JP2020510992A - 水蒸気および酸素の反応物を利用するプラズマ軽減技術 - Google Patents

Abstract

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Ｆガスを軽減するシステムおよび技法に関する。一実施形態では、プラズマ軽減システムに対する水および酸素送達システムが提供される。水および酸素送達システムは、密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジングを備える。水および酸素送達システムは、床面上に位置決めされた円柱水槽をさらに備え、円柱水槽の長手方向軸は、床面によって画定される平面に対して平行であり、水槽の長さは、円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい。水および酸素送達システムは、ハウジング内で円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システムをさらに備える。

Description

本開示の実施形態は、一般に、半導体処理機器に対する軽減に関する。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フッ素化温室効果ガス（Ｆガス）（たとえば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）、および六フッ化硫黄（ＳＦ₆））を軽減するシステムおよび技法に関する。

半導体製造プロセス中に生じる廃水は、多くの化合物を含んでおり、それらの化合物は、規制要件ならびに環境および安全上の懸念のために処分前に軽減または処置される。これらの化合物には、たとえばエッチングまたは洗浄プロセスで使用されるＦガスおよびハロゲン含有化合物が挙げられる。

ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＮＦ₃、およびＳＦ₆などのＦガスは、半導体およびフラットパネルディスプレイの製造業界において、たとえば誘電体層のエッチングおよびチャンバの洗浄で一般に使用される。典型的には、製造または洗浄プロセス後、プロセスツールから汲み上げられた廃水ガス流中にはＦガスの残留物が存在する。Ｆガスは、廃水流から除去するのが困難であり、比較的高い温室効果作用を有することが知られているため、環境中へ解放されるのは望ましくない。Ｆガスおよび他の地球温暖化ガスの軽減のために、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）またはインラインプラズマ源（ＩＰＳ）が使用されてきた。

Ｆガスを軽減するための現在の軽減技術の設計は、水蒸気のみを利用する。水蒸気は、Ｆガスに対して優れた分解能力を提供するが、いくつかの適用分野では、プラズマ源の下流にあるプラズマ源、排気ライン、およびポンプ内に固体粒子が生成される。したがって、改善された軽減プロセスが必要とされている。

本開示の実施形態は、一般に、半導体処理機器に対する軽減に関する。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Ｆガスを軽減するシステムおよび技法に関する。一実施形態では、プラズマ軽減システムに対する水および酸素送達システムが提供される。水および酸素送達システムは、密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジングを備える。水および酸素送達システムは、床面上に位置決めされた円柱水槽をさらに備え、円柱水槽の長手方向軸は、床面によって画定される平面に対して平行であり、水槽の長さは、円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい。水および酸素送達システムは、ハウジング内で円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システムをさらに備える。

別の実施形態では、軽減システムが提供される。軽減システムは、水および酸素送達システムと、導管を介して水および酸素送達システムに連結されたプラズマ源とを備える。水および酸素送達システムは、密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジングを備える。水および酸素送達システムは、床面上に位置決めされた円柱水槽をさらに備え、円柱水槽の長手方向軸は、床面によって画定される平面に対して平行であり、水槽の長さは、円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい。水および酸素送達システムは、ハウジング内で円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システムをさらに備える。

さらに別の実施形態では、真空処理システムが提供される。真空処理システムは、処理チャンバと、真空源と、処理チャンバを真空源に連結するフォアラインと、処理チャンバと真空源との間でフォアラインに連結された軽減システムとを備える。軽減システムは、水および酸素送達システムと、導管を介して水および酸素送達システムに連結されたプラズマ源とを備える。水および酸素送達システムは、密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジングを備える。水および酸素送達システムは、床面上に位置決めされた円柱水槽をさらに備え、円柱水槽の長手方向軸は、床面によって画定される平面に対して平行であり、水槽の長さは、円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい。水および酸素送達システムは、ハウジング内で円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システムをさらに備える。

本開示の上述した特徴を詳細に理解することができるように、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実施形態のより具体的な説明を得ることができ、実施形態のいくつかは、添付の図面に示されている。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ており、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。

本開示の１つまたは複数の実施形態による処理システムの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による水および酸素送達装置の部分斜視図である。 処理チャンバを出た廃水を軽減する方法の一実施形態の流れ図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による別の処理システムの概略図である。

理解を容易にするために、これらの図に共通している同一の要素を指すために、可能な場合、同一の参照番号を使用した。さらなる記載がなくても、一実施形態の要素および特徴を他の実施形態にも有益に組み込むことができることが企図される。

以下の開示は、半導体製造プロセスの廃水中に存在するフッ素化温室効果ガス（Ｆガス）を軽減するシステムおよび技法について説明する。本開示の様々な実施形態についての徹底的な理解を提供するために、特定の詳細を以下の説明および図１〜４に記述する。軽減システムおよび流量制御ハードウェアに関連付けられることの多いよく知られている構造およびシステムについて説明する他の詳細は、様々な実施形態の説明を不必要に曖昧にしないために、以下の開示では記述しない。

