、アノード電極５４が接地されている状態で、直流電
圧をカソード電極５６に印加することによって、電界を
発生させる。このような配置は、各隣接する電極の間の
ギャップにわたって均一な電界を生成して、電力が与え
られた電極を装置の内部に拘束される。発生した電界
は、粒子捕捉効率を最大化にするように設計される。こ
の目的を考慮して、アノード電極５４及びカソード電極
５６が、ガス流対抗を最小源にすると同時に、セクショ
ン５４内の帯電表面積を増加させるように配置されてい
る。本好ましい実施例では、比較的小さいな直流電源を
用いて、シャフト部材６４を通して、カソード電極５６
に−２００ボルトを供給する。下記のように、シャフト
部材６４は、また、装置を加熱する。

【００３９】粒子コレクタ４０の迷路セクション５８
は、矢印６６で示されるように、セクション５８中に、
蛇行状ガス流経路を画成する複数の通路を含む（図２Ｂ
参照）。蛇行状通路は主に遠心力によって、セクション
５２の静電的コレクタによって捕捉されるにはあまり大
きな粒子を捕捉する。この効果を達成するために、迷路
セクション５８内に形成された複数の、対向するガス流
経路は、セクションを通過するガス流を遅くし、それが
上流圧力増大を結果としてもたらす。そのような圧力増
大の量は、セクション５８中にわたる通路の構造（即
ち、通路のサイズと形状）及び他の要因の内にガス流の
量に依存する。特定のプロセスのために、本発明の粒子
コレクタを設計する際、この圧力増大を考慮に入れなけ
ればならない。

【００４０】好ましい実施例では、セクション５８内の
蛇行状通路が、アノード電極６８とカソード電極７０と
からなる第２の平行電極配列によって形成されること
で、迷路セクション５８の捕捉効率がさらに向上され
る。上部収集セクション５２の中と同様に、アノード電
極６８とカソード電極７０はインターディジテイティッ
ド式に配置され、カソード電極７０が、中央壁６０の対
向する表面から外方へ延長し、アノード電極６８が、外
壁６２の対向する側面から内方へ延長する。電極６８及
び７０は１つの面に平行して延長するが、この面は、電
極５４及び５６の延長方向にほぼ直交する。図２Ａに示
されるように、電極７０は、さらに、セラミックエクス
テンダー６９によって外壁の両側に接続されている。上
記のセラミックエクステンダー６９は、電極７０と外壁
との間のガス流を阻止し、電極７０を壁から電気的に隔
離する。

【００４１】本好ましい実施例では、カソード電極７０
が、内部シャフト部材６４を通して−200ボルトの直流
電源に接続されており、アノード電極７０が接地されて
いる。また、真空ラインを通過する4リットル／分のガ
ス流を必要とし、このガス流量で、領域５８と出口領域
４８との間の圧力増大を約３torr以下に維持するプロセ
スのために、本好ましい実施例が設計されている。その
ような要求を満たすために、対向する電極６８および７
０は、互いから１／２インチの距離を保ち、セクション
５８の長さは、４つのアノード電極及びその間に位置す
る３つのカソード電極を収容する。

【００４２】幾つかの実施例では、捕捉された粒子が、
真空ラインを通してポンプで排出されうるガス状生成物
に変換しやすくするために、カソード電極５６及び７０
を含む粒子コレクタ４０の内部表面が加熱される。例と
して、上記のような窒化ケイ素堆積プロセスから捕捉さ
れた粒子の変換を容易にするには、このような加熱され
た粒子コレクタが非常に有用であることが、本発明者に
よって発見された。一般に、そのようなプロセスから捕
捉された粒子や粉末は、フッ素清浄サイクルからのフッ
素の存在下で、SiF₄ 、N₂及びH₂に変換できる物質、即
ちSi₃N₄ H_xの形である。コレクター４０の内部表面が冷
たい（120℃未満）場合、Si₃N₄ H_x 粉末が、コレクタ４
０及び真空ライン３１内の圧力範囲内に固体粉末である
(NH₄)₂SiF₆に変換することを、発明者が発見した。よっ
て、このように新しく形成された粉末は、また、真空ラ
イン３１を詰まらせ、真空ポンプ３３を損害しうる。

【００４３】しかし、コレクタ４０の内部表面温度を、
捕捉されたSi₃N_y H_x の昇華温度（例えば、コレクタ内
の圧力によって１２０〜１５０℃）以上に維持すれば、
捕捉された物質がうまくSiF4、H2及びN2ガスに変換する
ことを、本発明者が発見した。本好ましい実施例では、
捕捉効率が２００℃より高い温度で低下するので、一般
に、装置のいずれかの部分も２００℃より上に加熱する
ことが望ましくない。

