JP4245198B2 - 基板処理チャンバの排気管路内の堆積を最小化する装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に半導体処理装置に関し、さらに詳しくは、反応チャンバに接続された真空排気管路の内部から汚染物及び残留物を除去する方法及び装置、ならびに反応チャンバからの過フルオロ化合物（ＰＦＣ）ガス放出を削減する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学気相堆積（ＣＶＤ）の処理中、反応チャンバ内に堆積ガスが放出され、処理対象の基板の表面に薄膜層が形成される。このようなＣＶＤ処理中、反応チャンバの壁などの領域にも、望ましくない堆積が発生する。しかし、これらの堆積ガスの個々の分子が反応チャンバに滞留する時間は比較的短いので、堆積工程で消費され、ウェハ又は反応チャンバの壁のいずれかに堆積されるのは、反応チャンバに放出される分子のうちのわずかな一部分にすぎない。
【０００３】
消費されなかったガス分子は、部分的に反応した化合物及び反応副生物と共に、一般に「フォアライン（foreline）」（補助真空側配管）と呼ばれる真空管路を介して反応チャンバから排出される。この排気ガス中の化合物の多くは、依然として非常に反応性の強い状態であったり、フォアライン内に望ましくない堆積物を形成できる残留物又は粉粒体を包含している。時間が経過すると、この粉状残留物及び／又は粉粒体の堆積は、問題を生じる。第１に、この物質はしばしば発火性物質であり、標準的な定期クリーニング操作中に真空密閉が破れ、フォアラインが大気条件に暴露されたときに、問題を引き起こすおそれがある。第２に、適切なクリーニングを行なわなければ、フォアラインに充分な量の堆積物質が蓄積され、フォアライン及び／又はその関連真空ポンプが詰まることがある。たとえ定期的にクリーニングを行なっても、物質の蓄積が真空ポンプの正常な動作を妨げ、ポンプの耐用寿命を極度に短縮する可能性がある。また、固体物質はフォアラインから反応チャンバに逆流し、反応段階を汚染し、ウェハの歩留りに悪影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
このような問題を避けるために、フォアラインの内部表面を定期的にクリーニングし、堆積した物質を除去する。この作業は、反応チャンバの壁及び反応チャンバの同様の領域から望ましくない堆積物を除去するために用いられる、標準反応チャンバクリーニング操作中に行われる。一般的な反応チャンバクリーニング技術は、フッ素などのエッチング・ガスを使用して、反応チャンバの壁及びその他の領域から堆積した物質を除去することを含む。エッチング・ガスを反応チャンバに導入し、プラズマを発生させることにより、エッチング・ガスを堆積物質と反応させて、反応チャンバの壁から堆積物質を除去する。一般的に、各ウェハごと、又はウェハＮ枚ごとに、堆積段階の合間にこのようなクリーニング手順が実施される。
【０００５】
反応チャンバ内の堆積物質に近接する領域にプラズマが発生するので、堆積物質を反応チャンバの壁から除去することは比較的簡単である。フォアラインは反応チャンバの下流に当たるので、フォアラインから堆積物質を除去することは、より困難である。一定の期間内に、反応チャンバ内の大部分の場所は、フォアライン内の場合より多くのエッチング・ガスのフッ素原子と接触する。したがって、一定の期間内に、反応チャンバはクリーニング工程によって適切にクリーニングができるが、フォアラインには残留物及び同様の堆積物が残る。
【０００６】
フォアラインを適切にクリーニングしようとするには、クリーニング作業の時間を増大しなければならない。しかし、クリーニング作業の長さを増大すると、ウェハのスループットに悪影響が生じるので、望ましくない。また、そうした残留物の蓄積のクリーニングは、クリーニング段階の反応物が、フォアライン内の残留物と反応できる状態で、フォアライン内へ排気されるという程度に制限される。システムや適用分野によっては、排気される反応物の寿命は、フォアラインの端部又は中央部分にさえも到達するのに充分ではない。これらのシステムや適用分野では、残留物の蓄積はさらに大きい問題である。したがって、半導体処理システムのフォアラインを充分かつ完全にクリーニングするための装置、及びそれを実行する方法が必要である。
【０００７】
フォアラインのクリーニングに使用されてきた１つの方法は、プラズマ・エンハンストＣＶＤ技術を用いて、排気ガス中の反応性化合物を電極表面の薄膜堆積物として抽出するスクラブ・システムに依存するものである。スクラブ・システムは、反応物を固体膜として最大限に除去するように設計され、表面積の大きいスパイラル電極を使用する。スパイラル電極は、フォアラインの端部付近のブロワ・ポンプとメカニカル・ポンプとの間に配置された取り外し可能な容器内に包含される。電極に充分な量の固体廃棄物が堆積した後、廃棄及び交換のために容器を取り外すことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術による方法は、システムが堆積される固体物質を収集するための領域を表面積の大きい電極に依存するという点で、問題がある。表面積の大きい電極を収容するために、システムはどうしてもかさばり、大きくなる。さらに、取り外し可能な容器が、交換及び適切な処分を必要とする使い捨て製品であるので、この先行技術のスクラブ・システムの稼働に、余分の経費がかかる。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より下流に配置され、したがって管路のこの部分に堆積した粉状物質や粉粒体の除去は保証されない。 以上のことから、フォアラインをクリーニングするための改善された方法及び装置が望まれることが分かる。
【０００９】
ＣＶＤ及びその他の基板処理装置の別の問題点は、反応チャンバからフォアラインを介して排出されるガス及び副生物の種類に関係がある。例えば、クリーニング・プラズマ内のガスの解離が完全ではなく（適用分野によっては、導入されたガス分子の１０％しか解離しない）、またクリーニング・ガスの個々の分子の反応チャンバにおける滞留時間が比較的短いため、反応チャンバに放出された分子のうち小部分しか堆積物質と反応しない。エッチング・ガス反応に加わらないガス分子は、食刻された物質及び反応副生物と共に、一般に「フォアライン」と呼ばれる真空管路を介して反応チャンバから排出される。排出されたガスは、半導体プロセスの放出副生物となる。
【００１０】
クリーニング用エッチング・ガスのように半導体産業で使用されるフッ素を包含するガスの多くは、過フルオロ化合物又は略して“ＰＦＣ”と呼ばれる。比較的一般的に使用されるＰＦＣの一部として、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＮＦ₃、及びＳＦ₆といった類いのガスが挙げられる。これらのガスは寿命が長いことが知られており（ＣＦ₄ の場合、最高50,000年）、また地球温暖化の大きい潜在的要因であるとも考えられている。したがって、これらのガスを大気中に放出することは潜在的に有害であり、政府やその他の規制の対象になりつつある。したがって、ＣＶＤ反応チャンバのような半導体処理装置からのＰＦＣ放出を削減することが重要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粉粒体及びその他の残留物が基板処理チャンバの排気管路内に蓄積するのを実質的に防止する装置を提供し、かつ／又は、そうした処理チャンバからのＦＰＦ放出を削減することにより、先行技術における上記の問題を解決する。本発明の様々な実施形態を、特に粉粒削減又はＰＦＣ放出削減のいずれかのために設計し、最適化することができる。また、特定の基板処理業務用として、粉粒及びＰＦＣ放出の両方を削減するように最適化した実施形態を設計することも可能である。
【００１２】
本発明は、プロセス透過的でありながら、これらの目標を達成する。すなわち、好適な実施形態において、本発明の作業は、適宜、フォアライン内の粉粒体の蓄積を防止するため、又はＰＦＣ放出を削減するために、追加処理時間がかからない。また、一部の好適な実施形態では、本発明は追加ガス及び／又は消耗部品を使用する必要が無い。
【００１３】
粉粒体削減のために設計され最適化された、本発明による装置の１つの実施形態では、１対の容量結合型電極が、装置の入口と出口の間に配置された複雑なガス通路を画成する。基板処理チャンバから排気されたときに（例えばＣＶＤ段階中）、これまでの技術では真空管路内に集まる粉末残留物及びその他の粉粒体が、このガス通路内で捕捉される。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むことができる。プラズマは、クリーニング・サイクル中にガス通路を介して排出される未反応排ガスから形成される。プラズマから生じる成分は捕捉された粉粒体と反応して、粉粒体をガス状生成物に変換し、これは排気管路を通してそこから容易に排出される。