これらの図に示す詳細、寸法、角度、および他の特徴の多くは、特定の実施形態の例示にすぎない。したがって、他の実施形態では、本開示の精神または範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、および特徴を有することができる。加えて、後述する詳細のうちのいくつかがなくても、本開示のさらなる実施形態を実施することができる。

本明細書に記載する実施形態について、ポンプ前軽減プロセスを参照して以下に説明する。このプロセスは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な占有面積ゼロの軽減システムなど、占有面積ゼロの軽減システムを使用して実施することができる。ポンプ前軽減プロセスを実行することが可能な他のツールはまた、本明細書に記載する実施形態から利益を得るように適合することができる。加えて、本明細書に記載するポンプ前軽減プロセスを可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。本明細書に記載する装置の説明は例示であり、本明細書に記載する実施形態の範囲を限定すると推論または解釈されるべきではない。

本明細書に開示する実施形態は、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廃水を受け取り、水蒸気反応物および／または酸素含有ガスをフォアラインまたはプラズマ源内へ注入することによって、フォアライン内に配置されたプラズマ源内の水蒸気反応物および／または酸素含有ガスと廃水を反応させるプラズマ軽減プロセスおよびシステムを含む。廃水ならびに水蒸気反応物および／または酸素含有ガス中に存在する物質は、プラズマ源によって励磁され、これらの物質は、典型的な水スクラビング軽減技術によって容易に取り除かれるＨＦなどのガス種に変換される。いくつかの実施形態では、水蒸気反応物および酸素含有ガスは、フォアラインまたはプラズマ源内へ同時に注入される。いくつかの実施形態では、酸素含有ガスは、水蒸気の注入が一時的に停止されている間に、フォアラインまたはプラズマ源内へ周期的に注入される。水蒸気によって提供される水素ラジカル廃水を除去することによって、酸素を使用すると、より高濃度のフッ素ラジカルの存在が可能になり、固体粒子の生成が低減または回避される。したがって、軽減システムおよびプロセスは、良好な分解除去効率（ＤＲＥ）を提供し、固体粒子の生成が最小になる。

本明細書に記載する実施形態は、水蒸気および酸素の送達を同時にまたは順次提供するモジュールをさらに提供する。酸素および水蒸気は、質量流量コントローラ（「ＭＦＣ」）によって、または１つもしくは複数のニードル弁を流量制御に使用する代替の技法によって提供することができる。このモジュールは、水蒸気の沸騰により水蒸気ＭＦＣまたは流量制御弁に供給することを可能にする水槽を含む。水槽は、複合型の水および酸素送達システムの空間の最適化を可能にするように、低プロファイル構成に設計される。この低プロファイル構成は、沸騰表面積を最大にする横型の水槽を利用する。いくつかの実施形態では、低プロファイル構成は、水位測定は可能であるが全体的な垂直高さ要件が低い低プロファイルレベルツリーフロート設計をさらに含む。

本明細書に記載する実施形態は、軽減システム内の水蒸気および酸素の送達のための方法をさらに提供する。いくつかの実施形態では、選択された水蒸気のみの流量（たとえば、Ｘｓｃｃｍ）および選択された酸素のみの流量（たとえば、Ｙｓｃｃｍ）を確立し、次いで「平衡化」流量方法を適用して、水蒸気および酸素をその間で変動させることによって、水蒸気と酸素の比が判定される。たとえば、「２５％の水蒸気」における「希薄水」構成は、０．２５×Ｘ＋０．７５×Ｙの混合物に等しいはずであり、「希薄酸素」設定は、０．７５×Ｘ＋０．２５×Ｙになるはずであり、「平衡混合物」は、０．５×Ｘ＋０．５×Ｙになるはずである。

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、処理システム１００は、軽減システム１２０に連結された処理チャンバ１１０を含む。処理チャンバ１１０は、軽減システム１２０のフォアライン１０２に連結されたチャンバ排気口１０４を有する。チャンバ排気口１０４の近傍には、処理チャンバ１１０内の圧力を制御するためのスロットルバルブ（図示せず）を配置することができる。少なくとも第１の注入口１０６および第２の注入口１０８を、フォアライン１０２内に形成することができる。軽減システム１２０は、フォアライン１０２の第２の端部に連結された真空源１９０をさらに含む。フォアライン１０２内で、第１の注入口１０６と真空源１９０との間の場所に、プラズマ源１３０が連結される。

処理チャンバ１１０は、たとえば、とりわけ堆積プロセス、エッチングプロセス、アニーリングプロセス、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、および他の多数のものなどの金属合金を堆積させることができる。処理チャンバ１１０内で実行される堆積プロセスは、プラズマ支援式とすることができる。たとえば、処理チャンバ１１０内で実行されるプロセスは、シリコン系物質をエッチングするプラズマエッチングプロセスとすることができる。一実施形態では、処理チャンバ１１０は、シリコン系物質を堆積させるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバである。

フォアライン１０２は、処理チャンバ１１０を離れた廃水を軽減システム１２０へ経路指定する導管として働く。廃水は、大気中に解放するには望ましくない物質を含むことがあり、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むことがある。

