JP2020507219A

JP2020507219A - 半導体プロセスの廃水からの亜酸化窒素のプラズマ軽減

Info

Publication number: JP2020507219A
Application number: JP2019562451A
Authority: JP
Inventors: ダスティンダブリューホー; ジョセフエイヴァンゴンペル; ジェンユアン; ジェイムズルルー; ライアンティーダウニー
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2020-03-05
Also published as: KR20190107729A; CN110214046A; TW201840354A; WO2018141088A1; US20180221816A1

Abstract

半導体製造プロセスの廃水中に存在するＮ2Ｏガスを軽減するための方法が提供される。本方法は、水素ガスおよび／またはアンモニアガスをプラズマ源（ｌ００）に注入するステップを含み、Ｎ2Ｏガスを含有する廃水と水素および／またはアンモニアガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成する。水素ガスまたはアンモニアガスを使用することによって、Ｎ2Ｏガスの破壊および除去効率（ＤＲＥ）は、少なくとも５０パーセントであり、一方で、軽減された材料中の一酸化窒素（ＮＯ）および／または二酸化窒素（ＮＯ2）の濃度は、体積比でせいぜい５０００ｐｐｍ（ｐｐｍ）などに実質的に減少する。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、一般に、半導体処理装置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、半導体製造プロセスの廃水中に存在する亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガスを軽減するための技法に関する。

半導体製造プロセス中に生成される廃水は、規制上の要件ならびに環境および安全上の懸念のために、廃棄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。一部の半導体製造プロセスでは、Ｎ₂Ｏガスは、（ドープされたまたはドープされてない）酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、低ｋ誘電体、またはフルオロケイ酸塩ガラスの化学気相堆積（ＣＶＤ）用の酸素源として用いられ、Ｎ₂Ｏガスは、シラン（ＳｉＨ₄）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）、および／またはアンモニア（ＮＨ₃）などの他の堆積ガスと併せて用いられる。Ｎ₂Ｏガスは、拡散、急速熱処理、およびチャンバ処理にも使用される。一部のプロセスでは、過フッ素化合物（ＰＦＣ）などのハロゲン含有化合物が、例えばエッチングまたは洗浄プロセスで使用される。

現在の軽減技術は、ＰＦＣを軽減することに焦点を当てている。しかしながら、Ｎ₂Ｏガスを軽減するための適切な方法はない。したがって、Ｎ₂Ｏガスを軽減するための改良された方法が必要とされている。

本開示の実施形態は、一般に、半導体製造プロセスの廃水中に存在するＮ₂Ｏガスを軽減するための技法に関する。一実施形態において、亜酸化窒素ガスを含有する廃水を軽減するための方法は、亜酸化窒素ガスを含有する廃水をプラズマ源へと流し込むステップと、水素ガスをプラズマ源に注入するステップと、廃水と水素ガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップであって、亜酸化窒素ガスの破壊および除去効率が少なくとも５０パーセントであり、軽減された材料中の一酸化窒素または二酸化窒素の濃度が体積比でせいぜい５０００ｐｐｍである、ステップと、を含む。

別の実施形態では、亜酸化窒素ガスを含有する廃水を軽減するための方法は、亜酸化窒素ガスを含有する廃水をプラズマ源へと流し込むステップと、アンモニアガスをプラズマ源に注入するステップと、廃水とアンモニアガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップであって、亜酸化窒素ガスの破壊および除去効率が少なくとも５０パーセントであり、軽減された材料中の一酸化窒素または二酸化窒素の濃度が体積比でせいぜい５０００ｐｐｍである、ステップと、を含む。

別の実施形態では、亜酸化窒素ガスを含有する廃水を軽減するための方法は、亜酸化窒素ガスを含有する廃水をプラズマ源へと流し込むステップであって、亜酸化窒素ガスが第１の流量で流される、ステップと、混合ガスをプラズマ源に注入するステップであって、混合ガスが第２の流量で注入され、第２の流量が第１の流量よりも多い、ステップと、廃水と混合ガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップであって、軽減された材料中の一酸化窒素または二酸化窒素の濃度が体積比でせいぜい５０００ｐｐｍである、ステップと、を含む。

