JP2017537435A - 耐腐食性軽減システム - Google Patents

Abstract

本明細書に開示された実施形態は、プラズマ源、および半導体プロセスで生成された化合物を軽減するための軽減システムを含む。一実施形態において、プラズマ源が開示される。プラズマ源は、入口および出口を有する本体を含み、入口および出口は、本体内部で流体結合される。本体は、内側表面をさらに含み、内側表面は、イットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆される。プラズマ源は、入口と出口との間に２つの流路を形成した位置で本体に配置された分流装置、および分流装置と本体の内側表面との間の本体内部でプラズマを形成するように動作可能な位置に配置されたプラズマ発生器をさらに含む。

Description

本開示の実施形態は、一般に半導体処理設備に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、プラズマ源、および半導体プロセスで生成された化合物を軽減するための軽減システムに関する。

半導体処理設備によって使用されるプロセスガスは、規制要件ならびに環境上および安全性の懸念事項のために、処分の前に軽減または処理されなければならない多くの化合物を含む。典型的には、処理チャンバから出る化合物を軽減するために、軽減システムが処理チャンバに結合されることがある。軽減システムは、典型的には、少なくともプラズマ源を含む。ハロゲン含有プラズマおよびガスは、エッチングまたは洗浄プロセスにおいて頻繁に使用され、処理チャンバおよび軽減システムの構成要素は、ハロゲン含有プラズマおよびガスによる腐食を受けやすい。腐食は、処理チャンバの構成要素および軽減システムの耐用年数を短縮し、さらに、処理環境内へ望ましくない欠陥および汚染をもたらす。
したがって、当技術分野で必要とされるのは、改善されたプラズマ源、および半導体プロセスで生成された化合物を軽減するための軽減システムである。

本明細書に開示された実施形態は、プラズマ源、および半導体プロセスで生成された化合物を軽減するための軽減システムを含む。一実施形態において、プラズマ源が開示される。プラズマ源は、入口および出口を有する本体を含み、入口および出口は、本体内部で流体結合される。本体は、内側表面をさらに含み、内側表面は、イットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆される。プラズマ源は、入口と出口との間に２つの流路を形成した位置で本体に配置された分流装置、および分流装置と本体の内側表面との間の本体内部でプラズマを形成するように動作可能な位置に配置されたプラズマ発生器をさらに含む。
別の実施形態において、軽減システムは、フォアラインを含み、フォアラインの内側表面は、イットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆される。軽減システムは、フォアラインに結合されたプラズマ源をさらに含み、プラズマ源は、出口に流体結合された入口を有する本体を含む。本体は、内側表面をさらに含み、内側表面は、イットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆される。プラズマ源は、入口と出口との間に２つの流路を形成した位置で本体に配置された分流装置をさらに含む。
別の実施形態において、プラズマ源は、入口および出口を有する本体と、本体を取り囲むＲＦコイルと、本体に形成された、入口および出口を流体結合するチャネルと、を含む。チャネルの内側表面は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、またはアルミニウム酸化物シリコンマグネシウムイットリウムで被覆される。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することによって上で要約された本開示のより具体的な説明を行うことができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定していると考えられるべきではなく、その理由は本開示が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるためである。

プラズマ源を有する真空処理システムの概略側面図である。 図１のプラズマ源の断面図である。 プラズマ源の断面斜視図である。 プラズマ源の概略図である。 プラズマ源の概略図である。 プラズマ源の概略図である。 プラズマ源の概略図である。

理解を容易にするために、可能な場合は同一の参照数字を使用し、各図に共通の同一の要素を指定した。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態において有益に組み込まれ得ることが企図されている。
本明細書に開示された実施形態は、プラズマ源、および半導体プロセスにおいて生成された化合物を軽減するための軽減システムを含む。半導体プロセスで生成された化合物は、腐食性があり、プラズマ源などの軽減システムの構成要素を損傷することがある。軽減システムの耐用年数を延ばすために、プラズマ源の内側表面などの、軽減システムの構成要素の内側表面は、耐腐食性のイットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆されることがある。プラズマ源は、被膜プロセスの効率および拡散を向上させるために球状の本体を有することがある。

