JP2018502451A - 水素または水素含有ガスとともに水蒸気を使用するプラズマ軽減 - Google Patents
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Abstract
処理チャンバからのPFCガスを含有する放出物を軽減するプラズマ軽減プロセスが記載される。プラズマ軽減プロセスでは、エッチングチャンバなど処理チャンバから気体のフォアライン放出物を取り込み、フォアライン経路内に配置されたプラズマチャンバ内で放出物を反応させる。プラズマにより、PFCガスを解離させ、試薬と反応させて、この放出物を、従来の設備の水スクラビング技術によって容易に除去することができる地球温暖化を引き起こさない化合物に変換する。本開示は、PFC分解に加えて、軽減された化合物の組成が、下流の支持機器に対する保守間隔の延長を可能にするように修正された、試薬の水素と酸素の比を制御する方法について説明する。【選択図】図1
Description
本開示の実装形態は、一般に、半導体処理機器のための軽減に関する。より詳細には、本開示の実装形態は、放出物中に存在する化合物を軽減する技法に関する。
半導体製造プロセス中に生じる放出物は、規制要件ならびに環境および安全上の問題のために処分前に軽減または処置しなければならない多くの化合物を含む。これらの化合物の中には、たとえばエッチングプロセスで使用されるパーフルオロカーボン(PFC)がある。
半導体およびフラットパネルディスプレイの製造業界では、CF4、C2F6、NF3、およびSF6などのPFCが、たとえば誘電体層エッチングおよびチャンバ洗浄で一般に使用される。製造または洗浄プロセス後、典型的には、プロセスツールから汲み上げられた放出物ガス流中に残留PFC分が存在する。PFCは、放出物流から除去するのが困難であり、比較的高い温室作用を有することが知られていることから、PFCが環境中へ解放されることは望ましくない。PFCおよび地球温暖化ガスの軽減のために、遠隔プラズマ源(RPS)またはインライン式プラズマ源(IPS)が使用されてきた。
PFCを軽減する現在の軽減技術の設計では、水素源として水蒸気および試薬として酸素を利用し、または酸素のみを利用する。これらは、PFCガスに対して優れた分解能力を提供するが、下流の真空機器の清浄度および信頼性を維持して保守間隔を延ばすという追加の利益をももたらすさらなる改善を加えることができることが明らかにされている。
本明細書に開示する実装形態は、処理チャンバからの放出物を軽減する方法およびシステムを含む。これらは、特に酸素試薬組成物に対する水素の比を制御して、効果的なPFC軽減性能を維持し、かつ機器保守間隔を支持するための改善も可能にする方法を含む。
一実装形態では、放出物を処理する方法は、放出物を処理チャンバからプラズマ源内へ流すステップであって、放出物がPFCガスを含む、流すステップと、軽減試薬をプラズマ源へ送出するステップであって、軽減試薬が少なくとも2.5:1の水素と酸素の比を含む、送出するステップと、プラズマの存在下で放出物および軽減試薬を活性化して、PFCガスを軽減された材料に変換するステップとを含むことができる。
別の実装形態では、放出物ガスを軽減する方法は、軽減試薬をプラズマチャンバ内へ流すステップと、放出物ガスをプラズマチャンバ内へ流すステップであって、放出物ガスがPFCガスを含み、それにより、軽減すべきガスがプラズマと反応し、水素とハロゲンの比が約1:1であり、酸素とPFCガスの比が約2:1である、流すステップと、プラズマチャンバ内で軽減試薬からプラズマを生成するステップとを含むことができる。
別の実装形態では、放出物を処理する方法は、PFCガスを含む放出物を処理チャンバからプラズマ源内へ流すステップと、軽減試薬をプラズマ源へ送出するステップであって、軽減試薬がH2およびH2Oを含み、H2およびH2Oが少なくとも3:1の水素と酸素の比で送出され、H2がH2Oの電気分解によって形成される、送出するステップと、放出物および軽減試薬から誘導結合プラズマを形成して、軽減された材料を生じさせるステップであって、軽減された材料が動作温度および圧力で気体である、生じさせるステップとを含むことができる。
