JP2002203792A

JP2002203792A - ガス循環処理装置

Info

Publication number: JP2002203792A
Application number: JP2000401180A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubota; 浩史久保田; Renpei Nakada; 錬平中田; Shigehiko Kaji; 成彦梶; Itsuko Sakai; 伊都子酒井; Takashi Yoda; 孝依田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜処理等で生じた副生成物等による汚染を
低減することが可能なガス循環処理装置を提供する。【解決手段】処理ガスを導入して所定の処理を行う処
理部１１と、処理部からのガスを排気する第１の排気部
１５と、第１の排気部からのガスを外部に排気する第２
の排気部１６と、第１の排気部と第２の排気部との間に
設けられ、第１の排気部の背圧を調整する背圧調整部１
７と、第１の排気部から排出されたガスの一部を処理部
に供給する第１の配管部１８ａ、２１、２４と、第１の
配管部から分岐して背圧調整部につながる第２の配管部
１８ｂと、処理部のガス排出部から第１の排気部及び第
１の配管部を介して処理部のガス導入部に至る循環経路
の少なくとも一部を加熱する第１の加熱部３０とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理ガスを循環さ
せて再利用するガス循環処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ装置等のチャンバーのクリーニン
グに用いられるＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＮＦ₃等のガスは、
地球温暖化ガスとして知られており、使用量や排出量の
削減が求められている。使用量や排出量の削減に対して
は、ガスを循環させて再利用する方法が有効である。

【０００３】上述したようなガス循環方法を用いた場
合、例えばＳｉＯ₂のような副生成物も循環し、それが
パーティクルとなって循環用の配管やチャンバー内を汚
染するという問題がある。以下、具体例をあげて説明す
る。

【０００４】ＴＥＯＳを原料ガスとして、プラズマＣＶ
Ｄ法にてシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）の成膜を行な
い、ウエハをチャンバー外に搬送した後、クリーニング
ガスとなるＣ₂Ｆ₆、Ｏ₂及びＮ₂の流量をそれぞれ８
０ｓｃｃｍとして、循環率８０％でチャンバー内に導入
した。クリーニング終了後におけるウエハ上へのパーテ
ィクルの付着数は数百個程度であり、実使用に耐えられ
ないレベルであった。これは、循環用の配管内にも成膜
用ガス及びその分解生成物が流入するため、循環用の配
管内にＳｉＯ₂のような副生成物が付着しており、この
副生成物がガスの循環とともにパーティクルとしてチャ
ンバー内に流入するためと考えられる。

【０００５】クリーニング時間を延長し、付着物をエッ
チングすることでパーティクルを減少させることは可能
であるが、Ｃ₂Ｆ₆等の使用量が増大し、ガス循環によ
るガス使用量や排出量の削減効果をかえって阻害するこ
ととなる。

【０００６】また、クリーニングガスの循環率を変化さ
せてクリーニング速度の測定を行ったところ、循環率が
８０％程度まではクリーニング速度の低下の度合いは小
さかったが、循環率が９０％の場合にはクリーニング速
度の低下が大きかった。これは、エッチング副生成物で
あるＳｉＦ₄の影響によるものと考えられる。

【０００７】また、副生成物の循環を抑制するために循
環ラインにフィルターを挿入するという提案もなされて
いる（例えば、特開平９−２５１９８１号公報）。しか
しながら、フィルターよって循環ラインのコンダクタン
スが低下するため、循環装置の負荷が大きくなり、循環
装置の低消費電力化・小型化が困難になるという問題が
ある。また、フィルターの目詰まりによってコンダクタ
ンスが変化し、プロセス特性が変化するといった問題も
ある。さらに、フィルター交換等のメンテナンスが新た
に必要になるといった問題もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、処理ガス
を循環させて再利用するガス循環システムが従来より提
案されているが、成膜処理やクリーニング処理で生じた
副生成物がパーティクルとなって循環用の配管等を汚染
するという問題があった。

【０００９】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、成膜処理等で生じた副生成物等による汚染
を低減することが可能なガス循環処理装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の理解を容易にす
るため、一例として、図１に示した参照符号を用いて本
発明の構成を示す。

