JP4146919B2 - 基板処理設備のための現場真空ライン清浄用平行平板装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に半導体処理設備の分野に関し、特に、処理チャンバに接続された真空排気ラインの内部から汚染物質と残留物質を除去するための方法および装置、ならびに処理チャンバからのペルフルオロ化合物（ＰＦＣ:perfluorocompound）ガスの排出を削減する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願は、米国特許出願「ＣＶＤシステム内の真空ラインをクリーニングする方法および装置」（出願番号08/533,174、出願日1995年9月25日、発明者ベン・パン、デビッド・チュン、ウイリアム・Ｎ・テイラーJr.、セバスチャン・ラオウクスおよびマーク・フォーダー、アプライドマテリアルズ社に譲渡）の一部継続出願である。この出願は、米国特許出願「基板処理設備排出物からのペルフルオロ化合物を削減する方法および装置」（出願番号08/579,375、出願日1995年12月27日、発明者デビッド・チュン、セバスチャン・ラオウクス、ジュディ・Ｈ・ファン、ウイリアム・Ｎ・テイラーJr.、マーク・フォーダーおよびケビン・フェアバイアン、アプライドマテリアルズ社に譲渡）の一部継続出願でもある。出願第08/533,174号および第08/579,375号の全体は、双方とも、参照文献として本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本出願は、同時に出願され一般譲渡された特許出願「基板処理設備排出物からのペルフルオロ化合物を削減する方法および装置」（共同発明者デビッド・チュン、セバスチャン・ラオウクス、ジュディ・Ｈ・ファン、ウイリアム・Ｎ・テイラーJr.、マーク・フォーダーおよびケビン・フェアバイアン）、および同時に出願され一般譲渡された特許出願「基板処理設備のための現場真空ラインクリーニング（in-situ vacuum line cleaning）用マイクロ波装置」（共同発明者セバスチャン・ラオウクス、トミ・タナカ、ムクル・ケルカー、ハリ・ポネカンティ、ケビン・フェアバイアンおよびデビッド・チュン）にも関連している。
【０００４】
化学的気相成長（ＣＶＤ）処理中、被処理基板の表面上に薄膜層を形成するため、処理チャンバの内部には堆積ガス（deposition gas）が放出される。このようなＣＶＤプロセスの間には、処理チャンバの壁のような領域への望ましくない堆積も発生する。しかし、これらの堆積ガス中の個々の分子のチャンバ内における滞留時間は比較的短いので、チャンバ内へ放出される分子のごく一部だけが堆積プロセスで消費されてウェーハまたはチャンバ壁のいずれかに堆積する。
【０００５】
未消費のガス分子は、部分的に反応した化合物や反応副生成物とともに、通常「フォアライン(foreline)」と呼ばれる真空ラインを通じてポンプによりチャンバ外に排出される。この排出ガス中の化合物の多くは、その反応性が依然として高い状態にあり、また／あるいはフォアライン中に望ましくない堆積を形成する可能性のある残留物質または粒子状物質を含んでいる。時間の経過とともに、この粉末状残留物質および／または粒子状物質の堆積は、問題をひき起こす。第１に、この物質は、自燃性物質であることが多い。この物質は、標準の定期洗浄作業中に真空シールが壊れてフォアラインが周囲条件に曝されたときに問題をひきおこす可能性がある。第２に、フォアライン内に堆積物質がかなり堆積した場合、適切にクリーニングされなければ、フォアラインおよび／またはそれに連結された真空ポンプが閉塞するおそれがある。定期的にクリーニングしたとしても、物質の堆積が真空ポンプの正常な動作を妨げ、ポンプの使用寿命を著しく縮める可能性がある。また、固形物がフォアラインから処理チャンバ内に逆流して、処理ステップを汚染し、ウェーハの歩留りに悪影響を及ぼす可能性もある。
【０００６】
これらの問題を避けるためには、フォアラインの内面を定期的にクリーニングして堆積物質を除去する。この手順は、標準チャンバ清浄作業中に行われる。標準チャンバ清浄作業は、処理チャンバのチャンバ壁や同様の領域から望ましくない堆積物質を除去するために行われる。一般的なチャンバ清浄技術には、チャンバ壁やその他の領域から堆積物質を除去するために、フッ素などのエッチングガスの使用が含まれる。エッチングガスが堆積物質と反応して堆積物質をチャンバ壁から除去するように、エッチングガスがチャンバ内に導入され、プラズマが形成される。このような清浄手順は、通常、各ウェーハごと、またはＮ枚のウェーハごとに対する堆積ステップの合間に行われる。
【０００７】
チャンバ内では堆積した物質に近い領域でプラズマが生成されることから、チャンバ壁からの堆積物質の除去は、比較的簡単である。フォアラインからの堆積物質の除去は、フォアラインが処理チャンバの下流にあるので、より困難である。一定の時間内において、処理チャンバ内のほとんどの箇所は、フォアライン内の箇所よりも多くのエッチャントフッ素原子に接触する。このため、一定時間内にチャンバは清浄プロセスによって十分にクリーニングされるが、フォアライン内には残留物質や類似した堆積物が残ることになる。
【０００８】
フォアラインを十分にクリーニングしようとすれば、清浄作業の持続時間を長くしなければならない。しかし、清浄作業を延長することは、ウェーハのスループットに悪影響を与えるので好ましくない。また、上記のような残留物質の堆積は、清浄ステップからの反応物質がフォアライン内の残留物質と反応し得る状態でフォアライン内へ排出される程度にしかクリーニングすることができない。いくつかのシステムや応用例では、排出される反応物質の寿命は、フォアラインの末端まで到達するのに十分ではなく、途中まで到達するのにすら十分でない。これらのシステムや応用例では、残留物質の堆積がなおさら懸念される。従って、半導体処理システム中のフォアラインを効率良く完全にクリーニングする装置、およびこれを実行する方法が必要である。
【０００９】
フォアラインのクリーニングに用いられてきた１つのアプローチは、プラズマＣＶＤ技術（plasma enhanced CVD techniques）を用いて排ガス中の反応性成分を電極面上への膜堆積物として取り出すスクラブシステム（scrubbing system）によるものである。このスクラビングシステムは、固体膜としての反応物質を最大限に除去するように設計されており、表面積の大きいら旋電極（spiral electrode）を複数用いる。これらのら旋電極は、着脱式キャニスタに収納されている。このキャニスタは、ブロアポンプ（blower pump）とメカニカルポンプ（mechanical pump）との間においてフォアラインの端部付近に配置されている。十分な量の固形廃棄物が電極上に堆積したら、キャニスタを取り外して、処分および交換することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術の方法は、堆積した固形物を集める面積を得るために、システムが表面積の大きい電極に依存する点で問題がある。表面積の大きな電極を収容するためには、システムは必然的に大きく、かさばるものとなる。更に、着脱式キャニスタは交換と適切な処分が必要な使い捨て製品であることから、この従来技術のスクラバシステム（scrubber system）の運用には余分な出費が生じる。また、このスクラブシステムは真空フォアラインの開始部分の下流に配置されるので、ラインのその部分に堆積する粉末状物質または粒状物質を確実に除去することができない。
【００１１】
以上のことから分かるように、フォアラインのクリーニングのための改良された方法および装置が望まれている。
【００１２】
ＣＶＤやその他の基板処理装置においてもう１つ懸念される問題は、処理チャンバからフォアラインを通って排出されるガスや副生成物のタイプに関係がある。例えば、クリーニングプラズマ中のガスの解離が不完全であり（いくつかの用途では、導入されるガス分子の１０％しか解離されない）、またクリーニングガス中の個々の分子のチャンバ内での滞留時間が比較的短いため、チャンバ内に放出された分子のごく一部しか堆積物質と反応しない。エッチャント反応に関与しないガス分子は、エッチングにより除去された物質や反応副生成物とともに、通常「フォアライン」と呼ばれる真空ラインを通じて、ポンプによりチャンバ外へ排出される。この排ガスは、半導体プロセスの排出副生成物である。
【００１３】
半導体産業においてクリーニングエッチャントガスとして用いられるフッ素含有ガスの多くは、ペルフルオロ化合物（perfluorocompound）、あるいは略して「ＰＦＣ」と呼ばれる。一般的によく用いられるＰＦＣとしては、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＮＦ₃およびＳＦ₆、あるいは類似のガスが挙げられる。これらのガスは、寿命が長いこと（最高はＣＦ₄の50,000年）で知られており、また地球温暖化への影響が大きいと考えられている。従って、これらのガスの大気中への放出は潜在的に有害であり、政府その他の規制の対象となりつつある。従って、ＣＶＤ反応室などの半導体処理設備からのＰＦＣ排出を減らすことが重要である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粒子状物質やその他の残留物質が基板処理チャンバの排気ライン内に蓄積することを実質的に防止する装置を提供し、および／またはそのようなチャンバからのＰＦＣ排出を低減することによって、先行技術の上記諸問題を解決する。本発明の様々な態様を、パーティクル低減またはＰＦＣ排出低減のために特別設計し、最適化することができる。また、特定の基板処理作業に用いるため、パーティクルとＰＦＣ排出の双方を低減するように最適化した態様を設計することも可能である。
【００１５】
本発明は、プロセスに影響を与えずにこれらの目標を達成する。すなわち、好適な態様では、本発明の動作は、フォアライン内の粒子状物質の蓄積を防止し、あるいはＰＦＣ排出を適切に低減するために、追加の処理時間を必要としない。いくつかの好ましい態様では、本発明は、追加のガスおよび／または追加の消耗部品を使用する必要がない。
【００１６】
パーティクル低減用に設計され最適化された本発明による装置の一態様では、容量結合された一対の電極が、装置の入口と出口との間に配置された迷路状ガス通路を画成する。基板処理チャンバから（例えばＣＶＤステップ中に）排出される際に真空ライン内に別途集まる粉末状残留物質およびその他の粒子状物質は、このガス通路内に捕捉される。この装置は、電極に電力を供給してガス通路内にプラズマを形成するプラズマ発生システムを含んでいても良い。このプラズマは、清浄サイクル中に、ガス通路を通って排気される未反応の排ガスから形成される。プラズマからの成分は、捕捉された粒子状物質と反応して、この物質をガス状生成物に転化する。このガス状生成物は、排気ラインを通じて排気ラインの外に容易に排気される。
【００１７】
別の態様では、本発明の装置は、流体管路を画成する対向面を持つ第１および第２の部材を含んでいる。この流体管路は、入口と、出口と、収集チャンバとを有している。この収集チャンバは、流体管路の入口と出口との間に位置しており、流体管路を通って流れる粒子状物質を収集し、粒子状物質の収集チャンバからの流出を阻止するように構成されている。前記流体管路内のエッチャントガスからプラズマを形成するため、マイクロ波プラズマ発生システムが、この装置に作用可能に結合されている。前記プラズマからの成分は、収集チャンバに収集された粒子状物質と反応してガス生成物に形成する。このガス状生成物は、流体管路の外に容易に排気することができる。この装置のこの態様の好適な仕様では、第１および第２部材はそれぞれ電極であり、この装置は、これら二つの電極間に電圧を印加してこの電極の表面上に粒子状物質を収集するパーティクル捕捉システムをも含んでいる。このプラズマも、この電気的に収集された物質と反応して、この物質を、装置の外に排気可能なガス状生成物に転化する。
【００１８】
このガス通路は、少なくとも１つの収集チャンバを含んでいる。この収集チャンバは、この通路を流れる粒子状物質を収集して、収集チャンバからの粒子状物質の流出を阻止するように重力が作用するように構成されている。更に、少なくとも一方の電極に電圧が印可され、これらの電極間に電圧場が形成されるようになっている。この電圧場は、通路を流れる粒子状物質を収集および捕捉するのに役立つ。
【００１９】
他の態様では、本発明は、半導体処理設備からのＰＦＣ排出を低減するように設計され最適化される。このような装置の一態様は、流体管路を画成する容器チャンバ（vessel chamber）を含んでいる。ＰＦＣ酸化剤の源は流体管路内にあり、プラズマ発生システムが、装置を介して排気される流出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマからの成分は、ＰＦＣ酸化剤と反応して、流出ＰＦＣガスを、より有害性の低い水溶性の非ＰＦＣガス状生成物および副生成物に転化する。
【００２０】
本発明の装置の好ましい態様は、シリコン含有フィルタ内にＰＦＣ酸化剤を提供する。プラズマ発生装置が、装置を介して排気される流出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマからの成分は、フィルタ内のシリコン含有化合物と反応して、流出ＰＦＣガスを、より有害性の低い非ＰＦＣガス状生成物および副生成物に転化する。この態様の好ましい仕様では、前記シリコン含有化合物は、シリコン酸化物材料である。
【００２１】
本発明の別の態様では、ＰＦＣ酸化剤を提供するため、ガス状のシリコン源および／または酸素源が前記装置内に導入される。このガス状シリコン源および／または酸素源と、ＰＦＣガスとからプラズマが形成される。プラズマからの成分は、流出ＰＦＣガスを、より有害性の低い非ＰＦＣガス状生成物および副生成物に転化するように反応する。
【００２２】
本発明の更に別の態様では、パーティクル捕捉収集システムが、基板処理チャンバに接続された排気ライン内のパーティクル蓄積を低減し、収集されたパーティクルおよび残留物質が、ＰＦＣ酸化剤を提供する。このパーティクル捕捉収集システムは、このような残留物質を生成する堆積プロセスからのシリコン含有残留物質を捕捉する。プラズマ発生システムは、流出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマからの成分は、収集された残留物質と反応して、流出ＰＦＣガスを、より有害性の低い非ＰＦＣガス状生成物および副生成物に転化する。
【００２３】
このような態様の一仕様では、容量結合された一対の電極が迷路状ガス通路を画成する。これらの電極にＤＣまたはＡＣ電圧が印加されて、通路内に電圧場が形成される。この電圧場は、通路を通って排出される負に帯電したパーティクルを一方の電極に、正に帯電したパーティクルを他方の電極に引き寄せる。この画成された通路は、また、通路を通って排出される粒子状物質を捕捉するように重力が作用する少なくとも一つ領域（収集チャンバ）を含んでいる。通路を通って排気されるＰＦＣガスは、電極に印加されるＲＦ電力の影響を受け、励起されてプラズマ状態となる。プラズマからの成分は、収集チャンバ内に捕捉されたシリコン残留パーティクルと反応して、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガス状副生成物に転化する。
【００２４】
本発明の上記およびその他の態様、ならびにその利点と特徴は、以下の記載と添付図面に関連して詳細に説明する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
I．典型的な半導体処理チャンバ
本発明の装置は、種々の半導体処理装置と組み合わせて用いることができる。１つの適切な装置であるＣＶＤ装置を図１に示す。この図１は、単純な平行平板ＣＶＤシステム１０の断面図である。システム１０は、真空チャンバ１５内のサセプタ１２上に載置されたウェーハ（図示せず）へ堆積ガスを拡散させるガス分散マニホールド（gas distribution manifold）１１を有している。サセプタ１２は、高い熱応答性を有している。サセプタ１２（およびサセプタ１２の上面に支持されたウェーハ）は、下部取入れ取出し位置とマニホールド１１に隣接する上部処理位置１４との間を制御自在に移動することができる。
【００２６】
サセプタ１２とウェーハが処理位置１４にあるとき、これらは、そらせ板（baffle plate）１７によって包囲される。このそらせ板は、間隔のあいた複数の穴２３を有しており、これらの穴は環状真空マニホールド２４内に排気を行う。処理中、マニホールド１１へ入ったガスは、矢印２１で示されるようにウェーハの表面を径方向に横切って均一に分散する。この後、ガスはポート２３を経て円形の真空マニホールド２４内に排気され、真空ポンプシステム３２により真空フォアライン（vacuum foreline）３１を通して排気される。堆積ガスおよびキャリヤガスは、マニホールド１１へ到達する前に、ガスライン１８を介して混合チャンバ１９内に供給され、そこで化合された後、マニホールド１１に送られる。
【００２７】
ＲＦ電源２５からマニホールド１１へ供給されるＲＦエネルギーによって、制御されたプラズマがウェーハの近傍に形成される。ガス分散マニホールド１１はＲＦ電極であり、サセプタ１２は接地されている。ＲＦ電源２５は、単一周波数または混合周波数のＲＦ電力（または他の所望のバリエーション）をマニホールド１１に供給して、チャンバ１５内に導入される反応種の分解（decomposition）を促進することができる。
【００２８】
円形外部ランプモジュール２６は、光２７の平行環状パターン（collimated annular pattern）を石英窓２８を介してサセプタ１２の環状外周部上に形成する。このような熱分布は、サセプタの自然熱損失パターンを補償するとともに、堆積を行うためのサセプタとウェーハの急速かつ均一な加熱をもたらす。
【００２９】
図示しないモータが、処理位置１４と下側のウェーハ取入れ位置との間でサセプタ１２を上下に動かす。このモータと、ガスライン１８に接続されたガス供給弁（図示せず）と、ＲＦ電源２５とは、制御ライン３６（一部のみを図示）を介してプロセッサ３４により制御される。プロセッサ３４は、メモリー３８等のコンピュータ読出し可能媒体に記憶されたコンピュータプログラムの制御を受けて動作する。このコンピュータプログラムは、特定のプロセスのタイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、その他のパラメタを指示する。
【００３０】
通常、任意の又は全てのチャンバライニング、ガス供給口マニホールドフェースプレート、支持フィンガ１３、その他種々のリアクタハードウェアは、陽極酸化アルミニウム等の材料から製造される。このようなＰＥＣＶＤ装置の例は、一般譲渡された米国特許第5,000,113号「熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤリアクタ、ならびに二酸化珪素の熱化学的気相成長および現場多段平面化プロセスの使用」に記載されている。