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、実装形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができる。実装形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、本開示は他の等しく有効な実装形態も許容しうるため、添付の図面は本開示の典型的な実装形態のみを示し、したがって本開示の範囲を限定すると解釈されるべきでないことに留意されたい。
理解を容易にするために、可能な限り、同一の参照番号を使用して、複数の図に共通の同一の要素を指す。加えて、一実装形態の要素は、本明細書に記載する他の実装形態での利用に有利に適合させることができる。
本明細書に開示する実装形態は、処理チャンバを出る放出物中に存在する材料に対するプラズマ軽減プロセスを含む。プラズマ軽減プロセスは、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、または他の真空処理チャンバなどの処理チャンバからのフォアライン放出物を取り込み、フォアライン経路内に配置されたプラズマチャンバ内で放出物を軽減試薬と反応させる。プラズマは、放出物中に存在する材料ならびに軽減試薬を励磁して、この材料をより良性の形態へより効率的に変換する。いくつかの実装形態では、プラズマは、放出物および軽減試薬中に存在する材料を少なくとも部分的に解離することができ、それにより放出物中の材料をより良性の形態に変換する効率が増大する。水などの軽減試薬は、放出物中に存在する材料の軽減を助けることができる。
本明細書に記載する実装形態では、軽減試薬中の水蒸気に余分の水素を追加して、少なくとも2.5:1の水素と酸素の比をもたらすことができる。水蒸気に水素を追加することにより、水蒸気追加の本来の安全性が維持され、一方、放出物とパーフルオロ化合物(PFC)ガスとの反応後に得られる活性酸素が制御される。本明細書に記載する方法およびシステムでは、脱イオン水の電気分解による水素の生成を用いることができる。本明細書に開示する実装形態について、図を参照して以下により明確に説明する。
図1は、本明細書に開示する実装形態による処理システム100の概略図を示す。図1に示すように、フォアライン102は、処理チャンバ101と軽減システム111を結合させる。処理チャンバ101は、たとえば、とりわけ堆積プロセス、エッチングプロセス、アニーリング、または洗浄プロセスを実施する処理チャンバとすることができる。堆積プロセスを実施する代表的なチャンバは、たとえば、プラズマ化学気相堆積(PECVD)チャンバ、化学気相堆積(CVD)チャンバ、または物理的気相堆積(PVD)チャンバなどの堆積チャンバを含む。いくつかの実装形態では、堆積プロセスは、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiNx)、酸窒化ケイ素(SiON)、結晶シリコン、a−Si、ドープされたa−Si、フッ化ガラス(FSG)、リンがドープされたガラス(PSG)、ホウ素−リンがドープされたガラス(BPSG)、炭素がドープされたガラス、ならびにポリイミドおよび有機シロキサンなどの他の低誘電率の誘電体など、誘電体を堆積させるプロセスとすることができる。他の実装形態では、堆積プロセスは、たとえば、チタン、二酸化チタン、タングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル、炭化タンタル、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ルテニウム、またはコバルトなどの金属、金属酸化物、または金属窒化物を堆積させるプロセスとすることができる。加えて、リチウム−リン−酸素窒化物、リチウム−コバルトなどの金属合金を堆積させることができる。
フォアライン102は、処理チャンバ101を離れる放出物を軽減システム111へ送る導管として働く。放出物は、大気中へ解放するには望ましくない材料を含有することがあり、または真空ポンプなどの下流の機器を損傷することがある。たとえば、放出物は、誘電体堆積プロセスまたは金属堆積プロセスからの化合物を含有することがある。