上述のことで本開示の特徴を説明したやり方が詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより詳細な説明を、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からである。

本明細書に記載された一実施形態による処理システムの概略図である。本明細書に記載された一実施形態による、処理チャンバからの亜酸化窒素ガス含有廃水を軽減するための方法を示す流れ図である。

理解を容易にするために、可能な限り同一の参照数字を使用して、各図に共通の同一の要素を指定した。さらに、一実施形態の要素は、本明細書に記載された他の実施形態での利用に有利に適合させることができる。

本開示の実施形態は、一般に、半導体製造プロセスの廃水中に存在するＮ₂Ｏガスを軽減するための技法に関する。一実施形態において、方法は、水素ガスまたはアンモニアガスをプラズマ源に注入するステップと、Ｎ₂Ｏガスと水素またはアンモニアガスとを含有する廃水を活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップと、を含む。水素ガスまたはアンモニアガスを使用することによって、Ｎ₂Ｏガスの破壊および除去効率（ＤＲＥ）は、少なくとも５０パーセントであり、一方で、軽減された材料中の一酸化窒素（ＮＯ）および／または二酸化窒素（ＮＯ₂）の濃度は、体積比でせいぜい５０００ｐｐｍなどに著しく減少する。

図１は、真空処理システム１７０の概略側面図である。真空処理システム１７０は、少なくとも真空処理チャンバ１９０、真空ポンプ１９６、および真空処理チャンバ１９０と真空ポンプ１９６とを接続するフォアラインアセンブリ１９３を含む。真空処理チャンバ１９０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、前清浄プロセス、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ている。真空処理チャンバ１９０内で行われるプロセスは、プラズマ支援されていてもよい。例えば、真空処理チャンバ１９０内で行われるプロセスは、シリコン系材料を堆積させるためのプラズマ堆積プロセスであってもよい。フォアラインアセンブリ１９３は、真空処理チャンバ１９０のチャンバ排気口１９１に結合された少なくとも第１の導管１９２、第１の導管１９２に結合されたプラズマ源１００、および真空ポンプ１９６に結合された第２の導管１９４を含む。１つまたは複数の軽減試薬源１１４がフォアラインアセンブリ１９３に結合されている。一部の実施形態では、１つまたは複数の軽減試薬源１１４は、第１の導管１９２に結合されている。一部の実施形態では、１つまたは複数の軽減試薬源１１４は、プラズマ源１００に結合されている。軽減試薬源１１４は、真空処理チャンバ１９０を出る材料と反応するか、さもなければこの材料をより環境におよび／または処理装置に優しい組成物に変換するのを支援するように活性化され得る１つまたは複数の軽減試薬を第１の導管１９２またはプラズマ源１００に供給する。一部の実施形態では、１つまたは複数の軽減試薬は、水素ガスまたはアンモニアガスを含む。任意選択で、パージガス源１１５をプラズマ源１００に結合して、プラズマ源１００内部の構成要素への堆積を低減させることができる。

フォアラインアセンブリ１９３は、排気冷却装置１１７をさらに含むことができる。排気冷却装置１１７は、プラズマ源１００の下流でプラズマ源１００に結合されて、プラズマ源１００を出る排気の温度を下げることができる。第２の導管１９４は、排気冷却装置１１７に結合されてもよい。

任意選択で、圧力調整モジュール１８２をプラズマ源１００または第２の導管１９４の少なくとも１つに結合することができる。圧力調整モジュール１８２は、プラズマ源１００内部の圧力をより良好に制御することを可能にするＡｒ、Ｎ、または他の適切なガスなどの圧力調整ガスを注入し、それによって、より効率的な軽減性能を提供する。一例において、圧力調整モジュール１８２は、軽減システム１９３の一部である。