【００３１】
上記のリアクタの記載は主として例示を目的とするものであり、本発明は、他のＣＶＤ設備、例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置や誘導結合型ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置など、に用いることも可能である。また、本発明は、熱ＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、物理的気相成長装置、その他の基板処理装置に用いることもできる。本発明の装置および真空ライン内の堆積物蓄積を防止する方法は、特定の半導体処理装置や特定の堆積またはエッチングのプロセスや方法に限定されるものではない。
【００３２】
II.本発明の典型的な使用
ＣＶＤリアクタ１０によって行われる化学的気相成長等の半導体処理作業中には、様々なガス状の廃棄物や汚染物質が真空チャンバ１５から真空ライン３１へ排出される。行われる作業次第では、これらの排出生成物は、フォアラインを通って排出される際にフォアライン内に残留物質または類似の粉末状物質を残す部分的に反応した生成物および副生成物などの粒子状物質か、あるいはＰＦＣガスのいずれか一方または双方を含んでいる可能性がある。本発明は、フォアライン内におけるこのような粒子状物質の蓄積の防止、および／または真空チャンバ１５から出るＰＦＣガスの低減を行う。このようなパーティクルの蓄積を防止するか、あるいはＰＦＣガスの排出を低減するために、本発明の様々な実施形態を特別に設計して最適化することができる。また、本発明のいくつかの実施形態は、パーティクルの蓄積とＰＦＣの排出の両方を低減するように最適化することができる。
【００３３】
図２は、本発明の装置を取り付けた図１の簡単なＣＶＤ装置の断面図である。図２に示されるように、本発明の装置は、排ガス源−−処理チャンバ−−の下流に配置されている。この装置は、真空フォアラインに接続するか、あるいは真空フォアラインの一部と置き換えることができる。図２では、下流プラズマ洗浄装置（downstream plasma cleaning apparatus）４０（以下、ＤＰＡ４０またはＤＰＡと呼ぶ）が、真空ライン３１の一部分に沿って真空ポンプシステム３２と真空マニホールド２４との間に取り付けられている。このような位置に取り付けられているため、真空チャンバ１５から排出されるガスは、必然的にＤＰＡ４０を通過することになる。ＤＰＡ４０を真空ライン３１に沿って任意の位置に配置することもできるが、ＤＰＡ４０は、チャンバ１５から排出されるガスが真空ライン３１の任意の部分を通る前にＤＰＡ４０を通るように、できるだけ排気マニホールド２４に近接して配置することが好ましい。
【００３４】
また、図３に示されるように、２つ以上のＤＰＡを真空ライン３１に接続することも可能である。このような構成を用いれば、例えば、パーティクルや残留物質の蓄積から真空ポンプ３２を更に保護するためパーティクル収集用に最適化した２つのＤＰＡを使用することもできる。図３の構成では、第２のＤＰＡ４２は、ＤＰＡ４０の下流においてポンプ３２の直前に配置されている。粒子状物質がＤＰＡ４０から漏れると、この物質はＤＰＡ４２内に捕捉され、ガス状に変換される。ＤＰＡ４０および４２は、単一のＲＦ電源を使用し、スプリッタ４６で電力を分割することで、双方とも駆動することができる。この他に、ＤＰＡ４０および４２は、それぞれ別個のＲＦ電源により駆動することができ、あるいは処理チャンバ１０に接続された主ＲＦ電源によって双方とも駆動することができる。
【００３５】
このような２ＤＰＡ構成を用いることで、ＰＦＣ低減に向けて最適化された２つのＤＰＡを使用して排出ＰＦＣガスを更に抑えることができる。あるいは、この他に、２ＤＰＡ構成は、パーティクル低減に向けて最適化された１つのＤＰＡと、ＰＦＣ低減に向けて最適化された１つのＤＰＡと、を備えていても良い。ＰＦＣ低減用とパーティクル収集用に最適化された別個のＤＰＡを用いる場合、パーティクル収集用に最適化されたＤＰＡをＰＦＣ低減用ＤＰＡの上流側のフォアライン内に配置することが好ましい。このような構成は、フォアラインの後半部分のみならずフォアライン全体の内部におけるパーティクル蓄積を一層防止し、場合によっては、ＰＦＣ低減用ＤＰＡ内の不要なパーティクル蓄積をも低減することができる。
【００３６】
フォアライン内のパーティクル蓄積の低減、および／またはＰＦＣ排出の低減のために構成および最適化されたＤＰＡ４０の種々の構成と形態の詳細を以下に説明する。これらの形態は、代表例に過ぎない。本発明は、これら特定の構成や形態に限定されるものと解釈すべきではない。
【００３７】
Ａ．パーティクル低減用に最適化されたＤＰＡ４０の特定の形態
本発明のいくつかの実施形態は、チャンバから排出されるパーティクルや残留物質のフォアライン内における蓄積を低減するように構成され最適化されている。シラン（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）およびアンモニア（ＮＨ₃）を前駆物質として用いたシリコン窒化膜の堆積中には、このような粒子状物質の例として、Ｓｉ_xＮ_yＨ_z，Ｓｉ_xＨ_yおよび単体シリコンからなる褐色粉末状の残留物質がフォアライン内で観察される。この残留物質の蓄積は、ＳｉＨ₄＋Ｎ₂＋ＮＨ₃反応の不完全反応副生成物（half-reacted byproduct）によるものと考えられる。本発明者が知る限り、シランベースのシリコン窒化物ＣＶＤ堆積作業は、最大のパーティクルを発生する基板処理作業の一つである。しかしながら、他の基板処理作業も、パーティクルの蓄積や残留物質を生じさせる。例えば、同様の残留物質は、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）等の他の前駆ガスまたは前駆液や有機物源を用いたシリコン窒化物層の堆積中にも形成される。残留物質の蓄積は、他の層の中でもとりわけ酸窒化膜（oxynitride film）、シリコン酸化物（酸化ケイ素）、シリコン炭化物（炭化ケイ素）およびアモルファスシリコン膜の堆積中に生じ、また、プラズマエッチングやその他のプロセスステップ中にも生じる。
【００３８】
本発明のパーティクル低減形態は、粒子状物質を収集チャンバ内に捕捉し、真空フォアラインを通して排気される反応ガスと収集チャンバ内の残留物質および粒子状物質とをプラズマ状態に励起することによって、このような残留物質や粒子状物質の蓄積を防止する。プラズマは、収集チャンバ内に捕捉された残留物質や粒子状物質と反応してガス状の生成物や副生成物を形成する。これらの生成物や副生成物は、ライン内で堆積や凝縮を生じさせることなく、ＤＰＡおよび真空ラインを通して排気することができる。
【００３９】
作業中、堆積ガスが真空チャンバ１５から真空ライン３１を通して排気されるに伴い、このガスからの粒子状物質や残留物質がＤＰＡ内のガス通路の内面上に堆積する。粒子状物質や残留物質の除去は、ＤＰＡ４０を作動させてＤＰＡ内にプラズマを形成することにより行うことができる。エッチャントガスがチャンバ１５から排出されるときは、ＤＰＡ４０は、上記のプラズマを形成するため、清浄サイクル中に作動させられる。
【００４０】
ＤＰＡ４０は、作動時に電圧場（voltage field）を生成する。この電圧場は、ＤＰＡを通ってプラズマ状態となる排気（エッチャント）ガスからプラズマを形成する。このプラズマは、ＤＰＡ４０内の粒子状物質や残留物質のガス状の生成物や副生成物への分解を促進する。これらの生成物や副生成物は、フォアラインを通して外部へ排気されるので、これにより、フォアライン内への粒子状物質や残留物質の蓄積が防止される。例えば、シリコン窒化物層の堆積に関して上述したようにＤＰＡ４０内での残留物質の蓄積がＳＩ_xＮ_yＨ_z，Ｓｉ_xＨ_yおよび単体シリコンからなる褐色粉末状であり、クリーンサイクル中に用いられるエッチャントガスがＣＦ₄とＮ₂Ｏとの混合物である場合には、ＤＰＡ４０によって形成されるプラズマは、残留物質を、ＳｉＦ_X，ＣＯＦ₂，Ｆ₂，ＳｉＯＦ₂，ＣＯおよびＣＯ₂，ＮＯ，ＯおよびＯ₂等のガス成分に分解するものと考えられる。
【００４１】
ある応用例では、ＤＰＡ内に排気されたエッチャントガスからプラズマを生成するのでなく、基板プロセスチャンバ内で形成されたプラズマをＤＰＡが実際に維持する。すなわち、この応用例では、チャンバ内で形成されたプラズマの全部または一部が、チャンバの下流で依然として活性である可能性がある。これは、例えば、活性の高いフッ素化種（fluorinated species）からプラズマが形成される場合のチャンバ清浄作業中に発生することがある。プラズマからの成分は、依然として励起状態またはプラズマ状態のまま、チャンバからフォアラインおよびＤＰＡ内に排出することができる。このように、これらの形態では、ＤＰＡ４０内の電圧場は、新しくプラズマを形成するのでなく、プラズマを実際に維持することができる。プラズマが維持されるか、ＤＰＡ内で生成されるかに関わらず、ＤＰＡの設計も動作も変更する必要はない。
【００４２】
ほとんどの実施形態において、ＤＰＡ４０は、清浄サイクル中にしかプラズマの形成および／または維持のために作動させられることはないが、他の実施形態では、他の実施形態におけるＣＶＤガスとさらに反応を起こすように堆積サイクル中および清浄サイクル中の双方でプラズマを維持することも可能である。このような構成では、詳細に後述するように、追加のエッチャントガスをＤＰＡの上流に導入、あるいはＤＰＡ内に直接導入することができる。
【００４３】
ＤＰＡ４０内の通常の堆積による残留物質の収集に加えて、ＤＰＡ内でチャンバ１５から排出される粒子状物質を捕捉してＤＰＡの下流にこの粒子状物質が堆積できないようにするために、ＤＰＡ４０の種々の好適な形態が特別設計されている。捕捉は、機械的、静電的および／または熱泳動的（thermophoretic）捕捉メカニズムによって、以下の詳細な説明のように行われる。粒子状物質が捕捉されると、この粒子状物質は、清浄プロセス中にプラズマ中の活性種と反応してガス状副生成物を形成するまでＤＰＡ４０内に残留する。この副生成物は、この後、真空ライン３１を通して排気される。
【００４４】
これらの実施形態では、ＤＰＡ内にプラズマを形成または維持する電圧場を印加せずにパーティクルの蓄積を効率よく低減することが可能である。これは、例えば、チャンバ清浄中にエッチャント（例えばフッ素）のイオン化が十分に進んでいて、清浄プラズマ中に発生した遊離基（free radical）の寿命が、遊離基がＤＰＡ内に排出されたときにも依然として励起状態である程、十分に長くなるような場合に起こり得る。このような励起状態では、上記のように、遊離基は捕捉された粒子状物質と反応し、この物質をガス状生成物に転化することができる。
【００４５】
ＤＰＡ４０内でのプラズマ生成は、様々な既知の技術、例えば容量結合電極または誘導結合コイルへのＨＦ電力またはＲＦ電力の供給や、マイクロ波技術またはＥＣＲ技術を用いて行うことができる。これらの方法のいくつかの特定の実施形態を、以下で更に詳細に説明する。以下に説明する各実施形態では、コスト効率の理由から、説明されるＤＰＡがプロセストランスペアレント（プロセスに影響を与えない）となるように設計するのが好ましい。すなわち、ＤＰＡ４０は、余分な清浄ガスの使用や余計な清浄時間を必要とせずにフォアライン内のパーティクル蓄積を防止するように設計されていることが望ましい。また、ＤＰＡは、膜特性、例えば均一性、パーティクル汚染、応力その他に何らの悪影響も及ぼさないことが望ましい。
【００４６】
１．好適な実施形態
図４（ａ）〜図６（ｆ）は、残留物質やパーティクルの蓄積低減用に構成および最適化されたＤＰＡ４０の好適な実施形態の種々の斜視図および断面図である。図４（ａ）は、ドアを取り外した状態のＤＰＡ４０の正面斜視図であり、図４（ｂ）は、（ドアを取り外した状態の）ＤＰＡの正面図であり、図５（ｃ）は、ＤＰＡの中心に位置する平面に沿った正面斜視断面図であり、図５（ｄ）は、ＤＰＡの中心に位置する平面に沿った側面斜視断面図であり、図６（ｅ）は、ＤＰＡ４０への電力供給接続部の断面図であり、図６（ｆ）は、ドアとハンドルが取り付けられたＤＰＡ４０の斜視図である。
【００４７】
図４（ａ）〜図６（ｆ）に示されるように、ＤＰＡ４０は、入口５０と出口５２（図５（ｃ）を参照）を有している。入口５０と出口５２との間には、対向する一対のアルミニウム電極、すなわちカソード５６およびアノード５８（図４（ａ）を参照）によって画成された流体管路（fluid conduit）（ガス通路）５４がある。ＤＰＡ４０は、カップリング機構６４および６６（図４（ａ））を介してフォアラインに接続（あるいは、処理チャンバに直接接続）される。例えば、ある実施形態では、ＤＰＡ４０は、カップリング機構６４によって直接チャンバ排気口に接続され、フォアラインの開始部は、カップリング機構６６においてＤＰＡに接続される。基板処理チャンバからフォアライン内に排出されるガスおよび粒子状物質は、入口５０を通ってＤＰＡ４０内に入り、出口５２から出る。
【００４８】
取り外し可能なアルミニウムドア６３（図５（ｄ））は、バックプレート６５（図５（ｄ））とともにガス通路５４を密閉している。アルミニウムドア６３とバックプレート６５は、電極（アノード）５８へ電気的に結合されている。電極５６および５８、ドア６３ならびにバックプレート６５は、密閉された真空チャンバ（流体管路５４）を形成する。この真空チャンバは、ＤＰＡ４０内に排出されるガスの漏出を防止する。ドア６３とバックプレート６５は、それぞれ、セラミック絶縁板７１（図５（ｄ））を備えている。これは、電極５６および５８に接触してシールを形成する。このシールは、ＤＰＡを介して排出されるガスが、矢印６０（図４（ｂ））で示されるガス流経路の外に拡散することを防止する。好適な実施形態では、アルミニウムドアとセラミック絶縁層７１との間のドア６３にテフロンクッション７３（図５（ｄ））が含まれている。テフロンクッション７３は、セラミック絶縁層７１より大きな熱膨張率を有しており、また比較的柔らかいので、破損や亀裂を生じることなく膨張することが可能である。ＤＰＡ４０を作動させてプラズマが形成されると、熱が発生する。この熱は、テフロン層７３を膨張させて、セラミック絶縁層７１を電極５６および５８に向かって押しつける。これは、ドア６３での適切なシールを確保してガスがＤＰＡから漏れないようにするのに役立つ。
【００４９】
ドア６３は、ネジ５９（図６（ｆ））を介してＤＰＡ４０に取り付けられており、このネジを取り外すことによりハンドル６７（図６（ｆ））を用いてドア６３を取り外すことができる。取り外した後は、ＤＰＡ４０の内部を清浄、すなわちアルコール等の湿潤液を用いて手で拭い、および／または長期使用その他の理由で発生しているかも知れないパーティクル蓄積や残留物質を吸引して除去することができる。好適な実施形態では、ハンドル６７は、プラスチックのような熱伝導性の低い材料で作られる。
【００５０】
電極５６および５８は、４個の絶縁プラグ（好適な実施形態では、セラミック製である）６１（図４（ａ））によって相互に電気的に分離されている。この絶縁プラグは、カソードリテーナ（cathode retainer）とも呼ばれる。図示のように、電極５６および５８は溝を有している。この溝は、カソードリテーナの一部分を収容するようにこれらの電極に機械加工されたものである。図面では、２個のカソードリテーナ６１がＤＰＡの前側に示されており、他の２個はＤＰＡの後側に同様に配置されている。ある実施形態では、カソードリテーナ６１の厚さは、それぞれ約１ｃｍである。このように、カソードリテーナ６１は、ガス通路５４の全幅を大きくせず、通路を通るガス流を遮断しない。
【００５１】
このＤＰＡにおいて、ガス流は、矢印６０（図４（ｂ））で示されるように流体管路５４に沿って流れる。流体管路５４は、２つの鏡像ガス流路を有している。カソード５６の突出部（流れ分岐器５７、図４（ｂ）を参照）が、流出ガスを２つの流路のうちの一方に向かわせる。ガス流の約半分がＤＰＡ４０の左側の経路に進路を変え、残りの半分は装置の右側に進路を変える。
【００５２】
流体管路５４は、迷路状／蛇行通路（labyrinthal/serpentine passageway）である。この通路は、複数のパーティクル収集領域６２（図４（ａ））を含んでいる。この領域は、重力をある程度利用して、流出ガス流内に存在するパーティクル、例えば基板堆積または他のタイプの処理ステップ中に生じるパーティクル、を収集および捕捉する。各パーティクル収集領域６２は、ガス通路のＵ字形部分である。この部分は、流出ガス流路がパーティクルをＤＰＡの外へ出そうとするにもかかわらず、重力によってこのＵ字形部分の底部にパーティクルが収集保持されるように配置されている。ガス流の向きは、図５（ｃ）に示されるカソード５６かアノード５８のいずれかの突出フィンガ７９によって、各Ｕ字形部分を通るように設定される。これらのパーティクル収集領域６２は、重力トラップまたは機械的トラップと総称される。これについては、より詳細に後述する。
【００５３】
電極５６および５８は、平行平板プラズマ発生システムと静電パーティクルコレクタの双方を形成する。静電パーティクル捕捉の一部として、ＤＣ電力が電極５６へ印加される一方、電極５８は接地され、帯電した排出粒子状物質を引き寄せるようになっている。印加されたＤＣ電力は電圧場を生成する。この電圧場は、ＤＰＡを通って排出される正に帯電したパーティクルを一方の電極に引き寄せ、負に帯電したパーティクルを他方の電極に引き寄せる。電極５８は接地されているので、ＲＦ遮蔽用のファラデー箱（Faraday cage）としても機能する。プラズマ発生システムの一部として、ＲＦ電力が電極５６に印加される。印可されたＲＦ電力は、ＤＰＡを通り抜ける流出ガスからプラズマを形成し、重力捕捉領域６２内に収集され、あるいは電極５６および５８の表面に沿って収集されたパーティクルや残留物質をエッチングによって取り除く。
【００５４】
図７は、電極５６および５８を含む電気回路を示す図である。図７に示されるように、電極５６は、ＤＣ電源１００とＲＦ電源１０２の双方に接続されているが、電極５８は接地されている。ＤＣ電源１００は、静電捕捉に必要なＤＣ電圧を供給し、ＲＦ電源１０２は、プラズマを形成するためのＲＦ電力を供給する。ＲＦ整合回路（RF match circuit）１０４は、電源の出力インピーダンスを５０Ωに整合させて反射電力（reflected power）を最小にし、ＤＣ／ＲＦフィルタ（ローパスＲＣフィルタ）１０６は、ＤＣ電源１００をＲＦ信号干渉から分離する。ＲＦ電源１０２は、図２に示されるＲＦ電源２５と同じ電源であっても良いし、ＤＰＡ４０のみを駆動する別個のＲＦ電源であってもよい。更に、１つのクリーンルーム内に複数の処理チャンバがあることを想定すると、チャンバに接続された複数のＤＰＡの全てを、適当な数のＲＦ電力スプリッタに接続された別個の専用ＤＰＡ ＲＦ電源によって駆動してもよい。