廃水中に存在しうるシリコン含有物質の例には、たとえば、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）および／または四フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）が含まれる。

図示のように、軽減システム１２０は、プラズマ源１３０、反応物送達システム１４０、フォアラインガス注入キット１７０、コントローラ１８０、および真空源１９０を含む。フォアライン１０２は、処理チャンバ１１０を離れた廃水をプラズマ源１３０へ提供する。プラズマ源１３０は、プラズマを生成するのに好適なフォアライン１０２に連結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１３０は、フォアライン１０２内またはフォアライン１０２近傍でプラズマを生成してフォアライン１０２内へ反応種を導入する遠隔プラズマ源、インラインプラズマ源、または他の好適なプラズマ源とすることができる。プラズマ源１３０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１３０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。

反応物送達システム１４０はまた、第１の導管１２２を介して第１の注入口１０６に連結することができる。反応物送達システム１４０は、プラズマ源１３０の上流にあるフォアライン１０２へ、軽減反応物などの１つまたは複数の反応物を送達する。代替実施形態では、反応物送達システム１４０は、プラズマ源１３０内へ反応物を直接送達するために、プラズマ源１３０に直接連結することができる。反応物送達システム１４０は、第１の導管１２２を介してフォアライン１０２（またはプラズマ源１３０）に連結された第１の反応物源１５０を含む。いくつかの実施形態では、第１の反応物源１５０は低圧ボイラであり、低圧ボイラ内には液体の水などの液体軽減剤が配置される。別法として、第１の反応物源１５０は、液体の水を水蒸気にすることが可能なフラッシュ蒸発器とすることができる。第１の反応物源１５０は、水を加熱して水蒸気または蒸気などの軽減反応物を形成する加熱器１５１を含む。第１の注入口１０６を介してフォアライン１０２内へ、水蒸気などの蒸気の形の軽減反応物が注入される。軽減反応物送達システム内には、コントローラ１８０へ信号を提供するために、水位センサが位置することができ、コントローラ１８０は、第１の反応物源１５０内の水位を維持するように充填弁（図示せず）を選択的に開く。

第１の反応物源は、第３の導管１５８を介して、第１の反応物源１５０に水を供給する水源１５６に連結される。第３の導管１５８に沿って、水源１５６から第１の反応物源１５０への水の流量を制御するために、１つまたは複数のバルブ１５９を位置決めすることができる。

第１の導管１２２に沿って第１の反応物源１５０と第１の注入口１０６との間に、１つまたは複数のバルブを位置決めすることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、バルブ機構は、第１の反応物源１５０からフォアライン１０２内への１つまたは複数の反応物の流量を制御するオン／オフスイッチとして機能する２方向制御弁１５２と、フォアライン１０２への第１の反応物源１５０の流量を制御する流量制御デバイス１５４とを含むことができる。流量制御デバイス１５４は、フォアライン１０２と２方向制御弁１５２との間に配置することができる。２方向制御弁１５２は、ソレノイド弁、空気圧弁、ニードル弁などの任意の好適な制御弁とすることができる。流量制御デバイス１５４は、固定オリフィス、質量流量コントローラ、ニードル弁などの任意の好適な能動または受動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、第１の反応物源１５０から供給される反応物を蒸気の状態で維持するように、第１の導管に沿って加熱器１５３が位置決めされる。いくつかの実施形態では、加熱器１５３は、第１の導管１２２に沿って２方向制御弁１５２と第１の反応物源１５０との間に位置決めされる。

第１の反応物源１５０によって送達することができる代表的な揮発性の軽減反応物には、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む廃水を軽減するときに使用することができる。いくつかの実施形態では、揮発性の軽減反応物は、廃水の化合物によって消費されることがあり、したがって触媒と見なすことができない。

反応物送達システム１４０は、第１の導管１２２に連結された第２の導管１２４を介してフォアライン１０２（またはプラズマ源１３０）に連結された第２の反応物源１６０をさらに含む。第２の導管１２４に沿って第２の反応物源１６０と第１の導管１２２との間に、第２の反応物の流量を制御するために、１つまたは複数のバルブが位置決めされる。たとえば、いくつかの実施形態では、バルブ機構は、第２の反応物源１６０からフォアライン１０２内への１つまたは複数の反応物の流量を制御するオン／オフスイッチとして機能する２方向制御弁１６２と、フォアライン１０２への第２の反応物源１６０の流量を制御する流量制御デバイス１６４とを含むことができる。流量制御デバイス１６４は、フォアライン１０２と２方向制御弁１６２との間に配置することができる。２方向制御弁１６２は、ソレノイド弁、空気圧弁、ニードル弁などの任意の好適な制御弁とすることができる。流量制御デバイス１６４は、固定オリフィス、質量流量コントローラ、ニードル弁などの任意の好適な能動または受動流量制御デバイスとすることができる。

第２の反応物源１６０によって、酸素含有ガス、たとえばＯ₂を送達することができる。Ｏ₂は、たとえばＣＦ₄および／または他の物質を含む廃水を軽減するときに使用することができる。１つまたは複数の実施形態では、Ｏ₂とともに水素含有ガスを使用することができる。