放出物中に存在することがあるシリコン含有材料の例には、たとえば、二酸化ケイ素(SiO2)、シラン(SiH4)、ジシラン、四塩化ケイ素(SiCl4)、窒化ケイ素(SiNx)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、ヘキサクロロジシラン(Si2Cl6)、ビス(t−ブチルアミノ)シラン、トリシリルアミン、ジシリルメタン、トリシリルメタン、テトラシリルメタン、およびオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)(Si(OEt)4)が含まれる。シリコン含有材料の他の例には、ジシロキサン(SiH3OSiH3)、トリシロキサン(SiH3OSiH2OSiH3)、テトラシロキサン(SiH3OSiH2OSiH2OSiH3)、およびシクロトリシロキサン(−SiH2OSiH2OSiH2O−)などのジシロキサンが含まれる。放出物中に存在することがある他の材料の例には、スチビン(SbH3)、ゲルマン(GH4)、テルル化水素、ならびにCH4およびより高次のアルカンなどの炭素含有化合物が含まれる。
この実装形態から利益を得るために修正することができる1つの軽減システム111は、他の適したシステムの中でも、カリフォルニア州サンタクララ所在のApplied Materialsから入手可能なZFP2(商標)軽減システムである。図示のように、軽減システム111は、プラズマ源104、試薬送出システム106、フォアラインガス噴出キット108、コントローラ118、および真空源120を含む。フォアライン102は、処理チャンバ101を離れる放出物をプラズマ源104へ提供する。プラズマ源104は、プラズマを生成するのに適したフォアライン102に結合された任意のプラズマ源とすることができる。たとえば、プラズマ源104は、フォアライン102内へ反応種を導入するためにフォアライン102内またはフォアライン102近傍にプラズマを生成する遠隔プラズマ源、インライン式プラズマ源、または他の適したプラズマ源とすることができる。プラズマ源104は、たとえば、誘導結合プラズマ源、容量結合プラズマ源、直流プラズマ源、またはマイクロ波プラズマ源とすることができる。プラズマ源104は、さらに、上述した任意の種類の磁気的に強化されたプラズマ源とすることができる。
試薬送出システム106はまた、フォアライン102と結合することができる。試薬送出システム106は、軽減試薬など1つまたは複数の試薬をプラズマ源104の上流のフォアライン102へ送出する。代替実装形態では、試薬送出システム106は、プラズマ源104内へ試薬を直接送出するようにプラズマ源104に直接結合することができる。試薬送出システム106は、1つまたは複数のバルブを介してフォアライン102(またはプラズマ源104)に結合された試薬源105(または複数の試薬源(図示せず))を含むことができる。たとえば、いくつかの実装形態では、バルブ機構は、試薬源105からフォアライン102内への1つまたは複数の試薬の流れを制御するオン/オフスイッチとして機能する2方向制御弁103と、フォアライン102内への1つまたは複数の試薬の流量を制御する流量制御デバイス107とを含むことができる。流量制御デバイス107は、フォアライン102と制御弁103との間に配置することができる。制御弁103は、電磁弁、空気圧弁など任意の適した制御弁とすることができる。流量制御デバイス107は、固定のオリフィス、質量流量コントローラ、ニードル弁など、任意の適した能動または受動の流量制御デバイスとすることができる。
試薬送出システム106によって送出することができる代表的な揮発する軽減試薬には、たとえば、H2Oが含まれる。たとえばCF4および/または他の材料を含有する放出物を軽減するときは、H2Oを使用することができる。1つまたは複数の実装形態では、H2Oとともに水素含有ガスを使用することができる。代表的な水素含有ガスには、アンモニア(NH3)およびH2が含まれる。いくつかの実装形態では、揮発する軽減試薬は、放出物の化合物によって使い尽くされることがあり、したがって、触媒と見なすことはできない。