【００５５】
ＤＰＡ４０を通過する物質および／またはＤＰＡ４０内に堆積される物質を完全に反応させるため、ＤＰＡは、ＲＦ電源（例えばＲＦ電源１０２）によって、プラズマを形成および／または維持するのに十分なレベルで駆動する必要がある。カソードの表面積や必要なプラズマ強度に応じて、一般に、５０〜２０００ワット、あるいはこれ以上の電力レベルを用いることができる。カソード５８の表面積が約１２０平方インチであるような実施形態の場合、７５０〜１０００ワット（６．３１〜８．４２Ｗ／in²）の電力レベルを用いるのが望ましい。選択される実際の電力レベルは、強力なプラズマを形成するために高い電力レベルを用いたいという要望と、エネルギーコストを節約するために低い電力レベルを使用して、より小型で、より安価な電源を使用できるようにしたいという要望とのバランスを取って決定すべきである。
【００５６】
ＤＰＡ４０を駆動する電源は、約５０ｋＨｚから約２００ＭＨｚまたはそれ以上の周波数範囲で作動させられるが、約５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲で作動させるのが好ましい。一般に、低周波数電源の方が高周波数電源よりも購入費と運転経費が少ない。従って、最も好適な実施形態では、ＤＰＡ４０を駆動する電源は、３２５ｋＨｚ以下のＲＦ周波数を供給するように設計される。ＲＦ電力は、単一周波数ＲＦ源か、あるいは混合周波数ＲＦ源のいずれかから供給することができる。電源の最適な電力出力および動作周波数は、コストを考慮しつつ、ＤＰＡが使用される用途やＤＰＡ内で扱われるガスの容積に応じて決まる。
【００５７】
ＤＰＡ４０との電気接続は、電力供給部品（power feed through piece）（ＰＦＤ）６８（図４（ａ））を介して行われる。ＰＦＤ６８は、図６（ｅ）に詳細に示されている。ここで、図６（ｅ）は、ＰＦＤ６８の拡大側面図である。ＰＦＤ６８は、ＤＣ電源１００とＲＦ電源１０２を、コネクタ７０を介してカソード５６に接続する。好適な実施形態では、コネクタ７０は、カソード５６へ直接螺入されるネジである。
【００５８】
ＲＦ接続部での腐食を減らし、ネジ７０とカソード５６との間で適切な電気的接続を維持するため、接続は大気圧において行うべきである。この大気圧領域は、領域７６として図示されており、ネジ７０のカソード５６に接触する領域を含んでいる。カソード５６と領域７６との間のシールは、Ｏリング７８が維持する。ＤＰＡの動作中に発生するかも知れない強い熱によってＯリング７８が溶けないように、カソード５６の主要部（領域５６Ａと示す）から、Ｏリング７８が埋め込まれているカソード５６の領域（領域５６Ｂと示す）への熱伝達を減らすため、特別に設計された領域が設けてある。この特別設計の領域は、カソード５６の真空領域８０と薄い部分８２とを含んでいる。カソード５６の領域５６Ａに発生および／または伝達される熱は、領域５６Ｂへは伝わりにくい。その理由は、真空領域８０が、カソードの領域５６Ｂをカソードの領域５６Ａからほとんど隔離しているからである。領域５６Ｂから領域５６ＡへＲＦ信号とＤＣ信号を伝達するカソード５６の小さい部分（部分８０）は十分に薄いので、領域５６Ａから領域５６Ｂへ伝達される熱を著しく減少させる。
【００５９】
電力供給接続部はアルミニウムハウジング７２に収容され、テフロンプレート７３とテフロンリング７４、７５および８１とによって、ハウジング７２およびドア６３から絶縁されている。ハウジング７２は、アノード５８およびドア６３に電気接続されている。平座金（flat washer）８４、止め座金（lock washer）８５およびナット８６からなる集成装置が、テフロンリング７５およびテフロンライニング７３をカソード５６の領域５６Ｂに締め付けられるようにする。この締付け力（clamping force）がＯリング７８を圧迫し、十分なシールを維持する。第２のＯリング７７は、テフロンライニング７３とドア６３との間のシールを維持し、電力供給接続部６８を通ってガスが逃げないようにする。
【００６０】
標準的な作業では、ＣＶＤステップのような基板処理ステップの間、ＤＣ電力が電極５６へ供給され、ＤＰＡ４０のパーティクル捕捉能力が高められる。電極５６に印加される電圧は用途次第で異なる。通常、１００〜３０００ボルトを印加すると効果的な捕捉メカニズムが生まれる。このようなＤＣ電圧は、チャンバ作業（処理ステップおよび清浄ステップ）中、常時印加することができ、また、ＤＰＡ４０が作動しているときはチャンバ清浄作業中に停止することもできる。
【００６１】
ＳｉＨ₄、Ｎ₂およびＮＨ₃からなるプロセスガスからシリコン窒化物が堆積させられるような基板処理作業では、発生したパーティクルの約６０％±１０％が正に帯電する一方、約４０％±１０％が負に帯電することが実験によって確認された。また、図８に示されるように、ＤＰＡ４０内に約５００ボルト／ｃｍのＤＣ場を形成すると、この基板処理作業への使用に適した静電コレクタが得られることが実験で確認された。
【００６２】
図８において、線１１０は、電極間に２００〜１２００ボルト／ｃｍの電場を生成することによって正に帯電した電極の上に集められた負帯電パーティクルの合計累積量を表し、線１１２は、接地電極上に集められた正帯電パーティクルの合計累積量を表している。線１１４は、捕捉されたパーティクルの合計累積量を表す。５００ボルト未満の電圧場では大きめのパーティクルは静電コレクタによって効果的に捕捉されない可能性があるが、高い電圧場を生成すると部分プラズマ（partial plasma）が形成されてしまう。このようなプラズマの形成は、発生する電場の特性を変化させ、捕捉効率を劣化させる。
【００６３】
静電コレクタと機械的（重力）トラップとの組合せは、真空ライン３１内の堆積防止にとって特に効果的なメカニズムを提供する。大きめのパーティクルは重力によって外側チューブ６２内に保持されやすいので、重力トラップは、流出ガス流中に存在する比較的大きいパーティクルの捕捉に特に効果的である。他方、静電型トラップは、重力トラップのみでは収集できない流出ガス流中の小さめのパーティクルの収集と捕捉に特に効果的である。
【００６４】
一例として、上記のようなシリコン窒化物の堆積において、直径１μｍから直径１ｍｍまたはそれ以上のサイズにわたるパーティクルを観察した。これらのパーティクルが排出ライン内にあるとき、２つの重要な力がパーティクルに作用する。すなわち、重力による引力（Ｆ_g）と、ガスの運動に起因する中立抗力（neutral drag force）（Ｆ_nd）である。直径１００μｍを超えるパーティクルのような大きな粒子状物質に関しては、主な相互作用は重力であるので、機械的トラップが特に効果的である。しかし、比較的小さな粒子に関しては、ガスの抗力の方が重力より大きいことがあり得る。従って、静電型トラップの電極間で形成される電場は、パーティクルの軌道に直角な補助力（supplementary force）（Ｆ_elec）を加える。この力は、極めて小さいパーティクル、例えば直径１０μｍ未満のパーティクルに対して、重力および抗力の双方よりも２桁以上大きいことがあり得るので、収集効率が極めて高くなる。
【００６５】
図９は、静電力および重力の効果を、本発明の一実施形態によりパーティクルに作用する中立抗力と比較して示すグラフである。線１２２は重力を、線１２４は静電力を、線１２６はパーティクル中立抗力を示す。図示のように、比較的小さい粒子に対しては、静電力１２４は重力１２２より大きい。比較的大きい粒子に対しては、重力１２２が静電力１２４より優勢である。この実施形態では、これらの力は、直径が約３０マイクロメータまでの粒子が主として静電コレクタにより収集され、直径が約３０マイクロメータより大きい粒子が機械的トラップによって収集されるようになっている。任意の粒子に対して静電力と重力のいずれが優勢であるかに関わらず、任意の与えられたサイズの粒子に対して静電力１２４または重力１２２の少なくとも一方が中立抗力１２６より大きくなるようにＤＰＡ４０を設計するのが好ましいということが、図９の焦点である。このような場合、静電コレクタと機械的トラップコレクタを組み合わせることにより、様々なサイズのパーティクルが効率よく収集される。
【００６６】
第４の力である熱泳動力（thermophoretic force）（Ｆ_th）も、ＤＰＡ４０内のパーティクルに作用する。熱泳動力はＤＰＡ内に発生する温度勾配に起因する。このような温度勾配は、例えば、プラズマ補助型清浄プロセス中におけるプラズマの形成によって生ずる。プラズマの形成中、カソード５６は、プラズマ形成中のイオン衝撃およびジュール効果のために、アノード５８よりも熱くなる。ある実施形態では、カソード５６とアノード５８との間の温度勾配は、ガス温度１５０℃において２００℃／ｃｍである。この実施形態における熱泳動力を図９に線１２８で示す。この実施形態における熱泳動力１２８は、０．１〜１００μｍのパーティクルを捕捉するほど強くはないが、帯電パーティクルおよび非帯電パーティクルの双方の捕捉に寄与することができる。また、他の実施形態でも、大きな温度勾配を形成することにより大きな熱泳動力を生成してパーティクルや残留物質の捕捉をより効果的に補助する方法を当業者であれば理解することができるだろう。
【００６７】
先にも述べたように、チャンバ清浄作業の間、ＲＦエネルギーが電極５６に与えられ、ＤＰＡ内に排気される流出エッチングガスからプラズマが形成および／または維持される。プラズマからの成分は、先行する１つ以上の基板処理ステップから生じてＤＰＡ内に捕捉されたパーティクルや残留物質と反応する。エッチャントガスがＤＰＡを通して排気されていない間は、このプラズマを形成するためのＲＦエネルギーの供給を中断することが望ましい（このような構成では、ＤＰＡ４０は、受動装置ではなく能動装置と呼ばれる）。ＤＰＡ４０が能動装置として構成されている場合、ＤＰＡ４０のタイミング制御（例えば、ＲＦ電源１０２および／またはＤＣ電源のオン・オフ切替え）は、一般に、図１に示される制御ライン３６を越えて送られる制御信号の印加を介してプロセッサ３４により実行される。図１４には示されていないが、このような構成では、この制御ラインはＤＰＡ４０に接続される。
【００６８】
他の実施形態では、清浄作業の間、チャンバ１５から排出されるエッチャントガスとは別に、追加のエッチャントガスを導入するため、ＤＰＡ４０へ直接ガス供給ラインを設けることが可能である。このような追加のガス供給ラインは、例えば入口５０において、または入口５０の近傍でＤＰＡに接続することができる。また、ＤＰＡの上流の位置でフォアラインに直接接続することもできる。このような別個のガスラインを設けた場合、ＤＰＡへのエッチャントガスの追加供給は、清浄手順の間だけ行うか、堆積ステップまたは他の基板処理ステップの間だけ行うか、あるいは堆積サイクルと清浄サイクルの双方の間、継続して行うことができる。基板処理ステップ中にエッチャントガスがＤＰＡに供給される実施形態では、基板処理ステップ中にＲＦエネルギーが電極５６に印加されて、プラズマが形成され、ＤＰＡ内からの堆積物質がさらにエッチングされる。
【００６９】
パーティクルの捕捉と堆積物蓄積の低減におけるＤＰＡ４０の有効性は、いくつかの要因に依存し、とりわけ、チャンバ１５において形成され排出されるパーティクルの量、ＤＰＡ４０を通る流出ガスの流量、電極５６および５８間に形成される電圧場、電極５６および５８の表面積、ならびにクリーンフェーズ中に形成されるプラズマの強さに依存する。
【００７０】
また、その他のいくつかの設計的考慮もＤＰＡ４０の有効性を高める。例えば、好適な実施形態では、流れ分岐器５７（図４（ａ））の上面は、単一のエッジに対して鋭い角度で傾斜している。実験の示すところによれば、堆積物は、ガス流が直接ＤＰＡ内の障壁または他の表面に接触する場所に、より迅速に集まる。流れ分岐器５７の傾斜面は、流出ガスが入口５０を通って流れ分岐器５７の単一エッジの直接上方に、かつ、単一エッジに垂直に導入されることと相まって、入口５０を通ってＤＰＡ４０へ入る流出ガス流に対してより小さな接触面積を与え、これにより流れ分岐器５７の上面への堆積を最小限に抑える。このような傾斜付き面なし（例えば、丸みを付けた表面）で行った実験では、分岐器５７の上面へパーティクルが堆積した。このような堆積の量によっては、堆積物がはがれて収集領域６２の一つへ落ちる可能性がある。パーティクルの堆積が余りにも多いと、通常の清浄サイクル中に形成されるプラズマを用いて分散させることができなくなるかも知れない。これにより、ガス通路が閉塞する可能性がある。またこの堆積物が誘電性物質（例えばシリコン窒化物堆積からなる堆積物）であれば、この堆積物は、プラズマの発生に干渉し、形成されるプラズマの強さを弱める可能性がある。この結果、堆積物のエッチングが更に低減され、通路閉塞の可能性が高まる。このような堆積を防止するため、流れ分岐器の両側面は、３０°以下の角度で交わることが望ましい。この角度が１０°以下であれば更に好適である。
【００７１】
ＤＰＡ４０の任意の一つの領域でのパーティクル堆積を低減するもう１つの設計上の特徴は、ガス流が左右の流れに分割される箇所と入口５０との間に位置するガス通路５４の部分の壁の輪郭である。鋭い角度での変化とは反対の、入口５０からガス通路に至る滑らかな輪郭変化（すなわちフレア型の広がり）は、通路へのガス流の均等な分配を確保する。入口５０から流体管路５４までのこの輪郭変化をプロファイルドマニホールド（profiled manifold）と呼ぶ。
【００７２】
プロファイルドマニホールドを通る均等なガス流は、ガス通路５４の左右の部分への均等なガス流分配を確保するのに役立ち、これにより通路の一部分に他より多くのパーティクルが堆積することが防止される。プロファイルドマニホールドはまた、電極の全幅にわたる均一なガス分布を確保する。プロファイルドマニホールドの好ましい態様の輪郭の詳細を、図５（ｃ）および図５（ｄ）にガス通路面５５として示す。
【００７３】
均一なプラズマの形成は、ＤＰＡ４０内に溜まるパーティクルや残留物質を完全に除去する助けになる。このために、電極５６の表面積を電極５８の表面積にほぼ等しくすると好都合である。両電極間の表面積の差が３：１と１．３：１との間にあるＤＰＡ内の種々の箇所で行った実験によれば、両電極の表面積が不均等であってもプラズマの形成は可能であり、そのプラズマによってＤＰＡ内に溜まった物質を十分に除去することができた。しかしこれらの実験において、両電極の表面積比が３：１よりも１．３：１に近い方がＤＰＡ内の領域からパーティクルや残留物質を効果的に除去することができた。カソード５６の表面積をアノード５８の表面積の９５％（１１８．７９平方インチ対１２３．３１平方インチ）として行った追加実験では、プラズマ形成がより強く、パーティクル除去がより効果的であった。その他の実施形態においては、カソードとアノードの表面積は実質的に等しい。
【００７４】
プラズマ均一性の別の問題は、電極５６と電極５８との間隔に関係がある。この間隔は、下記の例外を除いて、ＤＰＡ４０のガス通路全体にわたって基本的に一定にすべきである。プラズマの電圧ブレークダウン（voltage breakdown）は、圧力と電極間距離の関数である（ＰｘＤ）。流出ガス流がＤＰＡ４０を通って流れるためには、入口５０付近の圧力が、出口５２付近の圧力より若干高いことが必要である。この好適な実施形態において電圧ブレークダウンを一定に保つために、両電極間の間隔は、ＤＰＡ４０の上部よりも下部において大きくなっている。この間隔の変化は、例えば図４（ｂ）に示されるように、電極５６および５８の突出フィンガの一方または両方の厚さをＤＰＡの上部において厚くすれば実現可能である。図４（ｂ）において、カソード５６およびアノード５８のフィンガの厚さは、ＤＰＡ４０の上部においてそれぞれａとｂである。ＤＰＡ４０の下部においてこれらに対応する部分の厚さはそれぞれｃとｄであり、ここでは、ａ＞ｃおよびｂ＞ｄの関係にある。
【００７５】
ＤＰＡ内の圧力もプラズマ形成に影響を及ぼす。一般的に、圧力が高いほどプラズマエッチングの効率が高い。従って、ＤＰＡを高い圧力で作動させるほど、低圧作動時より、必要とされる電力は低くなり、作動コストが低減される。ＤＰＡの圧力を高めるには、ＤＰＡの後ろのフォアライン内にスロットル弁を配置すればよい。このような構成では、単一の絞り弁（throttle valve）をＤＰＡの下流に用いるか、好ましくは２個の絞り弁を用い、ひとつはチャンバ圧力を制御するためＤＰＡの上流に配置し、もうひとつは下流に配置して、ＤＰＡの圧力を処理チャンバ内の圧力とは無関係に制御するように用いることができる。
【００７６】
ＤＰＡの下流に絞り弁がなければ、ＤＰＡ内の圧力は、フォアラインの圧力にほぼ等しい（約４．５〜６torrで運転されるＰＥＣＶＤ処理装置の場合、約０．８〜２．５torrである）。しかしＤＰＡの下流に絞り弁があれば、ＤＰＡ内の圧力は広い範囲にわたって制御可能である。もちろん、ＤＰＡ内の圧力は、チャンバからの流出ガス流を維持するため、チャンバ内の圧力未満でなければならない。ＤＰＡ内の圧力を高めると、ＤＰＡへ排出されるパーティクルの中立抗力が増加するという望ましくない副作用もあり、このことが逆に重力捕捉の効率を低下させる。従って、ＤＰＡにおいて実際に設定される圧力は、プラズマ効率への考慮とパーティクル捕捉への考慮とをバランスさせるべきであり、ＤＰＡが用いられる用途に依存する。
【００７７】
ＤＰＡ４０内の圧力を監視するため、感圧スイッチ５３（図５（ｄ））を設置することができる。ＤＰＡ４０内の圧力が望ましくないレベルにまで達すると、スイッチ５３はプロセッサ３４へ信号を送り、ＤＰＡおよび基板処理チャンバ１０の両方をオフにする。好ましい実施形態において、スイッチ５３は、ＤＰＡ４０内の圧力が大気圧の半分（３６０torr）を超えるとシャットダウン手順を開始する半大気圧スイッチである。
【００７８】
ＤＰＡ内にプラズマを形成するために用いられるＲＦ電力、カソードのサイズ、ＤＰＡの作動時間、その他の要因次第で、ＤＰＡ４０はかなりの量の熱を発生する。この熱を消散させるため、ＤＰＡ４０は、図６（ｅ）に示されるように放熱フィン６９を備えることができる。この放熱フィン６９は、アノード５８に取り付けられている。
【００７９】
熱は、プラズマ形成中に、カソード５６において、イオン衝突とジュール効果によって発生する。従って、アノード５８はカソード５６より低温である。更に、アノード５８は、セラミックカソードリテーナ６１、（背面とドアにおける）セラミックライニングプレート７１、およびＰＦＤ６８内の複数のテフロン絶縁リングによって、カソード５６から断熱されている。フィン６９は、アノードの冷却を更に促進する。フィン６９は、アルミニウム等の熱伝導性材料から構成されており、受動冷却装置であることからＤＰＡ４０を除去する好適な方法である。安全のため、ＤＰＡ４０の外側が少なくとも７５℃以下にまで冷却されるようにフィン６９を設計することが望ましい。
【００８０】