フォアラインガス注入キット１７０はまた、プラズマ源１３０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に連結することができる。フォアラインガス注入キット１７０は、フォアライン１０２内の圧力を制御するために、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１７０は、フォアラインガス源１７２、続いて圧力調整器１７４、さらに続いて制御弁１７６、さらに続いて流量制御デバイス１７８を含むことができる。圧力調整器１７４は、ガス送達圧力設定点を設定する。制御弁１７６は、ガス流を出したり止めたりする。制御弁１７６は、２方向制御弁１５２に関して上記で論じたような任意の好適な制御弁とすることができる。流量制御デバイス１７８は、圧力調整器１７４の設定点によって指定されたガスの流量を提供する。流量制御デバイス１７８は、流量制御デバイス１５４および１６４に関して上記で論じたような任意の好適な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１７０は、圧力計１７９をさらに含むことができる。圧力計１７９は、圧力調整器１７４と流量制御デバイス１７８との間に配置することができる。圧力計１７９は、流量制御デバイス１７８の上流にあるフォアラインガス注入キット１７０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１７９で測定された圧力は、以下に論じるコントローラ１８０などの制御デバイスによって利用することができ、圧力調整器１７４を制御することによって、流量制御デバイス１７８の上流の圧力を設定することができる。

いくつかの実施形態では、制御弁１７６は、第１の反応物源１５０および／または第２の反応物源１６０からの反応物が流れているときのみガスを出すように、コントローラ１８０によって制御することができ、したがってガスの使用量が最小になる。たとえば、第１の反応物源１５０の２方向制御弁１５２とフォアラインガス注入キット１７０の制御弁１７６との間に点線によって示すように、２方向制御弁１５２が開けられた（または締められた）ことに応答して、制御弁１７６を開ける（または締める）ことができる。

フォアライン１０２は、真空源１９０または他の好適なポンピング装置に連結することができる。真空源１９０は、排気ライン１９２に連結されており、排気ライン１９２は、設備排気（図示せず）に接続することができる。真空源１９０は、処理チャンバ１１０からの廃水をスクラバ、焼却炉などの適当な下流の廃水取扱い機器へ汲み出す。いくつかの実施形態では、真空源１９０は、乾式メカニカル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１９０は、たとえばフォアライン１０２内の圧力を制御するように、またはフォアライン１０２内の圧力の追加の制御を提供するように、選択されたレベルに設定することができる可変ポンピング容量を有することができる。

コントローラ１８０は、処理システム１００の様々な構成要素に連結して、それら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１７０、反応物送達システム１４０、および／またはプラズマ源１３０を監視および／または制御することができる。

簡単にするために、図１の実施形態は概略的に表されており、いくつかの構成要素が省略されている。たとえば、処理チャンバ１１０から廃水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１１０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、反応物、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もできる。

図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態による水および酸素送達装置２００の部分斜視図である。水および酸素送達装置２００は、図１に記載した軽減システム１２０内で使用することができる水／酸素送達システムである。水および酸素送達装置２００は、図１に示す反応物送達システム１４０の代わりに使用することができる。水および酸素送達装置２００は、水および酸素送達装置２００の構成要素を密閉するハウジング２１０を含む。ハウジング２１０は、密閉された領域２１６を画定する床面２１２、反対側の天井（図示せず）、および複数の側壁２１４ａ、２１４ｂを含む。画定された複数の側壁２１４ａ、２１４ｂは、床面２１２に直交して位置決めされる。床面２１２は、水平平面を画定する。ハウジング２１０はまた、床面２１２から天井まで延びて側壁２１４ａに対して平行をなす内壁２１８を含む。側壁２１４ａは、床面２１２によって画定された水平平面に直交する垂直平面を画定する。

水および酸素送達装置２００は、ハウジング２１０または他の筐体の下部に位置決めされた水槽２２０を含む。一実施形態では、水槽２２０は、側壁２１４ａ、側壁２１４ｂ、および内壁２１８によって画定された領域内で床面２１２上に位置決めされる。典型的には、水槽内の水を加熱して蒸気を生じさせるために、水槽２２０に熱源（図示せず）が連結される。一実施形態では、水槽２２０は、円柱形の本体２６０を有する。円柱形の本体２６０は、円柱形の側壁２６２、第１の壁２６４、および反対側の第２の壁２６６を有し、これらが水槽２２０の密閉部分を画定する。円柱形の本体２６０の長手方向軸２６８は、床面２１２によって画定される平面に対して平行である。円柱形の側壁２６２は、長手方向軸２６８に対して平行である。一実施形態では、第１の壁２６４および第２の壁２６６は円形の壁である。いくつかの実施形態では、第１の壁２６４および第２の壁２６６は、床面２１２によって画定される平面に直交している。

