JP2985762B2 - 排気ガスの処理方法及び処理装置 - Google Patents

排気ガスの処理方法及び処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程で
発生する排気ガスを処理する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程では、ＰＦＣガス（炭素
とフッ素のみから構成されるフロンガス）が使用されて
いる。例えばドライエッチング装置のエッチングガス
や、プラズマＣＶＤ装置等のクリーニングガスに用いら
れている。
【０００３】このＰＦＣガスは、地球温暖化係数（ＧＷ
Ｐ）が二酸化炭素の数千倍程度と大きいため、直接放出
した場合、地球環境に与える影響が指摘されている。こ
のため、ＰＦＣガスの大気中への直接排気が規制される
方向にある。
【０００４】例えば、従来のドライエッチング装置で
は、エッチングガスとしてＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等のＰＦＣガ
スが使用されている。図４に示すように、ＰＦＣガスは
ドライエッチング装置１へ導入され、高周波放電等によ
るプラズマで分解され、エッチング種を放出する。これ
により半導体基板等のエッチングを行う。一方、未反応
ガス及び反応生成物はポンプ２により反応室外へ排気さ
れ、ポンプ２の下流側に設置された除外装置３により反
応生成物を除去する場合がある。
【０００５】エッチングガスとしてＣ2Ｆ6を用い、シリ
コン酸化膜をエッチングした場合、エッチング反応生成
物としてＳｉＦ4，ＣＯＦ2等が生成される。これを除外
する方法として、ゼオライトや活性炭等の吸着剤による
吸着除去する方法がある。これに対し、未反応のＰＦＣ
ガスは化学的に安定であるため、吸着されず、そのまま
大気中に排出されていた。
【０００６】また、未反応のＰＦＣガスを分解させるた
めには、燃焼式による分解方法が実用化されつつある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置の製造に使
用されるプラズマエッチグ装置では、原料ガスの分解率
が２０％程度以下と低い。このため、殆どのＰＦＣガス
は反応装置外へ未反応のまま排出される。この未反応の
ＰＦＣガスは安定なため、吸着剤では吸着されない。こ
のため大気中にＰＦＣガスが放出され、地球環境に与え
る影響が大きいという問題点があった。このため、ＰＦ
Ｃガスを直接大気中に放出させないための処理装置が必
要となる。
【０００８】ＰＦＣガスの除外方法としては、ＰＦＣガ
スを燃焼させ、炭素と酸素の化合物とハロゲン化物に分
解させる方法が実用化されつつある。しかしながらフロ
ンガスは安定なため、これを分解するには１０００℃〜
１２００℃の熱を必要とする。このため、安全性に問題
がある。
【０００９】本発明の目的は、半導体製造工程で排出さ
れるＰＦＣガスを処理する排気ガスの処理方法及び処理
装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る排気ガスの処理方法は、半導体製造工
程において未反応ガスとして排気される炭素とフッ素の
みから構成されるフロンガスのＰＦＣガスを処理する排
気ガスの処理方法であって、未反応で排気されるＰＦＣ
ガスをプラズマにより再分解して化学的に活性化し、前
記化学的に活性化されたＰＦＣガスを水素ガスと化学反
応させ、ＰＦＣガスを反応生成物として捕捉するもので
ある。
【００１１】
【００１２】
【００１３】また本発明に係る排気ガスの処理装置は、
プラズマ処理室と、捕捉部とを有し、未反応のＰＦＣガ
スを処理する排気ガスの処理装置であって、プラズマ処
理室は、未反応のＰＦＣガスが導入され、未反応のＰＦ
Ｃガスを再分解して化学的に活性化させるプラズマを生
成するものであり、捕捉部は、前記プラズマ処理室内に
設置され、化学的に活性化されたＰＦＣガスと化学反応
する反応物を保持するものであり、 前記反応物が設置さ
れたホルダは、バイアス電源を有し、 前記バイアス電源
は、前記反応物が設置されたホルダにバイアス電源を印
加し、ＰＦＣガスのイオンを反応物に引き込むことによ
り反応物との反応効率を上げるものである。
【００１４】また、前記反応物は、固体シリコン，石
英，水素ガスのいずれかである。
【００１５】また本発明に係る排気ガスの処理装置は、
プラズマ処理室と、捕捉ガス供給部とを有し、未反応の
ＰＦＣガスを処理する排気ガスの処理装置であって、プ
ラズマ処理室は、未反応ガスのＰＦＣガスが導入され、
未反応のＰＦＣガスを再分解して化学的に活性化させる
プラズマを生成するものであり、捕捉ガス供給部は、前
記プラズマ処理室内に、活性化されたＰＦＣガスと反応
重合してポリマーを形成する水素ガスを供給するもので
ある。
【００１６】また捕捉部を有し、捕捉部は、冷却されて
ラジカル種の吸着を促進してポリマー形成効率を上げる
ホルダを備えたものである。
【００１７】
【作用】本発明は、ＰＦＣガスの排気ガス処理方法にお