【００１４】
別の実施形態における本発明の装置は、流体導管を画成する相対する表面を有する第１及び第２部材を含む。この流体導管は入口、出口、及び前記入口と前記出口の間の集塵チャンバとを有し、集塵チャンバは流体導管内を流れる粉粒体を補集し、かつ粉粒体が集塵チャンバから出て行くのを防止する。前記流体導管内でエッチング・ガスからプラズマを発生させるために、装置にマイクロ波プラズマ発生システムを動作可能に結合する。前記プラズマから生じる成分は、集塵チャンバで補集された粉粒体と反応してガス状生成物を形成する。この生成物は、流体導管からポンプで排出することができる。この実施形態の装置の好適な態様では、第１及び第２部材をそれぞれ電極とし、電極の表面に粉粒体を収集するために２つの電極間に電圧を印加する粒子捕捉システムをも装置に含める。プラズマは、電気的に補集されたこの粉粒体とも反応し、粉粒体を装置からポンプで排出できるガス状生成物に変換する。
【００１５】
ガス通路は、重力の作用によって通路内を流れる粉粒体を補集すると共に、粉粒体が集塵チャンバから出ていくのを防止するように構成され配置された、少なくとも１つの集塵チャンバを含む。さらに、電極の少なくとも一方に電圧を印加し、通路内を流れる粉粒体を補集し捕捉するのに役立つ電界（voltage field ）を電極間に形成する。
【００１６】
別の実施形態では、本発明は、半導体処理装置からのＰＦＣ放出を削減するように設計され、最適化されている。こうした装置の１つの実施形態は、流体導管を画成する容器チャンバ（vessel chamber）を含む。ＰＦＣ酸化剤の供給源は流体導管内にあり、プラズマ発生システムは、装置からポンプで排出される放出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマから生じる成分はＰＦＣ酸化剤と反応して、放出ＰＦＣガスを低害の水溶性非ＰＦＣガス状生成物及び副生物に変換する。
【００１７】
本発明の装置の好適な実施形態は、ケイ素を包含するフィルタ内に入ったＰＦＣ酸化剤を用意する。プラズマ発生システムは、装置からポンプで排出される放出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマから生じる成分は、フィルタ内のケイ素包含化合物と反応し、放出ＰＦＣガスを低害の非ＰＦＣガス状生成物及び副生物に変換する。本実施形態の好適な態様では、ケイ素包含化合物はケイ素酸化物とする。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、気体ケイ素源及び／又は酸素源を装置に導入し、ＰＦＣ酸化剤を提供する。気体ケイ素源及び／又は酸素源とＰＦＣガスからプラズマが形成される。プラズマから生じる成分は放出ＰＦＣガスと反応して、これを低害の非ＰＦＣガス状生成物及び副生物に変換する。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態では、粒子捕捉及び補集システムにより、基板処理チャンバに接続された排気管路内に堆積した粒子を削減し、補集した粒子及び残留物からＰＦＣ酸化剤を得る。粒子捕捉及び補集システムは、ケイ素を包含する残留物を生成する堆積工程からそうした残留物を捕捉する。プラズマ発生システムは、放出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマから生じる成分は、補集された残留物と反応して、放出ＰＦＣガスを低害の非ＰＦＣガス状生成物及び副生物に変換する。
【００２０】
こうした実施形態の１つの態様では、１対の容量結合型電極が複雑なガス通路を画成する。電極にＤＣ電圧又はＡＣ電圧を印加し、通路内に電界を形成する。この電界は、通路を介して排出される負の荷電粒子を一方の電極に引き寄せ、正の荷電粒子をもう一方の電極に引き寄せる。画成された通路はまた、通路を介して排出される粉粒体を重力の作用によって捕捉する、少なくとも１つの領域（集塵チャンバ）をも含む。通路を介して排出されるＰＦＣガスは、電極に印加された高周波（ＲＦ）電力にさらされ、励起してプラズマ状態になる。プラズマから生じる成分は、集塵チャンバで捕捉されたケイ素残留物の微粒子と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガス状副生物に変換する。
【００２１】
本発明の上記及びその他の実施形態をその利点及び特徴と共に、添付の図面に照らして、以下でさらに詳しく説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
Ｉ．典型的半導体処理チャンバ
本発明の装置は、様々な種類の半導体処理装置と共に使用することができる。１つの適切な装置として化学気相堆積装置を図１に示す。これは、簡素化した平行平板型化学気相堆積システム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に搭載したウェハ（図示せず）に堆積ガスを散布するためのガス分配マニホルド１１を含む。サセプタ１２は熱応答性が高い。サセプタ１２（及びサセプタ１２の上部表面に支持されたウェハ）は、下部装填（ローディング）／排出（オフローディング）位置と、マニホルド１１に近接する上部処理位置との間を、制御可能に移動することができる。
【００２３】
サセプタ１２とウェハは、処理位置１４にあるときは、環状真空マニホルド２４に排気する間隔配置された複数の穴２３を有するそらせ板１７によって取り囲まれる。処理中、マニホルド１１のガス入口は、矢印２１で示すように、ウェハの表面全体に放射方向に均等に分配される。次に、ガスはポート２３から環状真空マニホルド２４へ排気され、さらに真空ポンプシステム３２によってにフォアライン３１を通って排気される。マニホルド１１に達する前に、堆積ガスとキャリア・ガスはガス管路１８を介して混合チャンバ１９に供給され、ここで混合された後、マニホルド１１へ送られる。
【００２４】
高周波（ＲＦ）電源装置２５からマニホルド１１に印加されるＲＦエネルギによって、ウェハ隣接部に制御されたプラズマが形成される。ガス分配マニホルド１１はＲＦ電極であり、サセプタ１２は接地される。高周波電源装置２５は、真空チャンバ１５に導入される活性種の解離を強化するために、マニホルド１１に単一周波数又は混合周波数のＲＦ電力（又はその他の所望のバリエーション）のいずれかを供給することができる。
【００２５】
円形外部ランプ・モジュール２６は、石英製のウィンドウ２８を通してサセプタ１２の環状外周部に平行（collimated）環状パターン光２７を当てる。こうした熱分布は、サセプタの自然熱損失パターンを補償し、堆積を行なうための急速かつ均等なサセプタとウェハの加熱を達成する。
【００２６】
モータ（図示せず）は、サセプタ１２を処理位置１４と下部のウェハ装填位置との間で上下移動させる。ガス管路１８及びＲＦ電源装置２５に接続されたモータ、ガス供給バルブ（図示せず）は、一部だけが図示されている制御ライン３６を介してプロセッサ３４によって制御される。プロセッサ３４は、メモリ３８のようなコンピュータ読出可能媒体に保存されたコンピュータ・プログラムの制御下で動作する。コンピュータ・プログラムは、特定の工程のタイミング、ガスの混合、反応チャンバの圧力、反応チャンバの温度、ＲＦ電力レベル、サセプタの位置、及びその他のパラメータを指示する。
【００２７】
一般的に、反応チャンバのライニング、ガス入口マニホルド面板、サポート・フィンガ１３、及びその他の様々な反応チャンバのハードウェアは一部又は全部が、陽極酸化アルミニウムなどの材料から形成される。こうしたＰＥＣＶＤ装置の一例は、本願と同一譲受人に譲渡された、"Thermal CVD/PECVD Reactor and Use for Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step Planarized Process"と称する米国特許第５，０００，１１３号明細書に記載されている。
【００２８】
上記反応チャンバの記述は主として分かりやすく説明するためであって、本発明は、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、他のＣＶＤ装置に使用することができる。本発明はまた、熱ＣＶＤ装置、プラズマ・エッチング装置、物理蒸着装置、及びその他の基板処理装置にも使用することができる。本発明の装置及び真空管路内の堆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法又はエッチング工程や方法に限定されない。
【００２９】
II．本発明の典型的使用法