【００１１】本発明に係るガス循環処理装置は、処理ガ
スを導入して所定の処理を行う処理部１１と、前記処理
部からのガスを排気する第１の排気部１５と、前記第１
の排気部からのガスを外部に排気する第２の排気部１６
と、前記第１の排気部と第２の排気部との間に設けら
れ、前記第１の排気部の背圧を調整する背圧調整部１７
と、前記第１の排気部から排出されたガスの一部を前記
処理部に供給する第１の配管部１８ａ、２１、２４と、
前記第１の配管部から分岐して前記背圧調整部につなが
る第２の配管部１８ｂと、前記処理部のガス排出部から
前記第１の排気部及び前記第１の配管部を介して前記処
理部のガス導入部に至る循環経路の少なくとも一部を加
熱する第１の加熱部３０と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１２】前記発明において、前記第１の加熱部によ
り前記循環経路の少なくとも一部を６０℃以上に加熱す
ることが好ましい。また、前記第１の加熱部により前記
循環経路の少なくとも一部を１００℃以下に加熱するこ
とが好ましい。

【００１３】また、前記発明において、少なくとも前記
背圧調整部及び前記第２の配管部を加熱する第２の加熱
部をさらに備えることが好ましい。この場合にも、第２
の加熱部によって加熱される箇所の温度は、６０℃以上
が好ましく、また１００℃以下が好ましい。

【００１４】すでに述べたように、成膜処理等で生じた
副生成物等が循環用の配管等に付着し、それが汚染の原
因となっていた。本発明によれば、加熱部によってガス
の循環経路等を加熱することで、クリーニングガスとし
て用いる処理ガスのエッチング効率が向上するため、循
環用の配管等に付着した汚染物質を効率的に除去するこ
とが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施形態に係るガス循環
システムの構成例を示した図である。以下、平行平板型
のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニング処理を例に
説明する。

【００１７】チャンバー１１内には、シャワーヘッドと
高周波電極とを兼ねた上部電極１２と、ヒーターとウエ
ハ搬送機構を有する下部電極１３が備えられ、上部電極
１２と下部電極１３との間で放電を生じさせて処理ガス
を活性化させることで、下部電極１３上に載置された試
料（半導体ウエハ等）上への膜堆積やチャンバー内のク
リーニングが行われる。

【００１８】チャンバー内のクリーニングに用いる処理
ガスとしては、例えばＣ₂Ｆ₆、Ｏ ₂及びＮ₂の混合ガ
スを用いることができ、このような処理ガスを活性化さ
せることで、チャンバー１１内に付着したシリコン酸化
膜（ＳｉＯ₂膜）等をエッチング除去することができ
る。なお、Ｃ₂Ｆ₆以外にも、ＣＦ₄、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄
Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈Ｏ、ＮＦ₃、Ｆ₂等のガスを用いること
も可能である。

【００１９】チャンバー１１には圧力調整用のバルブ１
４が接続されており、このバルブ１４の開度を調整する
ことで、チャンバー１１内の圧力を一定に保つことが可
能である。

【００２０】チャンバー１１のガス排出側には、配管１
４ａを介してガス循環用の排気装置１５が接続されてお
り、さらに排気装置１５には、後述する配管等を介して
ガスを外部に排出するための排気装置１６が接続されて
いる。排気装置１５には例えばターボ分子ポンプやルー
ツ型ポンプを用いることができ、排気装置１６には例え
ばドライポンプを用いることができる。

【００２１】排気装置１５と排気装置１６との間には、
排気装置１５の背圧調整用のバルブ１７が設けられてい
る。また、排気装置１５のガス排出側の配管１８ａは分
岐点１９において排気装置１６側への配管１８ｂとガス
循環用の配管（ガス循環配管）２１に分岐しており、背
圧調整用のバルブ１７の開度を調整することでガス循環
率を調整することが可能である。また、背圧調整用のバ
ルブ１７と排気装置１６とは配管２０によって接続され
ている。なお、チャンバー１１内で堆積処理（成膜処
理）を行う際には、背圧調整用のバルブ１７は全開状態
となるよう制御される。

【００２２】ガス循環配管２１は、合流点２２において
ガス供給配管２３及びガス導入配管２４に接続されてお
り、ガス循環配管２１からの処理ガス（再利用される処
理ガス）とガス供給配管２３から供給される処理ガス
（通常のガスソースから供給される処理ガス）とが合流
点２２で合流し、ガス導入配管２４からチャンバー１１
内に導入される。

【００２３】チャンバー１１のガス排出部からガス導入
部までの経路（以下、循環経路と呼ぶ）は、ヒーター３
０（例えばテープヒーター）によって加熱できるように
なっている。すなわち、圧力調整用のバルブ１４、配管
１４ａ、排気装置１５、配管１８ａ、ガス循環配管２１
及びガス導入配管２４が、ヒーター３０によって加熱で
きるようになっている。ただし、これらの循環経路の全
てを加熱する必要は必ずしもなく、循環経路の少なくと
も一部（例えば、循環経路内の各配管のみ）を選択的に
加熱するようにしてもよい。

