JP2020179398A - 重原子を含有する化合物のプラズマ軽減 - Google Patents

Abstract

【課題】処理チャンバからの化合物を含有する廃水を軽減するプラズマ軽減プロセスを提供する。【解決手段】プラズマ軽減プロセスは、堆積チャンバなどの処理チャンバからの気体状のフォアライン廃水を取り込み、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廃水を反応させる。プラズマは、廃水中の化合物を解離して、廃水をより環境に優しい化合物に変換する。軽減試薬は、化合物の軽減を助けることができる。軽減プロセスは、揮発または凝縮による軽減プロセスとすることができる。代表的な揮発軽減試薬は、たとえば、ＣＨ4、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、ＮＦ3、ＳＦ6、Ｆ2、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｃｌ2、およびＨＢｒを含む。代表的な凝縮軽減試薬は、たとえば、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、Ｎ2、Ｏ3、ＣＯ、ＣＯ2、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、ＣＨ4、およびこれらの組合せを含む。【選択図】図２Ａ

Description

本開示の実施形態は、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、本開示の実施形態は、半導体処理機器の廃水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廃水は、規制要件ならびに環境および安全上の問題のため、処分前に軽減または処置され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ペルフルオロカーボン（ＰＦＣ）がある。ＰＦＣおよび温暖化ガスの軽減には、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。しかし、半導体処理から生成される重原子および粒子状物質を含有するガスなど、半導体処理で使用される他のガスを軽減するための現在の軽減技術の設計は不十分である。そのようなガスおよび粒子状物質は、人間の健康にとっても環境にとっても有害であるとともに、処理ポンプなどの半導体処理機器にとっても有害である。

したがって、当技術分野で必要とされているのは、改善された軽減方法である。

本明細書に開示する実施形態は、処理チャンバからの廃水を軽減する方法を含む。この方法は、処理チャンバからの廃水をプラズマ源内へ流すことを含む。この方法はまた、プラズマ源内へ軽減試薬を流すことを含む。この方法は、プラズマ源内に形成されたプラズマの存在下で廃水中の物質を軽減試薬と反応させ、廃水中の物質を異なる物質に変換することをさらに含む。
本明細書に開示する実施形態はまた、処理チャンバからの廃水を軽減するシステムを含む。システムは、処理チャンバのフォアラインに結合された磁気強化プラズマ源を含む。処理チャンバは、堆積チャンバである。システムはまた、プラズマ源の上流に位置決めされてプラズマ源に結合された試薬源を含む。試薬源は、プラズマ源へ軽減試薬を送出するように構成される。
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、いくつかを添付の図面に示す実施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。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容することができるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

いくつかの実施形態による基板処理システムの概略図である。 一実施形態によるプラズマ源の横断面斜視図である。 一実施形態によるプラズマ源の横断面底面図である。 一実施形態による金属シールドの拡大図である。 処理チャンバから出る廃水を軽減する方法の一実施形態を示す流れ図である。 処理チャンバから出る廃水を軽減する方法の一実施形態を示す流れ図である。

理解を容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して図に共通の同一の要素を指す。加えて、一実施形態の要素は、有利には、本明細書に記載する他の実施形態での利用に適合させることができる。
本明細書に開示する実施形態は、処理チャンバから出る廃水中に存在する物質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廃水を取り込み、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廃水を反応させる。プラズマは、廃水中に存在する物質にエネルギーを与え、より環境に優しい形態への物質の変換をより効率的にする。いくつかの実施形態では、プラズマは、廃水中に存在する物質を少なくとも部分的に解離することができ、それによってより環境に優しい形態へ廃水中の物質を変換する効率を増大させる。軽減試薬は、廃水中に存在する物質の軽減を助けることができる。軽減プロセスは、揮発または凝縮による軽減プロセスとすることができる。

揮発軽減プロセスは、ＳｉＯ₂を形成しうるＳｉＦ_xなどの物質を、軽減プロセスの下流の真空ポンプ内で固体を形成しないガス種に変換する。本明細書では、揮発軽減プロセスで使用することができる軽減試薬を、揮発軽減試薬と呼ぶ。代表的な揮発軽減試薬には、たとえば、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、ＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｆ₂、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｃｌ₂、およびＨＢｒが含まれる。代表的な揮発軽減試薬にはまた、ＣＨ_xＦ_yとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せ、ならびにＣＦ_xとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せが含まれる。凝縮軽減プロセスは、廃水中の物質を固体に変換し、固体が真空ポンプに到達しないように変換された固体を貯留する。本明細書では、凝縮軽減プロセスで使用することができる軽減試薬を、凝縮軽減試薬と呼ぶ。代表的な凝縮軽減試薬には、たとえば、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｏ₃、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＣＨ₄、およびこれらの組合せが含まれる。