アプライドマテリアルズ社製Ｐ５０００リアクタシステムのＤＣＶＤチャンバ用にＤＰＡを装着した好適な実施形態では、フィンはＤＰＡの三つの側面上に配置されるが、第４の側面には設けない。その代わり、ＤＰＡの第４の側面（背面）は、基板処理チャンバの一部に直接対向するように配置されている。フィン６９によって与えられる冷却の程度は、フィンのサイズに依存する。カソード温度が２５０〜３００℃の実施形態の場合、フィン６９は、ＤＰＡの外側を約７５℃に冷却するのに十分な大きさである。
【００８１】
ＤＰＡ４０の冷却に他の方法を用いることも可能である。例えば、ＤＰＡ４０の周りに水を循環させる冷却システムを用いて、ＤＰＡから熱を移動させることもできる。このような冷却システムは、能動冷却機構である。
【００８２】
２．ＤＰＡ４０の好適なパーティクル低減形態を用いたテスト結果
パーティクル堆積の低減における本発明の有効性を実証するため、上記の好適な実施形態に従って設計したＤＰＡ４０を、６インチウェーハ用に用意されシリコン窒化物のＣＶＤ堆積用に設計されたPrecision５０００チャンバに取り付けてテストを行った。Precision５０００チャンバは、本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ製である。
【００８３】
ＤＰＡの有効性テストの実験を行う前に、シリコン窒化物の堆積ステップとそれに続くフッ素清浄ステップにより、処理チャンバ内に堆積した残留物質の成分を判定する実験を行った。残留物質の成分判定は、２つの異なるシリコン窒化物堆積／フッ素清浄作業プロセスシーケンスに対して行った。各プロセスシーケンスにおいて、シリコン窒化物堆積ステップは同一であったが、清浄ステップは、第１シーケンスにおいてはＣＦ₄の化学作用に基づき、第２シーケンスにおいてはＮＦ₃の化学作用に基づくものであった。
【００８４】
ウェーハをシラン（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）およびアンモニア（ＮＨ₃）のガスからなるプラズマにさらして、ウェーハ上にシリコン窒化膜を堆積させた。チャンバへの導入流量は、ＳｉＨ₄が２７５sccm、Ｎ₂が３７００sccm、およびＮＨ₃が１００sccmであった。プラズマは、７２０ワットで駆動される１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源を用いて、圧力４．５torr、温度４００℃で形成した。シリコン窒化物堆積プロセスを約７５秒継続した。これは、ウェーハ上に約１０，０００Åの膜を堆積させるのに十分な時間である。
【００８５】
第１の試料に対しては、シリコン窒化物堆積ステップが完了し、ウェーハをチャンバから取り出した後、チャンバをＣＦ₄およびＮ₂Ｏのプラズマを用いて１２０秒間クリーニングした。ＣＦ₄とＮ₂Ｏの比は３：１で、ＣＦ₄の導入流量は１５００sccm、Ｎ₂Ｏの導入流量は５００sccmであった。清浄ステップ中、チャンバは温度４００℃、圧力５torrに維持した。プラズマは、１３．５６ＭＨｚ電源を用いて１０００ワットで形成した。
【００８６】
第２の試料に対しては、ＮＦ₃とＮ₂ＯとＮ₂の各前駆ガスから形成したプラズマを用いてチャンバをクリーニングした。ＮＦ₃とＮ₂ＯとＮ₂の比は約５：２：１０であり、各ガスの導入流量はそれぞれ５００sccm、２００sccm、１０００sccmであった。清浄ステップの間、チャンバを、温度４００℃、圧力５torrに約９５秒間維持した。プラズマの形成は、１３．５６ＭＨｚの電源を用いて１０００ワットの電力を供給しながら行った。
【００８７】
ＣＦ₄清浄についての残留物質の色は褐色を帯びており、ＮＦ₃清浄についての残留物質の色は黄白色であった。Ｓｉ₃Ｎ₄堆積ステップのみから生じた残留物質は褐色であった。従ってこれらの結果は、初期の褐色粉末が、ＮＦ₃清浄からの黄白色の粉末へより完全に転化したことを示すものと考えられる。これは、ＮＦ₃プラズマ内で生じた余分な遊離フッ素基に起因すると考えられる。
【００８８】
その他の一連の実験において、三つの異なる残留物質サンプルを収集した。すなわち、上記のＳｉＮ₄堆積ステップの直後に処理チャンバの約０．５ｍ下流のフォアライン内で収集した粉末（サンプルＡ）、サンプルＡと同じ場所であるが、上記のＮＦ₃／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂清浄プラズマを走らせた後に収集した粉末（サンプルＢ）、および数日間連続した堆積／清浄シーケンス後、チャンバの約１２ｍ下流でドライ真空ポンプの入口において収集した粉末（サンプルＣ）、である。粉末サンプルの組成は、水素前方散乱（Hydrogen Forward Scattering）(ＨＦＳ)、Ｘ線光電子スペクトル分光（ＸＰＳ）、およびＸ線回折（ＸＲＤ）分析から求めた。これらの粉末の各々の組成を表１に示す。
【００８９】
【表１】

サンプルＡは、Ｓｉ₃Ｎ₄堆積化学作用の直接の固形副生成物である。この粉末は、ＲＦプラズマ内に生じるパーティクルの組成を反映している。粉末の成分の大部分は、Ｓｉ、Ｎ、Ｈおよび酸素である。酸素は、おそらくサンプル収集中に空気から吸収したものである。堆積中に酸素含有ガスは使用されないので、酸素は当初の成分ではあり得ない。プラズマ内に生じる残留パーティクルは、高度に水素添加されたシリコン窒化物Ｓｉ_xＮ_yＨ_zである可能性が高い。この粉末の反応性は極めて高い。ＸＰＳ測定は、ＨＦＳ結果を確認し、かつ、空気にさらされた後、シリコンが元素として１８％、窒化物として２４％、および酸化物として５８％存在することを示している。窒素は９３％が窒化物として、７％がアンモニアとして存在する。ＸＲＤ分析は粉末がアモルファス状であることを示している。
【００９０】
サンプルＢは、ＮＦ₃／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂プラズマを用いた清浄プロセス後における粉末Ａの転化結果である。この清浄プロセスは堆積チャンバの内側に堆積した残留物質を完全に蒸発させるが、Ｆ^*遊離基の寿命に限界があるため、フォアライン内における転化は不完全である。しかしながら、この寿命は、フォアライン内の最初の数メートルで部分的転化が起こるのに十分な長さである。この白色粉末はＦ含有量が高く、Ｓｉ_xＮ_yＨ_zが（ＮＨ₄）₂ＳｉＦ₆（アンモニウムヘキサフルオロシリケート、これはＸ線回折特性テストによって同定された）に変化したことを裏付けている。この多結晶白色粉末の昇華温度は２５０℃である。
【００９１】
サンプルＢの堆積粉末の量は、処理チャンバからの距離とともに増加しており、フォアラインに沿ってガスが移動するにつれて固体−ガス蒸発の効率が低下することを示唆している。おそらくこれは、とりわけＦ^*、ＣＦ_x、Ｏ^*などの励起核種が、チャンバから離れて行くに従って希薄化するためである。ポンプの近くには、粉末ＡとＢの混合物が存在する。この残留物質は、チャンバから遠くなるにつれて黄色がかった色から褐色になる。
【００９２】
粉末Ｃは、化学分析の結果、粉末Ａの不完全転化物であることが判明した。興味深いことは、当初の褐色残留物質を被覆しうるポリマ -(-ＣＦ₂-Ｃ₂Ｆ₄-Ｏ-)_X- が形成され、これにより保護被覆が形成され、堆積中に集まった粉末のそれ以上の転化が防止されることである。商用ＰＥＣＶＤシリコン窒化物システムのフォアライン内における粉末Ｃの堆積量は、１ヶ月連続した堆積／清浄シーケンスの後で、５００グラムを超えることがある。
【００９３】
チャンバ内の残留堆積物の組成を判定した後、残留物粉末の粒径（grain size）を判定する実験が行われた。この実験のため、一つのシリコン片をフォアライン内に配置して、堆積プロセスからフォアライン内に堆積した物質を収集した。１５秒間の堆積プロセスの後でさえも、褐色粉末状の残留堆積物が通常通り真空ライン３内で発生することが観察された。この残留堆積物を示す顕微鏡写真を図１０に示す。この褐色粉末は、Ｓｉ_xＮ_yＨ_z、Ｓ_iＨ_y、ＳｉＯ_xおよび単体シリコンの残留物質からなるものであった。残留物質の基本粒子は、粒状およびスポンジ状形態を呈しており、密度は２．３ｇ／ｃｍ³であった。図１１には、球対称の粒子が図示されており、成長が均質な核生成（homogeneous nucleation）によるものであることを示している。図１２は、４個または５個の粒子（直径はそれぞれ１５〜２０μｍ）が直径約５０μｍの典型的な残留物凝集粒子となる凝集を示す顕微鏡写真である。更に行った実験では、９０秒間の堆積ステップに関して、粉末の粒径は堆積時間とともに増え、直径１．０ｍｍ以上の凝集物を形成することが示された。
【００９４】
次に、シラン系シリコン窒化物堆積作業等から生じるパーティクル蓄積の低減における本発明の有効性を、試作ＤＰＡを用いて証明した。この試作ＤＰＡは、図４（ａ）〜図６（ｆ）に示す実施形態に準じて製作し、フォアラインの直前でＰ５０００ＣＶＤチャンバの排気ポートに接続した。この実験において、チャンバの運転は、一般的なシリコン窒化物用の堆積／清浄シーケンスに従って行った。このシーケンスは、３回の連続した１．０ミクロン堆積ステップ（３枚のウェーハについて）を含んでおり、これにＣＦ₄／Ｎ₂Ｏ清浄ステップが続く。５０００ウェーハ運転テストに関して、堆積／清浄サイクルを連続的に繰り返した。
【００９５】
シリコン窒化物堆積ステップに関しては、チャンバの圧力を４．５torrに維持し、チャンバ温度を４００℃に設定し、サセプタをガス分散マニホールドから６００ミルに配置した。堆積ガスには、流量１９０sccmで導入されたＳｉＨ₄、流量１５００sccmで導入されたＮ₂、および流量６０sccmで導入されたＮＨ₃が含まれていた。周波数１３．５６ＭＨｚの単一周波数ＲＦ電力を４５５ワットの電力レベルで供給してプラズマを形成し、約７５００Å／ｍｍの率でシリコン窒化物層を堆積させた。１．０ミクロン層ごとの総堆積時間は、約８０秒であった。
【００９６】
チャンバ清浄ステップに関しては、チャンバ圧力を４．６torrに設定、維持し、チャンバ温度を４００℃に設定し、サセプタ（ウェーハなし）をガス分散マニホールドから６００ミルに配置した。清浄ガスには、流量１５００sccmで導入されたＣＦ₄、および流量５００sccmで導入されたＮ₂Ｏが含まれていた。ＲＦ電力を供給してエッチングプラズマを形成し、チャンバ内に堆積した物質をエッチングにより除去した。周波数電源を、周波数１３．５６ＭＨｚで作動させ、１０００ワットで駆動した。３回の１．０ミクロンシリコン窒化物層堆積ステップ後のチャンバ清浄にかかった全清浄時間は、最初の３０００枚のウェーハについて１１０秒であった。この後、エンドポイント検出器を用いて、最後の２０００枚のウェーハに対する清浄時間を最適化した。
【００９７】
試作ＤＰＡは、ほぼ長さ３５ｃｍ、直径１４ｃｍであった。両電極５６および５８は、アルミニウムからなる機械加工品で、全表面積は２４２．１平方インチであった。カソードの幅は３．００インチ、周長は３９．５９６６インチであった。
【００９８】
上記のように、シリコン窒化物堆積ステップおよびＣＦ₄清浄ステップの双方の間、帯電粒子を捕捉するため、両電極５６および５８の間に５００ボルトのＤＣ電圧が生成された。この電圧場は、電極５６に５００ボルトを印可し、電極５８を接地することによって形成した。プラズマ形成に関しては、このＤＰＡ装置を能動装置として作動させた（すなわち、清浄サイクル中にのみプラズマを形成するようにＲＦ電力を与え、堆積ステップ中にはＲＦ電力を与えなかった）。プラズマ形成は、１０００ワットで駆動される３２５ｋＨｚのＲＦ波形によって行われた。ＤＰＡ内の圧力は、０．８torrと測定された。
【００９９】
更に行ったテストでは、試作ＤＰＡが、上述のシリコン窒化物堆積／ＣＦ₄清浄シーケンスを用いた２０，０００ウェーハ試運転の間、プロセスに影響を与えずにフォアライン内でのパーティクル蓄積を防止することに対して１００％有効であることが示された。試作ＤＰＡの使用において、この実験中、チャンバから排出されるすべての粒子状物質を捕捉し除去するのに、追加の清浄ガスや追加の清浄時間は何ら不要であった。実験中におけるシリコン窒化物堆積膜の厚さ、均一性、応力、反射率などの膜特性の計測値は、１枚目と５０００枚目のウェーハの間で（或いはその中間の任意のウェーハ間で）目立った、あるいは著しい変化がないことを示していた。更に、この実験中におけるチャンバ内の粒子数の計測値は、ウェーハ運転の間、直径０．１６ミクロン以上の粒子が増加しなかったことを示していた。
【０１００】
３．ヘリカルコイル、単一チューブ形態
他のプラズマ形成構造を組み込んだＤＰＡ４０の実施形態も可能である。例えば、いくつかの実施形態では、ＲＦ信号をヘリカル共振器コイル（helical resonator coil）のような誘導コイルへ印加することによってプラズマが形成される。ヘリカルコイルはサイズがコンパクトであり、比較的高いプラズマ密度でプラズマを形成する能力を持っている。このようなコイルは、当業者には周知であり、周知の教科書、例えば、マイケル・Ａ・リーバーマンおよびアラン・Ｊ・リヒテンバーグによる「プラズマ放電と材料処理の原理」（ジョン・ウイリー・アンド・サンズ発行、１９９４年）の４０４〜４１０頁、に述べられている基準に従って設計することができる。なお、この文献は、参照文献として本明細書に組み込まれる。
【０１０１】
ヘリカル共振器コイルは、導電率（conductivity）の高い金属、例えば銅、ニッケル、もしくは金または類似の導電性材料、で作ることができる。コイルを適切に共振させるためには、コイルの長さを、印加するＲＦ信号の波長のほぼ１／４か、または１／４よりもわずかに長くすることが重要である。
【０１０２】
図１３は、このようなコイルを備えたＤＰＡ４０の一実施形態の断面図である。図１３において、ＤＰＡ４０は、チューブ１５０を備えている。処理チャンバ１５からの排出ガスは、ＤＰＡを通り抜けるとき、このチューブを通って流れる。チューブ１５０は、セラミック、ガラス、石英などの絶縁材料から作られる。好ましい実施形態では、チューブ１５０は、清浄ステップ中に用いられるフッ素などのエッチャントガスに反応しないセラミックで作られる。また、チューブ１５０の内径は、真空ライン３１の内径とほぼ同じである。他の実施形態では、チューブ１５０は必ずしも円筒形である必要はなく、その内面は角形、平面形または楕円形や同様の曲面であってもよい。これらの実施形態およびその他の実施形態において、チューブ１５０の内径は、真空ライン３１の内径より大きくても小さくてもよい。
【０１０３】
コイル１５２は、チューブ１５０の外面に巻き付けられ、一方の端部の点１５６においてＲＦ電源に接続され、他方の端部の点１５５において接地電位に接続されている。ＲＦ電源からの電圧をコイル１５２へ印加することにより、チューブ１５０を通る排出ガスは励起され、プラズマ状態になる。このプラズマ状態において、プラズマからの成分はチューブ内に堆積した物質と反応してガス状生成物を生成し、上記のように、ポンプシステム３２によってＤＰＡ４０および真空ライン３１の外へ排気される。コイル１５２は、先に述べたように、標準的なヘリカル共振器コイルであり、チューブ１５０の外部ではなく内部で巻くこともできる。
【０１０４】
チューブ１５０を外部コンテナ１５４が取り囲んでいる。コンテナ１５４は少なくとも２つの目的を果たす。第１に、コイル１５２により生じる放射をさえぎるファラデー箱として機能することである。第２に、セラミックチューブ１５０が破損するか亀裂を生じるか、またはチューブ１５０内の真空シールが別に破損した場合、コンテナ１５４が第２のシールとしてガスの流出を防止することである。コンテナ１５４は、アルミニウム等の種々の金属や鋼や他の化合物（compound）で作ることができ、遮蔽効果のために接地される。上下のフランジ１５７、１５８は、それぞれ、真空シールを維持しつつＤＰＡ４０を真空マニホールド２４および真空ライン３１に接続する。
【０１０５】
標準ＲＦ電源は、負荷として５０オームのインピーダンスを生じるように設計されている。従って、ＲＦ電源についてのコイル１５２への接点（点１５６）は、コイル１５２が５０オームのインピーダンスを持つように選択すべきである。電源が他のインピーダンスレベルを必要とするならば、点１５６はそれに応じて選択することができる。
【０１０６】
コイル１５２は、ＲＦ電源によって５０ワット以上の電力レベルで駆動され、５００ワット以上の電力レベルで駆動されることが好ましい。そのような条件下では、プラズマの発生は最大となり、均一性は問題でなくなる。コイル１５２が実際に発生する電圧は、ＲＦ電源が使用する電力、コイル１５２の長さおよび巻線間隔、コイルの抵抗など、多くの要因に依存する。電圧はコイルに沿って均一に分配されるので、コイル全体についての電圧レベルは、コイルが接地される各点とＲＦ電源（点１５５および点１５６）との間のレベルを決定することによって決定することができる。例えば、ある特定のコイルが、点１５５と点１５６との間のコイル部分の４倍の長さであるとすると、コイルの合計電圧は、点１５５と点１５６との間の電圧レベルの４倍となる。
【０１０７】
コイル、電力レベル、および印加ＲＦ周波数は、チューブ１５０内で強いプラズマが形成されるように選ぶべきであるが、同時に、コイル１５２が発生させる電圧が、コイルからコンテナ１５４へ電流がアークするレベルを超えないようにしなければならない。特定のＤＰＡに関してアーク発生（arcing）が問題であれば、コイル１５２とコンテナ１５４の間に絶縁材を置くこともできる。しかし設計の単純化のためには、コイル１５２とコンテナ１５４との間の空間が空気で満たされていることが望ましい。
【０１０８】
ＤＰＡ４０の長さとサイズは変えることができる。いくつかの用途では、ＤＰＡ４０の長さをわずか４〜６インチ、さらにはそれ以下とすることができる一方、他の用途では、真空ライン３１の全長（４〜５フィートまたはそれ以上）とし、ラインの代わりに用いることができる。長いＤＰＡは、同じ設計の短いＤＰＡより多くのパーティクルを収集し、これによりパーティクルを除去することができる。ＤＰＡの設計は、スペースの考慮を残留物収集効率と均衡させなければならない。しかしながら、改良を加えた捕捉メカニズムを備えた短いＤＰＡは、処理チャンバから排出される粒子状物質の９９．８％を収集できるので、長さは余り重要な要因ではない。コイルの長さはＲＦ波長の１／４よりわずかに長くするべきであるから、使用するコイルの長さとＲＦ周波数との間には直接の関係がある。コイルが長いほど、低い周波数のＲＦ電力信号が必要となる。
【０１０９】
ＤＰＡ４０は処理手順の特定の期間中にオン・オフされるのが望ましいことは先に述べたが、ＤＰＡは受動装置として構成することもできる。ＤＰＡのオン・オフ専用に特別な制御信号やプロセッサ時間が必要とならないように、ＤＰＡ４０には、受動装置として、十分なＲＦ電力信号が継続して供給される。
【０１１０】
４．第１のヘリカルコイル、機械的および静電的トラップ形態