図１は、軽減システム１０４に利用されるプラズマ源１０２を有する真空処理システム１００の概略側面図である。軽減システム１０４は、少なくともプラズマ源１０２を含む。真空処理システム１００は、少なくとも１つの集積回路製造プロセス、例えば、堆積プロセス、エッチングプロセス、プラズマ処理プロセス、前洗浄プロセス、イオン注入プロセス、または他の集積回路製造プロセスを行うように全体的に構成された真空処理チャンバ１０６を含む。真空処理チャンバ１０６で行われるプロセスは、プラズマ支援されてもよい。例えば、真空処理チャンバ１０６で行われるプロセスは、プラズマエッチングプロセスであってもよい。
真空処理チャンバ１０６は、フォアライン１１０を介して軽減システム１０４のプラズマ源１０２に結合されたチャンバ排気口１０８を有する。プラズマ源１０２の排気部は、排気導管１１２によって、図１に単一の参照番号１１４によって概略的に示されるポンプおよび設備排気部に結合されている。ポンプは、一般に真空処理チャンバ１０６を真空にするために利用され、一方、設備排気部は、一般に真空処理チャンバ１０６の廃水が大気に入る準備をするためのスクラバーまたは他の排気洗浄装置を含む。

プラズマ源１０２は、真空処理チャンバ１０６から出るガスおよび／または他の材料に対して軽減プロセスを行うために利用され、それにより、そのようなガスおよび／もしくは他の材料を環境ならびに／またはプロセス設備にやさしい組成に変換することができる。プラズマ源１０２は、軽減プロセスで利用される容量結合または誘導結合プラズマを生成することができる。プラズマ源１０２の詳細について以下でさらに記載する。
一部の実施形態では、注入口１１６は、フォアライン１１０および／またはプラズマ源１０２に形成される。注入口１１６は、軽減試薬をプラズマ源１０２へ供給するための軽減試薬源（図示せず）に接続するように構成され、このプラズマ源１０２にエネルギー供給し、真空処理チャンバ１０６から出る材料と反応させる、または他の方法でそのような材料をより環境および／またはプロセス設備にやさしい組成に変換するのを支援してもよい。

図２は、プラズマ源１０２の断面図である。プラズマ源１０２で生成されたプラズマは、真空処理チャンバ１０６から出て来る廃水内部の化合物にエネルギー供給し、および／またはそれを部分的にもしくは完全に解離させ、廃水中の化合物をより環境に害を与えない形態に変換する。一実施形態において、プラズマ源１０２は、分子または原子核種などのプラズマの産物を真空処理チャンバ１０６内へ送出するために真空処理チャンバ１０６の上流に配置された遠隔プラズマ源として働いてもよい。
プラズマ源１０２は、第１の端部２０４および第２の端部２０６を有する本体２０２を含むことができる。入口２１０は、第１の端部２０４に形成されてもよく、入り口２１０は、フォアライン１１０に結合されるように構成されてもよい。出口２１２は、第２の端部２０６に形成されてもよく、出口２１２は、排気導管１１２へ結合されるように構成されてもよい。入口２１０および出口２１２は、本体２０２内部に流体結合され、軸２０８上に一列に並んでいてもよい。本体２０２は、プラズマ源１０２の球状の本体２０２の被覆内側表面２１４の効率を改善するために球状であってもよい（または、球状の内部表面を有してもよい）。しかしながら、中空本体２０２は、球状以外の形状を有してもよい。本体２０２は、原子または分子ハロゲン化合物などの材料による腐食を受けやすい石英またはアルミニウム酸化物から作られることがあり、これらの材料が真空処理チャンバ１０６から出て、プラズマ源１０２に入る場合がある。プラズマ源１０２の本体２０２を腐食性材料から保護し、プラズマ源１０２の耐用年数を増大させるために、本体２０２の内側表面２１４は、腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されることがある。被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、または他の適切な材料であってもよい。被覆材料として使用するのに適切な他の材料は、ハロゲンにさらされたときに耐腐食性のある材料を含む。ダイヤモンド類似カーボンは、ダイヤモンドの典型的な特性のいくつかを示すアモルファスカーボン材料の部類である。ダイヤモンド類似カーボンは、著しい量のＳＰ³混成炭素原子を含む。被覆材料は、化学気相堆積（ＣＶＤ）またはアーク溶射などの任意の適切な方法によって内側表面２１４および２１６に被覆されてもよい。プラズマ源１０２の本体２０２が球状である実施形態では、ＣＶＤプロセスなどの被膜プロセスの効率および拡散が改善される。フォアライン１１０を、真空処理チャンバ１０６から出る腐食性材料から保護するために、フォアライン１１０の内側表面もイットリウム酸化物およびダイヤモンド類似カーボンなどの被覆材料で被覆されてもよい。