ＣＶＤ反応装置１０によって行われる化学気相成長工程などの半導体処理作業中に、様々な気体排出物や汚染物質が真空チャンバ１５から真空管路３１に排出される。実行される特定の作業によって、これらの排出物は、フォアラインを通して排出されるときにフォアライン内に残留物又は同様の粉末状物質を残す、部分的に反応した生成物や副生物などの粉粒体、又はＰＦＣガスのいずれか、あるいはその両方を含むことがある。本発明は、フォアライン内のこうした粉粒体の堆積を防止し、及び／又は真空チャンバ１５から放出されるＰＦＣガスを削減する。本発明の様々な実施形態は、こうした微粒子の堆積を防止するか、あるいはＰＦＣガスの放出を削減するために特に設計し、最適化することができる。また、本発明の一部の実施形態は、微粒子の堆積及びＰＦＣの放出の両方を削減するように、最適化され得る。
【００３０】
図２は、図１の簡素化ＣＶＤ装置に本発明の装置を取り付けた状態の断面図であるが、この図２から分かるように、本発明の装置は排気ガス源すなわち反応チャンバの下流に配置する。この装置は、真空フォアラインに接続するか、又は真空フォアラインの一部と置換することができる。図２では、真空ポンプシステム３２と真空マニホルド２４の間に、真空管路３１の一部分に沿って下流プラズマ・クリーニング装置（以下“ＤＰＡ”という）４０を取り付ける。その位置のため、真空チャンバ１５から排出されたガスは、必ずＤＰＡ４０を通過する。ＤＰＡ４０は、真空管路３１に沿ったどの位置にでも配置できるが、真空チャンバ１５から排気されたガスが、真空管路３１のいずれかの部分を通過する前にＤＰＡ４０を通過するように、排気マニホルド２４のできるだけ近くにＤＰＡ４０を配置することが望ましい。
【００３１】
また、図３に示すように、２つ以上のＤＰＡを真空管路３１に接続することも可能である。こうした構成を使用して、例えば微粒子の補集のために最適化された２台のＤＰＡを使用することにより、真空ポンプに微粒子や残留物が堆積するのをさらに防止することができる。図３に示す構成では、第２のＤＰＡ４２は、ＤＰＡ４０の下流でポンプ３２の直前に配置する。粉粒体がＤＰＡ４０をすり抜けても、その粉粒体はＤＰＡ４２内で捕捉され、気体に変換される。ＤＰＡ４０及び４２は両方とも、単一のＲＦ電源装置４４を使用し、電力をスプリッタ４６で分割することにより駆動することができる。任意選択的に、ＤＰＡ４０及び４２はそれぞれを別個のＲＦ電源装置で駆動することもでき、あるいは両方とも反応チャンバ１０に接続された主ＲＦ電源装置で駆動することもできる。
【００３２】
このような２台のＤＰＡ構成を使用し、ＰＦＣ削減のために最適化された２台のＤＰＡを使用することにより、ＰＦＣガスの放出をさらに抑制することができる。あるいは、代替的に、微粒子削減のために最適化された１台のＤＰＡと、ＰＦＣ削減のために最適化された１台のＤＰＡとを含む、２台のＤＰＡ構成とすることもできる。ＰＦＣ削減及び微粒子補集のために最適化された別々のＤＰＡを使用する場合、微粒子補集のために最適化されたＤＰＡを、ＰＦＣ削減用ＤＰＡよりフォアラインの上流に配置することが望ましい。こうした構成は、フォアラインの下流だけでなくフォアライン全体の微粒子の堆積をよりよく防止するのに役立ち、またＰＦＣ削減ＤＰＡ内における潜在的に望ましくない微粒子の堆積をも軽減できる。
【００３３】
フォアライン内の微粒子堆積の削減及び／又はＰＦＣ放出の削減のために構成され最適化された、ＤＰＡ４０の様々な構成及び実施形態の詳細について、以下で説明する。これらの実施形態は、説明のために掲げるだけである。いかなる形でも、本発明がこれらの特定の構成や実施形態に限定されるとは解釈されないものとする。
【００３４】
Ａ．微粒子削減のために最適化されたＤＰＡ４０の特定の実施形態
本発明の一部の実施形態は、反応チャンバから排出される微粒子や残留物のフォアライン内部における堆積を削減するように構成され、最適化されている。そうした粉粒体の一例として、シラン（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）及びアンモニア（ＮＨ₃）を前駆物質として使用する窒化ケイ素膜の成長中に、Ｓｉ_xＮ_yＨ_z、Ｓｉ_xＨ_y、及びケイ素から成る茶色の粉末の形態の残留物がフォアラインに観察されてきた。この残留物の堆積は、ＳｉＨ₄＋Ｎ₂＋ＮＨ₃の反応の半反応副生物によるものと考えられる。本願発明者が知る限りでは、シランを基体にした窒化ケイ素ＣＶＤ法は、最も多くの微粒子を発生する基板処理法の中に数えられる。しかし、他の基板処理法でも微粒子の堆積や残留物が発生することがある。例えば、同様の残留物は、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）や有機源など、他の気体や液体の前駆物質を用いて窒化ケイ素層を成長させるときにも形成される。残留物の堆積は中でも特に酸窒素膜、酸化ケイ素、炭化ケイ素、及び無定形ケイ素膜の成長中にも発生し、また、プラズマ・エッチングやその他の処理段階でも発生することがある。 本発明の微粒子削減の実施形態は、集塵チャンバで粉粒体を捕捉し、真空フォアライン内に排出された反応ガスと集塵チャンバ内の残留物及び粉粒体を励起してプラズマ状態にすることによって、そうした残留物及び粉粒体の堆積を防止する。プラズマは、集塵チャンバで捕捉された残留物及び粉粒体と反応して、ガス状生成物及び副生物を形成し、これらは管路内に堆積物を形成したり凝縮することなく、ＤＰＡ及び真空管路を通して排出することができる。
【００３５】
運転中、堆積ガスは真空チャンバ１５から真空管路３１を介して排出されるので、ガスからの粉粒体及び残留物は、ＤＰＡ内のガス流路の内部表面に堆積する。粉粒体及び残留物の除去は、ＤＰＡ４０を起動し、ＤＰＡ内にプラズマを形成することによって達成される。ＤＰＡ４０は、エッチング・ガスを真空チャンバ１５から排気するクリーニング・サイクル中に起動し、そうしたプラズマを形成する。
【００３６】
ＤＰＡ４０は起動すると電界を形成し、それにより、ＤＰＡ内を通過する排気ガス（エッチングガス）をプラズマ状態にし、プラズマを形成する。プラズマは、ＤＰＡ４０内における粉粒体及び残留物の分解を強化してガス状生成物及び副生物を発生するが、これらはフォアラインを介して真空ポンプにより排出することができるので、フォアライン内の微粒子の堆積や残留物の蓄積が防止される。例えば、ＤＰＡ４０内の残留物の堆積が、先に窒化ケイ素の堆積に関連して述べたように、Ｓｉ_xＮ_yＨ_z、Ｓｉ_xＨ_y、及びケイ素元素から成る茶色の粉末状であり、クリーニング・サイクル中に使用するエッチング・ガスがＣＦ₄とＮ₂Ｏの混合物である場合、ＤＰＡ４０によって形成されるプラズマは、残留物をＳｉＦ_x、ＣＯＦ₂、Ｆ₂、ＳｉＯF₂、ＣＯ及びＣＯ₂、ＮＯ、Ｏ及びＯ₂などのガス状成分に分解すると考えられる。
【００３７】
適用用途によっては、ＤＰＡに排出されたエッチング・ガスからプラズマを形成するのではなく、ＤＰＡ４０が実際には基板処理チャンバで形成されたプラズマを維持する場合もある。つまり、これらの適用用途では、処理チャンバ内で形成されたプラズマの全部又は一部が、処理チャンバの下流でも活性状態である。これは、例えば、プラズマが非常に活性の高いフッ化種（fluorinated species ）から形成される、処理チャンバのクリーニング作業中に発生することがある。プラズマから生じる成分は、以前として励起された状態すなわちプラズマ状態のままで、処理チャンバからフォアライン及びＤＰＡに排出される。したがって、これらの実施形態では、ＤＰＡ４０の電界は、プラズマを新たに形成するのではなく、実際にはプラズマを維持することができる。プラズマがＤＰＡ内で維持されるか、それとも新たに形成されるかによって、ＤＰＡの設計及び動作のいずれも変更する必要は無い。
【００３８】
ＤＰＡ４０は、大部分の実施形態では、クリーニング・サイクル中にのみ起動してプラズマを形成及び／又は維持するが、他の実施形態では、ＣＶＤガスをさらに反応させるため、堆積サイクル中及びクリーニング・サイクル中の両方でプラズマを維持することが可能である。そうした構成の場合、以下でさらに詳細に説明するように、堆積サイクル中にＤＰＡの上流に、又はＤＰＡに直接、追加エッチング・ガスを導入することができる。
【００３９】
ＤＰＡ４０内での通常の堆積により残留物を補集するだけでなく、様々な好適な実施形態のＤＰＡ４０は、真空チャンバ１５から排出された粉粒体をＤＰＡ内で捕捉し、粉粒体がＤＰＡの下流に堆積できないように特に設計する。捕捉は、以下で詳しく説明するように、機械、静電気、及び／又は伝熱的（thermophoretic）捕捉機構を用いて行なう。いったん捕捉された粉粒体は、クリーニング工程中にプラズマの活性種と反応してガス状副生物を形成し、真空管路３１を介して排出されるまで、ＤＰＡ４０の中に維持される。
【００４０】
これらの実施形態では、ＤＰＡ内にプラズマを形成又は維持するために電圧を印加することなく、効果的に微粒子の堆積を削減することができる。これは、例えば、真空チャンバのクリーニング中にエッチング・ガス（例：フッ素）の電離密度が充分に高く、クリーニング・プラズマ内に生成される自由基が、ＤＰＡに排出されたときもまだ励起状態を維持するほど充分に長い場合に、可能である。そうした励起状態では、自由基が捕捉された粉粒体と反応することができ、上述のとおり粉粒体はガス上生成物に変換される。