図１は、本明細書に開示する実施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を軽減システム１１１に結合する。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には、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が含まれる。いくつかの実施形態では、堆積プロセスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）、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オルガノシロキサンなどの他の低誘電率誘電体などの誘電体を堆積させるプロセスとすることができる。他の実施形態では、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を出た廃水を軽減システム１１１へ送る導管として働く。廃水は、大気中へ解放するのに望ましくない物質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、廃水は、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。

本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる廃水中に存在する物質の例には、中心原子として、または中心原子がない場合、２つの最も中心の原子のうちの１つ（すなわち、ジシラン（Ｈ₃Ｓｉ−ＳｉＨ₃）中のＳｉ）として、重原子を有する化合物が含まれる。本明細書では、「重原子」は、たとえば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、およびＴｉなど、ホウ素より重い原子を含む。いくつかの実施形態では、廃水は、重原子がアルミニウムと少なくとも同じ重さである化合物を含有することができる。他の実施形態では、廃水は、重原子が炭素と少なくとも同じ重さである化合物を含有することができる。他の実施形態では、廃水は、重原子がシリコンと少なくとも同じ重さである化合物を含有することができる。いくつかの実施形態では、廃水は、金属化合物を含有することができる。いくつかの実施形態では、廃水は、中心原子として重原子を有していないものとすることができる。いくつかの実施形態では、廃水は、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）およびクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）などのフルオロカーボンのないまたは実質上ないものとすることができる。

本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる廃水中に存在するシリコン含有物質例には、たとえば、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、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（ＳｉＮ_x）、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。シリコン含有物質の他の例には、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。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる廃水中に存在するタングステン含有物質の例には、たとえば、Ｗ（ＣＯ）₆、ＷＦ₆、ＷＣｌ₆、またはＷＢｒ₆が含まれる。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる廃水中に存在するチタン含有物質の例には、たとえば、ＴｉＣｌ₄およびＴｉＢｒ₄が含まれる。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる廃水中に存在するアルミニウム含有物質の例には、たとえば、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウムが含まれる。本明細書に開示する方法を使用して軽減することができる廃水中に存在する他の物質の例には、スチビン（ＳｂＨ₃）、ゲルマン（ＧＨ₄）、テルル化水素、ならびにＣＨ₄および高次アルカンなどの炭素含有化合物が含まれる。

本発明から利益を得るよう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，Ｉｎｃ．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、フォアラインガス注入キット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を出た廃水をプラズマ源１０４へ提供する。プラズマ源１０４は、プラズマをその中で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、遠隔プラズマ源、インライン式プラズマ源、またはフォアライン１０２内へ反応種を導入するためにフォアライン１０２内もしくはフォアライン１０２近傍にプラズマを生成するのに適した他の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強化プラズマ源とすることができる。一実施形態では、プラズマ源１０４は、図２Ａ〜２Ｃを参照して記載するプラズマ源である。

試薬送出システム１０６はまた、フォアライン１０２に結合することができる。試薬送出システム１０６は、軽減試薬などの１つまたは複数の試薬（たとえば、揮発または凝縮軽減試薬とすることができる）を、プラズマ源１０４の上流のフォアライン１０２へ送出する。代替実施形態では、試薬送出システム１０６は、プラズマ源１０４内へ直接試薬を送出するように、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、いくつかの実施形態では、バルブ方式は、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ためのオン／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、空気圧弁などの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、ニードル弁などの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軽減試薬には、たとえば、Ｈ₂Ｏが含まれる。Ｈ₂Ｏは、たとえばＣＦ₄および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。別の代表的な揮発試薬には、アンモニア（ＮＨ₃）が含まれる。他の実施形態では、揮発軽減試薬は、Ｈ₂とすることができる。Ｈ₂は、たとえば、Ｈ₂Ｏ₂および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、揮発軽減試薬は、ＢＣｌ₃、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＮＦ₃、ＳＦ₄、ＳＦ₆、ＳＦ₈、他の還元もしくはハロゲン化エッチング化合物、またはこれらの組合せの少なくとも１つまたは複数とすることができる。還元またはハロゲン化エッチング化合物は、たとえば、ＳｉＨ_x、ＳｉＯ、Ａｌ、ＣＯ、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。さらに他の実施形態では、揮発軽減試薬は、ＣＨ_xＦ_yとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せとすることができる。ＣＨ_xＦ_yとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せは、たとえば、塩素、ＴｉＣｌ₄、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、揮発軽減試薬は、ＣＦ_xとＯ₂および／もしくはＨ₂Ｏとの組合せ、Ｃ_xＣｌ_yＦ_zとＯ₂および／もしくはＨ₂Ｏとの組合せ、または他のフレオンとＯ₂および／もしくはＨ₂Ｏとの組合せとすることができる。ＣＦ_xとＯ₂および／もしくはＨ₂Ｏとの組合せ、Ｃ_xＣｌ_yＦ_zとＯ₂および／もしくはＨ₂Ｏとの組合せ、または他のフレオンとＯ₂および／もしくはＨ₂Ｏとの組合せは、たとえば、ＳｉＯ、ＳｉＨ_x、ＮＨ_y、ＮＯ_x、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、揮発軽減試薬は、ＮＦ₃、Ｆ₂、Ｃｌ₂、Ｂｒ₂、Ｉ₂、またはこれらの組合せなどのハロゲンとすることができる。ハロゲンは、たとえば、ＴｉＣｌ₄、トリメチルアミン、トリエチルアルミニウム、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、揮発軽減試薬は、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、ＨＩ、またはこれらの組合せなどのハロゲン化水素とすることができる。ハロゲン化水素は、たとえば、ＳｉＯ、ＳｉＮ_x、ＳｉＨ_y、ＳｉＯ₂、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、揮発軽減試薬は、メタンまたは高次アルカンとすることができる。メタンまたは高次アルカンは、たとえば、塩素および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。さらに他の実施形態では、揮発軽減試薬は、上記に挙げた揮発軽減試薬のいずれかの任意の数の組合せとすることができる。いくつかの実施形態では、揮発軽減試薬は、廃水の化合物によって使い果たすことができ、したがって触媒であると見なされるものではない。