図１４は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図である。図１４に示されるＤＰＡ４０の実施形態は、第１内側セラミックチューブ１６０と、第２外側セラミックチューブ１６２と、を備えている。チューブ１６０の端部は、ＤＰＡ４０を通るガス流が矢印１６４で示されるようになるように、チューブ１６２の円筒空間内にある。
【０１１１】
図１３の実施形態に関連して説明したように、ヘリカル共振器コイル１６６はチューブ１６２の外面に巻き付けられ、ＲＦ電源１６８に接続されている。コイル１６６は、また、チューブ１６２の内部で巻いたり、あるいはチューブ１６０の外面または内面の周りに巻き付けることもできる。
【０１１２】
上記コンテナ１５０に類似のシェル１６８は、内側チューブ１６０および外側チューブ１６２の双方を囲んでいる。外側チューブ１６２は、接続によって内側チューブ１６０かシェル１６８のいずれか支持することができる。いずれの場合にも、外側チューブ用の支持構造が流出ガス流のＤＰＡ４０の通過を可能にすることが重要である。このために、支持構造は、多数の抜き孔を有し両チューブ１６０および１６２間に位置するセラミック材料からなる平板であっても良いし、チューブ１６０および１６２間に延在するわずか３、４個の細長い接続部またはフィンガから構成されても良いし、あるいはその他多数の同等な方法で設計することができる。抜き孔を持つ構造は、後述するように、収集領域１７０内で粒子状物質を収集し捕捉することを補助することができる。しかしながら、この構造は、ＤＰＡ４０を通じて排気されるガスの流量が減少しないように、孔を十分に大きく設計すべきである。
【０１１３】
ＤＰＡ４０のこの実施形態の設計は、粒子状物質の捕捉と分解を促進する。この設計は、機械的トラップとして機能するチューブ１６２の収集領域１７０を含んでいる。この収集領域は、排気ガス流中のパーティクルを収集、捕捉し、図４（ａ）のトラップ６２と同様な方法により、パーティクルがＤＰＡの残りの部分を通過して真空ライン３１へ入ることができないようにする機械的トラップとして機能する。パーティクルはトラップ内に保持され、形成されたプラズマのもとで解離または分解されるまでプラズマにさらされる。
【０１１４】
ＤＰＡ４０のこの実施形態のトラップ部分の動作は、重力にある程度依存する。重力は、ＤＰＡ装置を通って真空ライン中へパーティクルを排気しようとする流出ガス流路にもかかわらず、粒子状物質をトラップ内に保持するように機能する。従って、ＤＰＡの有効性は、パーティクルが反応してガス生成物に転化されるまでチューブ１６２からパーティクルが離脱するのを防止する外側チューブ１６２の能力に部分的に依存する。このためには、収集領域１７０がＤＰＡへの入口から下流にあり、かつ、外側チューブ１６２の長さが重力と協同してこのトラップを形成するのに十分なものであるようにＤＰＡを配置することが重要である。
【０１１５】
ＤＰＡ４０内の平面１７６に沿ってガス通路の断面積を増すことによって、粒子状物質の捕捉を更に補助することができる。任意の与えられた堆積プロセスにおける流出ガス流の流量はほぼ一定である。従って、１つまたはそれ以上の通路の断面積を増せば、ガス流中の粒子速度が低下し、それに応じて粒子に働く中立抗力も小さくなる。粒子は、それに作用する重力が中立抗力を超えれば、ＤＰＡ４０の重力トラップ内の重力によって捕捉される。
【０１１６】
機械的トラップの有効性を更に高めるため、静電コレクタ１７２を収集領域１７０の付近に配置することができる。静電コレクタ１７２は、ＤＣ電源またはＡＣ電源に接続された小型電極であってもよい。極性と静電コレクタ１７２に与えられる電荷量は、用途ごとに異なり、個々の用途における排出粒子状物質の極性型と代表的電荷レベルに依存する。
【０１１７】
本発明には様々な静電型トラップ装置が使用可能である。このような静電コレクタの別の実施形態の詳細を、図１５（ａ）、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）を参照して以下に詳細に述べる。
【０１１８】
５．第２のヘリカルコイル機械的および静電的トラップ形態
図１５（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図である。図１５（ａ）の実施形態は、図１４の実施形態と同様の機械的トラップの設計を用いるとともに、変形を加えた静電型トラップも用いている。また、流出ガスは、上部フランジに対向するのではなく上部フランジ１８１に隣接して配置された側部フランジ１８０を介して排出される。フランジ１８０は、外側チューブ１８６とではなく外側ケーシング１８４とともに真空シールを形成するように配置されている。ケーシング１８４は、金属または同様の材料からなる一方、チューブ１８６は、セラミック等の絶縁材料からなる。
【０１１９】
本実施形態のＤＰＡには、ＲＦ電源への接続点１８８と点１８９（接地）との間で５０オームのインピーダンスを持つように設計された外側コイル１８７を介してＲＦ電力が供給される。上記のように、コイル１８７は、標準ＲＦ電源によって駆動できるよう、５０オームのインピーダンスを持つように設計すべきである。内側コイル１９０は、内側チューブ１８５内で巻かれている。内側コイル１９０は、外側コイル１８７に供給されるＲＦ信号を誘導によって受けとり、プラズマ反応を駆動するのに必要な電圧場を形成する。
【０１２０】
中心ワイヤ１９２は内側チューブ１８５の中心を通っており、中心ワイヤ１９２と内側コイル１９０との間には電位が発生していて、ＤＰＡを通る粒子状物質を静電的に捕捉されるようになっている。電位は種々の手法を用いて発生させることができる。いずれの手法においても、中心ワイヤ１９２と内側コイル１９０は電極として機能する。一つの実施形態では、中心ワイヤ１９２を接地し、コイル１９０に正のＤＣ電圧またはＡＣ電圧を印加する。図１５（ｂ）に示されるように、排出パーティクル１９４が負に帯電している場合、これらのパーティクルは、ワイヤ１９２とコイル１９０が生成する電圧場（Ｆ_elec）によって引き寄せられ、正に帯電したコイル上の各位置１９５に集まる。コイル１９０を接地し、負電圧を中心ワイヤ１９２に印加しても同様の結果が得られる。しかしながら、この場合、コイル１９０は、負に帯電したパーティクルをワイヤ１９２の方向へ押し戻す。
【０１２１】
別の実施形態では、正のＤＣ電圧またはＡＣ電圧を中心ワイヤ１９２に印加し、コイル１９０を接地電位に接続する。図１５（ｃ）に示すこの手法では、負に帯電したパーティクルは、正に帯電したコイル１９２上の各点１９６に集められる。中心ワイヤ１９２を接地し、負電圧をコイル１９０に印加しても同様の結果が得られる。しかしその場合、コイル１９０は、負に帯電したパーティクルをワイヤ１９２の方向へ押し戻す。
【０１２２】
更に別の実施形態では、ワイヤ１９２もコイル１９０も接地せず、代わりに、ワイヤ１９２とコイル１９０との間に正または負の電位を生成する電圧源に双方を接続する。もちろん、正に帯電した粒子状物質が存在する場合、この物質は負に帯電した物質が収集される電極と反対側の電極に収集されることになる。
【０１２３】
また、粒子状物質が正帯電粒子と負帯電粒子の両方を含む場合、パーティクルは静電力によって収集することもできる。このような場合、正帯電粒子は低電位の電極に引き寄せられ、負帯電粒子は高電位の電極に引き寄せられる。この場合、中心ワイヤ１９２にＡＣ電圧を印加することもできる。ＡＣ電圧を中心ワイヤ１９２に接続し、コイル１９０を接地した場合、正の粒子状物質は、正の半サイクル中にワイヤからコイル９０の方へ押し戻される。しかし負の半サイクル中には、負の粒子状物質がワイヤから反発されてコイル１９０上に収集される。このような場合、ＡＣ電圧の周期は、パーティクルの応答時間より長くすべきである。
【０１２４】
上記いずれの場合においても、二つの電極間の電場は５０〜５０００ボルト／ｃｍである。好ましくは、電極間の電場は、５００ボルト／ｃｍ（ＤＣ）〜１０００ボルト／ｃｍ（ＡＣ）であると良い。パーティクルが中心ワイヤ１９２から引き離されてコイル１９０上に集まるか、その逆であるかは、パーティクルの極性と、コイル１９０およびワイヤ１９２に与えられる電荷と、に依存する。
【０１２５】
この設計はコイル１９０と中心ワイヤ１９２との間に形成される電位差に依存しているので、最大のパーティクル収集を得るためにコイル１９０を内側チューブ１８５の内側に配置して、チューブの絶縁材によってワイヤ１９２から分離されないようにすべきである。コイル１９０および中心ワイヤ１９２は、チューブ１８５の内側に配置されているので、フッ素等の様々な反応性の高い種と接触するようになる。従って、コイル１９０およびワイヤ１９２は、そのような反応種と反応しないニッケル等の適切な導電性材料で作ることが重要である。この実施形態では、コイル１９０が、パーティクルを引き寄せ又は押し戻すための電位と、ＲＦ電力信号と、の双方を搬送することに注目することが重要である。
【０１２６】
６．平行電極を含む第３の機械的および静電的トラップ形態
図１６（ａ）は、機械的トラップと静電的トラップとを含む別のＤＰＡ４０の断面図である。図１６の実施形態は、容量結合された一対の電極に加えられるＲＦ電力からプラズマを形成する点で、図４（ａ）〜図５（ｃ）に示される実施形態と同様である。しかしながら、図１６（ａ）の電極は、図４（ａ）〜図６（ｆ）の実施形態における実質的に等しい表面積の平行平板電極ではなく、周辺の円筒形電極４０２および４０４である。図１６（ｂ）に示されるように、これらの電極が円筒形である性質上、電極４０２対電極４０４の表面積比は、ＤＰＡの異なる部分で異なっている。例えば、一つの実施形態では、電極４０２対電極４０４の表面積比は、内側通路４０５ａ内で約３：１である。この同じ実施形態において、電極４０２対電極４０４の表面積比は、外側通路４０５ｂ内で約１．３：１である。
【０１２７】
電極４０２および４０４は、処理チャンバ１５から排出されるガスが通過するガス通路４０５を画成する。電極４０２は接地されているが、電極４０４にはＲＦおよびＤＣ電力が与えられる。ＲＦおよびＤＣ電力は、ＰＦＤ４０６を介して電極４０４へ供給される。ＰＦＤ４０６は、テフロン絶縁体４０８によって接地電極４０２から絶縁されている。
【０１２８】
通路４０５は、Ｕ字形重力トラップ領域４１０を含んでいる。電極が同心状である性質上、これらの領域は、円形ドーナツの下半分のような形をしている。流出ガスは、入口４０１から通路４０５へ入り、出口４０３から出る。
【０１２９】
適切であれば、ＤＣフィルタ４１２をＤＰＡ４０と処理チャンバ１５との間に配置して、流出ガス流中の帯電物質の捕捉の助けになるようＤＰＡへ印加される電圧がチャンバ内で行われる基板処理作業に影響を及ぼさないようにすることができる。
【０１３０】
電極４０２および４０４を含む電気回路図を図１７に示す。図１７に示されるように、電極４０４はＤＣ電源４２０とＲＦ電源４２２の双方に接続されるが、電極４０２は接地されている。ＤＣ電源４２０は静電型トラップに必要なＤＣ電圧を供給し、ＲＦ電源４２２はプラズマ形成用のＲＦ電力を供給する。ＲＦ整合回路４２４は、電源出力インピーダンスを５０オームに整合して反射電力を最小にし、ＤＣ／ＲＦフィルタ（好ましい実施形態では、１ｍΩ抵抗器）４２６は、ＤＣ電源４２０をＲＦ電源から絶縁する。
【０１３１】
７．平行電極を含む第４の機械的および静電的トラップ形態
図１８（ａ）は、機械的トラップと静電的トラップを含むＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図である。図１８（ａ）の実施形態も、等間隔に離間した平行電極４３０および４３２を含んでいる。これらの電極は、ＤＰＡへ排出される流出ガスから容量結合プラズマを形成する。電極４３０は、図１６（ａ）の実施形態と同様の方法でＲＦおよびＤＣ電源に接続されており、電極４３２は接地されている。
【０１３２】
各電極は金属薄板（sheet metal）から形成されており、ガス通路４３５を形成するように曲げ加工されている。チャンバ１５からの流出ガスは、入口４３４を通ってガス通路へ入り、出口４３６から出る。ガス通路４３５は、２つのガス流路４３５ａおよび４３５ｂを含んでいる。これらの流路は、横並びに配置され、当初は電極４３０の一部分によって分けられている。ガス流路をこのように２つの別個の流路に分けると、一定の面積内での電極４３０および４３２の表面積が増えることになる。電極４３０および４３２は、ＤＰＡ内のＲＦプラズマ形成によって発生する熱条件の下で溶融および／または曲げを生じないよう、十分に厚くすべきである。その他の実施形態では、電極４３０および４３２は、アルミニウム等から機械加工することができる。
【０１３３】
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示されるＤＰＡの斜視図である。図１８（ｂ）において、ＤＰＡ４０は、既に説明したＤＰＡの他の実施形態と同様のアルミニウムケーシング４４０に包囲されている。ケーシング４４０は、ネジ４４２によってＤＰＡに取り付けられたドア４４１を含んでいる。ＤＰＡ４０は、このドアを取り外してクリーニングすることができる。また、ＰＦＤ接続部４３８を介してＲＦおよびＤＣ電力が電極４３０に供給される。
【０１３４】
８．第１のマイクロ波形態
図１９（ａ）はＤＰＡ４０の別の実施形態の側断面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の実施形態の正面図である。図１９（ａ）および（ｂ）の実施形態は、マイクロ波源を用いてプラズマを形成し、ＤＰＡ内において収集されるパーティクルおよび残留物質を除去する。多くの異なるマイクロ波源が利用可能であるが、購入と運転のコストの理由から、交互にパルス化された一対のマグネトロン４５０（例えば、ある種の電子レンジに用いられているタイプのマグネトロン）を用いるのが望ましい。このようなマグネトロンは、ＣＷマイクロ波発生器やＲＦ電源よりも２桁以上安価である。
【０１３５】
図２０（ａ）に示されるように、各マグネトロン４５０は交互にパルス（６０Ｈｚ）化された電場（２．４５ＧＨｚ）を生成する。図２０（ｂ）に示されるように、一方のマグネトロンのパルスを他方のマグネトロンに対して１８０°の位相差だけ遅らせることにより、これら２つのマグネトロン源は、図２０（ｃ）に示されるように１２０Ｈｚで連続的にパルス化することができる。図２０（ｃ）において、波形の第１サイクル（Ｍ１）は一方のマグネトロンによって生成され、第２のサイクル（Ｍ２）は他方のマグネトロンよって生成される。マグネトロンが発生するエネルギーは、高いプラズマ密度で９０％に近いイオン化効率を生み出す。従って、このような電力源は、１０〜２０％のイオン化効率を通常生み出す容量結合電極よりも高い清浄効果をもたらす。
【０１３６】
マイクロ波源の更なる利点は、ジュール効果熱の低減である。熱の発生が少ないので、ガス通路４５６を画成する電極４５２および４５４（図１９（ａ））は比較的薄い金属薄板から容易に製作することができる。ガス通路４５６は、入口４５８から始まって出口４６０で終わる。この通路は分岐して、図１８（ａ）の実施形態のガス通路４３５と同様に２重路をたどる。また入口４５８は、図１９（ｂ）のプロファイル（profile）４６４で示されるように、ガス通路４５６の開始点でＤＰＡ４０に向かってフレア状に広がっている。
【０１３７】
マグネトロン４５０は、ＤＰＡ４０の両側に配置されている。マイクロ波電力は適当な導波管４６２（図１９（ｂ））によってリアクタに結合されている。マグネトロンと導波管は協同してガス通路４５６の幅を通じてマイクロ波を投射し、ガス通路全体にわたってプラズマ形成を生じさせる。金属薄板電極間の距離は、電場のノード（強度ゼロの点）が電極表面に位置するように（すなわち、電極板間の距離がマイクロ波の半周期の倍数となるように）、マイクロ波の波長に応じて調節することができる。マグネトロン４５０および導波管４６２の上記のような配置により、ガス通路のすべての部分にプラズマが形成される。セラミックドア４６６（図１９（ｂ））は、マグネトロンと導波管を電極４５２および４５４から隔離し、外側ケーシング４６８は、ＤＰＡを包囲し、第２レベルのシールを提供する。
【０１３８】
ＤＣ電源（図示せず）は、電極４５２に結合され、堆積およびその他の基板処理作業中、先に説明したような静電コレクタを提供する。しかし、清浄作業の間、マグネトロン４５０が作動しているときは、電極４５２へのＤＣ電力は（図示しないスイッチによって）オフに切り替えられ、電極は接地される。この時間の間、電極４５２を接地に切り替えることは、そうしない場合に生じる可能性のあるアーク発生を防止するために必要である。
【０１３９】
９．第２のマイクロ波形態
図２１（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の側断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）に示す実施形態の正面図である。図２１（ａ）および（ｂ）の実施形態は、マグネトロン４５０を用いてＤＰＡプラズマを生成する点で、図１９（ａ）および（ｂ）の実施形態と同様である。
【０１４０】
しかしながら、図２１（ａ）に示されるように、ＤＰＡ４０のこの実施形態は、入口４７４のすぐ下流に配置された初期モジュール（initial module）４７２を含んでいる。モジュール４７２は、エッチャント遊離基（例えば、ＣＦ₄がエッチャントガスとして用いられるときのＣＦｘと遊離Ｆ）を高いイオン化効率で発生させることができるように、清浄サイクル中におけるプラズマ発生専用となっている。このようにして発生した遊離基の寿命は比較的長く、ＤＰＡの第２モジュール４７５へ排気されたときにも活性を維持して、堆積、収集された物質と反応する。
【０１４１】
第２モジュール４７５は、好適な実施形態では、金属薄板から構成される対向電極４７６および４８０によって画成されるガス通路４７０を含んでいる。ガス通路４７０の設計は、図１９（ａ）および（ｂ）の実施形態のガス通路４５６と同様である。このガス通路４７０は、２重通路４７０ａおよび４７０ｂを含み、出口４７８を終端としている。
【０１４２】
導波管４８２は、マグネトロン４５０に接続されている。導波管とマグネトロンは、マイクロ波の発生によってモジュール４７２内にプラズマが形成されるように配置されている。アノード４７６の内壁は、モジュール４７２の外側のガス通路４７０の他の部分にマイクロ波の到達することを防いでいる。電極４８０は、前記と同様の静電コレクタを提供するため、（図示しない）ＤＣ電源へ接続されている。この実施形態では、電極４８０へのＤＣ電力は、清浄サイクルの間、オフに切り替える必要はない。第２モジュール４７５内にはプラズマが発生しないので、アーク発生の問題はない。
【０１４３】
１０．試作ＤＰＡを用いた別のパーティクル低減実験