【００２４】また、循環経路外の部分である配管１８
ｂ、背圧調整用のバルブ１７及び配管２０もヒーター３
０ａによって加熱できるようになっている。ただし、配
管２０については、背圧調整用のバルブ１７近傍におけ
る所定長さの部分を加熱できるように構成されていれば
よい。

【００２５】図１に示した装置を用い、ヒーター３０に
よって循環経路を加熱し、ガス循環配管２１内にＳｉＯ
₂膜付のテストピースを載置して、配管温度とエッチン
グ速度の関係について調べた。図２は、その測定結果を
示したものである。

【００２６】図２に示すように、６０℃以上に加熱する
ことで、室温（２５℃）に比べて２倍以上のエッチング
速度が得られた。プラズマによって生成された活性なフ
ッ素は、チャンバー内のクリーニングで消費されている
と考えられていたが、配管内にも流入して配管内面の付
着物のエッチングにも寄与し、配管等の温度を高くする
ことによってエッチング作用が増大するものと考えられ
る。

【００２７】また、循環経路をヒーター３０によって６
０℃に加熱し、ＴＥＯＳを原料ガスとするプラズマＣＶ
Ｄ法によって成膜処理を行い、さらにクリーニング処理
を行ったところ、従来に比べてパーティクルの発生が大
幅に低減し、実用上問題ないことが確認された。

【００２８】なお、クリーニング速度の観点からは、加
熱温度が高い方がより好ましいが、循環経路の各部に使
用されるオーリング（Ｏ−リング）の劣化を考慮する
と、加熱温度は１００℃以下であることが好ましい。た
だし、金属ガスケットを用いるような場合には、より高
温に加熱することも可能である。

【００２９】また、排気の下流側における付着物を除去
することを目的として、配管１８ｂ、背圧調整用のバル
ブ１７及び配管２０の一部（背圧調整用のバルブ１７側
の長さ５０ｃｍの部分）も６０℃に加熱した。その結
果、これらの加熱部分の付着物がエッチング除去された
ため、圧力変化時におけるパーティクルの舞い上がりに
よる逆流が少なくなり、パーティクルをより低減するこ
とができた。

【００３０】図３は、図１に示したガス循環システムの
変更例を示した図である。基本的な構成は図１と同様で
あり、図１に示した構成要素に対応する構成要素につい
ては同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００３１】本変更例は、ガス循環配管２１の途中であ
って分岐点１９の近傍にストップバルブ２５を設けたも
のである。このストップバルブ２５は、チャンバー１１
内で成膜処理を行う際には閉状態となり、クリーニング
処理時には開状態となる。ストップバルブ２５を設ける
ことで、成膜時におけるガス循環配管２１内への成膜用
ガスの流入を防ぐことができ、ガス循環配管２１内に副
生成物が付着することが防止できる。

【００３２】このようにストップバルブ２５を設けた場
合には、ストップバルブ２５の後方の循環経路では副生
成物の付着等が大幅に抑制される。したがって、ストッ
プバルブ２５の手前側（上流側）の循環経路の少なくと
も一部のみをヒーター３０によって加熱するだけでも、
パーティクルの低減効果が十分に得られる。特に、ＣＶ
Ｄ装置本体と排気装置とが工場の異なる階に設置される
場合には、加熱を行う配管長を短くできるという利点が
ある。

【００３３】なお、ストップバルブ２５を設けた場合で
も、ガスの循環開始時等に上流側のパーティクルが流入
する可能性があるため、ストップバルブ２５及びその後
方の循環経路も同時に加熱する、すなわち図１に示した
例と同様に循環経路全体を加熱することが望ましい。ま
た、図１に示した例と同様に、配管１８ｂ、背圧調整用
のバルブ１７及び配管２０の一部も同時に加熱すること
が望ましい。

【００３４】図４は、図３に示したガス循環システムの
変更例を示した図である。基本的な構成は図３と同様で
あり、図３に示した構成要素に対応する構成要素につい
ては同一の参照番号を付し、詳細な説明は省略する。

【００３５】本変更例は、図３の構成に加えてさらに、
ガス循環配管２１の途中であって合流点２２の近傍にス
トップバルブ２６を設けたものである。このストップバ
ルブ２６は、クリーニング処理において、排気装置１５
の背圧と合流点２２の圧力との圧力差が所定値以上にな
るまでは閉状態で、圧力差が所定値以上になったときに
開状態になるように制御される。ストップバルブ２６を
設けることにより、ガス供給配管２３からガス循環配管
２１内へのガスの逆流を抑制でき、付着物をより低減す
ることが可能である。