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凝縮軽減試薬には、たとえば、Ｈ₂Ｏが含まれる。Ｈ₂Ｏは、たとえば、ＳｉＨ_x、ＳｉＦ_x、Ｃ_xＦ_y、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、凝縮軽減試薬は、Ｈ₂とすることができる。Ｈ₂は、たとえば、ＮＨ_xＦ_y、ＮＨ_x、Ｆ_y、Ｆ₂（アンモニウム塩を作るために使用されるときなど）、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、凝縮軽減試薬は、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｏ₃、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、他の酸化剤、およびこれらの組合せとすることができる。酸化剤は、たとえば、炭素より重い物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。他の実施形態では、凝縮軽減試薬は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、他のアルカン、またはこれらの組合せなどのアルカンとすることができる。アルカンは、たとえば、塩素、アルミニウム、フッ素、および／または他の物質を含有する廃水を軽減するときに使用することができる。さらに他の実施形態では、凝縮軽減試薬は、上記に挙げた凝縮軽減試薬のいずれかの任意の数の組合せとすることができる。いくつかの実施形態では、凝縮軽減試薬は、廃水の化合物によって使い果たすことができ、したがって触媒であると見なされるものではない。

フォアラインガス注入キット１０８はまた、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１０２に結合することができる。フォアラインガス注入キット１０８は、フォアライン１０２内の圧力を制御するように、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することができる。フォアラインガス注入キット１０８は、フォアラインガス源１０９と、それに続いて圧力調整器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。圧力調整器１１０は、ガス送出圧力設定点を設定する。制御弁１１２は、ガス流を通し、止める。制御弁１１２は、制御弁１０３に関して上記で論じたものなどの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、圧力調整器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に関して上記で論じたものなどの任意の適した流量制御デバイスとすることができる。

いくつかの実施形態では、フォアラインガス注入キット１０８は、圧力計１１６をさらに含むことができる。圧力計１１６は、圧力調整器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、流量制御デバイス１１４の上流でキット１０８内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、下記で論じるように、圧力調整器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、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。
いくつかの実施形態では、制御弁１１２は、ガスの使用を最小にするために、試薬送出システム１０６からの試薬が流れているときにのみガスを通すように、コントローラ１１８によって制御することができる。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との間に破線によって示すように、制御弁１１２は、制御弁１０３が開けられた（または締められた）ことに応答して開ける（または締める）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、処理チャンバ１０１からの廃水を、スクラバ、焼却炉などの適当な下流の廃水処理機器へ送り込む。いくつかの実施形態では、真空源１２０は、乾燥機械式ポンプなどの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内の圧力を制御しまたは追加の制御を提供するために、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容量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よって、フォアラインガス注入キット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の実施形態は概略的に表されており、話を簡単にするために、いくつかの構成要素は省略されている。たとえば、処理チャンバ１０１から排ガスを除去するために、ターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを、処理チャンバ１０１とフォアライン１０２との間に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設けることができる。