本発明の有効性を実証する別の実験では、第２の試作ＤＰＡ４０を、８インチウェーハ用に準備されたPrecision５０００チャンバに取り付けた。第２試作ＤＰＡ４０は、ＤＰＡをフォアラインへ接続するために用いる下部フランジの設計以外は、図１３に示されるＤＰＡ４０と同様であった。この第２試作ＤＰＡと下部フランジの断面図を図２２に示す。図２２に示されるように、下部フランジ２００は、ＤＰＡを流通する排ガスを約９０°の角度でフォアラインへ方向転換させた。このフランジは、また、フランジの底部２０４に蓄積する堆積物を観察できるように、フォアライン接続部に対向する石英窓に取り付けた。既に述べたように、試作ＤＰＡにおける下部フランジのこの設計は、図４（ａ）〜図６（ｆ）、図１４および図１５（ａ）に示されるＤＰＡ４０の実施形態のＵ字形通路設計や機械的バケットトラップ設計と同様にして領域２０４内に粒子状物質を捕捉するという利点をさらに有していたが、Ｕ字形通路設計や機械的バケットトラップ設計ほど効果的でなかった。
【０１４４】
この第２試作装置は、石英チューブ２０６を有している。この石英チューブは、石英チューブの外面を包む３／８インチの銅管からなるコイル２０８を有している。コイル２０８の全長は約２５フィートであり、１３．５６ＭＨｚの電源は、以下の実験の記述で説明されるように、様々な電力レベルで駆動した。石英チューブ２０６およびコイル２０８は、アルミニウムコンテナ２１０内にシールした。集成装置の全長は約１４インチであり、集成装置の幅は約４．５インチであった。
【０１４５】
第２試作ＤＰＡの有効性を、三つの別個の実験によってテストした。各実験では、一つのシリコン窒化物堆積／ＣＦ₄フッ素清浄作業シーケンス中に１００枚のウェーハが処理された。ここで、このシーケンスは、真空排気マニホールドとフォアラインとの間に接続された第２試作ＤＰＡを有するPrecision５０００チャンバ内で行われた。この第２試作ＤＰＡは、各実験の堆積シーケンス中はオフとし、フッ素清浄シーケンス中はオンにして１３．５６ＲＦ電源によって電力を供給した。堆積中のオフのとき、パーティクルは、図２２において領域２１２として示されるようにチューブ２０６の内面に沿って収集された。これらのパーティクルは、この後、清浄シーケンス中のＤＰＡ作動時にチューブ２０６から除去された。これら３つの実験の各々の条件を以下の表２にまとめておく。
【０１４６】
【表２】

第１の実験では、フッ素清浄シーケンスは１３５秒であり、ＤＰＡは２００ワットで駆動した。ＣＦ₄は流量１５００sccmで処理チャンバへ導入し、流量５００sccmでチャンバに導入されたＮ₂Ｏと混合した（混合比３：１）。堆積／清浄シーケンスを１００回行った後、ＤＰＡを調べたが、残留物および堆積物は存在しなかった。ＤＰＡの底部の角形フランジ（angular flange）では、少量の残留堆積物が収集された。この残留堆積物の原子組成を測定し、下の表３にまとめた。残留物中のシリコンの大部分はシリコン酸化物の形で含まれており、窒素の約半分はシリコン窒化膜に含まれており、残り半分はアンモニアの形であった。
【０１４７】
第２の実験では、フッ素清浄シーケンスを１２０秒に短縮し、ＤＰＡを駆動する電圧を５００ワットに上げた。処理チャンバ内へＣＦ₄を流量２０００sccmで導入し、流量５００sccmでチャンバ内に導入したＮ₂Ｏと混合した（混合比４：１）。堆積／清浄シーケンスを１００回行った後、ＤＰＡを調べたが、残留物および堆積物は存在しなかった。角形フランジでは、少量の残留堆積物が収集された。ただし、目視検査の結果、残留堆積物の量は、第１の実験における残留堆積物の量より約８０％少なかった。
【０１４８】
この蓄積堆積物の原子組成を測定し、下の表３にまとめた。この表から明らかなように、この実験による残留物質に含まれるフッ素の濃度は、第１の実験の残留物質の場合よりも著しく高い。フッ素濃度の高い残留物質は、より多くのプラズマ用フッ素種を提供するので、ＤＰＡの追加作動中に残留物質を清浄しやすいようにする。この実験による残留物質中のシリコンの圧倒的大部分がシリコン酸化物の形で含まれており、窒素の圧倒的大部分がアンモニアの形で存在していたことも注目に値する。
【０１４９】
第３の実験は、第１および第２の実験中に残留物質が集まりやすかった角形フランジとＤＰＡとの双方から残留物質を完全に除去できることを証明した。この第３の実験では、フッ素清浄シーケンスを１２０秒とし、ＤＰＡを駆動する電圧を５００ワットに上げた。処理チャンバ内にＣＦ₄を導入する流量を２５００sccmに上げ、流量５００sccmでチャンバ内に導入されたＮ₂Ｏと混合した（混合比５：１）。堆積／清浄シーケンスを１００回行った後、ＤＰＡと角形フランジを調べたが、残留物質および堆積物がどちらにも存在しないことが分かった。
【０１５０】
残留物質の存在と組成に関するこれらの実験の結果を下の表３にまとめた。
【０１５１】
【表３】

Ｂ．ＰＦＣ低減用に最適化したＤＰＡ４０の特定形態
本発明のいくつかの実施形態は、任意のプロセスから放出されるＰＦＣガスを低減するように構成および最適化されている。このように構成されたＤＰＡは、ＰＦＣ低減リアクタと呼ぶことができる（以下、“ＰＲ²”と称する）。ＰＲ²として構成および最適化されたＤＰＡ４０を、参照の便宜上、この明細書の残りの部分においてＰＲ²２４０と表示する。ＰＲ²２４０は、図３に示されるＤＰＡ４０と同様に、チャンバに接続することができる。
【０１５２】
本発明を用いてＰＦＣ排出を低減することの可能なプロセスの例として、シリコン酸化膜堆積／清浄シーケンスを用いる。しかしながら、本発明は、例としての以下のプロセスシーケンスにおけるＰＦＣ低減に限定されるものではなく、チャンバ１５へＰＦＣガスを導入する任意のプロセスに適用可能であり、また、ＰＦＣガスがチャンバ１５内で行われる処理作業の副生成物であるような任意のプロセスに適用可能であると解釈すべきである。更に、本発明は、他の物質、例えばフルオロ炭化水素（hydrofluorocarbon）（ＨＦＣ）や同様のガス、の放出を低減するために用いることも可能である。
【０１５３】
例としての堆積／清浄プロセスシーケンスでは、シラン（ＳｉＨ₄）前駆ガスおよび酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）前駆ガスを含むプロセスガスから基板上にシリコン酸化膜が堆積される。堆積完了後、基板がチャンバから取り出され、チャンバ壁から不要なシリコン酸化物の堆積物をエッチングして除去するために、チャンバ清浄作業が行われる。この清浄作業は、ＣＦ₄およびＮ₂Ｏからなるプラズマを衝突させるステップを含んでいる。
【０１５４】
上記のように、清浄作業中にチャンバに導入されるＣＦ₄のごく一部のみが、チャンバ壁上に堆積した物質と実際に反応する。残りの未反応ＣＦ₄は、他のガス状成分、反応生成物および反応副生成物とともに、チャンバからフォアラインを通じて排出される。
【０１５５】
この例において、本発明のＰＲ²は、排出されるＣＦ₄からプラズマを形成する。プラズマからの成分は、ＰＲ²内の固体シリコン酸化物などのシリコン源と反応し、ＣＦ₄ガスを、ＰＦＣの効果に損害を与える可能性のない低有害性ガス状生成物および副生成物に転化する。ＰＲ²内で起こる反応のいくつかを以下に列挙する。
ＣＦ_X＋ＳｉＯ₂ −−−−−−＞ ＳｉＦ_X＋ＣＯ₂
ＣＦ₄＋Ｏ₂ −−−−−−＞ ＣＯ₂＋２Ｆ₂
２ＣＦ₄＋Ｏ₂ −−−−−−＞ ２ＣＯＦ₂＋２Ｆ₂
Ｃ＋ＳｉＯ₂ −−−−−−＞ ＣＯ＋ＳｉＯ
ＳｉＯ＋Ｆ₂ −−−−−−＞ ＳｉＯＦ₂
もちろん、正確な反応および反応シーケンスは更に複雑であり、種の電子衝撃解離やガス相遊離基再結合などの元素反応が起こっている。ＰＲ²から排出されることが周知の上記生成物や副生成物は何れもＰＦＣではない。実際、上記生成物や副生成物の各々は、水溶性である。従って、本発明のＰＲ²から放出されるすべての排ガスは、ＰＦＣ転化反応効率が１００％であれば、ＰＦＣを含まないガスである。
【０１５６】
上記説明は例示のみを目的としているが、本発明のＰＲ²に、ＣＦ₄以外のＰＦＣガスが導入されてプラズマが形成されると、これらＰＦＣガスのプラズマもシリコン酸化物源と反応し、ＰＦＣではなく、ＰＦＣより有害性の低いガス状生成物を生成する。
【０１５７】
作業時において、ＰＦＣガスが真空チャンバ１５から真空ライン３１内に排出されると、これらのガスはＰＲ²４０を通過する。ＰＲ²４０内では、排出されたガスが、プラズマを生成および／または維持する電場にさらされる。プラズマからの成分は、ＰＲ²４０内のシリコンおよび／または酸素化合物などのＰＦＣ酸化剤と反応して、排出ＰＦＣを、有害性の低いガス状生成物や副生成物に転化する。これらの生成物や副生成物は、ＰＦＣではなく、フォアラインを通じて排気される。一般に、プラズマ形成は、堆積／清浄シーケンスの清浄作業中にしか（ＰＲ²４０を作動させて）行われない。というのは、この期間中にしか排気流中に排出ＰＦＣガスが存在しないからである。従って、普通、堆積シーケンス中には、ＰＲ²４０内でプラズマは形成されない。しかし、堆積またはその他のプロセスステップ（例えば、フッ素ガスが炭素含有フォトレジストと反応してＣＦ₄副生成物を生成するエッチングステップ）中に特定のプロセスからＰＦＣガスが排出される場合は、ＰＦＣの排出を低減するため、その期間中、ＰＲ²２４０を作動させることができる。
【０１５８】
ＰＦＣプラズマと反応するＰＲ²２４０内のシリコンおよび酸素は、種々の異なるソース（源）からのものとすることができる。本発明のいくつかの実施形態では、特別設計のフィルタが固体状のシリコン酸化物化合物、例えばプラズマ反応用の砂または石英、を含んでいる。このシリコンフィルタは、プラズマが形成されるＰＲ²２４０内の領域内に配置される。本発明の他の実施形態では、シリコン、酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物（silicon oxynitride）、シリコン炭化物、または堆積／清浄プロセスシーケンスの同様の堆積相から排出される残留物質は、ＤＰＡ４０に関して説明した方法と同様の方法で捕捉、収集される。そのような堆積プロセス中に捕捉することのできる代表的な残留物質としては、ＳｉＯ₂やＳｉＮやＳｉＯＮやＳｉＣや同様の化合物が挙げられる。もちろん、実際に収集される残留物質は、堆積または他のステップ中に導入されるガスに依存する。収集された残留物質は、プラズマ反応用のシリコン源として働く。図９に関連して上記で説明し、また、本発明の様々な実施形態に関して以下で説明するように、捕捉は、機械的および／または静電的捕捉メカニズムを熱泳動力と組み合わせて用いることにより行われる。シリコン残留物質または他の粒子状物質は、捕捉されると、ＰＦＣプラズマ内の活性種と反応してガス状の副生成物を形成するまでＰＲ²２４０内に留まる。このガス状副生成物は、この後、真空ライン３１を通して排気される。本発明の更に他の実施形態では、特に流出ＰＦＣガスの分解を促進するため、シリコンおよび／または酸素を含有するガスがＰＲ²２４０内に導入される。シリコンおよび／または酸素を含有するガスの導入は、シリコンフィルタおよび／または静電的および／または機械的捕捉メカニズムの使用に加えて行うか、あるいはこれらの使用に代えて行うことができる。
【０１５９】
プラズマを形成するためにＰＲ²２４０内に形成される電場は、様々な既知の方法で生成することができる。この方法としては、例えば、ＲＦ電力（いくつかの好適な実施形態では、装置と運転のコストを最小限に抑えるためＲＦ電力の代わりにＨＦ電力（＜３５０ｋＨｚ）が用いられる）を容量結合電極や中空カソードリアクタ（hollow cathode reactor）や誘導結合コイルに印加する方法が挙げられる。また、マイクロ波装置やＥＣＲ技術を用いることもできる。しかしながら、ＰＦＣ転化は、形成されるプラズマの密度に正比例するので、いくつかの実施形態では、高密度プラズマを形成する装置、例えば誘導コイルや中空カソードリアクタ、が好ましい。ＰＦＣ転化は、また、プラズマが形成される電力に正比例し、ＰＦＣガスのＰＲ²装置内における滞留時間に反比例する。従って、実際の供給出力は、ＰＲ²の用途、プラズマ密度、ＰＲ²２４０内で扱われるＰＦＣガスの容積およびＰＦＣガスの滞留時間にとりわけ依存することになる。理想的には、ＰＲ²２４０は、ＰＲ²を通る実質的にすべてのＰＦＣガスを他のガスに転化するのに十分なプラズマを発生する。
【０１６０】
また、ＰＲ²２４０は、その使用が実行されるプロセスに影響を与えないように設計すべきである。すなわち、ＰＲ²２４０を清浄シーケンス中に作動させる場合、ＰＲ²２４０は、清浄シーケンス中に排気流からの実質的にすべてのＰＦＣガスを清浄シーケンスの持続時間を延長することなく非ＰＦＣガスに転化できるように設計すべきである。このような場合、ＰＲ²２４０は、ウェーハのスループットに悪影響を及ぼさない。
【０１６１】
ＲＦ電力は、ＲＦ電源２５から、或いはＰＲ²２４０のみを駆動する別のＲＦ電源から、導出することができる。ほとんどの実施形態において、マイクロ波ＥＣＲ形態は顕著な例外であり、低周波ＲＦ電力を用いてＰＲ²２４０を作動させることが望ましい。約５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの間でＲＦ電力を供給する低周波ＲＦ電源を使用することにより、１３．５６ＭＨｚなどの高周波よりも運転費用が著しく低くなる。１つのクリーンルーム内に複数の処理チャンバがある場合を想定すると、複数のチャンバに接続された複数のＰＲ²はすべて、適当な数のＲＦパワースプリッタに接続された別の専用ＰＲ²ＲＦ電源によって駆動することができる。
【０１６２】
ＰＲ²２４０の長さとサイズは変えることができる。いくつかの用途において、ＰＲ²２４０の長さは、わずか４〜６インチまたはそれ以下とすることができるが、他の用途では、ＰＲ²２４０は真空ライン３１の全長（４〜５フィートまたはそれ以上）とすることができるので、真空ラインの代わりに用いることができる。一般に、個々の分子の滞留時間は、ＰＲ²の長さと容積の増加とともに増加する。ＰＲ²の設計は、スペースの考慮と残留物収集効率とのバランスを取らなければならない。しかしながら、適切に設計されたパーティクル捕捉メカニズムを含む短いＰＲ²または小容積のＰＲ²は、処理チャンバから排出される実質的にほとんどのＰＦＣガスを有害性の低いガスに転化することができ、長さと容積を重要度の低い要因にする。
【０１６３】
本発明は多くの異なる実施形態を構成することができる。これらの実施形態のいくつかを、以下に例示の目的で説明する。本発明が以下の実施形態に限定されるものとは、決して解釈してはならない。
【０１６４】
１．シリコン充填フィルタ形態
ａ）単一チューブ、ヘリカル共振器形態
図２３は、ＰＲ²２４０の第１の実施形態の断面図である。図２３において、ＰＲ²２４０は、処理チャンバ１５からの排ガスがＰＲ²２４０を通るとき排出ガスが流れるチューブ２５０を含んでいる。チューブ２５０は、セラミック、ガラスまたは石英などの絶縁材でできた円筒形チューブである。好ましい実施形態において、チューブ２５０は、清浄ステップで用いられるフッ素などのエッチャントガスと反応しないセラミック材からできている。また、チューブ２５０の内径は、真空ライン３１の内径にほぼ等しい。他の実施形態では、チューブ２５０は必ずしも円筒形である必要はなく、その内面は角形、平面形または楕円形や同様の曲面であってもよい。これらの実施形態および他の実施形態において、チューブ２５０の内径は、真空ライン２３１の内径より大きくても小さくてもよい。
【０１６５】
フィルタ２５１は、チューブ２５０内にある。このフィルタ２５１は、プラズマ条件下でＰＦＣガスと反応してこのガスを非ＰＦＣガスに転化するために用いることの可能な固体シリコン源を含有する多孔性フィルタ（porous filter）である。このフィルタ２５１は、チューブ２５０内に挿入可能な消耗部品であって、そのシリコン化合物が使い切られたときに交換可能な消耗部品とすることができる。フィルタ２５１内のシリコン源は、多数のシリコン含有物のいずれであってもよい。好ましくは、砂、ガラス、石英、フリント、またはオニックスのようなシリコン酸化物材料であると良い。また、このフィルタは、フォアラインの排気速度またはコンダクタンスに著しい影響を及ぼさないように十分に多孔性であることが望ましい。
【０１６６】
シリコン酸化物材料を用いると、ＰＦＣプラズマが反応することのできるシリコンと酸素の両方を提供することができる。好ましい実施形態では、シリコン源として粉砕石英（crushed quartz）が用いられる。石英を粉砕すると、総表面積が増加し、反応に利用可能なシリコンが増加する。更に、粉砕された石英は、堆積プロセス中に発生する固形残留物用の機械的フィルタとして機能するので、反応用のシリコン物質を、このような物質がシリコン残留物質を生成するプロセスでチャンバ１５から排出されるときに、さらに捕捉することができる。
【０１６７】
コイル２５２はチューブ２５０の外面に巻き付けられ、点２５６においてＲＦ電源に接続され、点２５７において接地電位に接続されている。ＲＦ電源からの電圧をコイル２５２へ印加してチューブ２５０を通るＰＦＣ排ガスを励起し、プラズマ状態にする。このプラズマ状態では、排出物質からの成分は、フィルタ２５１内の固形シリコン酸化物反応物と反応して、ガス状生成物を形成する。このガス状副生成物は、ＰＦＣではなく、この後、上記のようにポンプシステム３２によってＰＲ²２４０および真空ライン３１の外へ排気される
ガス供給ライン２５３は、ＰＦＣ転化反応を促進する酸素および／またはシリコンの源である追加のガスを供給することができる。使用可能なガスの例としては、Ｏ₂，Ｏ₃，Ｎ₂Ｏ，ＳｉＨ₄などがある。もちろん、テトラエチルオルトシリケート（tetraethylorthosilicate）（ＴＥＯＳ）のような液体源を気化させて、ライン５３を通して導入してもよい。追加の反応促進ガスのＰＲ²４０への導入流量は、バルブ２５５を制御するプロセッサ３４によって設定することができる。プロセッサ３４は、図示しない制御ラインによってバルブ２５５と通信可能に結合されている。
【０１６８】
コイル２５２は、ヘリカル共振器コイル等の誘導コイルである。このようなコイルは当業者には周知であり、周知の教科書、例えば、マイケル・Ａ・リーバーマンおよびアラン・Ｊ・リヒテンバーグによる「プラズマ放電と材料処理の原理」（ジョン・ウイリー・アンド・サンズ発行、１９９４年）の４０４〜４１０頁、に述べられている基準に従って設計することができる。なお、この文献は、参照文献として本明細書に組み込まれる。ヘリカル共振器コイルは、銅、ニッケル、金などの導電性の高い金属、または同様の導電性材料で作ることができる。コイルを適切に共振させるためには、コイルの長さを、印加するＲＦ信号の波長のほぼ１／４、または１／４よりもわずかに長くすることが重要である。このような長さのコイルは、ＰＦＣガスの分解を更に促進する強い電圧場を生成する。コイル２５２は、チューブ２５０の外面でなく内面に巻くこともできる。
【０１６９】
チューブ２５０を外部コンテナ２５４が取り囲んでいる。コンテナ２５４は、少なくとも２つの目的を果たす。第１に、ファラデー箱として機能して、コイル２５２によって生じる放射からＣＶＤ処理装置１０および他の装置を遮蔽する。第２に、セラミックチューブ２５０が破損するか亀裂を生じるか、またはチューブ２５０内の真空シールが別に破損した場合、コンテナ２５４は、ガスの流出を防止する第２のシールを提供する。コンテナ２５４は、アルミニウム等の金属や鋼や他の混合物で作ることができ、遮蔽効果のため接地するのが望ましい。上下のフランジ２５９および２５８は、それぞれＰＲ²２４０を真空マニホールド２４および真空ライン３１に接続し、真空シールを維持する。