【００４１】
容量結合電極又は誘導結合コイルにＨＦ（高周波数）又はＲＦ（無線周波数）の電力を印加するなど様々な周知の技術を使用したり、マイクロ波又はＥＣＲ技術などにより、ＤＰＡ４０内でプラズマを発生させることができる。こうした方法の一部の特定の実施形態について、以下で詳しく説明する。以下で説明する各々の実施形態では、費用効率的な理由から、説明するＤＰＡをプロセス透過的に設計することが望ましい。つまりＤＰＡ４０は、余分なクリーニング・ガスや余分なクリーニング時間を使用する必要無く、フォアライン内の微粒子の堆積を防止するように設計することが望ましい。また、ＤＰＡが、薄膜の特徴に対し不均一性、微粒子の汚染、応力など、いかなる悪影響をも及ぼさないことが望ましい。
【００４２】
１．好適な実施形態
図４の（ａ）〜（ｆ）は、残留物及び微粒子の堆積を削減するために構成し最適化したＤＰＡ４０の好適な実施形態の様々な斜視断面図である。図４（ａ）は、ＤＰＡ４０の扉を取り外した状態の正面斜視図である。図４（ｂ）はＤＰＡの正面図（扉を取り外した状態）である。図４（ｃ）は、ＤＰＡの中心の平面に沿った正面斜視断面図である。図４（ｄ）は、ＤＰＡの中心の平面に沿った側面斜視断面図である。図４（ｅ）はＤＰＡ４０への電源貫通接続部（power feed through connection ）の断面図である。また図４（ｆ）は、扉及びハンドルを取り付けた状態のＤＰＡ４０の斜視図である。
【００４３】
図４の（ａ）〜（ｆ）に示すように、ＤＰＡ４０は入口５０及び出口５２を有する（図４（ｃ）参照）。入口５０と出口５２の間には、１対の相対するアルミニウム電極すなわち陰極５６及び陽極５８によって画成される流体導管５４（ガス流路）がある（図４（ａ）参照）。ＤＰＡ４０は、継手機構６４、６６を介してフォアラインに接続する（又は反応チャンバに直接接続する）（図４（ａ）参照）。例えば１つの実施形態では、継手機構６４を用いてＤＰＡ４０を反応チャンバの排気口に直接接続し、フォアラインの開始部をＤＰＡの継手機構６６に接続する。基板処理チャンバ（反応チャンバ）からフォアラインに排出される気体及び粉粒体は、入口５０からＤＰＨ４０に流入し、出口５２から流出する。
【００４４】
取外し可能なアルミニウムの扉６３（図４（ｄ））は、後板６５と共にガス流路５４を閉囲する。アルミニウムの扉６３及び後板６５は、電極（陽極５８）に電気的に結合する。電極５６、５８、扉６３、及び後板６５は、ＤＰＡ４０に排出されたガスが漏れるのを防止する、閉囲された真空チャンバ（流体導管５４）を形成する。扉６３及び後板６５はそれぞれセラミック絶縁板７１を含み（図５（ｄ））、これは電極５６、５８と接触して密封状態を形成し、ＤＰＡに排出されたガスが矢印６０で示すガス流路以外に移動するのを防止する（図４（ｂ））。好適な実施形態では、扉６３は、アルミニウムの扉とセラミック絶縁層７１との間にテフロン・クッション７３を含む（図４（ｄ））。テフロン・クッション７３は熱膨張率がセラミック絶縁層７１より高く、また比較的柔らかいので、破損したりひび割れることなく膨張することができる。ＤＰＡ４０が活性化してプラズマを形成すると、熱が発生し、テフロン層７３が膨張し、セラミック絶縁層７１が電極５６、５８に押しつけられる。これにより、扉６３の適切な密閉状態が確保されるので、ガスはＤＰＡから漏出しない。
【００４５】
扉６３はねじ５９によりＤＰＡ４０に取り付け（図４（ｆ））、ねじを取り外すことにより、ハンドル６７を持って取り外すことができる（図４（ｆ））。いったん取り外した後、ＤＰＡ４０の内部を掃除したり、アルコールなどの溶液で手拭きしたり、あるいは長時間の使用後又はその他の理由により発生した微粒子の堆積又は残留物を真空吸引して除去することなどができる。好適な実施形態では、ハンドル６７は、プラスチックなど熱伝導率の低い材料から形成する。
【００４６】
電極５６、５８は４つの絶縁プラグ６１（好適な実施形態ではセラミックで形成する）によって相互に電気的に分離する（図４（ａ））。これらの絶縁プラグは、陰極保持器と呼ばれることもある。図から分かるように、電極５６、５８は、陰極保持器の一部分を収容するために、機械加工によって形成された溝を有する。図面には、ＤＰＡの正面側に２つの陰極保持器６１が示され、残りの２つはＤＰＡの背面に同様に配置されている。１つの実施形態では、陰極保持器６１は各々約１ｃｍの厚さである。したがって、陰極保持器６１はガス流路５４の幅全体には伸長せず、流路内のガス流を阻害しない。
【００４７】
ＤＰＡでは、ガス流は、矢印６０（図４（ｂ））で示すように流体導管５４に従う。流体導管５４は、２つの鏡像的なガス流路を有する。陰極５６の突出部（分流器５７−−図４（ｂ）参照）は、放出ガスを２つの流路のうちの一方に向ける。ガス流のほぼ半分は、ＤＰＡ４０の左側の流路に向かって分流し、残りの半分は右側の流路に向かって分流する。
【００４８】
流体導管５４は、て放出ガス流内に存在する微粒子、例えば基板堆積段階又はその他の処理段階で発生した微粒子を部分的に重力に頼って補集し捕捉する、微粒子補集領域６２（図４（ａ））を含む複雑な／蛇行した流路である。各微粒子補集領域６２は、微粒子をＤＰＡから引っ張り出そうとする放出ガス流路に関係なく、重力によって底部のＵ字形の部分内に微粒子を補集し保持するように配置された、ガス流路のＵ文形の部分である。ガス流は、図４（ｃ）に示すように、陰極５６又は陽極５８のいずれかの突出フィンガ７９によって、各々のＵ字部を通過するように向けられる。これらの微粒子補集領域６２は、集合的に重力トラップ又は機械的トラップと呼ばれており、以下で詳しく説明する。
【００４９】
電極５６、５８は、平行平板型プラズマ発生システム及び静電集塵機の両方を形成する。静電集塵機の一部として、電極５６にＤＣ電力を印加する一方、電極５８は、排出される帯電した微粒子を引きつけるために接地する。ＤＣ電力の印加により電界が発生し、ＤＰＡを介して排出される正の荷電微粒子が一方の電極に引きつけられ、負の荷電微粒子がもう一方の電極に引きつけられる。接地された電極５８は、ＲＦ遮蔽のためのファラデー・ケージとしても作動する。プラズマ発生システムの一部として、電極５６にＲＦ電力が印加される。ＲＦ電力の印加により、ＤＰＡ内を通過する放出ガスからプラズマが形成され、重力トラップ領域６２又は電極５６、５８の表面に沿って補集された微粒子及び残留物が食刻され、除去される。
【００５０】
図５は、電極５６、５８を含む電気回路を示す線図である。図５に示すように、電極５６はＤＣ発電機（ＤＣ電源）１００及びＲＦ発生器１０２の両方に接続し、電極５８は接地する。ＤＣ発電機１００は、静電トラップに必要なＤＣ電圧を供給し、ＲＦ発生器１０２はプラズマを発生するためのＲＦ電力を供給する。ＲＦ整合回路１０４は、反射電力を最小限にするために発電機の出力インピーダンスを５０Ωに整合し、ＤＣ／ＲＦフィルタ（低域ＲＣフィルタ）は、ＤＣ電源１００をＲＦ信号干渉から分離する。ＲＦ発生器１０２は、図２に示すＲＦ電源装置２５と同一電源装置とすることができ、あるいはＤＰＡ４０のみを駆動する別個のＲＦ電源装置とすることもできる。さらに、クリーン・ルームに複数の処理チャンバが存在すると仮定して、処理チャンバに接続した複数のＤＰＡを全て、適切な数のＲＦ電力スプリッタに接続した別個のＤＰＡ専用ＲＦ電源装置によって駆動することもできる。
【００５１】
ＤＰＡ４０内を通過する物質及び／又はＤＰＡ４０内に堆積する物質の完全な反応を確実にするため、ＤＰＡは、プラズマを形成及び／又は維持するのに充分なレベルのＲＦ電源（例えばＲＦ発生器１０２）によって駆動しなければならない。一般に、陰極の表面積及び所望のプラズマの強さによって、５０〜２０００Ｗ以上の電力レベルを使用することができる。陰極５８の表面積が約１２０ｉｎ²の実施形態では、７５０〜１０００Ｗ（６．３１〜８．４２Ｗ／ｉｎ²）の間の電力レベルを使用することが望ましい。実際に選択する電力レベルは、強いプラズマを形成するために高い電力レベルを使用する希望と、エネルギ・コストを節約するために低い電力レベルを使用する希望とのバランスを取ることによって決定すべきであり、より小型でより安価な電源装置の使用を可能にする必要がある。
【００５２】
ＤＰＡ４０を駆動する電源装置は、約５０ＫＨｚ〜約２００ＭＨｚ以上の周波数範囲で作動し、約５０ＫＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内で作動することが望ましい。一般に、周波数の低い電源装置の方が、周波数の高い電源装置より購入価格も運転経費も安価である。したがって、最も好適な実施形態では、ＤＰＡ４０を駆動する電源装置は、３２５ＫＨｚ以下のＲＦ周波数を提供するように設計する。ＲＦ電源装置は、単一周波数ＲＦ電源又は混合周波数ＲＦ電源のどちらからでも供給できる。電源装置の最適出力電力及び動作周波数は、経費の問題と共に、ＤＰＡが使用される適用用途や、ＤＰＡ４０で処理されるガスの量などによって異なる。