本明細書に開示する方法の実施形態では、処理チャンバ１０１から出る望ましくない物質を含有する廃水は、プラズマ源１０４に入る。揮発または凝縮軽減試薬などの軽減試薬が、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にエネルギーを与え、いくつかの実施形態では廃水にもエネルギーを与える。いくつかの実施形態では、軽減試薬および／または廃水中に同伴される物質の少なくとも一部が、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、フォアラインガス注入パラメータ、およびプラズマ生成条件は、廃水中に同伴される物質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一実施形態では、解離には数ｋＷの電力が必要となることがある。

軽減剤は、たとえば、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、ＮＦ₃、ＳＦ₆、Ｆ₂、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｏ₃、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＣＨ₄、およびこれらの組合せを含むことができる。軽減剤はまた、ＣＨ_xＦ_yとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せならびにＣＦ_xとＯ₂および／またはＨ₂Ｏとの組合せを含むことができる。異なる軽減剤を使用して、異なる組成物を有する廃水を処置することもできる。

図２Ａは、一実施形態によるプラズマ源１０４の横断面斜視図である。図２Ａに示すように、本体２００は、外壁２０４、内壁２０６、第１の板２０３、および第２の板２０５を含むことができる。第１の板２０３および第２の板２０５は、リング形状を有することができ、外壁２０４および内壁２０６は、円筒形とすることができる。内壁２０６は、ＲＦ源（図示せず）に結合することができる中空の電極とすることができる。外壁２０４は、接地させることができる。第１の板２０３および第２の板２０５は、内壁２０６と同心円状とすることができる。第１の板２０３は、外側エッジ２０７および内側エッジ２０９を有することができ、第２の板２０５は、外側エッジ２１１および内側エッジ２１３を有することができる。外壁２０４は、第１の端部２１２および第２の端部２１４を有することができ、内壁２０６は、第１の端部２１６および第２の端部２１８を有することができる。内壁２０６の第１の端部２１６に隣接して、第１の絶縁リング２３０を配置することができ、内壁２０６の第２の端部２１８に隣接して、第２の絶縁リング２３２を配置することができる。絶縁リング２３０、２３２は、絶縁セラミック材料から作ることができる。第１の板２０３の外側エッジ２０７は、外壁２０４の第１の端部２１２に隣接することができ、第２の板２０５の外側エッジ２１１は、外壁２０４の第２の端部２１４に隣接することができる。一実施形態では、外壁２０４の端部２１２、２１４は、それぞれ外側エッジ２０７、２１１に接触する。第１の板２０３の内側エッジ２０９は、第１の絶縁リング２３０に隣接することができ、第２の板２０５の内側エッジ２１３は、第２の絶縁リング２３２に隣接することができる。外壁２０４と内壁２０６との間で第１の板２０３と第２の板２０５との間にプラズマ領域２８４が画定され、プラズマ領域２８４内に容量結合プラズマを形成することができる。

動作中に内壁２０６を低温で保つために、冷却ジャケット２２０を内壁２０６に結合することができる。内壁２０６は、外壁２０４に面する第１の表面２４２と、第１の表面とは反対の第２の表面２４４とを有することができる。一実施形態では、表面２４２、２４４はどちらも直線であり、冷却ジャケット２２０は、第２の表面２４４に結合される。一実施形態では、図２Ｂに示すように、第１の表面２４２は湾曲し、第２の表面２４４は直線である。冷却ジャケット２２０内には冷却チャネル２０８を形成することができ、冷却チャネル２０８は、冷却ジャケット２２０内との間で水などの冷却剤を流入および流出させるために、冷却剤入口２１７および冷却剤出口２１９に結合される。第１の板２０３上には、第１の複数の磁石２１０を配置することができる。一実施形態では、第１の複数の磁石２１０は、磁石のアレイを有するマグネトロンとすることができ、環状の形状を有することができる。第２の板２０５上には、第２の複数の磁石２４０を配置することができ、第２の複数の磁石２４０は、磁石のアレイを有するマグネトロンとすることができ、第１の複数の磁石２１０と同じ形状を有することができる。一実施形態では、第２の複数の磁石２４０はマグネトロンであり、環状の形状を有する。一実施形態では、磁石２１０、２４０は、端部２７０、２７２付近に形成された直線のアレイである。磁石２１０、２４０は、プラズマ領域２８４に面して反対の極性を有することができる。磁石２１０、２４０は、ネオジムセラミック磁石などの希土類磁石とすることができる。第１の板２０３または第１の板２０３および第２の板２０５上には、軽減剤および／またはパージングガスを注入するために、１つまたは複数のガス注入ポートを形成することができる。パージガスは、シールド２５０、２５２（図２Ｂに示す）上の堆積を低減させることができる。