【００３６】なお、本例においても図１に示した例と同
様に、循環経路全体を加熱することが望ましく、また配
管１８ｂ、背圧調整用のバルブ１７及び配管２０の一部
も同時に加熱することが望ましい。

【００３７】図５は、図１、図３或いは図４に示したガ
ス循環システムの変更例を示した図である。基本的な構
成は図１等と同様であり、図１等に示した構成要素に対
応する構成要素については同一の参照番号を付し、詳細
な説明は省略する。

【００３８】図１等に示した例は、チャンバー内で処理
ガスを活性化させるＣＶＤ装置に関するものであった
が、本変更例は、チャンバー外で処理ガスを活性化させ
るダウンフロー型のＣＶＤ装置に関するものである。す
なわち、図５に示すように、ガス導入配管２４から活性
化部３１（例えば、マイクロ波を発生させるキャビティ
等からなる）に処理ガスを導入し、活性化部３１で活性
化された処理ガスをチャンバー１１内に供給するように
している。

【００３９】本変更例においても、図１等に示した例と
同様に、ヒーター３０によって循環経路の少なくとも一
部を加熱するようにしている。ただし、本例における循
環経路は、チャンバー１１のガス排出部から活性化部３
１のガス導入部までの経路を指し、この循環経路の所望
の部分をヒーター３０によって加熱する。図１等に示し
た例と同様に、循環経路外の部分である配管１８ｂ、背
圧調整用のバルブ１７及び配管２０の一部をヒーター３
０ａによってさらに加熱してもよい。

【００４０】なお、図５に示した例では、ストップバル
ブ２５及び２６を備えた構成となっているが、図１に示
した例と同様にこれらのストップバルブを設けない構成
をとることも可能であり、図３に示した例と同様にスト
ップバルブ２５のみを設ける構成をとることも可能であ
る。ストップバルブ２５を設けた場合には、図３に示し
た例と同様に、ストップバルブ２５の手前側の循環経路
の少なくとも一部のみをヒーター３０によって加熱する
だけでも、パーティクルの低減効果を得ることができ
る。

【００４１】図６は、図１、図３或いは図４に示したガ
ス循環システムの変更例を示した図である。基本的な構
成は図１等と同様であり、図１等に示した構成要素に対
応する構成要素については同一の参照番号を付し、詳細
な説明は省略する。

【００４２】図１等に示した例では、ガス循環配管２１
とガス供給配管２３を合流点２２で接続し、合流したガ
スをガス導入配管２４を通してチャンバー１１内に導入
するようにしていたが、本変更例では、ガス循環配管２
１とガス供給配管２３とをそれぞれ独立にチャンバー１
１に接続し、ガス循環配管２１とガス供給配管２３から
それぞれ独立に処理ガスをチャンバー１１内に導入する
ようにしている。

【００４３】本変更例においても、図１等に示した例と
同様に、ヒーター３０によって循環経路（チャンバー１
１のガス排出部からガス導入部までの経路）の少なくと
も一部を加熱するようにしている。図１等に示した例と
同様に、循環経路外の部分である配管１８ｂ、背圧調整
用のバルブ１７及び配管２０の一部をヒーター３０ａに
よってさらに加熱してもよい。

【００４４】なお、図６に示した例では、ストップバル
ブ２５及び２６を備えた構成となっているが、図１に示
した例と同様にこれらのストップバルブを設けない構成
をとることも可能であり、図３に示した例と同様にスト
ップバルブ２５のみを設ける構成をとることも可能であ
る。ストップバルブ２５を設けた場合には、図３に示し
た例と同様に、ストップバルブ２５の手前側の循環経路
の少なくとも一部のみをヒーター３０によって加熱する
だけでも、パーティクルの低減効果を得ることができ
る。

【００４５】また、図６に示した構成の変更例として、
図５に示した活性化部３１を設けた構成を採用すること
も可能である。この場合には、図６のガス循環配管２１
とガス供給配管２３とをそれぞれ独立に活性化部に接続
し、図５に示した例と同様に活性化部３１で活性化され
た処理ガスをチャンバー１１内に供給すればよい。