【００４４】加熱は、中央壁６０の長さの大部分にわた
って延長するステンレス鋼シャフトを含むヒータ６４に
よって達成される。壁６０が穴を備え、この穴を通して
ヒータ６４が緊密に嵌め込まれている。ヒータ６４への
制御は、上記の直流電源から電気的に隔離されている。
種々の異なるヒータが本発明で用いられることができ、
壁６０にある穴のサイズ及び形状が、ヒータのタイプの
よって変えられることもできる。本好ましい実施例で用
いられるヒータ６４は、Wattlow Electric Manufacturi
ng Co.によって製造されたファイアロッド・カートリッ
ジ・ヒータ(Firerod Cartridge heater)（モデル#J8A7
1）である。

【００４５】中央壁６０へのヒータ６４の接続は、粒子
コレクタ４０の選択された構成要素の簡略断面図である
図３によって、より詳細に示されている。図３に示され
るように、ヒータ６４は、壁６０のセンター部分内に延
長する。ヒーター64と壁60との嵌合はできるだけ緊密に
なるように設計されているが、２つの部材の間に、必然
的に、小さいなギャップまたはエアポケットが存在す
る。通常、これらのギャップは、上記のような嵌め合い
における機械的接触の限界によって画成される。よっ
て、ヒータ６４と壁６０との間の伝熱を最大化にするた
めに、ヒータ６４がそれを通して延長している穴を大気
圧に保持する。本実施例では、、ヒータ６４と電極との
間の温度勾配が約１００℃である。よって、コレクタ４
０内の温度を１５０℃に維持するために、ヒータ６４が
２５０℃に設定される。

【００４６】また、Ｏ−リング７２が図3に示されてい
る。Ｏーリング７２は、外壁７４と中央壁６０との間で
真空シールを維持する。上記外壁７４は、（そこからア
ノード電極５４および６８が加工されて出口４８を形成
する）外壁６２に取付けられており、上記中央壁６０か
らカソード電極５６および７０が加工されている。当業
者なら分かるように、安全標準を確保するために、粒子
コレクタ４０の加熱された実施例は絶縁材料の中にラッ
ピングされる。外部絶縁ラッピングの使用は、粒子コレ
クタとの偶然接触による火傷から、クリーンルーム従業
員を保護すると共に、粒子コレクタ内の均一な加熱を確
保するにも役立つ。

【００４７】特定の基板処理チャンバと共に用いられる
粒子コレクタ４０を設計する際、１つ考慮すべき基準
は、コレクタの全体サイズである。好ましくは、コレク
タ４０が、クリーンルーム内に余分のスペースを取ら
ず、でしゃばりなく基板処理チャンバに取り付けられる
ように、そのサイズが設定される。小さいなコレクタと
比べ、大きなコレクタの方が、粒子を収集するための増
大された表面積を有し、増大された数の対向方向のガス
流経路を有することができるので、コレクタのサイズを
最小化にする願望は、要求されるコレクタの収集効率お
よび（上記の）圧力増大特徴とのバランスを取らなけれ
ばならない。図２Ａ−２Ｄに示される実施例の全体寸法
は、各側辺が約６インチであり、長さが約１０インチで
ある。そのようなサイズは、本発明の譲受人であるアプ
ライド・マテリアルズによって製造されたDxZチャンバ
と共に使用される場合に特に適している。

【００４８】IV. 粒子コレクタ４０の操作操作中に、チャンバ1１５から排出されるガスが、入口
４６を通して粒子コレクタ４０内に流入する。そこか
ら、ガス流が、入口４６からのガス直交流を中断させる
ブロッカプレート４５に導かれ、収集チャンバ５０の全
横断面積にわったてガスを分散させるのを助ける。ブロ
ッカプレート４５と接触した後、ガス流は、電極５４及
び５６の配列を含む収集セクション５２を通過するよう
に導かれる。収集セクション５２にわたるガス流抵抗を
最小限に抑えるために、収集セクション５２の中の電極
５４と５６との複数の電極対が、セクション５２を通過
するガス流に平行して整列されている。

【００４９】上記のように、配列の中の電極５４と５６
とからなる電極対の間で生成される電界によって、比較
的小さな帯電粒子状物質および粉末が、収集セクション
５２内に捕捉される。その後、ガスが収集セクション５
２から収集セクション５８内に流れ、そこで、ガス流方
向が、コレクタ４０を通過する直交流から、収集セクシ
ョン５２を通る直交流にほぼ直交し、且つ互いに対向す
る方向にあるガス経路を含む波状流れに変化する。

【００５０】収集セクション５８にわたるガス流の波状
経路は、部分的に、遠心力及び重力によって、真空ライ
ンを通して排出された比較的大きな粒子を捕捉するよう
に形成されている。セクション５８を通して流れた後
に、粒子をほぼ含まないガス流が、出口４８を通して粒
子コレクタ４０から出て、真空ライン３１の残りのセク
ション内に流れる。