図２Ｂは、一実施形態によるプラズマ源１０４の横断面底面図である。図２Ｂに示すように、内壁２０６の第１の表面２４２上には、複数の溝２４６が配置される。溝２４６は、連続するトレンチとすることができる。図２Ｂに示す第１の表面２４２は湾曲しているが、溝２４６は、図２Ａに示すように、直線の第１の表面２４２上に形成することができる。動作中、内壁２０６は無線周波（ＲＦ）電源によって給電され、外壁２０４は接地され、印加される電力のタイプ、ＲＦもしくは直流（ＤＣ）またはその間の何らかの周波数に応じて、発振しまたは一定である電界「Ｅ」を、プラズマ領域２８４内に形成する。また、両極性ＤＣおよび両極性パルスＤＣ電力を使用することができ、内壁および外壁は、２つの反対の電極を形成する。磁石２１０、２４０は、電界「Ｅ」に実質上直交するほぼ均一の磁界「Ｂ」をもたらす。この構成では、その結果得られる力により、普通なら電界「Ｅ」をたどるはずの電流が、第２の端部２７２の方へ（紙面から出る方向に）湾曲し、この力は、プラズマ電子損失を接地壁に制限することによって、プラズマ密度を著しく上昇させる。ＲＦ電力が印加される場合、発振する環状の電流が、主として接地壁から離れる方へ誘導されるはずである。ＤＣ電力が印加される場合、一定の環状の電流が、主として接地壁から離れる方へ誘導されるはずである。こうして印加電界から電流が発散する効果は、「ホール効果」として知られている。プラズマ領域２８４内に形成されるプラズマは、第１の端部２７０の開口２８０から第２の端部２７２の開口２８２へ流れる廃水中の副生成物の少なくとも一部分を解離する。また、軽減剤を注入して、解離されたものと反応させ、有害性の低い化合物を形成することができる。一実施形態では、廃水はシランを含有し、軽減剤は、廃水中のシランをガラスに変える水または酸素とすることができる。

プラズマ領域２８４内で第１の板２０３に隣接して、第１の金属シールド２５０を配置することができ、プラズマ領域２８４内で第２の板２０５に隣接して、第２の金属シールド２５２を配置することができ、プラズマ領域内で外壁２０４に隣接して、第３の金属シールド２５９を配置することができる。シールド２５０、２５２、２５９は、その上に物質を堆積させることができるため、取り外し可能、交換可能、および／または再利用可能とすることができる。第１の金属シールド２５０および第２の金属シールド２５２は、類似の構成を有することができる。一実施形態では、第１の金属シールド２５０および第２の金属シールド２５２はどちらも、環状の形状を有する。第１の金属シールド２５０および第２の金属シールド２５２はそれぞれ、互いから相互に分離された金属板２５４ａ〜２５４ｅのスタックを含む。各金属板２５４ａ〜２５４ｅ内には、金属板２５４ａ〜２５４ｅを変形させることなく膨張を可能にするために、１つまたは複数の間隙２７６（図２Ａに示す）を形成することができる。

図２Ｃは、一実施形態による金属シールド２５０の拡大図である。分かりやすくする目的で、１つまたは複数のガス注入ポートなど、プラズマ源１０４のいくつかの構成要素が省略されている。各板２５４ａ〜２５４ｅは、環状とすることができ、内側エッジ２５６および外側エッジ２５８を有することができる。金属板２５４ａ〜２５４ｅは、耐薬品性、放射伝熱、および応力低減を改善するために、陽極酸化を介してシールド表面の放射率を変化させるように被覆することができる。一実施形態では、金属板２５４ａ〜２５４ｅは、黒色の酸化アルミニウムで被覆される。金属板２５４ａの内側部分２７４は、アーク放電の防止および寸法の安定性のために、セラミック材料から作ることができる。板２５４ａ〜２５４ｅの端部２５６は、絶縁ワッシャ２６０によって互いから分離され、したがって板２５４ａ〜２５４ｅは互いから相互に分離される。ワッシャ２６０はまた、板２５４ｅを第１の板２０３から分離する。金属板２５４ａ〜２５４ｅのスタックは、１つまたは複数のセラミックロッドまたはスペーサ（図示せず）によって固定することができる。１つまたは複数のセラミックロッドは、金属板２５４ａ〜２５４ｅのスタックおよびワッシャを貫通することができ、各ロッドの一方の端部は、内壁２０６に結合され、各ロッドの他方の端部は、第１の板２０３／第２の板２０５に結合される。