開口部２１８は、本体２０２を貫いて形成されてもよい。開口部２１８は、円筒状であってもよく、長手方向軸２２０を有してもよい。長手方向軸２２０は、軸２０８に実質的に垂直であってもよい。分流装置２９０は、開口部２１８を貫いて配置され、本体２０２の内部容積内へ延在してもよい。あるいは、分流装置２９０は、開口部２１８を介さずに本体２０２の内部容積に配置されてもよい。真空処理チャンバ１０６から出る廃水中の腐食性材料などの、あるいはプラズマ源１０２が遠隔プラズマ源である例では、遠隔プラズマを生成するための前駆体および／またはキャリヤガスなどの混合ガスは、第１の端部２０４の入口２１０を通ってプラズマ源１０２に入ることがある。本体２０２の内側表面２１４に面した、混合ガスにさらされる分流装置２９０の表面２１６は、本体２０２の内側表面２１４と同一に被覆されてもよい。混合ガスは、プラズマ領域２２２に形成されるプラズマによって解離し、軽減試薬によって処理され、第２の端部２０６の出口２１２を通って危険性がより少ない物質として出ることができる。混合ガスは、開口部２１８を貫いて延在する分流装置２９０によって本体２０２内部で２つの流路に分離し、次いで出口２１２を通って本体２０２から出るときに一体となって単一の流れとなる。混合ガスが真空処理チャンバ１０６から出る廃水中の腐食性材料である場合、１つまたは複数の軽減試薬が図１に示される注入口１１６からプラズマ源１０２へ導入されてもよい。廃水中の腐食性材料は、フッ素または塩素含有材料などの、ハロゲン含有材料を含む場合がある。

図３は、プラズマ源１０２の断面斜視図である。図３に示されるように、本体２０２は、球状であってもよく、開口部２１８を含んでもよい。分流装置２９０は、開口部２１８に配置されてもよい。分流装置２９０は、本体２０２を横切って部分的にまたは完全に延在することができる。分流装置２９０は、円筒状、または別の幾何学形状を有してもよい。一実施形態において、分流装置２９０は、プラズマ発生器３０２を含む。図３の実施形態では、プラズマ発生器３０２は、電極である。この電極は、プラズマ発生器３０２にエネルギー供給するためにＲＦ源（図示せず）に結合することができる中空円筒状電極であってもよい。ＲＦ電力がプラズマ発生器３０２に印加されている間、本体２０２は、接地されていてもよい。プラズマ発生器３０２は、分流装置２９０と本体２０２の内側表面２１４との間の本体２０２内部で、プラズマを形成するために本体２０２に配置されたプロセスガスからプラズマを形成するように動作可能な位置に配置され、このようにしてプラズマ源１０２を容量結合プラズマ源とする。あるいは、（図４Ａ〜図４Ｄでコイル４０２として示される）１つまたは複数のプラズマ発生器は、本体２０２を取り囲むことができ、そのため、ＲＦ電力は、１つまたは複数のプラズマ発生器から、プラズマを形成するために本体２０２に配置されたプロセスガスに誘導結合され、プラズマ源１０２を誘導結合プラズマ源とする。

動作中にプラズマ発生器３０２を冷温に保つために、冷却ジャケット３０４がプラズマ発生器３０２に結合されてもよい。プラズマ発生器３０２は、内側表面２１６の反対側に外側表面３０６を有してもよい。冷却ジャケット３０４は、外側表面３０６に結合されてもよい。冷却ジャケット３０４は、内部に形成された冷却チャネル３０８を有することができ、冷却チャネル３０８は、冷却ジャケット３０４に水などの冷媒を流入させ、冷却ジャケット３０４からそのような冷媒を流出させるための冷媒入口３１０および冷媒出口３１２に結合されている。