また、プラズマ源104の上流または下流(図1では下流を示す)で、フォアラインガス噴出キット108をフォアライン102に結合することができる。フォアラインガス噴出キット108は、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、または清浄な乾燥空気などのフォアラインガスをフォアライン102内へ制御可能に提供して、フォアライン102内の圧力を制御することができる。フォアラインガス噴出キット108は、フォアラインガス源109と、それに続いて圧力調節器110と、さらにそれに続いて制御弁112と、さらにそれに続いて流量制御デバイス114とを含むことができる。圧力調節器110は、ガス送出圧力設定点を設定する。制御弁112は、ガス流を開けたり閉めたりする。制御弁112は、制御弁103に対して上記で論じたような任意の適した制御弁とすることができる。流量制御デバイス114は、圧力調節器110の設定点によって指定されるガスの流れを提供する。流量制御デバイス114は、流量制御デバイス107に対して上記で論じたような任意の適した流量制御デバイスとすることができる。
いくつかの実装形態では、フォアラインガス噴出キット108は、圧力計116をさらに含むことができる。圧力計116は、圧力調節器110と流量制御デバイス114との間に配置することができる。圧力計116は、キット108内で流量制御デバイス114の上流の圧力を測定するために使用することができる。圧力計116で測定された圧力は、圧力調節器110を制御することによって流量制御デバイス114の上流の圧力を設定するために、上記で論じたコントローラ118などの制御デバイスによって利用することができる。
いくつかの実装形態では、ガスの使用が最小になるように、コントローラ118によって制御弁112を制御し、試薬送出システム106からの試薬が流れているときのみ開けてガスを通すことができる。たとえば、試薬送出システム106の制御弁103とキット108の制御弁112との間の点線によって示すように、制御弁112は、制御弁103が開いているか(または閉じているか)に応答して開く(または閉じる)ことができる。
フォアライン102は、真空源120または他の適したポンピング装置に結合することができる。真空源120は、放出物を処理チャンバ101からスクラバ、焼却炉などの適当な下流の放出物取扱い機器へ汲み上げる。いくつかの実装形態では、真空源120は、乾燥機械ポンプなどバッキングポンプとすることができる。真空源120は、たとえば、フォアライン102内の圧力の制御またはその追加の制御の提供のために所望のレベルに設定することができる可変のポンピング能力を有することができる。
コントローラ118は、基板処理システム100の様々な構成要素に結合して、その動作を制御することができる。たとえば、コントローラは、本明細書に開示する教示に従ってフォアラインガス噴出キット108、試薬送出システム106、および/またはプラズマ源104を監視および/または制御することができる。
図1の実装形態を概略的に表し、いくつかの構成要素は、簡単にするために省略した。たとえば、処理チャンバ101から放出物ガスを除去するために、処理チャンバ101とフォアライン102との間に、ターボ分子ポンプなど高速の真空ポンプを配置することができる。加えて、フォアラインガス、試薬、および/またはプラズマを供給するために、構成要素の他の変形形態を提供することができる。
本明細書に開示する方法の例示的な実装形態では、処理チャンバ101から出る望ましくない材料を含有する放出物は、プラズマ源104に入る。放出物は、炭素含有ガス、窒素含有ガス、または硫黄含有ガスの可能性があるPFCガスを含む可能性がある。一実装形態では、PFCは、CF4、CH3F、CH2F2、CH4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、およびNF3を含むまたはそれらからなる群から選択されるガスである。前述のPFCガスの組合せが、放出物中に存在することがある。水蒸気および水素含有ガスなど、少なくとも2.5:1の水素と酸素の比を有する軽減試薬が、プラズマ源104に入る。プラズマ源104内で軽減試薬からプラズマが生成され、それによって軽減試薬が励磁され、いくつかの実装形態では、放出物も励磁される。いくつかの実装形態では、放出物中に同伴される軽減試薬および/または材料の少なくとも一部は、少なくとも部分的に解離される。軽減試薬の識別情報、軽減試薬の流量、フォアラインガス噴出パラメータ、およびプラズマ生成条件は、放出物中に同伴される材料の組成に基づいて判定することができ、コントローラ118によって制御することができる。プラズマ源104が誘導結合プラズマ源である実装形態では、解離には数kWの電力を必要とすることがある。