一実施形態では、板２５４ａの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ１」は、板２５４ｂの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ２」より小さく、距離「Ｄ２」は、板２５４ｃの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ３」より小さく、距離「Ｄ３」は、板２５４ｄの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ４」より小さく、距離「Ｄ４」は、板２５４ｅの内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離「Ｄ５」より小さい。言い換えれば、内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離は、板の位置に関係し、すなわち、板がプラズマ領域２８４から遠くに配置されるほど、内側エッジ２５６と外側エッジ２５８との間の距離がより大きくなる。この構成では、内壁２０６と板２５４ａの外側エッジ２５８との間、板２５４ａの外側エッジ２５８と板２５４ｂの外側エッジ２５８との間、板２５４ｂの外側エッジ２５８と板２５４ｃの外側エッジ２５８との間、板２５４ｃの外側エッジ２５８と板２５４ｄの外側エッジ２５８との間、板２５４ｄの外側エッジ２５８と板２５４ｅの外側エッジ２５８との間、および板２５４ｅの外側エッジ２５８と外壁２０４との間に、６つの間隙があるため、内壁２０６と外壁２０４との間の電圧は６つに分割される。各間隙は小さい電位を有し、したがって間隙内の電界は小さく、それによりその領域が着火して印加電力を得る可能性はなく、したがって電力はプラズマ領域２８４に入り、プラズマ領域２８４内にプラズマをもたらす。上記のシールド２５０、２５２がなければ、内壁２０６の第１の端部２１６と外壁２０４の第１の端部２１２との間および内壁２０６の第２の端部２１８と外壁２０４の第２の端部２１４との間に局部的なプラズマ放電が生じる可能性があり、プラズマ領域２８４をプラズマで充填することができなくなる。

金属板２５４ａ〜２５４ｅ間の空間は暗黒部となることがあり、この暗黒部は、板上に堆積した物質で埋められて、板を互いに短絡させることがある。これが生じるのを防止するために、一実施形態では、各金属板２５４ａ〜２５４ｅは、段２６２を含み、したがって各金属板２５４ａ〜２５４ｅの外側エッジ２５８は、隣接する板からさらに離れる。段２６２により、外側エッジ２５８は、内側エッジ２５６に対して直線ではなくなる。各段２６２は、隣接する金属板間に形成される暗黒部２６４を遮蔽し、したがって暗黒部２６４内に物質が堆積しないようにすることができる。

金属は半導体プロセスで使用されるほとんどの化学物質に耐性を有するため、外壁２０４、内壁２０６、およびシールド２５０、２５２、２５９はすべて、金属から作ることができる。使用される金属のタイプは、真空処理チャンバ内でプラズマ源１０４の上流で使用される化学物質に依存することができる。一実施形態では、塩素ベースの化学物質が使用され、金属は、３１６ステンレス鋼などのステンレス鋼とすることができる。塩素ベースの化学物質内の絶縁リング２３０、２３２は、石英から作ることができる。別の実施形態では、フッ素ベースの化学物質が使用され、金属は、アルミニウムとすることができ、絶縁リング２３０、２３２は、アルミナから作ることができる。内壁２０６は、陽極酸化させたアルミニウムまたは溶射被覆したアルミニウムから作ることができる。
図３は、処理チャンバから出る廃水を軽減する揮発方法３００の一実施形態を示す流れ図である。方法３００は、ブロック３０２で、処理チャンバ１０１などの処理チャンバからの廃水をプラズマ源１０４などのプラズマ源内へ流すことによって始まる。ブロック３０４で、揮発軽減試薬が、プラズマ源内へ流される。ブロック３０６で、プラズマ源内で揮発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にエネルギーを与え、いくつかの実施形態では廃水にもエネルギーを与える。いくつかの実施形態では、軽減試薬および／または廃水中に同伴される物質の少なくとも一部が、少なくとも部分的に解離される。廃水中の物質は、プラズマ源内で形成されたプラズマの存在下で異なる物質に変換される。廃水中の物質は、次いで、プラズマ源から出て、真空源１２０などの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。

メタンを使用する代表的な揮発軽減プロセスでは、試薬送出システム１０６からのメタンが、プラズマ源１０４内へ流される。Ｓｉ、Ｗ、およびＴｉ含有化合物などの軽減が所望される物質を含有する廃水も、プラズマ源１０４内へ流される。プラズマ源１０４内でプラズマが生成され、それによってＳｉ、Ｗ、およびＴｉ含有化合物をメチル化化合物に変換する。メチル化化合物は揮発性であり、人間の健康および下流の廃水処理構成要素にとって、軽減されていない廃水より環境に優しいものである。たとえば、ＳｉＯ₂を含有する廃水がプラズマに露出される結果、ＳｉＯ₂に４つのＣＨ₃基が追加され、その結果、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）を生じさせる。ＴＭＳは、さらなる処置のために大気圧まで減圧することができる。同様に、廃水中に存在する六フッ化タングステンをメチル化して、たとえばヘキサメチルタングステンなどのメチル化タングステン種を形成することができる。タングステンをメチル化することで、ポンプおよび真空ライン内でのＷＦ₆およびその副生成物の蓄積を防止する。同様に、廃水中のチタン化合物をメチル化して、たとえば三塩化メチルチタンを形成することができる。三塩化メチルチタンは、揮発性であり、真空ポンプを損傷しない。