図４Ａ〜図４Ｄは、プラズマ源１０２の様々な例を概略的に示す。図４Ａは、一例によるプラズマ源１０２の側面図を示す。プラズマ源１０２は、入口４０５および出口４０７を有する本体４０３を含む。本体４０３は球状であっても、別の幾何学形状を有してもよく、図２に示される本体２０２と同じ材料から作られてもよい。プラズマ源１０２は、本体４０３の内部にプラズマを形成するように動作可能な位置で本体４０３の外側に配置された１つまたは複数のプラズマ発生器３０２を有することができる。一実施形態において、１つまたは複数のプラズマ発生器３０２は、プラズマ源１０２の本体４０３を取り囲むＲＦコイル４０２の形態をしている。ＲＦコイル４０２は、本体４０３内部のガス流に電力を誘導結合するようにエネルギー供給を受け、図４Ａ〜図４Ｄに示されるプラズマ源１０２を誘導結合プラズマ源としてもよい。図４Ａ〜図４Ｄに示されるプラズマ源１０２は、プラズマ発生器３０２が本体４０３の外側に配置されているため、図２に示される開口部２１８を含まない。一実施形態において、真空処理チャンバ１０６から出る腐食性材料は、入口４０５を介して本体４０３に流入し、出口４０７を介して本体４０３から流出する。腐食性材料は、本体４０３を腐食することがある。プラズマ源１０２の本体４０３を腐食性材料から保護し、プラズマ源１０２の耐用年数を増大させるために、本体４０３の内部表面は、腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されてもよい。被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、または他の適切な材料であってもよい。被覆材料は、化学気相堆積（ＣＶＤ）またはアーク溶射などの任意の適切な方法によって本体４０３の内側表面に被覆されてもよい。

あるいは、真空処理チャンバ１０６から出る腐食性材料は、入口４０５を介して、本体４０３の内側に形成されたチャネルに流入し、チャネルの内側表面が腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されてもよい。チャネルの内側表面の被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、ＡｓＭＹ（アルミニウム酸化物シリコンマグネシウムイットリウム）、陽極酸化された材料、セラミックライナ、石英チューブ、パリレン、または他の適切な材料であってもよい。一部の実施形態では、本体４０３は、一体型の材料であり、入口４０５と出口４０７との間に画成されたチャネルは、一体型本体４０３内に形成される。他の実施形態では、本体４０３は中空であり、本体４０３の中空内部は、入口４０５と出口４０７との間に画成されたチャネルを形成する。１つまたは複数の冷却チャネルは、チャネルと中空本体４０３の壁との間の空間に形成されてもよい。図４Ｂ〜図４Ｄは、プラズマ源１０２の本体４０３内側のチャネルの様々な例を示す。

図４Ｂは、プラズマ源１０２の断面図である。プラズマ源１０２は、ＲＦコイル４０２の形態のプラズマ発生器３０２、本体４０３、および本体４０３の内側に形成されたチャネル４１０を含む。本体４０３は、図４Ｂに示されるように中空であってもよく、または図４Ｃおよび図４Ｄに示されるように、一体型の材料であってもよい。チャネル４１０は、図４Ｂに示されるように、入口４０５から出口４０７へ延在することができ、入口４０５と出口４０７との間で屈折した部分４１１を有してもよい。屈折した部分４１１は、長手部分４２０および屈曲部分４２２を含むことができる。長手部分４２０は、入口４０５および出口４０７を貫いて延在する中心軸４５０に実質的に垂直であってもよい。チャネル４１０の内側表面は、腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されてもよい。チャネルの内側表面の被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、ＡｓＭＹ、陽極酸化された材料、セラミックライナ、石英チューブ、パリレン、または他の適切な材料であってもよい。

図４Ｃは、プラズマ源１０２の断面図である。プラズマ源１０２は、ＲＦコイル４０２の形態のプラズマ発生器３０２、本体４０３、および本体４０３の内側に形成されたチャネル４１２を含む。チャネル４１２は、入口４０５から出口４０７へ延在する。一実施形態において、チャネル４１２は、複数の並列通路４１４および隣接する通路４１４を接続する少なくとも２つの副チャンネル４１６を含む。通路４１４は、ＲＦコイル４０２に対して角度付けされていてもよく、その角度は、０〜１８０度、例えば、約９０度であってもよい。通路４１４は、図４Ｃに示されるように中心軸４５０と実質的に平行、または中心軸４５０と実質的に垂直であってもよい。チャネル４１２の内側表面は、腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されてもよい。チャネルの内側表面の被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、ＡｓＭＹ、陽極酸化された材料、セラミックライナ、石英チューブ、パリレン、または他の適切な材料であってもよい。