【００５１】本発明の幾つかの実施例が十分に記述され
たが、真空ラインから粒子状物質を除去するための本発
明による多数の他の等価或は代替の装置及び方法は、当
業者によって明白である。また、明瞭と理解のために、
本発明は図示および実施例によって幾分に詳細に記述さ
れたが、一定の変化及び変更が実施されても良いである
ことが明白である。例えば、インターディジテイティッ
ド式の電極構造は、中央壁６０を使わずに形成されるこ
とができる。これを達成できる１つの方法は、粒子コレ
クタの一側部（外壁）からカソード電極を外方へ延長さ
せ、反対の側部（外壁）からアノード電極を外方へ延長
させることである。外壁が導電性金属材料から作られ、
且つ電極フィンに電気的に接続されている場合、対向す
る壁は相互から絶縁されなければならない。これは、対
向する壁の間に壁の一部を形成するセラミックスペーサ
或いは類似の装置の使用によって達成されることができ
る。

【００５２】また、他の実施例では、迷路セクション５
８の迷路部分が、電極よりむしろ非導電性パーティショ
ンによって形成されることができる。特定の実施が経
験する圧力低下が、特定のプロセスのために製造業者に
よって指定されたパラメータの範囲内にあれば、流体導
管内に複数の迷路状及び/或いは平行電極配列セクショ
ンを含むことも可能である。或いは、コレクタ４０を通
過するガス流経路内に現わす収集セクション５２及び５
８の順番を逆にすることができる。即ち、図２A−２Dで
示される実施例において、粒子が、粒子コレクタ４０に
進入して、収集セクション５２に遭遇する前に収集セク
ション５８に遭遇する。理解されている明白な変化及び
変更と共に、上記のような等価及び代替例は本発明の範
囲内に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置が取付けられることができる簡略
化された化学気相堆積装置の１つの実施例を示す図であ
る。