水槽２２０の長さ「Ｌ」（たとえば、円柱形の側壁２６２の長さ）は、直径「Ｄ」（たとえば、第１の壁２６４または第２の壁２６６の直径）より大きい。一実施形態では、水槽２２０の長さ「Ｌ」は、水槽２２０の直径「Ｄ」より１．５倍以上大きい。別の実施形態では、水槽２２０の長さ「Ｌ」は、水槽２２０の直径「Ｄ」より２倍以上大きい。さらに別の実施形態では、水槽２２０の長さ「Ｌ」は、水槽２２０の直径「Ｄ」より２．５倍以上大きい。さらに別の実施形態では、水槽２２０の長さ「Ｌ」は、水槽２２０の直径「Ｄ」より３倍以上大きい。水槽２２０を水平に（たとえば、長手方向軸２６８を床面２１２によって画定される平面に対して平行に）位置決めすることで、垂直に位置決めされた水槽（たとえば、長手方向軸２６８が床面２１２によって画定される平面に直交する）に比べて、水槽２２０内の水の表面積が増大し、それにより蒸気の生成が増大することが、本発明者らによって判明した。水槽２２０について円柱形であるものとして説明するが、水槽２２０は、他の形状を構成することもできることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、水槽２２０は、水蒸気を生じさせる低圧ボイラである。典型的には、低圧ボイラ内には液体の水などの液体軽減剤が配置される。別法として、水槽２２０は、液体の水を水蒸気にすることが可能なフラッシュ蒸発器とすることができる。

いくつかの実施形態では、水および酸素送達装置２００は、水槽２２０内の圧力を測定するために水槽２２０内に位置決めされた真空圧力計２３０をさらに含む。水および酸素送達装置２００は、水槽２２０内の液位を測定するために水槽２２０内に位置決めされた液位センサ２３５をさらに含むことができる。

水および酸素送達装置２００は、水蒸気の流量および酸素含有ガスの流量を制御する流量制御システム２４０をさらに含む。流量制御システム２４０は、ハウジング２１０内で横型の水槽２２０の上に位置決めされる。いくつかの実施形態では、流量制御システム２４０は、水槽２２０からの水蒸気の流量を制御する第１の質量流量コントローラ２４２を含む。流量制御システム２４０は、酸素含有ガスの流量を制御する第２の質量流量コントローラをさらに含むことができる。流量制御システム２４０は、第１の質量流量コントローラ２４２と第２の質量流量コントローラ２４４との間に位置決めされた水蒸気ＭＦＣコントローラ２４６をさらに含むことができる。水および酸素送達装置２００は、簡潔にするために記載されていないが、水蒸気および酸素の生成および流量を制御する他の構成要素（たとえば、バルブ、ＭＦＣなど）を含むことができる。装置は、水槽２２０からの水蒸気の生成、真空圧力計２３０、液位センサ２３５、および流量制御システム２４０を制御および監視することができる電子コントローラ２５０をさらに含む。

電子コントローラ２５０は、たとえばコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、または埋込みコントローラとすることができる。電子コントローラ２５０は、典型的には、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、ならびに入力および出力（Ｉ／Ｏ）（図示せず）に対する支持回路を含む。ＣＰＵは、産業設定において、様々なシステムの機能、基板の動き、チャンバのプロセス、および制御支持ハードウェア（たとえば、センサ、モータ、加熱器など）を制御するために使用され、システム内で実行されるプロセスを監視する任意の形態のコンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。メモリは、ＣＰＵに接続されており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形態のデジタルストレージなど、ローカルまたは遠隔に位置する容易に入手可能な不揮発性メモリのうちの１つまたは複数とすることができる。メモリ内には、ＣＰＵに命令するためのソフトウェア命令およびデータをコード化および記憶することができる。支持回路はまた、従来どおりプロセッサを支持するためにＣＰＵに接続される。支持回路は、キャッシュ、電力供給、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含むことができる。電子コントローラ２５０によって可読のプログラム（またはコンピュータ命令）は、水および酸素送達装置２００内の構成要素によってどのタスクが実行可能であるかを判定する。プログラムは、電子コントローラ２５０によって可読のソフトウェアとすることができ、軽減システムへの酸素および水蒸気の送達に関するタスクを実行するためのコードを含む。

図３は、処理チャンバを出た廃水を軽減する方法３００の一実施形態の流れ図である。方法３００は、動作３１０で、処理チャンバ１１０などの処理チャンバからの廃水をプラズマ源１３０などのプラズマ源内へ流すことによって始まり、廃水は１つまたは複数のＦガスを含む。この方法は、動作３２０で、少なくとも１つの軽減反応物をプラズマ源へ送達することをさらに含み、軽減反応物は水蒸気および酸素含有ガスのうちの少なくとも１つを含む。この方法は、動作３３０で、プラズマの存在下で廃水および軽減反応物を活性化させて、廃水中の１つまたは複数のＦガスおよび軽減反応物を軽減物質に変換することをさらに含む。いくつかの実施形態では、軽減反応物および／または廃水中に同伴される物質の少なくともいくつが、少なくとも部分的に分離される。廃水中の標的物質は、プラズマ源内で形成された軽減反応物を含むプラズマの存在下で軽減物質に変換される。次いで、廃水中の物質はプラズマ源を出て、真空源１９０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。