【００４６】なお、以上説明した実施形態は、成膜処理
にプラズマＣＶＤ法を想定したが、熱ＣＶＤ法による成
膜処理後のクリーニング処理に対しても本発明は同様に
適用可能である。例えば、熱ＣＶＤ法でタングステン膜
を成膜した後のクリーニング処理において、プラズマに
よってフッ素の活性種を発生させてチャンバー内に付着
したタングステン等をエッチングするような場合にも、
本発明は同様に適用可能である。

【００４７】また、本発明は、成膜処理後のクリーニン
グ処理のみならず、チャンバー内でのドライエッチング
処理後におけるクリーニング処理に対しても、同様に適
用可能である。

【００４８】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階
の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み
合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例え
ば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除
されても、所定の効果が得られるものであれば発明とし
て抽出され得る。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、加熱部によってガスの
循環経路等を加熱することで、循環用の配管等に付着し
た汚染物質を効率的に除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るガス循環システムの構
成例を示した図。

【図２】本発明に係るガス循環システムの効果を示した
図。

【図３】本発明の実施形態に係るガス循環システムの変
更例を示した図。

【図４】本発明の実施形態に係るガス循環システムの変
更例を示した図。

【図５】本発明の実施形態に係るガス循環システムの変
更例を示した図。

【図６】本発明の実施形態に係るガス循環システムの変
更例を示した図。

【符号の説明】

１１…チャンバー１２…上部電極１３…下部電極１４…圧力調整用のバルブ１４ａ、１８ａ、１８ｂ、２０…配管１５…ガス循環用の排気装置１６…外部排出用の排気装置１７…背圧調整用のバルブ１９…分岐点２１…ガス循環配管２２…合流点２３…ガス供給配管２４…ガス導入配管２５、２６…ストップバルブ３０、３０ａ…ヒーター３１…活性化部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶成彦神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者酒井伊都子神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者依田孝神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 3J071 AA02 BB02 BB14 CC01 CC11 DD22 FF11 4K030 AA06 AA09 BA44 DA06 EA12 FA01 FA10 JA10 KA22 KA41 5F004 AA15 BA03 BA04 BB13 BB14 BB18 BC03 BC04 BC08 BD04 CA01 CA02 DA00 DA01 DA02 DA03 DA17 DA25 DA26 DB03 5F045 AA08 AC07 BB14 BB20 EB06 EC07 EC09 EG02 EG03 EG07 EG09 EH05 EH14 EH18 GB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理ガスを導入して所定の処理を行う処理
部と、前記処理部からのガスを排気する第１の排気部と、前記第１の排気部からのガスを外部に排気する第２の排
気部と、前記第１の排気部と第２の排気部との間に設けられ、前
記第１の排気部の背圧を調整する背圧調整部と、前記第１の排気部から排出されたガスの一部を前記処理
部に供給する第１の配管部と、前記第１の配管部から分岐して前記背圧調整部につなが
る第２の配管部と、前記処理部のガス排出部から前記第１の排気部及び前記
第１の配管部を介して前記処理部のガス導入部に至る循
環経路の少なくとも一部を加熱する第１の加熱部と、を備えたことを特徴とするガス循環処理装置。
【請求項２】前記第１の加熱部により前記循環経路の少
なくとも一部を６０℃以上に加熱することを特徴とする
請求項１に記載のガス循環処理装置。
【請求項３】前記第１の加熱部により前記循環経路の少
なくとも一部を１００℃以下に加熱することを特徴とす
る請求項２に記載のガス循環処理装置。
【請求項４】少なくとも前記背圧調整部及び前記第２の
配管部を加熱する第２の加熱部をさらに備えたことを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガス循環処
理装置。
【請求項５】前記第１の配管部の途中であって前記第２
の配管部が分岐する分岐点近傍に第１のバルブをさらに
備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載のガス循環処理装置。
【請求項６】前記第１の配管部の途中であって前記第１
のバルブよりも前記循環経路の下流側に第２のバルブを
さらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のガス循
環処理装置。
【請求項７】前記処理部は、前記第１の配管部を通して
処理ガスが導入されるチャンバーと、該チャンバー内に
設けられ導入された処理ガスを活性化させる活性化部と
を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
記載のガス循環処理装置。
【請求項８】前記処理部は、チャンバーと、該チャンバ
ー外に設けられ前記第１の配管部を通して導入された処
理ガスを活性化させて前記チャンバーに供給する活性化
部とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
かに記載のガス循環処理装置。
【請求項９】前記背圧調整部は背圧調整バルブであり、
前記処理部において成膜処理を行う際には前記背圧調整
バルブが全開状態となるよう制御されることを特徴とす
る請求項１乃至８のいずれかに記載のガス循環処理装
置。