ＳＦ₆を使用する代表的な揮発軽減プロセスでは、試薬送出システム１０６からのＳＦ₆をプラズマ源１０４内へ流すことができる。シラン（ＳｉＨ₄）などの軽減が所望される物質を含有する廃水も、プラズマ源１０４内へ流される。プラズマ源１０４内でプラズマが生成され、それによってシランをＳｉＦ₄に変換する。ＳｉＦ₄は、自然発火性のシランよりはるかに環境に優しいものであり、それによって廃水処理の安全性を大幅に改善し、関連するコストを低減させる。

図４は、処理チャンバから出る廃水を軽減する凝縮方法４００の一実施形態を示す流れ図である。方法４００は、ブロック４０２で、処理チャンバ１０１などの処理チャンバからの廃水をプラズマ源１０４などのプラズマ源内へ流すことによって始まる。ブロック４０４で、凝縮軽減試薬が、プラズマ源内へ流される。ブロック４０６で、プラズマ源内で凝縮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にエネルギーを与え、いくつかの実施形態では廃水にもエネルギーを与える。いくつかの実施形態では、軽減試薬および／または廃水中に同伴される物質の少なくとも一部が、少なくとも部分的に解離される。廃水中の物質は、プラズマ源内で形成されたプラズマの存在下で異なる物質に変換される。廃水中の物質は、次いで、プラズマ源から出て真空源１２０などの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。任意選択のブロック４０６で、粒子状物質または堆積した物質を、プラズマ源から除去することができる。

酸素を使用する代表的な凝縮軽減プロセスでは、試薬送出システム１０６からの酸素が、プラズマ源１０４内へ流される。シラン（ＳｉＨ₄）などの軽減が所望される物質を含有する廃水も、プラズマ源１０４内へ流される。プラズマ源１０４内でプラズマが生成され、それによってシランをＳｉＯ₂ガラスに変換する。プラズマ源内に貯留または他の形で収集することができるＳｉＯ₂ガラスは、自然発火性のシランよりはるかに環境に優しいものであり、それによって廃水処理の安全性を大幅に改善し、関連するコストを低減させる。

他の実施形態では、凝縮軽減試薬および揮発軽減試薬を連続して使用することができる。たとえば、チャンバは、ＳｉＨ_xおよびＯ₂を含有する廃水を生じさせることがある。凝縮軽減プロセスで、ＳｉＨ_xおよびＯ₂は、プラズマでエネルギーが与えられると、ガラス質のＳｉＯ₂物質を形成する傾向がある。処理チャンバ内の次のプロセスでは、たとえば、ＮＦ₃を使用することができ、ＮＦ₃は、ＮＦ_xおよび原子フッ素（Ｆ₂）に分解される。Ｆ₂の一部は、処理チャンバ内で使い果たすことができるが、Ｆ₂の一部は、未使用のまま排気されることがある。揮発軽減プロセスでは、未使用のＦ₂を軽減システム１１１によって使用して、凝縮されたガラス質のＳｉＯ₂物質を除去することができる。揮発軽減プロセスは、追加の揮発する軽減試薬を使用することによって、または廃水からのＦ₂のみを使用することによって、実行することができる。したがって、２つの部分からなる処置プロセスにおいて、フォアライン軽減プロセスは、すべての廃水を効率的に使用しながら、システムポンプによって真空から大気圧にされるときの廃水をより安全にすることができる。他の実施形態では、揮発軽減試薬をまず使用することもでき、その後、凝縮軽減試薬を使用することができる。

前述の実施形態には、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、有毒性、および／または爆発性のある廃水を、より安全に処理することができるはるかに環境に優しい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、自然発火性または有毒性の物質をより環境に優しく安定した物質に変換することによって、作業者による廃水への露出が短時間であることから、人間の健康にとって有益である。プラズマ軽減プロセスはまた、粒子および／または他の腐食性物質を廃水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さらなる安全性が加わる。軽減プロセス中に機器の漏れが生じた場合、外部環境に対して廃水の圧力が低いことで、廃水が軽減機器から漏れるのを防止する。加えて、本明細書に開示する軽減試薬の多くは、低コストでありかつ用途が広い。たとえば、メタンは安価であり、メチル化し、それによって広い範囲の金属有機化合物を揮発させることができる。ＳＦ₆も同様に、用途が広くかつ低コストである。前述の利点は、限定的ではなく例示的である。すべての実施形態がすべての利点を有する必要はない。