いて、プラズマにより未反応のＰＦＣガスを再分解し、
これと反応生成物を形成する物質を導入し、ＰＦＣガス
を反応生成物として捕捉する。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
【００１９】（実施形態１）図１は本発明の一実施形態
に係る排気ガスの処理装置を示す構成図である。図１に
おいて、原料ガスとなるＰＦＣガスがドライエッチング
装置１に導入され、半導体基板のエッチングが行われ
る。この工程が半導体製造工程である。半導体製造工程
から排気される排気物には、ＳｉＦ4等の反応生成物と
未反応のＰＦＣガスが含まれ、これらはポンプ２によっ
て排気され、吸着塔３により反応生成物であるＳｉＦ4
等の除去を行う。この除去処理では、未反応のＰＦＣガ
スは除去されないまま残る。
【００２０】そこで本発明の一実施形態では、未反応の
ＰＦＣガスをプラズマにより再分解して化学的に活性化
し、そのＰＦＣガスを反応生成物と化学反応させて反応
生成物を形成し、ＰＦＣガスを反応生成物として除去す
ることを特徴とするものである。すなわち図１及び図２
に示すように本発明の一実施形態は、プラズマ処理室４
と捕捉部１０とを有している。
【００２１】図２に示すプラズマ処理室４は誘導結合型
プラズマ発生装置を用いてプラズマを発生させている。
すなわちプラズマ処理室４の放電管７周囲にコイル８を
配置し、高周波電源９より１３．５６ＭＨｚの電圧をコ
イル８に印加して放電管７内に誘導電界を誘起し、その
誘起された誘導電界によってプラズマを生成する。本方
式により発生されたプラズマは、１０11／ｃｍ3程度の
高密度プラズマとなるため、導入された未反応のＰＦＣ
ガスの約８０％を隔離させる事が可能となる。
【００２２】また捕捉部１０は、プラズマ処理室の放電
管７内に設置されたホルダ１０ａを有し、そのホルダ１
０ａに、活性化されたＰＦＣガスと化学反応させる反応
物としての石英１２を載置している。
【００２３】またバイアス電源としての高周波電源１１
を有し、高周波電源１１からホルダ１０ａに周波数１
３．５６ＭＨｚのバイアス電圧を印加する。
【００２４】プラズマ処理室の放電管７内に導入された
未反応のＰＦＣガスは、プラズマにより分解され、ＣＦ
ｘイオン，ＣＦｚラジカル，Ｆラジカル等の化学的に活
性な種を放出する。これらの活性種はホルダ１０ａ上に
設置された石英板１２と化学反応し、反応生成物を形成
する。また水素ガスが放電管７内に導入し、発生したＰ
ＦＣガスの活性種中のフッ素と水素ガスを反応させ、Ｈ
Ｆを形成する。ここで、ホルダ１０ａに接続された高周
波電源１１によりバイアス電圧を印加し、イオンを石英
板１２に引き込むことによって石英との反応効率を上げ
ることができる。
【００２５】上記活性種は石英と反応し、ＳｉＦ4，Ｃ
ＯＦ2等の生成物を形成し、未反応のＰＦＣガスは反応
生成物に取り込まれる。これらの物質はポンプ５によっ
て処理室外に排気され、ゼオライトを充填した吸着塔６
に導入され、ゼオライトに吸着され、除外される。
【００２６】例えば、プラズマ発生ソースの高周波電源
の投入電力を３０００Ｗ石英を設置したホルダに印加す
るバイアス高周波電源を５００Ｗとしておく。また、処
理室容積はガスの滞留時間を長くし、解離率を上げるた
めに２０ｌ以上、好ましくは５０ｌ以上としておくこと
が望ましい。
【００２７】本処理室内にＯ2Ｆ6を５０ｓｃｃｍを流入
し、バタフライバルブによって処理室内の圧力を１０-3
Ｔｏｒｒとすることによりガスの分解，反応を促進し、
導入したＰＦＣガスの８０％程度を分解，反応生成物と
して排気することができた。これによってＰＦＣガスの
大気中への放出を抑えることができた。また、ホルダ上
に固体Ｓｉを設置し、反応生成物としてＳｉＦを形成さ
せてもよい。
【００２８】（実施形態２）図３は、本発明の実施形態
２を示す構成図である。
【００２９】図２に示すプラズマ処理室４は、実施形態
１と同様に誘導結合型プラズマ発生源を用いてプラズマ
を発生させている。また捕捉ガス供給部１３を有してお
り、捕捉ガス供給部１３は、活性化されたＰＦＣガスと
反応適合してポリマーを形成する反応ガスを供給するよ
うになっている。また捕捉部１０は、サキュレータ１４
により冷却されたホルダ１０ａを有しており、ホルダ１
０ａは、冷却されて、ラジカル種の吸着を促進してポリ
マー形成効率を上げるようになっている。
【００３０】プラズマ処理室の放電管７内に導入された
ＰＦＣガスはプラズマにより分解される。一方、捕捉ガ
ス供給部１３から水素ガスが放電管７内に導入され、発
生したＰＦＣガスの活性種中のフッ素と水素ガスが反応
し、ＨＦを形成する。このためフッ素ラジカルが減少
し、ＣＦ，ＣＦ2等のラジカルが増加する。これらＣ
Ｆ，ＣＦ2は互いに反応して重合し、ポリマーを形成す
る。流入するＰＦＣガス流入に対し、７０％以上の流量
の水素ガスを導入することによってポリマーの重合速度
はフッ素ラジカルによるポリマーのエッチング速度を上
まわり、ポリマーを放電管７内に堆積しトラップする。