本明細書に開示する方法の１つの例示的な実施形態では、処理チャンバ１１０から出た望ましくない物質を含む廃水は、プラズマ源１３０に入る。廃水は、１つまたは複数のＦガスを含むことがあり、Ｆガスは、炭素含有ガス、窒素含有ガス、または硫黄含有ガスを含むことがある。一実施形態では、１つまたは複数のＦガスは、ＣＦ₄、ＣＨ₃Ｆ、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₁₀、ＣＨＦ₃、ＳＦ₆、およびＮＦ₃を含むまたはからなる群から選択されたガスである。前述のＦガスの組合せが、廃水中に存在することがある。いくつかの実施形態では、選択された水蒸気のみの流量（たとえば、Ｘｓｃｃｍ）および選択された酸素のみの流量（たとえば、Ｙｓｃｃｍ）を確立し、次いで「平衡化」流量方法を適用して、水蒸気および酸素をその間で変動させることによって、水蒸気と酸素の比が判定される。たとえば、「２５％の水蒸気」における「希薄水」構成は、０．２５×Ｘ＋０．７５×Ｙの混合物に等しいはずであり、「希薄酸素」設定は、０．７５×Ｘ＋０．２５×Ｙになるはずであり、「平衡混合物」は、０．５×Ｘ＋０．５×Ｙになるはずである。一実施形態では、水蒸気および酸素ガスなど、少なくとも２．５：１の水蒸気と酸素の流量比を有する軽減反応物が、プラズマ源１３０に入る。プラズマ源１３０内で軽減反応物からプラズマが生成され、したがって軽減反応物を励磁し、いくつかの実施形態では廃水も励磁する。いくつかの実施形態では、軽減反応物および／または廃水中に同伴される物質の少なくともいくつかが、少なくとも部分的に解離される。廃水中に同伴される物質の組成物に基づいて、軽減反応物の識別、軽減反応物の流量、フォアラインガス注入パラメータ、およびプラズマ生成状態を判定することができ、コントローラ１８０によって制御することができる。プラズマ源１３０が誘導結合プラズマ源である実施形態では、解離に数ｋＷの電力を要することがある。

方法３００は、動作３１０で、プラズマ源内へ処理チャンバから廃水を流すことによって始まり、廃水は１つまたは複数のＦガスを含む。Ｆガス化合物など、軽減するために選択された物質を含む廃水が、プラズマ源１３０内へ流される。一例では、排気ガスは、エッチング、堆積、洗浄などの複数のプロセスのいずれかを実行することに起因して処理チャンバ１１０で発生したものとすることができる。反応物ガスは、たとえばフォアライン１０２内へ、反応物送達システム１４０または水および酸素送達装置２００によって注入することができる。

動作３２０で、軽減反応物をプラズマ源へ送達することができる。水蒸気（たとえば、Ｈ₂Ｏ）およびＯ₂を使用する１つの例示的な軽減プロセスでは、反応物送達システム１４０からの水蒸気およびＯ₂が、プラズマ源１３０内へ流される。一実施形態では、Ｏ₂が水蒸気（Ｈ₂Ｏ）と同時に送達される。軽減反応物は、少なくとも３：１の水蒸気と酸素の流量比など、少なくとも２．５：１の水蒸気と酸素の流量比を有する。一実施形態では、水蒸気と酸素の流量比は、約３：１〜約１０：１である。軽減反応物は、選択された水蒸気と酸素の流量比を実現するためのガスの組合せをさらに含むことができる。

図４は、本開示の１つまたは複数の実施形態による別の処理システム４００の概略図である。処理システム４００は、処理システム１００の軽減システム１２０が軽減システム４２０に置き換えられていることを除いて、処理システム１００に類似している。軽減システム４２０は、反応物送達システム４４０を含み、反応物送達システム４４０は、チャンバフォアライン内への酸素含有反応物の流量を制御する流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄ（集合的に４６４）を含む。流量制御デバイス４６４は、固定オリフィス、質量流量コントローラ、ニードル弁などの任意の好適な能動または受動流量制御デバイスとすることができる。酸素含有反応物、たとえばＯ₂は、酸素含有反応物源４７０によって送達することができる。Ｏ₂は、たとえばＣＦ₄および／または他の物質を含む廃水を軽減するときに使用することができる。

図４に示すように、処理システム４００は、軽減システム４２０に連結された１つまたは複数の処理チャンバ４１０を含む。処理チャンバ４１０は、軽減システム１２０のフォアライン１０２に連結されたチャンバ排気口１０４を有する。チャンバ排気口１０４の近傍には、処理チャンバ４１０内の圧力を制御するためのスロットルバルブ（図示せず）を配置することができる。第１の注入口１０６および第２の注入口１０８を、フォアライン１０２内に形成することができる。軽減システム４２０は、フォアライン１０２の第２の端部に連結された真空源１９０をさらに含む。フォアライン１０２内で、第１の注入口１０６と真空源１９０との間の場所に、プラズマ源１３０が連結される。