図2は、処理チャンバを出る放出物中のターゲット材料を軽減する揮発方法200の一実装形態を示す流れ図である。方法200は、放出物を処理チャンバ101など処理チャンバからプラズマ源104などプラズマ源内へ流すステップ202であって、放出物がPFCを含む、流すステップ202と、軽減試薬をプラズマ源へ送出するステップ204であって、軽減試薬が少なくとも2.5:1の水素と酸素の比を含む、送出するステップ204と、プラズマの存在下で放出物および軽減試薬を活性化して、放出物および軽減試薬中のPFCを軽減された材料に変換するステップ306とによって始まる。いくつかの実装形態では、放出物中に同伴される軽減試薬および/または材料の少なくとも一部は、少なくとも部分的に解離される。放出物中のターゲット材料は、プラズマ源内で形成された軽減試薬を含むプラズマの存在下で、軽減された材料に変換される。次いで、放出物中の材料は、プラズマ源を出て、真空源120など真空源内へ流れることができ、かつ/またはさらに処置することができる。
方法200は、放出物を処理チャンバからプラズマ源内へ流すステップ202であって、放出物がPFCを含む、流すステップ202によって始まる。PFC化合物など軽減することが望ましい材料を含有する放出物は、プラズマ源104内へ流される。一例では、排気ガスは、プロセスチャンバ101で発生して、エッチング、堆積、洗浄などの複数のプロセスのいずれかの実行に起因していることがある。試薬ガスは、たとえば試薬送出システム106によって、フォアライン102内へ注入することができる。
204で、軽減試薬をプラズマ源へ送出することができる。H2Oを使用する代表的な軽減プロセスでは、試薬送出システム106からのH2Oが、プラズマ源104内へ流される。H2Oは、水素含有試薬とともに送出することができる。水素含有試薬は、H2、アンモニア(NH3)、メタン(CH4)、またはこれらの組合せを含むことができる。一実装形態では、H2は、H2Oと同時に送出される。軽減試薬は、少なくとも3:1の水素と酸素の比など、少なくとも2.5:1の水素と酸素の比を有する。一実装形態では、水素と酸素の比は、約3:1〜約10:1である。別の実装形態では、軽減試薬は、H2、H2O、アンモニア、またはメタンの少なくとも1つを含む。軽減試薬は、所望の水素と酸素の比を実現するために、ガスの組合せをさらに含むことができる。
206で、プラズマを使用して放出物および軽減試薬を活性化し、PFCガスを軽減された材料に変換することができる。プラズマ源104内でプラズマが生成され、それによってPFC化合物がハロゲン化水素化合物および酸化物化合物に変換される。ハロゲン化水素化合物および酸化物化合物は揮発性であり、人間の健康および下流の放出物取扱い構成要素にとって、軽減されていない放出物より良性である。プラズマは、マイクロ波プラズマ、誘導結合プラズマ、または容量結合プラズマなど、当技術分野では知られているプラズマ生成方法を使用して生成することができる。一実装形態では、プラズマは誘導結合プラズマである。その結果得られる軽減された材料は、動作温度および圧力で気体である。
前述の実装形態には、多くの利点がある。たとえば、本明細書に開示する技法は、揮発性、毒性、および/または爆発性の放出物を、より安全に取り扱うことができるはるかに良性の化学物質に変換することができる。プラズマ軽減プロセスは、作業者による放出物への深刻な露出の点で、また自然発火性または毒性の材料をより環境に優しく安定した材料に変換することによって、人間の健康にとって有益になる。プラズマ軽減プロセスはまた、粒子および/または他の腐食性材料を放出物流から除去することによって、たとえば真空ポンプなどの半導体処理機器を、過度の摩耗および早すぎる故障から保護する。さらに、真空フォアライン上で軽減技法を実行することで、作業者および機器にとって追加の安全性が加えられる。軽減プロセス中に機器の漏れが生じた場合、外側の環境に対して放出物の圧力が低いことから、放出物が軽減機器から逃れることが防止される。加えて、本明細書に開示する軽減試薬の多くは、低コストかつ多用途である。たとえば、PFCガスの軽減で使用されるH2OおよびH2は、どちらも多用途かつ低コストである。前述の利点は例示であり、限定ではない。すべての実装形態がこれらの利点をすべて有する必要はない。