【００５３】
ＤＰＡ４０への電気接続は、電源貫通接続部（ＰＦＤ）６８（図４（ａ））を介して行なわれる。ＰＦＤ６８は、ＰＦＤ６８の拡大側面図である図４（ｅ）に詳しく示す。ＰＦＤ６８は、ＤＣ発電機１００及びＲＦ発生器１０２を、コネクタ７０を介して陰極５６に接続する。好適な実施形態では、コネクタ７０は、陰極５６に直接ねじ込まれるねじ切り部（threaded screw）である。
【００５４】
ＲＦ接続部の腐食を軽減し、ねじ切り部７０と陰極５６との間の適切な電気接続を維持するために、接続は大気圧で行う必要がある。大気圧のこの部分は、領域７６として示され、陰極５６に接触するねじ切り部７０を含む。Ｏリング７８は陰極５６と領域７６との間の密封を維持する。Ｏリング７８がＤＰＡの作動中に発生する高熱で溶融するのを防止するために、陰極５６の主要部（領域５６Ａとして示す部分）から陰極５６のＯリング７８が埋め込まれた部分（領域５６Ｂとして示す部分）への熱伝導を軽減するように特別設計された領域を設ける。この特別設計領域は、真空領域８０及び陰極５６の細い部分８２を含む。真空領域８０により陰極領域５６Ｂは陰極領域５６Ａから分離されているので、発生した熱及び／又は陰極５６の領域５６Ａに伝導される熱は、領域５６Ｂへは容易に伝導しない。ＲＦ及びＤＣ信号を領域５６Ｂから領域５６Ａに伝える陰極５６の小部分（部分８０）は充分に細いので、領域５６Ａから領域５６Ｂへ伝導される熱は著しく軽減される。
【００５５】
電源貫通接続部はアルミニウム・ハウジング７２に収容し、テフロン板７３及びテフロン・リング７４によってハウジング７２及び扉６３から絶縁する。ハウジング７２は陽極５８及び扉６３に電気的に接続する。平座金８４、止め座金８５、及びナット８６アセンブリにより、テフロン・リング７５及びテフロン・ライニング７３は陰極５６の領域５６Ｂに締め付けて固定することができる。この締付け力によりＯリング７８を圧縮し、適切な密封を維持する。第２のＯリング、すなわちＯリング７７は、ガスが電源貫通接続部６８から漏出しないように、テフロン・ライニング７３と扉６３との間の密封を維持する。
【００５６】
標準動作では、ＣＶＤ段階などの基板処理段階中に、ＤＰＡ４０の微粒子捕捉能力を高めるために、電極５６にＤＣ電力が供給される。電極５６に印加される電圧は、適用用途によって異なる。一般的に、１００〜３０００Ｖの印加により、有効な捕捉メカニズムが発生する。こうしたＤＣ電圧は、反応チャンバの動作中（処理及びクリーニング段階）常に印加することができ、あるいはＤＰＡ４０が起動する反応チャンバのクリーニング動作中は停止することもできる。
【００５７】
ＳｉＨ₄、Ｎ₂及びＮＨ₃の処理ガスから窒化ケイ素を堆積する１つの基板処理作業では、発生した微粒子の約６０％±１０％が正に荷電し、約４０％±１０％が負に荷電することが、実験からつき止められた。図６に示すように、ＤＰＡ４０内で約５００Ｖ／ｃｍのＤＣ電界を形成することにより、この基板処理作業用の最適静電集塵機が得られることが、実験から分かった。
【００５８】
図６の線１１０は、電極間に２００〜１２００Ｖ／ｃｍの電界を形成することにより、正に荷電した電極で補集される負の荷電微粒子の総堆積量を表わし、線１１２は、接地した電極で補集される正の荷電微粒子の総堆積量を表わす。線１１４は、捕捉された微粒子の総堆積量を表わす。５００Ｖより低い電圧の電界では、大きい微粒子は静電集塵機では効果的に捕捉されないが、それより高い電界を形成すると、部分的プラズマが発生する。こうしたプラズマの形成は、発生する電界の性質を変化し、捕捉効率を低下させる。
【００５９】
静電集塵機と機械的（重力）トラップを組み合わせると、真空管路３１における堆積を防止するのに特に効果的な機構が得られる。放出ガス流内に存在する比較的大きい微粒子は、重力によって外部管６２内に保持されやすいので、重力トラップはこのような微粒子を捕捉するのに特に有効である。一方、静電トラップ（集塵機）は、重力トラップだけでは捕捉されない放出ガス流内の比較的小さい微粒子を補集及び捕捉するのに特に有効である。
【００６０】
例として、上述の窒化ケイ素を堆積する場合、直径１μｍから直径１mm以上までの範囲の大きさの粒子が観察されている。これらの粒子が排気管路内に存在するときは、２種類の重要な力すなわち重力（ F_g）及びガスの運動の結果生じる中性抵抗力（Ｆ_nd）が粒子に作用する。直径が１００μｍを超えるような大きい粉粒体の場合、主要な相互作用は重力であり、したがって機械的トラップが特に有効である。しかし、より小さい微粒子の場合、ガスの抵抗力の方が重力より高くなることがある。したがって、静電トラップの２つの電極の間に形成される電界が、微粒子の軌跡に垂直な補助力（Ｆ_elec）を与える。この力は、直径が１０μｍ未満のような非常に小さい微粒子の場合、重力及び抵抗力のどちらより２桁以上大きく、非常に高い補集効果を達成する。
【００６１】
図７は、本発明の１つの実施形態による静電力及び重力の効果と比較した、中性抵抗力の効果を示すグラフである。線１２２は重力を示し、線１２４は静電力を示し、線１２６は粒子の中性抵抗力を示す。図に示すように、粒子が小さい場合、静電力１２４が重力１２２より大きい。より大きい粒子では、重力が静電力１２４より優勢である。この実施形態では、直径が約３０μｍ以下の粒子は主として静電集塵機で補集し、約３０μｍを超える粒子は主として機械的トラップで補集する。任意の粒子に対して静電力又は重力のどちらが優勢であるかに関係なく、図７の焦点は、任意の大きさの粒子に対し、静電力１２４又は重力１２２の少なくとも一方が中性抵抗力１２６より大きくなるように、ＤＰＡ４０を設計することが望ましいということである。このような場合、静電トラップ集塵機と機械的トラップ集塵機を組み合わせることにより、様々な大きさの粒子が効果的に補集されることが確保される。
【００６２】
第４の力、すなわち伝熱力（Ｆ_th）もまた、ＤＰＡ４０内の微粒子に作用する。伝熱力とは、ＤＰＡ内に形成される温度勾配による力である。このような温度勾配は、例えば、プラズマ支援クリーニング工程中にプラズマの発生によって形成される。プラズマ形成中に、イオン衝突やプラズマ形成中のジュール効果のために、陰極５６は陽極５８より高温になる。１つの実施形態では、陰極５６と陽極５８の間の温度勾配は、１５０℃のガス温度で２００℃／cmである。この実施形態における伝熱力を図７に、線１２８として示す。伝熱力１２８は、この実施形態では０．１μｍ〜１００μｍの間の微粒子を捕捉するのに充分な強さではないが、荷電粒子及び非荷電粒子の両方を捕捉することができる。また、他の実施形態でも、当業者は、大きい温度勾配を形成するほど、より大きい伝熱力が得られ、微粒子及び残留物の捕捉に一層効果的に役立つことを理解されるであろう。先に述べたように、処理チャンバのクリーニング作業中、ＲＦエネルギを電極５６に印加して、ＤＰＡに排気される放出エッチング・ガスからプラズマを形成及び／又は維持する。プラズマから生じる成分は、その前の１つ以上の基板処理段階からＤＰＡ内に捕捉された微粒子及び残留物と反応する。このプラズマを形成するためにＲＦエネルギを印加するのは、エッチング・ガスがＤＰＡ内に排気されない間は、中断することが望ましい（このような構成におけるＤＰＡ４０は、受動素子ではなく、能動素子と呼ばれる）。ＤＰＡ４０を能動素子として構成する場合、ＤＰＡ４０のタイミングの側面の制御（例えばＲＦ電源１０２及び／又はＤＣ電源１００のオン／オフの切替えなど）は、一般的に、図１に示す制御ライン３６を介して送られる制御信号の入力により、プロセッサ３４によって行われる。図１２には示さないが、そうした構成では、そのような制御ラインがＤＰＡ４０に接続される。
【００６３】
代替実施形態では、クリーニング作業中に、真空チャンバ１５から排気されるエッチング・ガスとは別にエッチング・ガスを導入するために、ＤＰＡ４０に直接ガス供給管路を設けることができる。そのような余分なガス供給管路は、例えば入口部分又はその付近でフォアラインに接続できる。また、ＤＰＡの上流位置でＤＰＡに直接接続することもできる。そうした別個のガス管路を設ける場合、クリーニング中のみ、あるいは堆積又はその他の基板処理段階のときのみに、エッチング・ガスの追加供給をＤＰＡに行うことができ、あるいは堆積及びクリーニングの両サイクル中に連続的に供給することもできる。基板処理段階にＤＰＡにエッチング・ガスを供給する実施形態では、基板処理段階で電極５６にＲＦエネルギを印加してプラズマを発生させ、ＤＰＡ内に堆積した物質をさらに食刻して除去する。
【００６４】
微粒子を捕捉し堆積を削減するＤＰＡ４０の有効性は、生成され真空チャンバから排出される微粒子の量や、ＤＰＡ４０内の放出ガス流の流速、電極５６と５８の間に形成される電界、電極５６、５８の表面積、及びクリーニング段階で生成されるプラズマの強さなどをはじめとする多数の因子に依存する。