反応物送達システム４４０は、プラズマ源１３０の上流にあるフォアライン１０２へ、１つまたは複数の酸素含有反応物を送達する。代替実施形態では、反応物送達システム４４０は、プラズマ源１３０内へ酸素含有反応物を直接送達するために、プラズマ源１３０に直接連結することができる。反応物送達システム４４０は、酸素含有反応物源４７０に連結され、酸素含有反応物源４７０は、流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄに連結される。流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄはそれぞれ、第１の導管４２２ａ〜４２２ｄ（集合的に４２２）を介してフォアライン１０２（またはプラズマ源１３０）などのフォアラインまたはプラズマ源に連結される。反応物送達システム４４０はまた、第１の導管４２２ｄを介して第１の注入口１０６に連結することができる。第１の導管４２２ａ〜４２２ｄはそれぞれ、別個の処理チャンバのフォアラインへ酸素を送達するために、別個の処理システムに連結することができることを理解されたい。たとえば、反応物送達システム４４０は、４つの別個の流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄ（集合的に４６４）を含み、流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄはそれぞれ、別個の処理チャンバへ酸素を送達することが可能である。

酸素含有反応物源４７０は、第３の導管４５８を介して流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄに連結される。酸素含有反応物源４７０から反応物送達システム４４０への酸素の流量を制御するために、第３の導管４５８に沿って、１つまたは複数のバルブ４５９および／または圧力調整器４６０を位置決めすることができる。圧力調整器４６０は、流量制御デバイス４６４の下流の圧力を測定および制御するために使用することができる。各圧力調整器は、圧力を測定するために圧力計（図示せず）に連結することができ、この圧力は、以下に論じるコントローラ１８０などの制御デバイスによって利用することができ、圧力調整器４６０を制御することによって、流量制御デバイス４６４の上流の圧力を設定することができる。

第１の導管４２２ａ〜４２２ｄのそれぞれに沿って、流量制御デバイス４６４ａ〜４６４ｄと第１の注入口、たとえば第１の注入口１０６との間に、１つまたは複数のバルブを位置決めすることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、バルブ機構は、酸素含有反応物源４７０からフォアライン１０２内への流量を制御するオン／オフスイッチとして機能する２方向制御弁４５２ａ〜４５２ｄ（集合的に４５２）、および／または圧力調整器４５４ａ〜４５４ｄ（集合的に４５４）を含むことができる。流量制御デバイス４６４は、２方向制御弁４５２およびフォアライン１０２の上流に配置することができる。２方向制御弁４５２は、ソレノイド弁、空気圧弁、ニードル弁などの任意の好適な制御弁とすることができる。流量制御デバイス４５４は、固定オリフィス、質量流量コントローラ、ニードル弁などの任意の好適な能動または受動流量制御デバイスとすることができる。

別の実施形態では、処理システム４００は、軽減システム４２０に連結された水蒸気送達システム４８０をさらに含む。一実施形態では、水蒸気送達システム４８０は、導管４８２を介して軽減システム４２０に連結される。図４に示すように、一実施形態では、水蒸気送達システム４８０は、フォアライン１０２に連結される。水蒸気送達システム４８０は、注入口４８４を介してフォアライン１０２に連結することができる。動作の際、水蒸気送達システム４８０は、フォアライン１０２内へ水蒸気を送達し、この水蒸気は、反応物送達システム４４０から送達される酸素含有ガスとともに、軽減反応物を形成する。次いで廃水および軽減反応物は、プラズマの存在下で活性化され、廃水中の１つまたは複数のＦガスおよび軽減反応物を軽減物質に変換する。したがって、図４の処理システム４００は、図１の処理状態に類似の処理状態を作り出すために使用することができる。しかし、反応物送達システム４４０は、後付けとして、水蒸気送達システム４８０などの既存の水送達システムと組み合わせることもでき、水蒸気の送達のために既存の水送達システムを使用して、水および酸素の両方を別個のモジュールから入口へ加えることができる。

簡単にするために、図４の実施形態は概略的に表されており、いくつかの構成要素が省略されている。たとえば、処理チャンバ１１０から廃水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１１０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、反応物、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もできる。

前述した実施形態には、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、毒性、および／または爆発性の廃水を、より安全に取り扱うことができるはるかに害のな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、自然発火性または毒性の物質をより環境に優しい安定した物質に変換することによって、作業員による廃水への急性曝露の点で、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、廃水流からの粒子および／または他の腐食性物質の生成を避けることによって、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期故障から保護する。さらに、軽減技法を真空フォアライン上で実行することで、作業員および機器にとってさらなる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、外部環境に比べて廃水の圧力が低いことで、廃水が軽減機器から逃げることが防止される。加えて、本明細書に開示する軽減反応物の多くは、低コストで多用途である。たとえば、Ｆガスの軽減で使用される水蒸気（たとえば、Ｈ₂Ｏ）およびＯ₂はどちらも、多用途であり低コストである。前述の利点は、限定ではなく例示である。すべての実施形態がすべての利点を有する必要はない。