上記は、開示するデバイス、方法、およびシステムの実装形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、開示するデバイス、方法、およびシステムの他のさらなる実装形態を考案することができ、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)
- 放出物を処理する方法であって、
放出物を処理チャンバからプラズマ源内へ流すステップであって、前記放出物がPFCガスを含む、流すステップと、
軽減試薬の組合せを前記プラズマ源へ送出するステップであって、前記軽減試薬が少なくとも2.5:1の水素と酸素の比を含む、送出するステップと、
プラズマの存在下で前記放出物および前記軽減試薬を活性化して、前記PFCガスを軽減された材料に変換するステップとを含む、方法。 - 前記PFCガスが、炭素含有ガス、窒素含有ガス、または硫黄含有ガスである、請求項1に記載の方法。
- 前記水素と酸素の比が約3:1〜約10:1である、請求項1に記載の方法。
- 前記軽減試薬がH2を含み、前記H2が、H2O電気分解システムから送出される、請求項1に記載の方法。
- 前記PFCガスが、CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、NF3、CH3F、およびCH2F2を含むまたはそれらからなる群から選択されるガスである、請求項1に記載の方法。
- 前記軽減試薬および前記放出物が、プラズマを形成する前に組み合わされる、請求項1に記載の方法。
- 放出物ガスを軽減する方法であって、
軽減試薬をプラズマチャンバ内へ流すステップと、
放出物ガスを前記プラズマチャンバ内へ流すステップであって、前記放出物ガスがPFCガスを含み、それにより、軽減すべき前記ガスが前記プラズマと反応し、前記水素とハロゲンの比が約1:1であり、前記酸素と炭素または硫黄の比が約2:1である、流すステップと、
前記プラズマチャンバ内で前記軽減試薬からプラズマを生成するステップとを含む、方法。 - 前記プラズマが誘導結合プラズマである、請求項7に記載の方法。
- 前記水素と酸素の比が約3:1〜約10:1である、請求項7に記載の方法。
- 前記軽減試薬がH2を含み、前記H2が、H2O電気分解システムから送出される、請求項7に記載の方法。
- 前記軽減試薬および前記放出物が、プラズマを形成する前に組み合わされる、請求項7に記載の方法。
- 前記PFCガスが、CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、NF3、CH3F、およびCH2F2を含むまたはそれらからなる群から選択されるガスである、請求項7に記載の方法。
- 放出物を処理する方法であって、
PFCガスを含む放出物を処理チャンバからプラズマ源内へ流すステップと、
軽減試薬を前記プラズマ源へ送出するステップであって、前記軽減試薬がH2およびH2Oを含み、前記H2およびH2Oが少なくとも3:1の水素と酸素の比で送出され、前記H2がH2Oの電気分解によって形成される、送出するステップと、
前記放出物および前記軽減試薬から誘導結合プラズマを形成して、軽減された材料を生じさせるステップとを含む、方法。 - 前記水素と酸素の比が約3:1〜約10:1である、請求項13に記載の方法。
- 前記PFCガスが、CF4、C2F6、C3F8、C4F10、CHF3、SF6、NF3、CH3F、およびCH2F2を含むまたはそれらからなる群から選択されるガスである、請求項13に記載の方法。
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