JP2009513331A

JP2009513331A - ガス流の処理装置

Info

Publication number: JP2009513331A
Application number: JP2008537173A
Authority: JP
Inventors: アンドリュージェイムズシーリー
Original assignee: エドワーズリミテッド
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2009-04-02
Also published as: GB0521842D0; US20090301298A1; TW200720471A; EP1940535A1; WO2007048998A1; KR20080066927A

Abstract

ガス流を処理するための装置は、プラズマ除害デバイス（１０）を含む。ガス流から微粒子を取り除き、除害デバイスの入口の詰まりを阻止するために、湿式電気集塵装置（２０，２２）が、除害デバイス（１０）の上流に設けられる。除害デバイス（１０）内で発生した微粒子をガス流から取り除くための、追加の湿式電気集塵装置（２４）を、除害デバイス（１０）の下流に設けてもよい。

Description

本発明は、ガス流の処理装置に関する。発明は、半導体又はフラットパネルディスプレイ産業で使用されるプロセスチャンバから排気されたガス流の処理に特定の用途を見出す。

半導体デバイスの製造での一次ステップは、蒸気前躯体の化学反応による半導体基板上での薄膜の形成である。基板上に薄膜を蒸着するためのある周知技術は、普通はプラズマ助長される化学蒸着法（ＣＶＤ）である。この技術では、プロセスガスが、基板を収容するプロセスチャンバに供給され、プロセスガスが反応して基板の表面上に薄膜を形成する。薄膜を形成するためにプロセスチャンバに供給されるガスの例は、
・窒化ケイ素薄膜を形成するためのシラン、及びアンモニア
・SiON薄膜を形成するためのシラン、アンモニア、及び亜酸化窒素
・酸化ケイ素薄膜を形成するための、TEOS（テトラエチルオルソシリケート）、及び酸素とオゾンのうちの一つ、並びに
・酸化アルミニウム薄膜を形成するための、Al(CH₃)₃及び水蒸気
を含むが、これに限定されない。

蒸着プロセスでは、基板上に連続薄膜を形成するために、気相反応を最小にし、且つ表面反応を最大にするため、基板のすぐ近くの状態を最適にする。しかしながら、チャンバ内のどこかの、及びチャンバよりも下流の状態はそのように最適にされず、気相核形成が、微粒子の形成をもたらす。これらの微粒子は、一般的には直径数ミクロンから直径数十から数百ミクロンまでの大きさの範囲で形成され、より微細な微粒子は、凝集して大きな微粒子を形成する傾向がある。

チャンバ内で発生した微粒子は、基板上に落下し、蒸着薄膜に欠陥を引き起こし、又は蒸着システムの機械的作動を妨げる。この結果、プロセスチャンバの内面は、不要な微粒子をチャンバから取り除くために、通常は洗浄される。チャンバを洗浄する或る方法は、プラズマを作動したときに不要な微粒子と反応するNF₆又はC₂F₆のような過フルオロ化合物洗浄ガスを供給することにある。

プロセスチャンバ内で行われた蒸着又は洗浄プロセスに続いて、典型的には、プロセスチャンバに供給されたガスの残留量が、プロセスチャンバから排気されたガスの中に含まれる。シラン、アンモニアのようなプロセスガスは、大気に排気されたならば極めて危険であり、ペルフルオロ化合物のような洗浄ガスは、温室効果ガスである。この点からみて、排気ガスが大気に排出される前に、排気ガスのより有害な成分を、例えば在来の洗浄によって、排気ガスから容易に取り除ける、及び／又は安全に大気に排気することができる化学種に変換するように排気ガスを処理するための除害装置がしばしば設けられる。

プロセスチャンバから除害装置に運ばれるガス流内の微粒子の存在は、除害装置の入口の詰まりをもたらすことがある。従って、除害装置の上流でガス流から微粒子を取り除くことが望ましい。例えば、米国特許第６，３３３，０１０号は、ガス流の成分を酸化させるための酸化ユニットより上流に、前処理ユニットを設けたガス流処理システムを説明する。酸化ユニットは、加熱チューブ又は電気ヒータで提供され、ガス流の酸化性成分と反応するための空気又は他の酸化剤が酸化ユニットに供給される。前処理ユニットは、例えば湿式サイクロン、湿式充填搭、又は湿式スプレー搭のような湿式洗浄システムによって提供される。