図２は、本明細書に記載された一実施形態による、処理チャンバからの亜酸化窒素ガス含有廃水を軽減するための方法２００を示す流れ図である。方法２００は、ブロック２０２から始まり、ここでは廃水が真空処理チャンバからプラズマ源へと流れ込む。真空処理チャンバは、図１に示す真空処理チャンバ１９０であってもよく、廃水は、Ｎ₂Ｏガスを含む。真空処理チャンバは、堆積プロセスを実行するために利用されてもよく、本プロセスでは、ケイ素含有ガスとＮ₂Ｏガスとを反応させて、真空処理チャンバ内に配置された基板上に酸化ケイ素層、酸窒化ケイ素層、低ｋ誘電体層、またはフルオロケイ酸塩ガラスを形成する。ケイ素含有ガスは、シラン、ＴＥＯＳ、ＳｉＦ₄、またはＳｉＨ₂Ｃｌ₂であってもよい。堆積プロセス中に使用されるＮ₂Ｏガスの量は、ケイ素含有ガスの量よりも多いことがあり、これによって真空処理チャンバを出る廃水中に、ある量のＮ₂Ｏガスがもたらされる。プラズマ源は、図１に示すプラズマ源１００であってもよい。

次に、ブロック２０４では、水素ガス、アンモニアガス、または水素ガスとアンモニアガスとの混合物が軽減試薬としてプラズマ源に注入される。軽減試薬は、無酸素であってもよい。一部の実施形態では、水素ガスおよびアンモニアガスは、プラズマ源に順次注入される。一実施形態において、水素ガスがプラズマ源に注入され、続いてアンモニアガスがプラズマ源に注入される。例えば、プラズマ源に注入された水素ガスの流れは、プラズマ源にアンモニアガスを注入する前に終了してもよい。別の例において、プラズマ源に注入された水素ガスの流れは、プラズマ源にアンモニアガスを注入し始めた後に終了してもよい。別の実施形態では、アンモニアガスがプラズマ源に注入され、続いて水素ガスがプラズマ源に注入される。水素ガスまたはアンモニアガスの流量は、Ｎ₂Ｏガスの流量よりも多い。一実施形態において、水素ガスまたはアンモニアガスの流量は、Ｎ₂Ｏガスの流量の約２倍である。一実施形態において、Ｎ₂Ｏガスの流量は、毎分約１標準リットル（ｓｌｍ）〜約３５ｓｌｍの範囲にある。水素ガスまたはアンモニアガスは、図１に示す１つまたは複数の軽減試薬源１１４などの軽減試薬源からプラズマ源に注入されてもよい。次に、ブロック２０６に示すように、水素ガスまたはアンモニアガスと廃水とをプラズマ源内で活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成する。

水蒸気および酸素ガスなどの従来の軽減試薬は、Ｎ₂Ｏガスを含有する廃水を軽減するために使用されると、大気中の主要な汚染物質であるＮＯおよびＮＯ₂の形成をもたらす。水蒸気または酸素ガスが軽減試薬として使用されるときの軽減された材料中のＮＯまたはＮＯ₂の濃度は、高く、例えば、体積比で１０，０００ｐｐｍを超える。

水素ガスまたはアンモニアガスが軽減試薬として使用される場合、Ｎ₂ＯガスのＤＲＥは、少なくとも５０パーセントなどのように高く、一方で、軽減された材料中のＮＯまたはＮＯ₂の濃度は、体積比でせいぜい５０００ｐｐｍなどに実質的に減少する。一実施形態において、Ｎ₂ＯガスのＤＲＥは、６０パーセントである。一実施形態において、廃水と水素ガスまたはアンモニアガスとを活性化するために、約４ｋＷ〜約６ｋＷの範囲にある電力がプラズマ源に供給される。