図４Ｄは、プラズマ源１０２の断面図である。プラズマ源１０２は、ＲＦコイル４０２の形態のプラズマ発生器３０２、本体４０３、および本体４０３の内側に形成されたチャネル４１８を含む。チャネル４１８は、図４Ｄに示されるように、入口４０５から出口４０７へ延在することができ、入口４０５と出口４０７との間で屈折した部分４１９を有してもよい。屈折した部分４１９は、長手部分４２４および屈曲部分４２６を含むことができる。長手部分４２４は、中心軸４５０と実質的に平行であってもよい。チャネル４１８の内側表面は、腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されてもよい。チャネルの内側表面の被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、ＡｓＭＹ、陽極酸化された材料、セラミックライナ、石英チューブ、パリレン、または他の適切な材料であってもよい。

軽減システムは、フォアラインおよびプラズマ源を含んでもよく、フォアラインの内側表面およびプラズマ源は、フォアラインおよびプラズマ源を、フォアラインおよびプラズマ源に入ることがある腐食性材料から保護するために、イットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンなどの被覆材料で被覆されてもよい。あるいは、チャネルは、球状の、中空または一体型の本体を有するプラズマ源で形成されてもよく、チャネルの内側表面は、腐食性材料に耐性のある被覆材料で被覆されてもよい。チャネルの内側表面の被覆材料は、イットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、ＡｓＭＹ、陽極酸化された材料、セラミックライナ、石英チューブ、パリレン、または他の適切な材料であってもよい。内側表面を被覆してしまうことで、軽減システムの耐用年数が増大する。

前述の事項は、本開示の実施形態を対象としているが、他のおよびさらなる実施形態が本開示の基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 入口および出口を含む本体であって、前記入口および前記出口が前記本体内部で流体結合され、内側表面をさらに含み、前記内側表面がイットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆されている、本体と、
   前記入口と前記出口との間に２つの流路を形成した位置で前記本体に配置された分流装置と、
   前記分流装置と前記本体の内側表面との間の前記本体内部でプラズマを形成するように動作可能な位置に配置されたプラズマ発生器と、
   を備える、プラズマ源。
2. 前記本体が球状であり、石英またはアルミニウム酸化物から作られている、請求項１に記載のプラズマ源。
3. 前記プラズマ発生器が冷却ジャケットをさらに備える、請求項１に記載のプラズマ源。
4. フォアラインの内側表面がイットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆されているフォアラインと、
   前記フォアラインに結合されたプラズマ源とを備え、
   前記プラズマ源が、
   出口に流体結合された入口を含む本体であり、内側表面をさらに含み、前記内側表面がイットリウム酸化物またはダイヤモンド類似カーボンで被覆されている、本体、および
   前記入口と前記出口との間に２つの流路を形成した位置で前記本体に配置された分流装置を備える、軽減システム。
5. 前記プラズマ源の前記本体が石英またはアルミニウム酸化物から作られている、請求項４に記載の軽減システム。
6. 前記本体内部でプラズマを形成するように動作可能な位置に配置されたプラズマ発生器と、
   前記プラズマ発生器の温度を調整するように構成された冷却ジャケットと、
   をさらに備える、請求項４に記載の軽減システム。
7. 前記フォアラインに形成された注入口をさらに備える、請求項４に記載の軽減システム。
8. 前記フォアラインが真空処理チャンバに取り付けられている、請求項４に記載の軽減システム。
9. 前記本体が実質的に球状の内側表面を含む、請求項４に記載の軽減システム。
10. 入口および出口を含む本体と、
    前記本体を取り囲むＲＦコイルと、
    前記本体内部に形成された、前記入口および前記出口を流体結合するチャネルであって、前記チャネルの内側表面がイットリウム酸化物、ダイヤモンド類似カーボン、またはアルミニウム酸化物シリコンマグネシウムイットリウムで被覆されている、チャネルと、
    を備える、プラズマ源。
11. 前記本体が球状であり、石英またはアルミニウム酸化物から作られている、請求項１０に記載のプラズマ源。
12. 前記本体が中空である、請求項１０に記載のプラズマ源。
13. 前記本体が一体型の材料である、請求項１０に記載のプラズマ源。
14. 前記チャネルが屈折した部分を備える、請求項１０に記載のプラズマ源。
15. 前記チャネルが複数の並列通路および隣接する通路を接続する少なくとも２つ副チャンネルを備える、請求項１０に記載のプラズマ源。

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