【図２Ａ】本発明の真空ライン清浄装置の１つの実施例
を示す側面断面図である。

【図２Ｂ】図２Ａに示される装置の側面断面図であり、
図２Ａに示される図から９０度を回転したものである。

【図２Ｃ】図２に示される装置の頂部断面図である。

【図２Ｄ】図２Ａに示される装置の底部断面図である。

【図３】装置にヒーターの接続を図示している図２Ａ-
２Ｄに示される装置の簡略された断面図である。

【符号の説明】

３１…真空ライン、５０・・・収集チャンバ、５２…平行
電極配列セクション、５４…アノード電極、５６…カソ
ード電極、５８…迷路状セクション、６０…中央壁、６
２…外壁、６４…内部シャフト部材、６８…アノード電
極、７０…カソード電極、７２…Ｏ−リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０３Ｃ 3/66 Ｃ２３Ｃ 16/44 ＥＣ２３Ｃ 16/44 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｂ０３Ｃ 3/14 Ｚ (72)発明者ツトムタナカアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンタクララ，ニコルソンアヴェニュー 744 (72)発明者チョーティ．ヌグイェンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンノゼ，モリルアヴェニュー 1748 (72)発明者ハリポンネカンティアメリカ合衆国，カリフォルニア州，フリーモント，フィッツシモンズコモン 3407 (72)発明者ケヴィンフェアバーンアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ロスガトス，ケネディコート 106 (72)発明者セバスチャンラオックスアメリカ合衆国，カリフォルニア州，サンフランシスコ， 18ティエイチストリート 3118 ナンバー４ (72)発明者マークアンソニーフォドールアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ロスガトス，オークリムコート 107 ナンバー29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板処理チャンバから排出された粒子を
収集するための装置であって、入口と、出口と、その間にある流体導管とを有する容器
チャンバを備え、前記流体導管は、前記出口を前記入口
に流体的に結合し、第１及び第２の収集セクションを備
え、前記第１の収集セクションは、第１の面に平行して
整列されている複数の第１の電極を備え、前記第２の収
集セクションは、ガスが前記容器チャンバを通過する第
１の方向における流れの経路を画成する第１のガス通路
と、前記第１の方向と異なる第２の方向における流れ経
路を画成する第２のガス通路とを備える、装置。
【請求項２】前記第２の収集セクションは、前記第１
の面と交差する第２の面に平行して整列されている複数
の第２の電極を備え、複数の前記の第２の電極が前記第
１及び第２のガス通路を画成する、請求項１に記載の装
置。
【請求項３】前記第２の面は、前記第１の面にほぼ直
交しており、前記第１の方向は、前記第２の方向のほぼ
反対方向である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】複数の前記の第１の電極は、複数の第１
のアノード電極と複数の第１のカソード電極とを含み、
複数の前記の第１のアノード電極及びカソード電極は、
前記容器チャンバの長さに平行して整列されている、請
求項２に記載の装置。
【請求項５】複数の前記の第２の電極は、複数の第２
のアノード電極と複数の第２のカソード電極とを含み、
複数の前記の第２のアノード電極及びカソード電極の少
なくとも数個は、対向する表面を有し、前記対向する表
面の間に流体導管が画成されている、請求項４に記載の
装置。
【請求項６】複数の前記の第１及び第２の電極を加熱
するために操作的に結合された加熱器をさらに備える、
請求項２に記載の装置。
【請求項７】少なくとも複数の前記の第１と第２の電
極とのいずれか一方に操作的に結合されて、各複数の前
記の第１の電極と複数の前記の第２の電極との間に電圧
を生成させる電圧源をさらに備える、請求項２に記載の
装置。
【請求項８】複数の前記の第１及び第２の電極を加熱
するために操作的に結合された加熱器と、少なくとも複
数の前記の第１と第２の電極とのいずれか一方に操作的
に結合された電圧源とをさらに備える、請求項２に記載
の装置。
【請求項９】前記容器チャンバ内に流入するガスが、
順次に、前記入口、前記第１のセクション、前記第２の
セクション、そして前記出口を通して流れるように、前
記容器チャンバが構成されている、請求項１に記載の装
置。
【請求項１０】複数の前記の第１の電極は、インター
ディジテイティッド式(interdigitated manner)で互い
の方へ延長する外部電極と内部電極とを含む、請求項２
に記載の装置。
【請求項１１】前記外部電極は、前記流体導管の外壁
から扇形に広がり、前記内部電極は、前記流体導管の内
部表面から扇形に広がる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】さらに、複数の前記の第２の電極は、
インターディジテイティッド式で互いの方へ延長する外
部電極と内部電極とを含み、前記外部電極が、前記流体
導管の外壁から扇形に広がり、前記内部電極が、前記流
体導管の内部表面から扇形に広がる、請求項１１に記載
の装置。
【請求項１３】複数の前記の第１の電極の前記外部電
極は、複数の前記の第２の電極の前記外部電極に電気的
に結合されており、複数の前記の第１の電極の前記内部
電極は、複数の前記の第２の電極の前記内部電極に電気
的に結合されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】前記外部電極が接地されており、前記
内部電極が電圧源に結合されている、請求項１３に記載
の装置。
【請求項１５】複数の前記の第１の電極は、前記流体
導管を通過する流体の流れにほぼ平行して整列されてお
り、複数の前記の第２の電極は、前記流体導管を通過す
る流体の流れにほぼ直交して整列されている、請求項２
に記載の装置。
【請求項１６】基板処理チャンバから排出された粒子
を収集するための装置であって、入口と、出口と、その間にある流体導管を有する容器チ
ャンバを備え、前記流体導管は、前記出口を前記入口に
流体的に結合し、第１及び第２の収集セクションを備
え、前記第１の収集セクションは、第１の面にほぼ平行
して整列されている複数の第１の電極を備え、複数の前
記の第１の電極は、インターディジテイティッド式で配
置された複数の第１のアノード電極と複数の第１のカソ
ード電極とを含み、前記第２の収集セクションは、前記
第１の面にほぼ直交して整列されている複数の第２の電
極を含み、複数の前記の第２の電極は、複数の第２のア
ノード電極および複数の第２のカソード電極を含み、複
数の前記の第２のアノード電極および複数の第２のカソ
ード電極は、各対向する表面が迷路状流れ経路を画成し
て、流体導管から粒子状物質の流出を抑制するように配
置されている、装置。
【請求項１７】複数の前記の第１及び第２の電極の前
記アノード電極は、前記流体導管を画成する外壁から延
長している、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】複数の前記の第１及び第２の電極の前
記カソード電極は、前記流体導管の中央部分を通して延
長している内部シャフトに電気的に結合される、請求項
１６に記載の装置。
【請求項１９】基板処理チャンバから排出された粒子
を収集するための装置であって、入口と、出口と、その間にある流体導管を有する容器チ
ャンバを備え、前記流体導管は、前記出口を前記入口に
流体的に結合し、第１及び第２の収集セクションを備
え、前記第１の収集セクションは、第１の収集セクショ
ンを通過するガスの流れにほぼ平行して配置されている
複数のアノード及びカソード電極を備え、前記第２の収
集セクションは、蛇行状流体経路を備える、装置。
【請求項２０】前記第２の収集セクションは、前記蛇
行状流体経路を画成する複数のアノード及びカソード電
極を備える、請求項１９に記載の装置。