【０１７０】
標準ＲＦ電源は、５０オームの出力インピーダンスを有するように設計される。従って、ＲＦ電源用のコイル２５２への接点（２５６）は、コイル２５２のインピーダンスが５０オームになるように選ぶべきである。もちろん、電源が別のインピーダンスレベルを必要とするならば、点２５６はそれに応じて選ぶべきである。
【０１７１】
コイル２５２は、ＲＦ電源によって５０ワット以上の電力レベルで駆動される。コイル２５２によって実際に生成される電圧は、多くの要因、とりわけＲＦ電源が使用する電力や、コイル２５２の長さおよび巻き間隔や、コイルの抵抗などに依存する。電圧はコイルに沿って均一に分配されるので、コイル全体についての電圧レベル決定は、コイルがグランドに接続される各点とＲＦ電源（点２５５および点２５６）との間のレベルを決定することによって行うことができる。例えば、ある特定のコイルが、点２５５と点２５６との間のコイルの部分の４倍の長さである場合、コイルの合計電圧は、点２５５と点２５６との間の電圧の４倍になる。
【０１７２】
コイル、電力レベルおよび印加ＲＦ周波数は、チューブ２５０内で強いプラズマが形成されるように選ぶべきであるが、同時に、コイル２５２によって生成される電圧が、コイルからコンテナ２５４へ電流がアークするレベルを超えないように選ぶべきである。特定のＰＲ²に関してアーク発生が問題であれば、コイル２５２とコンテナ２５４との間に絶縁材を置くこともできる。しかし、設計の単純化のためには、コイル２５２とコンテナ２５４との間のスペースが空気で充填されていることが望ましい。
【０１７３】
ｂ）単一チューブ、マイクロ波形態
図２４は、ＰＲ²２４０の第２の実施形態の断面図である。図２４に示されるＰＲ²２４０の実施形態は、図２３に示される実施形態と同一の構成要素を多く含んでいる。従って、便宜上、本出願の残りの図面では、同様の要素に同様の参照番号を付与する。同じく便宜のため、図２４の新たな要素と他の図面についてのみ、適切なときに以下で詳細に説明する。
【０１７４】
図２４では、マイクロ波発生器２６０および導波管２６２を用いることにより、ＰＲ²２４０へ入る流出ＰＦＣガスから高密度プラズマを発生させる。複数のマグネット２６４を、チューブ２５０の外面の周りに電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置として配置し、チューブ２５０内のガス状分子に更にエネルギーを与え、プラズマ形成を促進する。プラズマからの成分は、フィルタ２５１内のシリコン酸化物と反応して、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに転化する。上記の実施形態と同様に、追加のガスをガスライン２５３からＰＲ²２４０へ加えて転化プロセスを促進することができる。
【０１７５】
図示はしていないが、図２４に示されるＰＲ²２４０の実施形態は、コンテナ２５４のような外側ケーシング内に収容することが望ましい。この外側ケーシングは、チューブ２５０内で漏れやその他の欠陥が生じた場合、チューブ２５０を通るＰＦＣやその他のガスがＰＲ²２４０から逃げないように第２シールを保持する必要がある。
【０１７６】
ｃ）ヘリカルコイル中空カソードリアクタ
図２５は、ＰＲ²２４０の第３の実施形態の断面図である。図２５では、ヘリカル共振器コイル２６６が円筒金属チューブ２６８内に配置されており、ＰＲ²２４０のヘリカルコイル中空カソードリアクタ形態を形成している。コイル２６６は、ＨＦまたはＲＦ電源２６９に結合されるが、チューブ２６８は接地されている。ＰＲ²２４０のこの実施形態の残りの構造は、図２５には示されていない。この構造には、例えば、ガスライン２３５、バルブ２５５、フランジ２５８および２５９、コンテナ２５４などが含まれており、図１９に示されるＰＲ²２４０の構造と同様である。
【０１７７】
ＨＦまたはＲＦ電力がコイル２６６に印加されると、コイルに印加されたＲＦ電力から誘導結合プラズマがコイル内に形成され、容量結合プラズマが、コイルとチューブ２６８との間に形成される。コイル２６６およびチューブ２６８は、プラズマからの高反応性フッ素種にさらされるので、コイル２６６およびチューブ２６８は、そのような種と反応を起こさない適切な導電性材料、例えばニッケル、で作るべきである。シリコンフィルタ（図示せず）をコイル２６６の内部および／またはコイル２６６の周囲に配置して、シリコンまたは酸素材料をＰＦＣプラズマとの反応のためにＰＦＣプラズマに供給することができる。更に、シリコンおよび／または酸素を含有するガスを、ガスライン２５３からプラズマに供給することもできる。
【０１７８】
ｄ）多段中空カソードリアクタ
図２６は、ＰＲ²２４０の更に好ましい第４の実施形態の断面図である。図２６では、円筒形ガス通路が、円筒形のアノード２７２、カソード２７４および絶縁障壁２７５によって形成されている。カソード２７４は、ＨＦまたはＲＦ電源２６９に接続されるが、アノード２７２は接地されている。絶縁障壁２７５は、アノード２７２をカソード２７４から絶縁する。この交互電極／カソード構成は、多段中空カソードリアクタを形成する。このリアクタ内では、高密度プラズマ（１０¹²イオン／ｃｍ³のオーダ）を形成することができる。このリアクタの各段（アノードとカソードの各対）は、通路２７０内において、領域２７６で示されるようなカソード近傍の領域に高密度プラズマを形成する。
【０１７９】
中空カソード状態と高いプラズマ密度を維持するとともに、この実施形態のＰＲ²２４０内での分子滞留時間を長くするため、通路２７０内の圧力は、ＰＲ²２４０の直後のフォアライン内に配置される別個の絞り弁によって制御することができる。この制御される圧力は、１００〜５００ミリtorr（基準フォアライン圧力）から処理チャンバ内の圧力（ＰＥＣＶＤプロセスの場合は４〜２０torr、ＳＡＣＶＤまたはＡＰＣＶＤプロセスの場合は７００torrまで、またはそれ以上）までの範囲とすることができるが、実際の圧力はＰＦＣ転化を最大にするように設定される。
【０１８０】
この多段中空カソードリアクタの他の実施形態では、ＨＦまたはＲＦ電力ではないＤＣ電力をカソード２７４に供給することができる。しかし、ＤＣ電源からの方向ＤＣ電流（directional DC current）は電極をエッチングする可能性があるので、好適な実施形態では、ＨＦまたはＲＦ電力が供給される。ＨＦまたはＲＦ電源を用いると、このスパッタエッチング効果は著しく低減されるか、あるいは発生しなくなる。最も好適な実施形態では、装置と運転のコストを低減するためにＨＦ電力が用いられる。
【０１８１】
図２５の中空カソードリアクタ設計のように、図示しないシリコンフィルタ、またはガスライン２５３から供給されるシリコンおよび／または酸素含有ガスを適宜用いて、ＰＦＣ転化プロセスを促進することができる。また、図１９に示されるＰＲ²２４０と同様のガスライン２３５、弁２５５、フランジ２５８および２５９、コンテナ２５４といった構造は、図２２には示されていない。
【０１８２】
２．シリコンパーティクルトラップ形態
ＰＦＣ清浄シーケンスの前にチャンバ１５内で発生する堆積、エッチング、または他のプロセスがシリコン含有残留物質を生成する場合、本発明の装置の特定の実施形態が、シリコン源として利用するためにその残留物質を捕捉収集する。従ってこれらの実施形態には、特別に設計したシリコンフィルタは不要である。但し、依然としてシリコンフィルタを用いることもできる。
【０１８３】
シリコン残留物質を生成する堆積プロセスの例としては、ＴＥＯＳおよびシランシリコン酸化物（silane silicon oxide）堆積プロセスや、シランシリコン窒化物（silane silicon nitride）堆積プロセスがあるが、これらに限定されるものではない。このようなプロセスでは、ＰＦＣ転化反応用に捕捉することの可能な排出シリコン残留物質として、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣ，アモルファスシリコン、および類似の化合物がある。もちろん、実際に収集される残留物質は、使用される堆積プロセスや、エッチングプロセスや、その他のプロセスで導入されるガスに依存する。
【０１８４】
これらの堆積プロセスやその他のプロセス作業から排出される残留物質は、チャンバ壁上に集積して最終的に清浄される残留物質と一般的に同じものである。従って、これらの実施形態におけるＰＦＣガスから非ＰＦＣガスへの転化は、清浄作業中にチャンバ内で起こる反応と同じ反応によるものである。
【０１８５】
ａ）単一チューブ、ヘリカル共振器形態
図２７は、ＰＲ²２４０の第５の実施形態の断面図である。図２７に示されるＰＲ²２４０の実施形態は、ＰＦＣプラズマからの成分が反応するシリコン源が、フィルタインサート（filter insert）内の固形シリコン化合物ではなく、対向する電極２８０および２８２を備えた静電コレクタによって捕捉されるシリコン含有残留物質であることを除き、図２３に示される実施形態と同様である。このシリコン含有残留物質は、堆積ステップまたは他のプロセスステップ中に、ＤＣ電源２８４から両電極２８０および２８２間に印加される電位によって捕捉、収集される。この印加電位は、電極２８２を電極２８０に対して正に帯電させる（またはこの逆）。残留物パーティクルがＰＲ²２４０の中を通過する際、正に帯電したパーティクルは、より負の側に帯電した電極２８０へ引き寄せられて収集され、負に帯電したパーティクルは、正に帯電した電極２８２へ引き寄せられて収集される。使用する堆積プロセスのタイプとプロセスの長さ次第で、電極２８０および２８２の上に数ミリメートルまたはそれ以上のシリコン含有残留物質が堆積する可能性がある。
【０１８６】
堆積シーケンスが完了して清浄シーケンスが開始されると、図２３に関する説明と同じ様にして、ＰＲ²２４０内に排出されるＰＦＣガスからプラズマが形成される。プラズマからの成分は電極２８０および２８２上に集められたシリコン残留物質と反応して、非ＰＦＣ生成物および副生成物を生成する。両電極２８０および２８２に沿って収集されたパーティクルがＰＦＣプラズマと反応するまで両電極上に確実に留まるように、両電極間の電位を清浄シーケンスの間、維持することができる。しかしながら、この電位は、清浄ガスまたは他の特定のプロセスに用いられるガスが電極を腐食する場合には、清浄シーケンスの間、オフにすることが好ましい。電極２８０および２８２は、チューブ２５０内に配置されているので、フッ素のような反応性が高い様々な種と接触するようになる。従って、電極２８０および２８２をそのような種と反応しないニッケルのような適切な導電性材料で作ることが望ましい。
【０１８７】
様々な異なる静電トラップ装置をこの実施形態およびその他の実施形態に用いることができる。例えば、正のＤＣ電圧でなく、負のＤＣ電圧またはＡＣ電圧を電極２８２に印加することができる。更に別の実施形態では、両電極２８０および２８２は、電極２８２に対して電極２８０に正または負の電圧を形成する電源に接続される。本発明は、特定のどの静電収集装置にも限定されない。
【０１８８】
ｂ）単一チューブ、マイクロ波形態
図２８は、ＰＲ²２４０の第６の実施形態の断面図である。図２８では、反対の極性の複数の電極（電極２８６および２８８）がチューブ２５０の円筒形容積内に交互に配置されて、上記の静電収集装置を構成している。シリコン含有残留物質および酸素含有残留物質または同様の物質が、堆積シーケンス中に電極２８６および２８８の表面上に収集される。
【０１８９】
図２４に示されるＰＲ²２４０の実施形態のように、図２８の実施形態は、マイクロ波発生器２６０および導波管２６２からのマイクロ波電力の印加により、装置を通るＰＦＣガスから高密度プラズマを形成する。チューブ２５０の外面の周りには、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置の中のように複数の磁石２６４配置されており、チューブ２５０内のガス状分子に更にエネルギーを与えて、プラズマ形成を促進するようになっている。プラズマからの成分は、電極２８６および２８８上に収集されたシリコンおよび／または酸化物残留物質と反応してＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに転化する。追加ガスを図示しないガスライン２５３からＰＲ²２４０へ加えて、転化プロセスを促進することができる。
【０１９０】
図２８に示されるＰＲ²２４０の実施形態には、コンテナ２５４または同様のケーシング機構も図示されていない。このコンテナ２５４または同様のケーシング機構は、チューブ内で漏れやその他の欠陥が生じた場合、チューブ２５０を通るＰＦＣやその他のガスがＰＲ²２４０から逃げないように第２のシールを形成する。
【０１９１】
ｃ）内側および外側円筒チューブ形態
図２９は、ＰＲ²２４０の第７の実施形態の断面図である。図２９に示されるＰＲ²２４０の実施形態は、第１の内側セラミックチューブ２９０と第２の外側セラミックチューブ２９２とを含んでいる。チューブ２９０の端部は、チューブ２９２の円筒形空間内にあるので、ＰＲ²２４０を通るガス流は矢印２９３で示されるようになる。
【０１９２】
図２３の実施形態に関して説明したように、ヘリカル共振器コイル２９４は、チューブ２９２の外面の周りに巻かれてＲＦ電源２６９に接続されている。また、コイル２９４は、チューブ９２の内部で巻いたり、あるいはチューブ９０の外面または内面の周りに巻くことができる。
【０１９３】
上記のコンテナ２５４と同様のシェル２９７が、内側チューブ２９０と外側チューブ２９２を取り囲んでいる。外側チューブ２９２は、内側チューブ２９０かシェル２９７のいずれかとの接続によって支持することができる。いずれの場合にも、外側チューブ２９２のための支持構造は、流出ガス流がＰＲ²２４０を通ることができるようにすることが重要である。このために、この支持構造は、複数の抜き孔を有するチューブ２９０および２９２間のセラミック材料からなる平面であっても良く、またチューブ２９０および２９２間に延在するわずか３、４個の細長い接続部またはフィンガから構成されていても良く、また、その他多くの等価な方法で設計することも可能である。複数の抜き孔を持つ構造は、以下に説明するように、収集領域２９５内においてシリコン残留物質や他の粒子状物質を収集、捕捉することに役立てることができる。当業者には理解できるように、この構造は、ＰＲ²２４０を通って排気されるガス流が減少しないように孔を十分に大きく設計すべきである。
【０１９４】
ＰＲ²２４０のこの実施形態の設計は、堆積ステップ中に排出されるシリコン残留物質または他の粒子状物質の捕捉収集効果を高める。この設計は、排出ガス流中の残留物質およびパーティクルを収集、保持する機械的トラップとして機能するチューブ２９２の収集領域２９５を含んでいる。この残留物質とパーティクルはトラップに保持されるので、清浄シーケンス中に形成されるＰＦＣプラズマの成分との反応に利用することができる。
【０１９５】
ＰＲ²２４０のこの実施形態の機械的トラップ部分の動作は、流出ガス流路がＰＲ²装置を通して真空ライン内にパーティクルを押し流そうとするにもかかわらず粒子状物質をトラップ内に保持するように作用する重力に、ある程度依存する。従って、ＰＲ²２４０の有効性は、パーティクルが反応してガス状生成物になるまでチューブ２９２からパーティクルが離れないようにすることに、ある程度依存する。このために、収集領域２９５がＰＲ²２４０への入口から下流にあり、かつ、外部チューブ２９２が重力と協同してこのトラップを形成するのに十分な長さを持つように、ＰＲ²２４０を位置決めすることが重要である。
【０１９６】
ＰＲ²２４０内の平面ＡＡに沿ってガス通路の断面積を大きくすることにより、粒子状物質のトラップを更に助けることができる。与えられた任意の堆積プロセスにおける流出ガス流の流量は、ほぼ一定である。従って、１つ以上の通路の断面積を大きくすると、ガス流中のパーティクルの速度が下がり、それに応じてパーティクルに働く中立抗力も小さくなる。あるパーティクルは、そのパーティクルに作用する重力がこの中立抗力を超えれば、ＰＲ²２４０の重力トラップ内に重力によって捕捉される。
【０１９７】
機械的トラップの有効性を更に高めるため、図２７について述べたように、ＤＣ電源２８４に接続された電極２９６および２９８を含む静電コレクタ２７２を用いることができる。
【０１９８】
ｄ）機械的および静電的捕捉メカニズムを含む迷路状形態
図３０（ａ）は、本発明のＰＦＣ低減装置の他の好適な実施形態で用いられるガス通路モジュール３１０の斜視側断面図である。図３０（ａ）では、一対の対向電極３２０および３２２が、処理チャンバ１５から排出されたガスが通るガス通路（流体管路）を画成する。モジュール３１０は、チャンバ１５から排出されたすべての粒子状物質がモジュール内に確実に捕捉され収集されるように静電的捕捉メカニズムおよび機械的捕捉メカニズムの双方を備えている。
【０１９９】
静電的トラップは、図２７に関して前述したように、両電極の一方にＤＣ電圧を印加することによって形成される。このようにして、正に帯電したパーティクルが一方の電極上に収集され、負に帯電したパーティクルが他方の電極上に収集される。
【０２００】
機械的トラップは、ある程度重力を利用することによりシリコンパーティクルおよび残留物質を更に収集して、複数の収集領域３２４にパーティクルを収集する。各収集領域３２４は、ガス通路のＵ字形区域を含んでいる。このＵ字形区域は、流出ガス流路がパーティクルをＰＲ²装置を通して真空ラインへ押し流そうとするにもかかわらずパーティクルが前記区域の底部に収集され保持されるように配置されている。もちろん、モジュール３１０を上下逆にして、収集領域３２４がモジュールの反対側に位置するようにしてもよい。
【０２０１】
清浄シーケンス中は、モジュールを通過するＰＦＣガスの容量結合プラズマを形成するため、両電極の一方にＲＦ電力が印加される。電極３２０および３２２は、表面積が実質的に等しくなるように設計することが望ましい。そのように設計すると、両電極により画成される全領域／全流路にわたって均一なプラズマが形成される。上記実施形態と同様に、プラズマからの成分は、収集されたシリコンパーティクルおよび残留物質と反応して、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに転化する。
【０２０２】
静電コレクタと機械的トラップの組合せは、チャンバ１５から排出されるシリコン残留物質を収集する極めて有効なメカニズムを提供する。実際、このような組合せは、１００％に近い収集効率をもたらし、これにより真空ライン３３１内での堆積物の蓄積を除去または防止するという追加の利点も持っている。図８およびＤＰＡ４０に関して前述したように、流出ガス流中に存在する比較的大きなパーティクルは重力によって収集室３２４内に保持されやすいので、機械的トラップ部分は比較的大きな粒子の捕捉には特に有効である。一方、静電的トラップは、機械的トラップだけでは収集しにくい流出ガス流中の小さな粒子の収集捕捉に特に有効である。また、先に述べたように、両電極間の温度勾配による熱泳動力もパーティクル捕捉に用いることができる。