このような前処理ユニットは、一般的には、半導体プロセスチャンバからのガス流の出力内に含まれる微粒子の30％乃至50％をもたらす大きい微粒子を、ガス流から取り除くことができる。しかしながら、残りのより小さい微粒子はガス流の中に残り、より小さい微粒子は、湿式洗浄システムでは取り除かれず、より小さい微粒子の凝集物は、洗浄システム内で離散する。これは一般的には、酸化ユニットが、典型的には直径約１０乃至２５ｍｍの入口を有する加熱チューブ又は電気ヒータによって提供されるときには問題がない。

今の傾向は、燃料を用いない除害技術を目指すことにある。エッチングプロセスチャンバから排気されるガスは、プラズマ除害デバイスを使用して高効率、且つ比較的低コストでガス流から取り除くことができる。プラズマ除害プロセスでは、ガス流は、高密度プラズマに流入させられ、プラズマ種内の強力状態下では、ガス流は、エネルギー電子との衝突にさらされ、比較的安定した副生成物を生成するために、酸素又は水素と結合することができる反応種への解離を引き起こす。例えば、C₂F₆は、CO、CO₂、及びHFに転換することができ、これらは、さらなる処理ステップで取り除くことができる。従って、単一の、燃料を用いない除害技術が或る範囲のプロセスチャンバから排気されたガスに使用することができるように、プラズマ除害技術を、例えばSiH4のSiO2への転換のためのCVDプロセスチャンバから排気されたガスまで拡張することが望ましい。

プラズマ除害デバイスの分解効率を最適にするためには、デバイスへの入口は、典型的には１mm²程度のものである。その結果、CVDプロセスチャンバから排気されたガス流内の、直径数ミクロンに過ぎない微粒子の存在は、プラズマ除害デバイスの入口の詰まりをもたらすことがある。従って、米国特許第６，３３３，０１０号に説明されているような前処理ユニットは、このような除害装置には、不適当である。プラズマ除害デバイスは、十分な量の微細な微粒子が、除害デバイスの入口又は除害デバイスの内面に付着することなく除害デバイスを通るように構成されるが、除害デバイスの幾何学的及び電気的制約が、除害デバイスの効率を妥協することなしにこれを達成することを困難にする。

従って、除害デバイスより上流で、ガス流から微細な微粒子を取り除くことが望ましい。

第１の側面では、本発明は、ガス流を受け入れるための入口を有するプラズマ除害デバイスと、ガス流から微粒子を取り除いてプラズマ除害デバイスの入口の詰まりを阻止するための、プラズマ除害デバイスの上流の電気集塵装置とを含む、ガス流の処理装置を提供する。

電気集塵装置、好ましくは湿式電気集塵装置の使用によって、半導体プロセスチャンバ内に又はその下流に発生され、又はプロセスチャンバ内で起こる反応の副生成物として発生される微細な微粒子（一般的には、直径１０ミクロン以下）の比較的高い割合、典型的には９５％乃至９９％が、ガス流がプラズマ除害デバイスに流入する前にガス流から取り除かれる。その結果、プラズマ除害デバイスは、清浄な、実質的に微粒子を含まないガス流にさらされ、プラズマ除害デバイスの設計を自由にし、具体的には、ガス流の一又は二以上の化学種の除害を最適にするために、プラズマ除害デバイスの入口の直径の設計を自由にする。

電気集塵装置に流入するガス流は、大気圧若しくは略大気圧であってもよいし、又は例えば、５kpa乃至２０kpa（５０mbar乃至２００mbar）の大気より低い圧力であってもよい。

プラズマ除害デバイスは、多数の入口を備えてもよく、各々の入口がそれぞれガス流を受け入れ、この場合、電気集塵装置は、各々の入口より上流に設けられてもよい。個々の電気集塵装置は、別々の電源から給電されてもよく、又は電気集塵装置は、共通の動力源を動力源としてもよい。

一又は二以上のさらなるデバイスが、各々の電気集塵装置と、プラズマ除害デバイスの間に配置されてもよい。

例えばプラズマ除害デバイス内のシラン、又は他の固体形成ガスの除害中に、プラズマ除害デバイス内に発生される微粒子の装置からの放出を阻止するために、追加の電気集塵装置を、プラズマ除害デバイスの下流に設けられてもよい。また、一又は二以上のさらなるデバイスが、プラズマ除害装置と追加の電気集塵装置との間に配置されてもよい。