上記は、開示するデバイス、方法、およびシステムの実施形態を対象とするが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、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施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)

1. 処理チャンバからの排出物を軽減する方法であって、
   軽減すべき少なくとも１つの物質を含む処理チャンバからの排出物をプラズマ源内へ流すステップと、
   前記プラズマ源内へ軽減試薬を流すステップと、
   前記プラズマ源内に形成されたプラズマの存在下で前記排出物中の前記物質を前記軽減試薬と反応させ、前記排出物中の前記物質を異なる物質に変換するステップとを含む方法。
2. 前記排出物中の軽減すべき前記物質が、アルミニウム原子と少なくとも同じ重さである重原子を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記処理チャンバ内で堆積プロセスまたはエッチングプロセスを実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記軽減試薬が、揮発軽減試薬を含み、前記揮発軽減試薬が、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、アンモニア、またはメタンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記軽減試薬が、揮発軽減試薬を含み、前記揮発軽減試薬が、ＢＣｌ₃、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＮＦ₃、ＳＦ₄、ＳＦ₆、またはＳＦ₈の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記軽減試薬が、揮発軽減試薬を含み、前記揮発軽減試薬が、
   第１の１つまたは複数の化合物であって、前記第１の１つまたは複数の化合物の少なくとも１つが、ＣＨ_xＦ_y、Ｃ_xＣｌ_yＦ_z、およびＣＦ_xからなる群から選択される、第１の１つまたは複数の化合物と、
   第２の１つまたは複数の化合物であって、前記第２の１つまたは複数の化合物の少なくとも１つが、Ｏ₂およびＨ₂Ｏからなる群から選択される、第２の１つまたは複数の化合物との組合せとを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記軽減試薬が、揮発軽減試薬を含み、前記揮発軽減試薬が、Ｆ₂、Ｃｌ₂、Ｂｒ₂、Ｉ₂、ＨＣｌ、ＨＦ、ＨＢｒ、またはＨＩの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記軽減試薬が、揮発軽減試薬を含み、前記揮発軽減試薬が、メタンより高次のアルカンを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記軽減試薬が、凝縮軽減試薬を含み、前記凝縮軽減試薬が、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｏ₃、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＨ₃、またはＮ₂Ｏの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記軽減試薬が、凝縮軽減試薬を含み、前記凝縮軽減試薬が、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏ、またはアルカンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記排出物中の軽減すべき前記物質が、シリコンまたはシランを含み、前記軽減試薬が、Ｏ₂を含む、請求項１に記載の方法。
12. 処理チャンバからの排出物を軽減する方法であって、
    軽減すべき少なくとも１つの物質を含む処理チャンバからの排出物をプラズマ源内へ流すステップと、
    前記プラズマ源内へ軽減試薬を流すステップと、
    前記プラズマ源内に形成されたプラズマの存在下で前記排出物中の前記物質を前記軽減試薬と反応させて前記排出物中の前記物質を異なる物質に変換するステップとを含み、前記プラズマ源が、磁気強化容量結合プラズマ源である、方法。
13. 前記排出物中の軽減すべき前記物質が、アルミニウム原子と少なくとも同じ重さである重原子を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記処理チャンバ内で堆積プロセスまたはエッチングプロセスを実行するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. 処理チャンバからの排出物を軽減する装置であって、
    堆積チャンバのフォアラインに結合されたプラズマ源であって、
    外側エッジおよび内側エッジを有する第１の板、
    前記第１の板に平行であり、外側エッジおよび内側エッジを有する第２の板、
    前記第１および第２の板の前記外側エッジ間に配置された外壁、
    前記第１および第２の板の前記内側エッジ間に配置された電極、
    前記第１の板上に配置された第１の複数の磁石、ならびに
    前記第２の板上に配置された第２の複数の磁石を備えるプラズマ源と、
    前記プラズマ源の上流に位置決めされた試薬源とを備え、前記試薬源が、前記プラズマ源に結合され、前記試薬源が、前記プラズマ源へ軽減試薬を送出するように構成され、前記軽減試薬が、ＢＣｌ₃、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄、ＮＦ₃、ＳＦ₄、ＳＦ₆、ＳＦ₈、還元化合物、ハロゲン化エッチング化合物、ＣＨ₄、Ｈ₂、Ｆ₂、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、Ｏ₂、Ｎ₂、Ｏ₃、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＣＨ₄、およびこれらの組合せを含む群から選択される、装置。

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