【００６５】
また、多数のその他の設計上の考慮点により、ＤＰＡ４０の有効性は向上する。例えば、好適な実施形態では、分流器５７（図４（ａ））の上部表面を単一先端に対し先鋭に傾斜させる。ガス流がＤＰＡ内のバリア又はその他の表面と直接接触する部分に、堆積がより急激に集まることが、実験から示されている。分流器５７の傾斜表面と、分流器５７の単一先端の真上にあってそれに対し垂直な入口５０からの放出ガスの導入とを結合することにより、放出ガス流が入口５０からＤＰＡ４０に流入するための小さい接触面積が得られ、したがって分流器５７の上部表面における堆積は最小化される。このような傾斜表面を持たずに実施した実験では（例えば丸みのある表面）、分流器５７の上部表面５７で微粒子の堆積が補集された。そうした堆積の量によっては、堆積をくずし、補集領域６２の１つに落下させることができる。粒子の堆積が充分に大きい場合、通常のクリーニング・サイクル中に形成されるプラズマによって、それを消散することはできないかもしれない。これは、ガス流路の閉塞につながるおそれがある。また、堆積物が誘電体材料（例えば窒化ケイ素の膜成長工程からの堆積）である場合、その堆積はプラズマの発生を阻害し、形成されるプラズマの強さを低下する。これは次に、堆積した物質の食刻の低下及び流路閉塞の機会の増加につながる。分流器５７の側部表面は、そうした蓄積を防止するために３０度以下の角度で合わせることが望ましい。形成される角度が約１０度未満であることがさらに望ましい。
【００６６】
ＤＰＡ４０のいずれかの特定の領域における微粒子の堆積を軽減する別の設計の特徴は、入口５０とガス流が左右の流路に分割される位置との間のガス流路５４の部分の壁の形状である。先鋭な角度を持つ形状とは反対に、入口５０からガス流路までの平滑な輪郭遷移（又は朝顔形の張出し）は、流路へのガス流の均等な分布を確保するのに役立つ。入口から流体導管５４までのこの輪郭遷移は、プロファイルド・マニホルド（profiled manifold ）と呼ばれる。
【００６７】
プロファイルド・マニホルド内の均等なガス流は、ガス流路５４の左右部分の両方にガス流を均等に分配するに役立ち、それによって流路のどの部分でも他の部分と比較してより多く微粒子が堆積するのを防止する。プロファイルド・マニホルドはまた、電極の幅全体にわたって均等なガス分布を確保する。プロファイルド・マニホルドの好適な態様の輪郭を、ガス流路表面５５として図４（ｃ）及び図４（ｄ）に詳細に示す。
【００６８】
均等なプラズマの形成は、ＤＰＡ４０内で補集された微粒子及び残留物の完全な除去を確保するのに役立つ。この目的を達成するために、電極５６の表面積は、電極５８の表面積とほど同じであることが有用である。電極同士の表面積が様々な位置で３：１から１．３：１までの範囲で異なるＤＰＡで実施した実験では、均等でない表面積の電極でもプラズマを形成することが可能であり、そうしたプラズマはＤＰＡ内で補集された一部の物質を適切に除去できることを示している。しかし、これらの実験では、電極表面の比率が３：１の部分より１．３：１に近い部分ほど、微粒子及び残留物の堆積がより効果的に除去された。さらに、陰極５６の表面積が陽極５８の表面積の９５％以内である場合（１１８．７９ｉｎ²対１２３．３１ｉｎ²）の実験では、プラズマの形成がより強く、微粒子の除去がより効果的であった。別の実施形態では、陰極の表面積が陽極の表面積と実質的に同一である。
【００６９】
別のプラズマの均等性の問題は、電極５８に対する電極５６の間隔に関係がある。この間隔は、次の例外を除き、ＤＰＡ４０のガス流路全体で基本的に一定に維持すべきである。プラズマの降伏電圧は、圧力と電極間の距離の関数である（Ｐ×Ｄ）。放出ガス流がＤＰＡ４０内を流れるには、入口５０付近の圧力を出口５２付近の圧力より少し高くする必要がある。この好適な実施形態で降伏電圧を一定に維持するには、ＤＰＡ４０の底部の電極間に、上部の電極間より多くの空間を導入することである。この間隔のバリエーションは、例えば電極５６及び／又は電極５８のいずれか一方又は両方の突起フィンガを、図４（ｂ）に示すようにＤＰＡの上部より厚くすることによって、達成することができる。図４（ｂ）で、ＤＰＡ４０の上部の陰極５６及び陽極５８のフィンガは、それぞれａ及びｂの厚さを持つ。ＤＰＡ４０の下部の対応する部分はそれぞれｃ及びｄの厚さを持つ。ここでａ＞ｃ、及びｂ＞ｄである。
【００７０】
ＤＰＡ内の圧力も又はプラズマの形成に影響を及ぼす。一般に、圧力が高いほどプラズマ・エッチングの効率が高くなる。したがって、より高い圧力でＤＰＡを作動すると、低い圧力の場合より所用電力が低くてすみ、その結果運転経費の節約になる。このような構成では、ＤＰＡの下流に単一スロットルバルブを使用するか、好ましくは二重スロットルバルブを、すなわち真空チャンバの圧力を制御するためにＤＰＡの上流に１つ、及び処理チャンバ内の圧力とは独立してＤＰＡの圧力を制御するためにＤＰＡの下流に１つを使用することができる。
【００７１】
ＤＰＡの下流にスロットルバルブを使用しない場合、ＤＰＡ内の圧力は一般にフォアラインの圧力と等しい（約４．５〜６torrで作動する一部のＰＥＣＶＤ処理装置では約０．８〜２．５torrの間）。しかし、ＤＰＡの下流にスロットルバルブを使用すると、ＤＡＰ内の圧力をより幅広い範囲にわたって制御できる。いうまでもなく、ＤＰＡ内の圧力は、処理チャンバからの放出ガス流を維持するために、処理チャンバ内の圧力より低くしなければならない。ＤＰＡ内の圧力を増加すると、ＤＰＡに排出される微粒子の中性抵抗力が増加するという、望ましくない副作用も発生し、これが今度は重力トラップの効率を低下する原因となる。したがって、ＤＰＡに設定する実際の圧力は、プラズマの効率の問題と粒子の捕捉の問題の間でバランスを取る必要があり、この圧力はＤＰＡを使用する特定の適用用途によって異なる。
【００７２】
ＤＰＡ４０内の圧力を監視するために、圧力感知スイッチ５３（図４（ｄ））を含めることができる。ＤＰＡ内の圧力が望ましくないレベルにまで高まると、スイッチ５３はプロセッサ３４に信号を送り、ＤＰＡ及び基板処理チャンバ１０の両方のスイッチを切断する。好適な実施形態では、スイッチ５３は半大気圧スイッチ（half-atmosphere switch）であり、ＤＰＡ４０内の圧力が大気圧の２分の１（３６０torr）を超えて増加すると、遮断手順が始動する。
【００７３】
ＤＰＡ内でプラズマを形成するために使用するＲＦ電力、陰極の大きさ、ＤＰＡが起動する時間、及びその他の要因によって、ＤＰＡ４０はかなりの量の熱を発生することがある。熱を消散するために、ＤＰＡ４０は、図４（ｅ）に示すように熱消散フィン６９を含むことができる。熱消散フィン６９は、陽極５８に取り付ける。
【００７４】
熱は、プラズマ形成中にイオン衝突及びジュール効果によって、陰極５６に発生する。したがって、陽極５８は陰極５６より低温である。また、陽極５８は、セラミック陰極保持器６１、セラミック・ライニング板７１（後部及び扉）及びＰＦＤ６８のテフロン絶縁リングによって、陰極５６から熱的に絶縁されている。フィン６９は、陽極をさらに冷却するのに役立つ。フィン６９はアルミニウムなどの熱伝導材料で構成され、これは受動冷却装置なので、ＤＰＡ４０を冷却するための好適な方法である。安全上の理由から、ＤＰＡ４０の外部が少なくとも７５℃以下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。
【００７５】
アプライド・マテリアル・インコーポレイテツドによって製造されたＰ５０００型反応システムのＤＣＶＤチャンバにＤＰＡを装備した好適な実施形態では、ＤＰＡの三方の側面にフィンを配置するが、第４の側面には配置しない。その代わり、ＤＰＡの第４側面（後部）を基板処理チャンバの一部分に直接当てるように配置する。フィン６９によって達成される冷却の程度は、フィンの大きさによって異なる。陰極の温度が２５０〜３００℃の間で作動する１つの実施形態では、フィン６９は、ＤＰＡの外部を約７５℃まで冷却するのに充分な大きさである。
【００７６】
また、他の方法でＤＰＡ４０を冷却することもできる。例えば、ＤＰＡ４０の周囲に水を循環する冷却システムを使用して、ＤＰＡから熱を運び去ることができる。このような冷却システムは能動冷却機構である。
【００７７】
２．ＤＰＡ４０の好適な微粒子削減実施形態を使用した試験結果
微粒子の堆積の削減における本発明の効果を証明するために、上記の好適な実施形態に従って設計したＤＰＡ４０を、６インチ・ウェハ用に装備され、窒化ケイ素のＣＶＤ膜堆積用に設計されたPrecision 5000反応チャンバに取り付け、実験を行なった。Precision 5000反応チャンバは、本発明の譲受人であるアプライド・マテリアル・インコーポレイテッドによって製造された製品である。
【００７８】