各電気集塵装置は、湿式電気集塵装置であるのがよい。複数の電気集塵装置が設けられるならば、それぞれ別々のシステムで、又はより好ましくはコストを減ずるために共通のシステムで、各々の電気集塵装置に水カーテンを生じさせてもよい。

第２の側面では、本発明は、ガス流を、プラズマ除害デバイスに、その入口から供給することを含む方法であって、除害デバイスの上流でガス流を電気集塵装置に供給し、ガス流から微粒子を取り除いて除害デバイスの入口の詰まりを阻止することを特徴とする。上で説明したように、ガス流は、引き続いて追加の電気集塵装置に送り込まれてプラズマ除害デバイス内に発生された微粒子をガス流から取り除く。

発明の第１の側面と関連して説明した特徴は、等しく第２の側面に適用でき、反対も同様である。

今、本発明の好ましい特徴を、一例として、ガス流を処理するための装置を略図的に示す、添付した図１を参照して説明する。

装置は、ガス流の一又は二以上の化学種を除害するためのプラズマ除害デバイス１０を含む。この例では、除害デバイス１０は、それぞれが半導体又はフラットパネルプロセスチャンバ１６，１８から排気されたガス流を受け入れるための第１入口１２と第２入口１４を含む。しかしながら、除害デバイス１０は、いかなる数（一又は二以上）の入口をも有していてもよい。それぞれの入口１２，１４は、好ましくは、１mm乃至５mmの範囲の直径を有する開口からなる。

除害デバイス１０は、プロセスチャンバからのガスの排気、例えばNF₃、CF₄、及びC₂F₆のようなペルフルオロ化合物洗浄ガス、及びシラン（SiH₄）、及びアンモニア（NH₃）のような未消費プロセスガスを除害するのに適当なプラズマ除害デバイスによって提供されてもよい。適当なプラズマ除害デバイスの一例は、マイクロ波プラズマ除害デバイスである。或る周知のマイクロ波プラズマ除害技術では、ガス流は、反応器チャンバ内のマイクロ波共振空洞に運ばれ、デバイスは、マイクロ波放射を使用して、ガス流の一又は二以上の成分からマイクロ波プラズマを発生させる。除害されるべきガス流の成分と反応するための反応体を含有する流体流は、反応器チャンバに運ばれる。例えば、除害されるべきガスが、ペルフルオロ化合物又はハイドロフルオロカーボン化合物、例えばCF₄、C2F₆、CHF₃、C₃F₈、C₄F₈、NF₃、及びSF₆の一つであるとき、例えば、H₂又はH₂Oのような反応体が共振空洞の中に運ばれて、プラズマ内に、除害されるべきガスと反応するためのH基又はOH基を形成する。

他の周知の技術は、ガス流を誘電体チューブの中へ運び込むことであり、高周波表面波励振器を使用して表面波を生じさせ、該表面波は、チューブ内にプラズマを発生させてガス流の成分を解離させる。プラズマを、915MHz又は2.45GHzあたりの周波数の放射を使用して発生させるのがよい。

変形例として、グロー放電を発生させて、これらの成分を分解してもよい。周知のように、グロー放電は、ガスに、そのガスの破壊電圧よりも高い電圧を加えることによって形成される、発光する熱プラズマである。成分は、グロー放電以外の放電によって、例えばコロナ放電又はアーク放電によって分解されてもよい。このような放電を、水冷ノズル（アノード）と中央に配置されたカソードとの間に電気アークを生じさせる直流プラズマ銃を使用して発生させてもよい。

図１に戻ると、電気集塵装置２０，２２が、プラズマ除害デバイス１０の各入口１２，１４の上流に、つまりプラズマ除害デバイス１０とプロセスチャンバ１６，１８の間に設けられる。