【０２０３】
図３０（ａ）に示されるモジュールは、ＰＲ²３４０の他の様々な実施形態の一部として用いることができる。このような実施形態の一例を図３０（ｂ）に示す。図３０（ｂ）は、本発明のＰＦＣ低減装置の一実施形態の斜視側断面図である。この実施形態は、モジュールの他の同様の部分の上に重ねられた図３０（ａ）のガス通路モジュール設計の一部を用いている。もちろん、図３０（ａ）に示されるモジュールや類似のモジュールを用いた他の設計も可能である。例えば、３、４個またはそれ以上のモジュールを順次配置して、パーティクル収集用の大きな電極表面積を持つ比較的長いガス通路を作ることができる。また、３、４個またはそれ以上のモジュールを互いに積み重ねて、図３０（ｂ）に示される実施形態と同様の方法で接続することもできる。また、ＰＦＣプラズマからの成分が反応することができる追加のシリコン源を含むフィルタ部品をモジュール３１０に取り付けることもできる。モジュール３１０を基本とする設計のバリエーションには、ほとんど際限がない。
【０２０４】
図３０（ｂ）では、チャンバ１５からの流出ガスは、入口３３０を通ってＰＲ²３４０へ入り、出口３３２を通って出る。ディバイダ３３４は、電極３２０および３２２によって画成される迷路状通路をガスが矢印３２３に従って確実に流れるようにする。ＰＲ²３４０が垂直に向けられると、入口３３０側が軸ＡＡに沿って上になり、通路を介して排出される大きなパーティクルは、重力の作用で収集領域３２４に集まる傾向を持つ。ＰＲ²３４０が垂直に向けられると、入口３４０側は軸ＢＢに沿って上になり、通路から排出される大きなパーティクルは、重力の作用で収集領域３２５に集まる傾向を持つ。
【０２０５】
ＤＣ電源３３８は、堆積および清浄の両シーケンスの間、電極３２２に正のＤＣ電圧を供給するが、電極３２０は接地されている。従って、負に帯電したパーティクルは電極３２２の表面上に収集される傾向があり、正に帯電したパーティクルは電極３２０の表面上に収集される傾向がある。
【０２０６】
他の実施形態と同様、ＲＦ電源３３６は、清浄シーケンスの間、電極３２０および３２２間の通路内のＰＦＣガスからプラズマを形成するため、電極３２２へＲＦ電力を与える。プラズマは、収集領域３２４または３２５内に収集されたシリコンや電極３２０および３２２に沿って収集されたシリコンと反応して、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガス状生成物および副生成物に転化する。ＤＣ／ＲＦフィルタ３４０は、ＲＦ電源のＤＣ電源３３８への干渉を防止する。ＤＣ電力とＲＦ電力は、電極３２２ではなく電極３２０に印加することもできるが、安全と放射線問題のため、電極３２０を接地することが望ましい。
【０２０７】
３．ＰＦＣ低減ＤＰＡに関する実験的使用とテスト結果
本発明の有効性を実証するために、実験を行った。この実験では、第２の試作ＰＲ²３４０を、８インチウェーハ用に準備されたPrecision５０００チャンバに取り付けた。このPrecision５０００チャンバは、本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズが製造している。
【０２０８】
この実験において、試作ＰＲ²は、フィルタ３５１がセラミックチューブ３５０内に含まれておらず、追加ガス供給ライン３５３が存在していないことを除いて、図２３のＰＲ²３４０と同様であった。ＰＲ²の全長は約２５インチ、チューブ３５０の直径は約１．５インチであった。このＰＲ²は、絞り弁の直後、チャンバの下流においてPrecision５０００チャンバに取り付けた。
【０２０９】
この実験では、３つの異なるステップにおいてＣＦ₄およびＮ₂Ｏ清浄シーケンスから排出される流出ガスを分析した。各ステップ中、ＭＫＳ社製のＭＫＳ３００シリーズ残留ガス分析器（ＲＧＡ）を用いて流出ガスをモニターした。測定は、真空ポンプの直前、チャンバから約２０フィート下流のところで行った。従って、安定種のみがＲＧＡによって検出されたものと考えられる。質量スペクトル分析はかなり複雑であるので、堆積ステップは清浄シーケンスの前には行わなかった。
【０２１０】
実験の条件は下記の通りである。チャンバ内の圧力を２torrに設定、維持した結果、ＰＲ²内の対応する圧力は０．５torrになった。ＣＦ₄およびＮ₂Ｏをそれぞれ５００sccmの流量でチャンバへ導入した。チャンバ内で形成されるプラズマを１０００ワットの１３．５６ＭＨｚＲＦ電源（ＲＦ１）で励起する一方、ＰＲ²内に形成されたプラズマを９００ワットの１３．５６ＭＨｚＲＦ電源（ＲＦ２）で励起した。
【０２１１】
実験の第１ステップでは、清浄ガスをチャンバへ導入し、プラズマを形成せずにチャンバとＰＲ²内を通過させた。第２ステップでは、Precision５０００チャンバ内にプラズマを形成したが、ＰＲ²内には形成しなかった。第３ステップでは、チャンバとＰＲ²の双方の中にプラズマを形成した。これらの実験結果を図３２に示す。第１ステップは、プロセスから発せられるスペクトルを判定してＣＦ₄排出の相対分析の基準を設定するのに役立つ。
【０２１２】
図３１は、プラズマがチャンバおよびＰＲ²の双方の清浄ガスから形成されたときに得られた質量スペクトルを示している。ＲＧＡ装置はガスをイオン化して検出することに注目することが重要である。従って、ＣＦ₃ ⁺イオン、ＣＦ₂ ⁺イオンおよびＣＦ⁺イオンの検出は、流出ＣＦ₄を表している。図３１において、ピーク（括弧で示す）は、Ｃ⁺（１２）、Ｎ⁺（１４）、Ｏ⁺（１６）、Ｆ⁺（１９）、ＣＦ⁺（３１）、Ｏ₂ ⁺（３２）、Ｆ₂ ⁺（３８）、Ｎ₂Ｏ⁺（４４）、ＣＦ₂ ⁺（５０）およびＣＦ₃ ⁺（６９）に対応して検出された。各ピークは、当初のガス状反応物質ＣＦ₄およびＮ₂Ｏの分解生成物に対応している。ＣＯ⁺（２８）、ＣＯ₂ ⁺（４４）、ＣＯＦ⁺（４７）、ＣＯＦ₂ ⁺（６６）およびＣＯＦ₃ ⁺（８５）に対応するピークは、チャンバおよびＰＲ²内で起こる反応の副生成物に対応している。ＣＯ₂ ⁺とＮ₂Ｏ⁺の重なり（ライン４４）のため、誤解を生じる可能性がある。しかし、我々は、ＣＦ₄とＮ₂Ｏのみのスペクトルを記録し、プラズマなしでＲＦ１およびＲＦ２がオンのときの応答を記録することにより、ライン４４のピークが９０％ＣＯ₂ ⁺と１０％Ｎ₂Ｏ⁺を示していることを測定することができる。
【０２１３】
定性的には、ＣＦ₃ ⁺（６９）、ＣＦ₂ ⁺（５０）、ＣＦ⁺（３１）の各ピークの応答が減少するときに、ＣＦ₄の減少が観察される。Ｎ₂Ｏに対応するピークの応答が減少するとき、分解の別の証拠が観察される。反応のガス状副生成物ＣＯ⁺（２８）、ＣＯ₂ ⁺（４４）、ＣＯＦ⁺（４７）、ＣＯＦ₂ ⁺（６６）およびＣＯＦ₃ ⁺（８５）の応答は、ＣＦ₄の減少に比例して増加する。
【０２１４】
図３２は、この実験の３つのステップのそれぞれでＲＧＡによって測定された特定ガスの発生ピークを示している。具体的には、図３２は、それピーク４４（Ｎ₂Ｏ⁺）、ピーク６９（ＣＦ₃ ⁺）およびピーク２８（ＣＯ⁺）の応答を示している。図３２に示される最初の８０秒は、チャンバ内またはＰＲ²内にプラズマが形成されていないときのこれらのガスのピークの応答を示している。次の８０秒間には、チャンバ内にしかプラズマが形成されておらず、最後の１６０秒〜２４０秒の間にチャンバ内およびＰＲ²内にプラズマが形成される。
【０２１５】
図３２から明らかなように、チャンバ内にプラズマが発生すると、排出されるＣＦ₄とＮ₂Ｏの量が減少し、排出されるＣＯ（ＣＦ₄転化プロセスの主要な副生成物）の量が増加する。ＰＲ²４０の作動（及びこれによるＰＲ²４０内でのプラズマ形成）により、ＣＦ₄の放出がさらに低減され、全ＣＦ₄が約３０％低減されることになる。
【０２１６】
もう１つの実験では、その結果は示さないが、ＰＲ²内の圧力を約２torrまで上げることによって、合計約５０％の減少が達成された。このように、これらの予備実験は、本発明の装置がＰＦＣ低減に有効であることを示している。この用途の範囲内で説明したＰＲ²の追加の特徴を一つ以上組み込むことによって、一層の低減を達成することができる。また、ＣＦ₄はＰＦＣガスのうち最も転化困難なものの１つであると一般的に認識されているので、更に実験を行えば、他のほとんどのＰＦＣガスの転化に対して更に良い結果が得られるはずである。
【０２１７】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明してきたが、本発明によって粒子状物質を除去する他の多くの等価または代替の装置および方法は、当業者にとって明らかであろう。また、本発明によって処理チャンバからのＰＦＣ排出を低減する他の多くの等価または代替の装置および方法が、当業者にとっては明らかであろう。更に、明瞭さと理解のために例示を用いて本発明をある程度詳細に説明したが、ある程度の変更や修正が実行可能であることは明らかである。例えば、本発明の一実施形態において説明した機械的パーティクルトラップでは、内側通路は外側通路によって取り囲まれているが、このようなトラップは、第１通路が第２通路内に包含されているのではなく、第２通路から離れて、あるいは第２通路から上方に延在する第１通路を備えるように形成することができる。別の例としては、開示した複数の実施形態のいずれにおいても、ガス通路は、図３０（ａ）及び図３０（ｂ）に関して説明した通路と同様の方法によって、または他の方法によって、迷路状に設計することができる。シリコンパーティクル捕捉の実施形態は、電極上に収集されるシリコン残留物質の量が不十分であれば、ＰＦＣの分解促進のため、石英または他のシリコン含有化合物で満たされた別のフィルタを含んでいても良い。また、シリコンフィルタおよびパーティクル捕捉システムのない実施形態も可能である。これらの実施形態において、ＳｉＨ₄またはＯ₂などのＰＦＣ転化用ガスは、例えばライン２５３のようなガス供給ラインを通してＰＲ²３４０内に導入される。更に、図１９（ａ）及び（ｂ）ならびに図２１（ａ）及び（ｂ）に示されるＤＰＡ４０の実施形態で用いたようなマグネトロンも、ＰＲ²４０の種々の実施形態でプラズマを形成するために用いることができる。これらの均等物および代替物が、理解された明らかな変更や修正とともに本発明の範囲内に包含されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を取り付けることのできる単純な化学的気相成長装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の化学的気相成長装置に本発明を接続する１つの方法を示す図である。
【図３】図１の化学的気相成長装置に本発明を接続する第２の方法を示す図である。
【図４】（ａ）は、パーティクル低減（真空ライン清浄）用に最適化した本発明の装置の好適な実施形態のドアのない斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）に示した真空ライン清浄装置のドアのない正面図である。
【図５】（ｃ）は、図４（ａ）に示した真空ライン清浄装置の装置中心面にそった正面断面斜視図であり、（ｄ）は、図４（ａ）に示した真空ライン清浄装置の装置中心面にそった側面斜視断面図である。
【図６】（ｅ）は、図４（ａ）に示される真空ライン清浄装置への電力供給接続部の断面図であり、（ｆ）は、図４（ａ）に示される真空ライン清浄装置のドアを含む斜視図である。
【図７】図４（ａ）に示した両電極を含み、これらの両電極に接続された電気回路図である。
【図８】本発明の真空ライン清浄装置の一実施形態における静電コレクタが、典型的なシリコン窒化物堆積ステップによって発生するパーティクルに及ぼす影響を示すグラフである。
【図９】本発明の真空ライン清浄装置の一実施形態において、中立抗力に比較した静電力、重力および熱泳動力の効果を示すグラフである。
【図１０】１５秒間のシリコン窒化物堆積プロセス後における真空フォアライン内のシリコン片上の残留堆積物の量を示す顕微鏡写真である。
【図１１】図１０に示される残留物質のうちのひとつの粒子の基本粒径を示す顕微鏡写真である。
【図１２】本発明をテストする前に行った実験中、真空フォアラインの内側のシリコン片上に堆積した粒子状物質の粒径を示す顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の真空ライン清浄装置の第２実施形態の側断面図である。
【図１４】本発明の真空ライン清浄装置の第３実施形態の側断面図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の真空ライン清浄装置の第４実施形態の側断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）の装置に用いられる静電トラップが（ａ）の装置内へ排出されたパーティクルに及ぼす影響を示す図である。
【図１６】（ａ）は、本発明の真空ライン清浄装置の別の実施形態の側断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した真空ライン清浄装置の実施形態における一つの電極と他の電極との表面積比を示す図である。
【図１７】図１６（ａ）に示した真空ライン清浄装置の実施形態の電気配線図である。
【図１８】（ａ）は、本発明の真空ライン清浄装置の別の実施形態の側断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した真空ライン清浄装置の斜視図である。
【図１９】（ａ）は、本発明の真空ライン清浄装置の、プラズマ形成用にマイクロ波電力を用いた実施形態の側断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空ライン清浄装置の正面図である。
【図２０】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１９（ａ）の装置内のマイクロ波電源により生成された電圧波形を示すグラフである。
【図２１】（ａ）は、本発明の真空ライン清浄装置の、プラズマ形成用にマイクロ波電力を用いた第２実施形態の側断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の真空ライン清浄装置の正面図でる。
【図２２】本発明の有効性を評価するテストに用いた本発明の真空ライン清浄装置の一実施形態の試作品の側断面図である。
【図２３】ＰＦＣ低減用に最適化した本発明の装置の一実施形態の側断面図である。
【図２４】本発明のＰＦＣ低減装置の第２実施形態の側断面図である。
【図２５】本発明のＰＦＣ低減装置の第３実施形態の側断面図である。
【図２６】本発明のＰＦＣ低減装置の好ましい第４実施形態の側断面図である。
【図２７】本発明のＰＦＣ低減装置の第５実施形態の側断面図である。
【図２８】本発明のＰＦＣ低減装置の第６実施形態の側断面図である。
【図２９】本発明のＰＦＣ低減装置の第７実施形態の側断面図である。
【図３０】（ａ）は、本発明のＰＦＣ低減装置の他の実施形態に用いられるガス通路モジュールの側面斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のガス通路モジュール設計を用いた本発明のＰＦＣ低減装置の実施形態の側面斜視図である。
【図３１】ＣＦ₄とＮ₂Ｏガスを用いてプラズマを形成した後に得られた質量スペクトルデータを示すグラフである。
【図３２】本発明の一実施形態のテスト用に設計された実験中に測定された特定ガスの発生ピークを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…ＣＶＤシステム、１１…ガス分散マニホールド、１２…サセプタ、１４…処理位置、１５…真空チャンバ、１８…ガスライン、１９…混合チャンバ、２５…ＲＦ電源、２６…ランプモジュール、３１…真空フォアライン。

Claims (7)

1. 基板処理チャンバの排気ラインに接続され、前記基板処理チャンバから排出されるパーティクルを収集するための装置であって、
   それぞれが対向する表面を有する第１および第２の電極であって、この対向する表面は、これらの表面の間に流体管路を画成している、第１および第２の電極と、
   前記第１および第２の電極に作用可能に結合され、前記第１および第２の電極間に電圧を印加して前記第１および第２の電極の対向する表面上に帯電粒子状物質を収集する第１の手段と、
   ＲＦ電力を供給するために少なくとも前記第１および第２の電極の一方に作用可能に結合され、前記流体管路内にプラズマを形成し、前記第１の手段によって収集された前記帯電粒子状物質を当該プラズマによってガス状に分解する第２の手段とを備え、
   前記流体管路は、入口、出口および前記入口と前記出口との間に位置する収集チャンバを有すると共に、２つの鏡像の左側流路部分および右側流路部分を含んでおり、
   前記収集チャンバは、前記流体管路を通って流れる前記帯電粒子状物質を収集し、前記帯電粒子状物質が前記収集チャンバから流出することを阻止するように構成されており、
   前記第１および第２の電極のうちの一つは、前記流体管路を通るガス流を前記左側流路部分および前記右側流路部分に分岐させる中央壁部材を含んでいる装置。
2. 前記第１および第２の電極の対向する表面が、前記入口と前記出口との間の前記流体管路内に順次に形成された複数の収集チャンバを含む蛇行流体管路を画成している、請求項１記載の装置。
3. 前記中央壁部材は、前記流体管路の前記入口の真下に位置している、請求項１記載の装置。
4. 前記中央壁部材は、３０度以下の角度を有する上部エッジを備えている、請求項３記載の装置。
5. 前記中央壁部材は、１０度以下の角度を有する上部エッジを備えている、請求項３記載の装置。
6. 前記第１の電極は、周壁と、前記周壁から前記内側チャンバ内に延びる一つ以上の実質的に垂直な壁部材と、を備えており、
   前記第１の電極の前記壁部材の各々は、前記周壁から遠い端部を有し、
   前記第２の電極は、前記周壁内に位置し、ベース部分と、前記ベース部分から延びる一つ以上の実質的に垂直な壁部材と、を備えており、
   前記第２電極の前記壁部材の各々は、前記ベース部分から遠い端部を有し、
   前記第１および第２の電極の垂直壁部材は、相互に離間してこれらの間に流路を画成しており、
   前記第１および第２の電極の垂直な前記壁部材は、他の電極の流路内に延びてこれらの間に前記流体管路を形成し、
   前記中央壁部材は、前記第２の電極の前記ベース部分から延びる前記壁部材の一つである、請求項３記載の装置。
7. 前記第１の電極のうち前記第２の電極と対向する表面の表面積は、前記第２の電極のうち前記第１の電極と対向する表面の表面積の９５％〜１００％である、請求項１〜６いずれか一項記載の装置。

Images