要約すると、本明細書に記載する実施形態のいくつかに対するいくつかの利益は、プラズマ軽減システム内で水蒸気および酸素を同時にまたは順次提供する複合型の水および酸素送達システムを含む。いくつかの実施形態では、複合型の水および酸素送達システムは、ＰＦＣおよびＳＦ₆などのＦガスを含む半導体処理で使用されるガス化学物質の高い地球温暖化係数を低減させる費用効果の高い方法を提供する。いくつかの実施形態では、複合型の水および酸素送達システムは、フッ素化温室効果ガス軽減の最適化を可能にしながら、同時に水蒸気のみまたは酸素のみを使用するときに生成されることがある固体の副生成物および望ましくないガス副生成物を最小にする。加えて、本明細書に記載するいくつかの実施形態では、複合型の水および酸素送達システムは、ポンプ後の軽減システムによって典型的に処置される体積より小さい実際のプロセスガス体積を処置することによって、より少ないエネルギーを使用するポンプ前プラズマ軽減解決策を提供する。さらに、本明細書に記載する複合型の水および酸素送達システムは、現在利用可能な半導体処理チャンバのポンプの占有面積内に設置することができる。

本開示またはその例示的な態様もしくは実施形態の要素を導入するとき、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」という冠詞は、その要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図している。

「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であり、記載の要素以外の追加の要素も存在しうることを意味することを意図している。

上記は本開示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、本開示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. プラズマ軽減システムに対する水および酸素送達システムであって、
   密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジングと、
   前記床面上に位置決めされた円柱水槽であり、前記円柱水槽の長手方向軸が、前記床面によって画定される平面に対して平行であり、前記水槽の長さが、前記円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい、円柱水槽と、
   前記ハウジング内で前記円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システムとを備える水および酸素送達システム。
2. 前記流量制御システムが、
   酸素質量流量コントローラと、
   水蒸気質量流量コントローラとを備える、請求項１に記載の水および酸素送達システム。
3. 前記水槽が、水蒸気を生じさせる低圧ボイラである、請求項１に記載の水および酸素送達システム。
4. 前記円柱水槽が、
   円柱形の側壁と、
   第１の円形の壁と、
   反対側の第２の円形の壁とを含み、前記円柱形の側壁、前記第１の円形の壁、および前記第２の円形の壁が、密閉された領域を画定する、請求項３に記載の水および酸素送達システム。
5. 前記水槽内の液位を測定するために前記水槽内に位置決めされた液位センサをさらに備える、請求項４に記載の水および酸素送達システム。
6. 前記水槽内の圧力を測定するために前記水槽内に位置決めされた真空圧力計をさらに備える、請求項５に記載の水および酸素送達システム。
7. 前記水槽からの水蒸気の生成、前記真空圧力計、前記液位センサ、および前記流量制御システムを制御および監視するために前記ハウジング内に位置決めされた電子コントローラをさらに備える、請求項６に記載の水および酸素送達システム。
8. 密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジング、
   前記床面上に位置決めされた円柱水槽であり、前記円柱水槽の長手方向軸が、前記床面によって画定される平面に対して平行であり、前記水槽の長さが、前記円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい、円柱水槽、および
   前記ハウジング内で前記円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システム
   を備える水および酸素送達システムと、
   導管を介して前記水および酸素送達システムに連結されたプラズマ源と
   を備える軽減システム。
9. 前記流量制御システムが、
   酸素質量流量コントローラと、
   水蒸気質量流量コントローラとを備える、請求項８に記載の軽減システム。
10. 前記水槽が、水蒸気を生じさせる低圧ボイラである、請求項８に記載の軽減システム。
11. 前記円柱水槽が、
    円柱形の側壁と、
    第１の円形の壁と、
    反対側の第２の円形の壁とを含み、前記円柱形の側壁、前記第１の円形の壁、および前記第２の円形の壁が、密閉された領域を画定する、請求項８に記載の軽減システム。
12. 前記水槽内の液位を測定するために前記水槽内に位置決めされた液位センサをさらに備える、請求項１１に記載の軽減システム。
13. 前記水槽内の圧力を測定するために前記水槽内に位置決めされた真空圧力計をさらに備える、請求項１２に記載の軽減システム。
14. 前記水槽からの水蒸気の生成、前記真空圧力計、前記液位センサ、および前記流量制御システムを制御および監視するために前記ハウジング内に位置決めされた電子コントローラをさらに備える、請求項１３に記載の軽減システム。
15. 処理チャンバと、
    真空源と、
    前記処理チャンバを前記真空源に連結するフォアラインと、
    導管を介して前記フォアラインに連結された軽減システムとを備え、前記軽減システムが、
    密閉された領域を画定する床面および複数の側壁を含むハウジング、
    前記床面上に位置決めされた円柱水槽であり、前記円柱水槽の長手方向軸が、前記床面によって画定される平面に対して平行であり、前記水槽の長さが、前記円柱水槽の直径より１．５倍以上大きい、円柱水槽、および
    前記ハウジング内で前記円柱水槽の上に位置決めされた流量制御システム
    を備える水および酸素送達システムと、
    導管を介して前記水および酸素送達システムに連結されたプラズマ源とを備える、真空処理システム。

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