電気集塵装置の目的は、ガス流がプラズマ除害デバイス１０に入る前に、電気集塵装置を通るガス流内に含まれる微粒子を取り除くことにある。

この例では、各電器集塵装置２０，２２は、湿式電気集塵装置によって提供されるが、乾式電気集塵装置を変形として使用してもよい。湿式電気集塵装置の形態は、一般的に良く知られているので、ここでは詳細に説明をしない。概観では、各湿式電気集塵装置２０，２２は、各々、一又は二以上の電極を含む少なくとも一つの静電チャンバを含む。電極に、典型的に２０kV乃至３０kVの高電圧を印加して、チャンバの内壁を０Vに保持してチャンバ内でコロナ（静電電場）を発生させる。ガス流がコロナの中を通ると、ガス流に含まれた微粒子は荷電されるようになり、チャンバの壁に向かって引き寄せられる。壁が微粒子で固く覆われるのを防止するために、チャンバの壁が、再循環水によって連続的に洗浄されるので、微粒子が壁から洗浄され排水受けに入る。引き続いて微粒子を含む排水、及びガス流に含まれる水溶性ガスは、処分のため、又は更なる適切な処理のために排水受けから排水される。

電気集塵装置の数、及び電気集塵装置内でのガス流の滞留時間を最適にすることによって、湿式電気集塵装置に入るガス流に含まれた微粒子の大部分、好ましくは95％乃至99％を、ガス流が電気集塵装置を通るときに取り除くことができ、それによって、プラズマ除害デバイス１０の入口１２，１４の詰まりを阻止する。

図１に示すように、プラズマ除害デバイス１０の下流に追加の電気集塵装置２４を設けてもよい。電気集塵装置２０，２２と同様に、この例では、追加の電気集塵装置２４が、湿式電気集塵装置によって提供されるが、乾式電気集塵装置を変形例として使用してもよい。追加の湿式電気集塵装置は、プラズマ除害デバイスの上流に設けられた電気集塵装置２０，２２と同様の形態を有していてもよい。プラズマ除害デバイス１０内のシランのような化学種の除害は、SiO2のような固体粒子を発生させるので、プラズマ除害デバイス１０の下流での追加の電気集塵装置の使用は、装置からの微粒子の放出を阻止し、又は最小にする。

ガス流を処理するための装置を略図的に示す。

Claims

ガス流を受け入れるための入口を有するプラズマ除害デバイスと、
前記ガス流から微粒子を取り除いて前記プラズマ除害デバイスの前記入口の詰まりを阻止するための、プラズマ除害デバイスの上流の電気集塵装置とを含むこと、
を特徴とするガス流の処理装置。
前記電気集塵装置は、湿式電気集塵装置からなる、
請求項１に記載の装置。
前記除害デバイスは、複数の入口を含み、各々が、それぞれガス流を受け入れることができ、
前記装置は、複数の前記電気集塵装置を含み、各々が、前記プラズマ除害デバイスのそれぞれの入口の上流に配置された、
請求項１又は請求項２の何れかの項に記載の装置。
前記プラズマ除害デバイスの下流に配置された追加の電気集塵装置を含む、
請求項１乃至請求項３の何れかの項に記載の装置。
前記追加の電気集塵装置は、湿式電気集塵装置からなる、
請求項４に記載の装置。
前記プラズマ除害デバイスは、前記ガス流の成分と反応するための流体を受け入れる手段を含む、
請求項１乃至請求項５の何れかの項に記載の装置。
前記プラズマ除害デバイスは、マイクロ波プラズマ除害デバイスからなる、
請求項１乃至請求項６の何れかの項に記載の装置。
前記プラズマ除害デバイスは、直流プラズマトーチを含む、
請求項１乃至請求項６の何れかの項に記載の装置。
各々の入口は、１mm乃至５mmの直径を有する開口からなる、
請求項１乃至請求項８の何れかの項に記載の装置。
ガス流をプラズマ除害デバイスに、その入口から供給することを含む方法であって、
前記除害デバイスの上流で前記ガス流を電気集塵装置に供給し、前記ガス流から微粒子を取り除いて前記除害デバイスの入口の詰まりを阻止すること、
を特徴とする方法。
前記ガス流は、引き続いて追加の電気集塵装置に供給されて前記プラズマ除害デバイス内で発生した微粒子を前記ガス流から取り除く、
請求項１０に記載の方法。
前記ガス流の成分と反応する流体を前記除害デバイスに運ぶことを含む、
請求項１０又は請求項１１の何れかの項に記載の方法。