ＤＰＡの効果を試験する実験を行なう前に、窒化ケイ素の頴娃町段階及びその後に続くフッ素クリーニング段階によって処理チャンバ内に堆積する残留物の組成を決定するための実験を行なった。２種類の異なる窒化ケイ素膜成長／フッ素クリーニング作業工程シーケンスについて、残留物の組成を決定した。各工程シーケンスの窒化ケイ素膜成長段階は同じであるが、クリーニング段階は、第１シーケンスではＣＦ₄の化学作用に基づいて行なわれ、第２シーケンスではNF₃の化学作用に基づいて行なわれた。
【００７９】
窒化ケイ素の薄膜は、ウェハにシラン（ＳｉＨ₄）、窒素（Ｎ₂）、及びアンモニア（ＮＨ₃）ガスのプラズマをウェハに暴露することによって、ウェハに堆積した。ＳｉＨ₄は、２７５sccmの流速で処理チャンバ内に導入し、Ｎ₂は３７００sccmの速度で処理チャンバに導入し、ＮＨ₃は１００sccmの速度で導入した。プラズマは４．５torrの圧力、４００℃の温度で、７２０Ｗで駆動する１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源を用いて形成された。窒化ケイ素の堆積は約７５秒持続したが、これはウェハに約１００００オングストロームの薄膜を成長させるのに充分であった。
【００８０】
第１標本については、窒化ケイ素膜の成長段階が完了し、ウェハを処理チャンバから取り出した後、処理チャンバをＣＦ₄及びＮ₂Ｏのプラズマにより、１２０秒間クリーニングした。ＣＦ₄対Ｎ₂Ｏの比率は３：１であり、ＣＦ₄は１５００sccmの速度で導入し、Ｎ₂Ｏは５００sccmの速度で導入した。クリーニング段階中、処理チャンバは温度４００℃及び圧力５torrに維持した。１０００Ｗで作動する１３．５６ＭＨｚの電源装置により、プラズマを形成した。
【００８１】
第２標本については、ＮＦ₃及びＮ₂Ｏ及びＮ₂の前駆物質のガスから形成されるプラズマで、クリーニングを行なった。ＮＦ₃対Ｎ₂Ｏ対Ｎ₂の比率は約５：２：１０であり、ＮＦ₃は５００sccmの速度で導入し、Ｎ₂Ｏは２００sccmの速度で導入し、Ｎ₂は１０００sccmの速度で導入した。クリーニング段階中、処理チャンバは温度４００℃及び圧力５torrに維持し、これを約９５秒間持続した。プラズマの形成は、１０００Ｗで作動する１３．５６ＭＨｚの電源装置により達成した。
【００８２】
ＣＦ₄クリーニングの残留物の色は茶色がかっており、ＮＦ₃クリーニングの残留標本の色は黄色／白色であることが分かった。Ｓｉ₃Ｎ₄の膜成長段階だけから生成される残留物は茶色であることが分かったので、これらの結果から、ＮＦ₃クリーニングにより、初期の茶色の粉末が黄色／白色の粉末により完全に変換されることを示すと考えられる。これは、ＮＦ₃プラズマに発生する余分のフッ素自由基のためであると考えられる。
【００８３】
別の一連の実験で、３種類の残留物の標本を採取した。すなわち、上記のＳｉ₃Ｎ₄の膜成長段階の直後に処理チャンバから約０．５ｍ下流のフォアラインで採取した粉末（標本Ａ）、上記のＮＦ₃／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂のクリーニング用プラズマの作動後に標本Ａと同じ場所で採取した粉末（標本Ｂ）、及び数日間の連続した堆積／クリーニング・シーケンスの後に処理チャンバから約１２ｍ下流の乾燥真空ポンプの入口で採取した粉末（粉末Ｃ）の３種類である。粉末標本の組成は、水素前方散乱（ＨＦＳ）、Ｘ線電子分光法（ＸＰＳ）、及びＸ線回折（ＸＲＤ）解析から引き出される。これらの粉末のそれぞれの組成を表１に示す。
【００８４】
【表１】

標本Ａは、Ｓｉ₃Ｎ₄の膜堆積化学作用の直接固体副生物である。この粉末は、ＲＦプラズマ内で発生した微粒子の組成を反映している。この粉末は大部分がＳｉ、Ｎ、Ｈ、及び酸素で構成される。酸素はおそらく、標本採取中に空気から吸収されたものであろう。膜堆積段階で酸素を包含するガスを使用していないので、酸素は粉末の初期成分ではありえない。プラズマ内で発生する残留微粒子は、大部分が水素化窒化ケイ素Ｓｉ_XＮ_yＨ_zである可能性が高い。この粉末は反応性が高い。ＸＰＳ測定によりＨＦＳの結果が確認され、空気にさらした後、ケイ素は元素として１８％存在し、窒化物として２４％、酸化物として５８％存在することが示された。窒素は、窒化物として９３％、アンモニアとして７％存在する。ＸＲＤ解析から粉末が非晶質であることが示された。
【００８５】
標本Ｂは、ＮＦ₃／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂プラズマを使用したクリーニング工程後の粉末Ａの変換の結果である。膜成長チャンバ内に蓄積された残留物は、クリーニング工程により完全に蒸発するが、Ｆ^*自由基の寿命が限定されるので、フォアライン内での変換は完全ではない。しかし、この寿命は、フォアラインの最初のメートル内で部分変換が行われるには充分に長い。この白色粉末はＦの含有量が高いことを示し、Ｓｉ_xＮ_yＨ_zから（ＮＨ₄）₂ＳｉＦ₆（ヘキサフルオロけい酸アンモニウム、これはＸ線回折法を用いて識別された）への変換を表わしている。多結晶質白色粉末は、２５０℃の昇華温度を示している。
【００８６】
標本Ｂの粉末の蓄積量は、処理チャンバからの距離の増加と共に増加し、ガスがフォアラインに沿って移動するにつれて、固体−気体蒸発の効率がだんだん低下することを示唆している。これはおそらく、Ｆ^*、ＣＦ_x、Ｏ^*などの励起された種が処理チャンバから遠くに移動する間に希薄になるためである。ポンプに近い位置では、粉末ＡとＢの混合物が存在する。この残留物（粉末Ｃ）の色は、処理チャンバからの距離が長くなるにつれて、黄色がかった色から茶色になる。
【００８７】
化学分析から、粉末Ｃは、粉末Ａの不完全な変換結果であることが示された。興味深いことは、−（−ＣＦ₂−Ｃ₂Ｆ₄−Ｏ−）_x−という重合体の形成であり、これは初期の茶色の残留物を被覆することができ、保護被膜を形成し、膜成長中に補集された粉末がそれ以上変換されるのを防止する。市販のＰＥＣＶＤ窒化ケイ素システムのフォアライン内の粉末Ｃの蓄積は、１か月の連続堆積／クリーニング・シーケンスの後、５００ｇを超えることがありうる。
【００８８】
処理チャンバ内の残留物の堆積の組成を決定した後、残留粉末の粒径を決定する実験を行なった。この実験では、フォアライン内にシリコン片を置き、膜成長工程でそこに堆積される材料を採取した。１５秒の膜堆積工程後でさえも、真空管路３内で茶色の粉末状の残留物の堆積が通常発生する。この残留物の堆積を示す顕微鏡写真を図８に示す。茶色の粉末は、Ｓｉ_xＮ_yＨ_z、Ｓｉ_xＨ_y、ＳｉＯ_x、及びケイ素元素残留物から構成される。残留物の元素粒子は粒状又は海綿状の形態を呈し、密度は２．３ｇ／ｃｍ³ である。粒子の回転楕円体の左右対称性が図９に示され、膜成長が均質な核生成によって行なわれることを表わす。図９は、４個又は５個の元素粒子（各々直径１５〜２０μｍ）が凝集して、直径約５０μｍの典型的な粒状残留集合体を形成することを示す顕微鏡写真である。さらなる実験から、粉末の粒径が堆積時間と共に増大し、９０秒の堆積段階により直径１．０mm以上の集合体が形成されることが示された。
【００８９】
次にプロトタイプ（試作品）のＤＰＡを使用して、シランを基本にした窒化ケイ素の堆積作業から発生するような微粒子の堆積を削減する上での本発明の有効性を証明した。プロトタイプのＤＰＡは図４の（ａ）〜（ｆ）に示す実施形態に従って構成し、フォアラインの直前でＰ５０００型ＣＶＤ反応チャンバの出口に接続した。実験では、３段階の順次１．０ミクロンの膜成長工程の後にＣＦ₄／Ｎ₂Ｏクリーニング段階が続く、窒化ケイ素の一般的な堆積／クリーニング・シーケンスに従って、反応チャンバを作動した。この堆積／クリーニング・サイクルを、５０００枚のウェハ実行試験に連続的に繰り返した。
【００９０】
窒化ケイ素の膜堆積段階では、反応チャンバの圧力は４．５torrに設定及び維持される一方、反応チャンバの温度は４００℃に設定され、サセプタはガス分配マニホルドから６００milの位置に配置された。堆積ガスは、１９０sccmの速度で導入されたＳｉＨ₄、１５００sccmの速度で導入されたＮ₂、及び６０sccmの速度で導入されたＮＨ₃を含んでいた。周波数１３．５６ＭＨｚの単一周波数ＲＦ電力を４４５Ｗの電力レベルで供給してプラズマを形成し、約７５００オングストローム／minの速度で窒化ケイ素層を堆積した。１．０ミクロンの各層の総堆積時間は約８０秒であった。
【００９１】
反応チャンバのクリーニング段階では、反応チャンバの圧力は４．６torrに設定及び維持される一方、反応チャンバの温度は４００℃に設定され、サセプタ（ウェハは搭載されない）はガス分配マニホルドから６００milの位置に配置された。クリーニング用ガスは、１５００sccmの速度で導入されたＣＦ₄及び５００sccmの速度で導入されたＮ₂Ｏを含んでいた。エッチング・プラズマを形成し、反応チャンバ内に堆積した材料を食刻して除去するため、ＲＦ電力を供給した。この周波数電源装置は１３．５６ＭＨｚで動作し、１０００Ｗで駆動する。３段階の１．０ミクロンの窒化ケイ素層の堆積工程後に反応チャンバのクリーニングのために使用した総クリーニング時間は、最初の３０００枚のウェハについては、１１０秒であった。その後、終点検出器（endpoint detector ）を使用して、最後の２０００枚のウェハに対するクリーニング時間を最適化した。