【００３１】さらにサーキュレータ１４によって、ホル
ダ１０ａを冷却することによって、ホルダ１０ａ上への
ラジカル種の吸着を促進させ、ポリマー形成効率を上げ
る。ホルダ１０ａへのポリマー堆積量はホルダ温度の低
温化とともに増加し、−５０℃以下の温度にすることに
より、その堆積量は急激に増加するため、ホルダ１０ａ
の温度は−５０℃以下とすることが望ましい。
【００３２】これによってＰＦＣガスの大気中への放出
を抑えることができた。なお、反応生成物として生成，
排出されるＨＦ（フッ化水素）はゼエライトによる吸着
筒で除去される。
【００３３】以上説明した実施形態では、プラズマ処理
室４には誘導結合型プラズマ発生装置を用いてプラズマ
を発生させているが、プラズマを発生させるプラズマ発
生源としては、これに磁場を印加し、ヘリコン波による
プラズマを発生させるものや、マイクロ波を導入し、こ
れに磁場を印加し、電子サイクロトロン共鳴を起こし、
これにより高解離なプラズマを発生させる装置を用いて
もよい。
【００３４】また、本発明による処理装置を複数台直列
に配列し、さらに分解効率を上げることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、プラズマ
によりＰＦＣガスを分解し、反応生成物として処理する
ことによって、ＰＦＣガスの大気中への直接排気を低く
することができる。これによって安全であり簡単な構造
で低いコストの排気ガス処理装置を提供でき、地球環境
に与える影響を小さくできるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気ガスの処理装置を示す構成図
である。
【図２】本発明の実施形態１に係る排気ガスの処理装置
を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る排気ガスの処理装置
を示す構成図である。
【図４】従来例のドライエッチング装置を示す構成図で
ある。
【符号の説明】
１ ドライエッチング装置 ２，５ ポンプ ３，６ 吸着塔 ４ プラズマ処理室 ７ 放電管 ８ コイル ９ 高周波電源 １０ 捕捉部 １０ａ ホルダ １１ 高周波電源（バイアス電源） １２ 石英板 １３ 捕捉ガス供給部 １４ サーキュレータ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B01D 53/68 B01J 19/08 C23F 4/00 H01L 21/205 H01L 21/3065

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体製造工程において未反応ガスとし
    て排気される炭素とフッ素のみから構成されるフロンガ
    スのＰＦＣガスを処理する排気ガスの処理方法であっ
    て、 未反応で排気されるＰＦＣガスをプラズマにより再分解
    して化学的に活性化し、前記化学的に活性化されたＰＦ
    Ｃガスを水素ガスと化学反応させ、ＰＦＣガスを反応生
    成物として捕捉することを特徴とする排気ガスの処理方
    法。
  2. 【請求項２】 プラズマ処理室と、捕捉部とを有し、未
    反応のＰＦＣガスを処理する排気ガスの処理装置であっ
    て、 プラズマ処理室は、未反応のＰＦＣガスが導入され、未
    反応のＰＦＣガスを再分解して化学的に活性化させるプ
    ラズマを生成するものであり、 捕捉部は、前記プラズマ処理室内に設置され、化学的に
    活性化されたＰＦＣガスと化学反応する反応物を保持す
    るものであり、 前記反応物が設置されたホルダは、バイアス電源を有
    し、 前記バイアス電源は、前記反応物が設置されたホルダに
    バイアス電源を印加し、ＰＦＣガスのイオンを反応物に
    引き込むことにより反応物との反応効率を上げるもので
    ある ことを特徴とするする排気ガスの処理装置。
  3. 【請求項３】 前記反応物は、固体シリコン，石英，水
    素ガスのいずれかであることを特徴とする請求項２に記
    載の排気ガスの処理装置。
  4. 【請求項４】 プラズマ処理室と、捕捉ガス供給部とを
    有し、未反応のＰＦＣガスを処理する排気ガスの処理装
    置であって、 プラズマ処理室は、未反応ガスのＰＦＣガスが導入さ
    れ、未反応のＰＦＣガスを再分解して化学的に活性化さ
    せるプラズマを生成するものであり、 捕捉ガス供給部は、前記プラズマ処理室内に、活性化さ
    れたＰＦＣガスと反応重合してポリマーを形成する水素
    ガスを供給するものであることを特徴とする排気ガスの
    処理装置。
  5. 【請求項５】 捕捉部を有し、 捕捉部は、冷却されてラジカル種の吸着を促進してポリ
    マー形成効率を上げるホルダを備えたものであることを
    特徴とする請求項３に記載の排気ガスの処理装置。
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