Ｎ₂Ｏガスを含有する廃水を軽減する場合に軽減試薬として水素ガスまたはアンモニアガスを利用することによって、Ｎ₂ＯガスのＤＲＥは、高くなり、一方で、ＮＯおよびＮＯ₂の形成が実質的に低減する。

前述の事項は、開示されたデバイス、方法、およびシステムの実施形態を対象としているが、開示されたデバイス、方法、およびシステムの他のならびにさらなる実施形態がその基本的な範囲から逸脱せずに考案されてもよく、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims

亜酸化窒素ガスを含有する廃水を軽減するための方法であって、
亜酸化窒素ガスを含有する前記廃水をプラズマ源へと流し込むステップと、
水素ガスを前記プラズマ源に注入するステップと、
前記廃水と前記水素ガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップであって、前記亜酸化窒素ガスの破壊および除去効率が少なくとも５０パーセントであり、前記軽減された材料中の一酸化窒素または二酸化窒素の濃度が体積比でせいぜい５０００ｐｐｍである、ステップと、
を含む方法。
前記廃水が処理チャンバから前記プラズマ源へと流し込まれる、請求項１に記載の方法。
前記処理チャンバ内で行われる堆積プロセスをさらに含み、前記堆積プロセスがケイ素含有ガスと亜酸化窒素ガスとを反応させて、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素層を形成するステップを含む、請求項２に記載の方法。
前記ケイ素含有ガスがシランである、請求項３に記載の方法。
前記亜酸化窒素ガスが第１の流量で前記プラズマ源へと流し込まれ、前記水素ガスが第２の流量で前記プラズマ源に注入され、前記第２の流量が前記第１の流量よりも多い、請求項１に記載の方法。
前記第２の流量が前記第１の流量の約２倍である、請求項５に記載の方法。
亜酸化窒素ガスを含有する廃水を軽減するための方法であって、
亜酸化窒素ガスを含有する前記廃水をプラズマ源へと流し込むステップと、
アンモニアガスを前記プラズマ源に注入するステップと、
前記廃水と前記アンモニアガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップであって、前記亜酸化窒素ガスの破壊および除去効率が少なくとも５０パーセントであり、前記軽減された材料中の一酸化窒素または二酸化窒素の濃度がせいぜい５０００ｐｐｍである、ステップと、
を含む方法。
前記廃水が処理チャンバから前記プラズマ源へと流し込まれる、請求項７に記載の方法。
前記処理チャンバ内で行われる堆積プロセスをさらに含み、前記堆積プロセスがケイ素含有ガスと亜酸化窒素ガスとを反応させて、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素層を形成するステップを含む、請求項８に記載の方法。
前記ケイ素含有ガスがシランである、請求項９に記載の方法。
前記亜酸化窒素ガスが第１の流量で前記プラズマ源へと流し込まれ、前記アンモニアガスが第２の流量で前記プラズマ源に注入され、前記第２の流量が前記第１の流量よりも多い、請求項７に記載の方法。
前記第２の流量が前記第１の流量の約２倍である、請求項１１に記載の方法。
亜酸化窒素ガスを含有する廃水を軽減するための方法であって、
亜酸化窒素ガスを含有する前記廃水をプラズマ源へと流し込むステップであり、前記亜酸化窒素ガスが第１の流量で流される、ステップと、
混合ガスを前記プラズマ源に注入するステップであり、前記混合ガスが第２の流量で注入され、前記第２の流量が前記第１の流量よりも多い、ステップと、
前記廃水と前記混合ガスとを活性化させ、反応させて、軽減された材料を形成するステップであり、前記軽減された材料中の一酸化窒素または二酸化窒素の濃度がせいぜい５０００ｐｐｍである、ステップと、
を含む方法。
前記廃水が処理チャンバから前記プラズマ源へと流し込まれる、請求項１３に記載の方法。
前記混合ガスが水素ガスおよびアンモニアガスを含む、請求項１４に記載の方法。