【００９２】
プロトタイプのＤＰＡは、長さ約３５cm×直径１４cmであった。電極５６、５８は総表面積が２４２．１ｉｎ²であり、アルミニウムから機械加工によって形成された。陰極は幅３．００ｉｎ、周長３９．５９６６ｉｎであった。
【００９３】
電極５６と電極５８の間に５００ＶのＤＣ電圧を形成し、上述の通り、窒化ケイ素の膜成長段階及びＣＦ₄ のクリーニング段階の両方で、荷電した微粒子を捕捉した。電圧電界は、電極５６と接地電極５８に５００Ｖを供給することによって形成した。プラズマの形成に関しては、ＤＰＡ装置は能動装置として作動する（つまり、クリーニング・サイクル中にのみＲＦ電力がＤＰＡに印加され、プラズマが形成される−−ＲＦ電力は堆積段階には印加されない）。プラズマは、１０００Ｗで駆動する３２５ＫＨｚのＲＦ波形によって発生した。ＤＰＡ内の圧力は０．８torrであった。
【００９４】
その後の試験で、プロトタイプのＤＰＡは、プロセスに対し透過的でありながら、上記の窒化ケイ素の膜成長／ＣＦ₄のクリーニング・シーケンスを用いて２００００枚のウェハ処理試験の実行中に、フォアライン内での微粒子の堆積を防止するのに１００％有効であることが示された。プロトタイプのＤＰＡを使用するにあたり、実験中に反応チャンバから排出される全ての粉粒体を捕捉し除去するために、追加のクリーニング・ガスや追加のクリーニング時間を用いる必要は無かった。実験中に堆積した窒化ケイ素の薄膜の厚さ、均一性、応力、及び屈折率などの薄膜特性について行なった測定により、１枚目のウェハと５０００枚目のウェハとの間で（又は中間のどのウェハ間でも）、これらの特性のいずれにも際だった、あるいは著しい変化の無いことが示された。さらに、実験中の反応チャンバ内の微粒子の数の測定でも、ウェハ処理の実行中に直径が０．１６ミクロン以上の粒子の数に増加が無いことが示された。
【００９５】
３．螺旋コイル、単管の実施形態
他のプラズマ形成構造を組み込んだ、他の実施形態のＤＰＡ４０も可能である。例えば、一部の実施形態では、螺旋共振器コイルなどの誘導コイルにＲＦ信号を印加することによって、プラズマを形成する。螺旋コイルは小型であり、比較的高密度のプラズマを形成する容量を有する。こうしたコイルは当業者には周知であり、Michael A.Lieberman and Allan J. Lichtenberg, "Principles of Plasma Discharges and Materials Processing", pp. 404-410 John Wiley & Sons (1994)などのよく知られた多数の教科書のどれにでも記載されている基準に従って、設計することができる。これを引用によって本明細書に組み込む。
【００９６】
螺旋共振器コイルは、銅、ニッケル、又は金などの高導電性金属、又は同様の導電性材料から作成することができる。コイルを適切に共振させるには、コイルの長さが、印加ＲＦ信号の波長のほぼ４分の１又はそれよりわずかに長いことが重要である。
【００９７】
図１１は、こうしたコイルを含むＤＰＡ４０の１つの実施形態の断面図である。図１１のＤＰＡ４０は、処理チャンバ１５から排出されたガスがＤＰＡ内を通過するときに流れる管１５０を含む。管１５０は、セラミック、ガラス、又は石英などの絶縁材から形成される円筒形の管である。好適な実施形態では、管１５０は、クリーニング段階で使用するフッ素などのエッチング・ガスとは反応しないセラミック材で形成する。また、管１５０の外径は真空管路３１の内径とほぼ等しい。別の実施形態では、管１５０は必ずしも円筒形である必要は無く、角があったり、平面的であったり、楕円形、又は同様に湾曲した内部表面を持つことができる。これら及びその他の実施形態における管１５０の内径は、真空管路３１の内径より大きく、又は小さくすることもできる。
【００９８】
コイル１５２は管１５０の外面の周囲に巻かれ、一端は点１５６の位置でＲＦ電源装置に接続し、他端は点１５５の位置で接地電位に接続する。管１５０内を通過する排気ガスは、ＲＦ電源装置からコイル１５２への電圧の印加によって、プラズマ状態に励起する。プラズマ状態のとき、プラズマから生じる成分は、管内に堆積した材料と反応して、ガス状生成物を形成する。このガス状生成物は、上述の通りポンプ・システム３２によって、ＤＰＡ４０及び真空管路３１から排出することができる。コイル１５２は、上述の通り標準的な螺旋共振器コイルであり、管の外側ではなく、管１５０の内側に巻き付けることもできる。
【００９９】
管１５０の周囲は外部容器１５４で取り囲まれている。容器１５４は、少なくとも２つの目的を果たす。第１に、これはコイル１５２によって生じる電磁放射を遮蔽するファラデー・ケージとして機能する。第２に、セラミック管１５０が破損したりひび割れた場合、あるいは別の方法で管１５０の真空密閉が破れた場合、容器１５４は第２密閉の役割を果たし、排気ガスが漏出するのを防止する。容器１５４は、アルミニウムや鋼、又はその他の化合物といった様々な金属から形成することができ、遮蔽効果のために接地する。上部フランジ１５７及び下部フランジ１５８は、空密閉を維持しながら、ＤＰＡ４０をそれぞれ真空マニホルド２４及び真空管路３１に接続する。
【０１００】
標準ＲＦ電源装置は、インピーダンスが５０Ωとなるように設計される。したがって、コイル１５２のインピーダンスが５０Ωとなるように、ＲＦ電源装置のコイル１５２への接点（点１５６）を選択しなければならない。電源装置に別のインピーダンス・レベルが必要な場合には、点１５６をそれに従って選択することができる。
【０１０１】
コイル１５２はＲＦ電源装置により５０Ｗ以上の電力レベルで駆動するが、５００Ｗ以上のレベルで駆動することが望ましい。こうした条件下で、プラズマの発生は最大限になり、均一性の問題は無くなる。コイル１５２によって発生する実際の電圧は、ＲＦ電源装置によって使用される電力、コイル１５２の長さ及び巻線間隔、コイルの抵抗など、多数の要素によって異なる。電圧はコイルに沿って均等に展開するので、コイル全体の電圧レベルは、コイルを大地に接続する位置（点１５５）とＲＦ電源装置に接続する位置（点１５６）との間のレベルを求めることによって決定することができる。例えば、特定のコイルが点１５５と１５６の間のコイル部分の４倍の長さである場合、コイルの総電圧は、点１５５と１５６の間の電圧レベルの４倍となる。
【０１０２】
コイル、電力レベル、及び印加ＲＦ周波数は、管１５０内で強いプラズマが形成されるように、選択する必要がある。ただし、そのときに、コイル１５２によって生じる電圧が、コイルから容器１５４へ電流が放電するレベルを超えないことを確保することも必要である。特定のＤＰＡで放電が問題になる場合は、容器１５４とコイル１５２との間に絶縁材を挟むことが可能である。しかし、設計を簡素化するために、容器１５４とコイル１５２の間の空間には空気を満たしておくことが望ましい。
【０１０３】
ＤＰＡ４０の長さと大きさは変えることができる。適用用途によっては、ＤＰＡ４０はわずか４〜６ｃｍの長さ又はそれより短くすることもできる一方、他の適用用途では、ＤＰＡ４０を真空管路３１の全長（４〜５フィート又はそれ以上）に及ぶ長さとし、したがって管路と置き換えることもできる。同様の設計であれば、短いＤＰＡより長いＤＰＡの方が、より多くの粉粒体を補集し、したがって除去することができる。ＤＰＡの設計は、空間の問題と残留物補集効率とのバランスを取らなければならない。しかし、最新技術の捕捉機構を取り入れたＤＰＡは短くても、処理チャンバから排出される全粉粒体の９９．９％を補集及び捕捉することができ、長さは重要な要素にならない。コイルの長さは、ＲＦ波長の１／４より少し長くする必要があるので、コイルの長さと使用するＲＦ周波数との間には直接の関係がある。コイルが長ければ、低い周波数のＲＦ電力信号が必要になる。
【０１０４】
先に述べたように、ＤＰＡ４０は処理手順の特定の期間中に作動を開始（ＯＮ）したり停止（ＯＦＦ）することが望ましいが、ＤＰＡは受動装置として構成することもできる。受動装置としてのＤＰＡ４０には、充分なＲＦ電力信号が連続的に供給されるので、特別な制御信号やプロセッサ時間を、ＤＰＡの作動の開始や停止のために使用する必要は無い。
【０１０５】
４．螺旋コイル、機械的トラップ及び静電トラップの第１実施形態
図１２は、別の実施形態のＤＰＡ４０の断面図である。図１２に示すＤＰＡ４０の実施形態は、第１内部セラミック管１６０及び第２外部セラミック管１６２を含む。管１６０の端部は管１６２の円筒形の空間内にあるので、ＤＰＡ４０内のガスの流れは、矢印１６４で示すようになる。
【０１０６】
螺旋共振器コイル１６６は管１６２の外側の周囲に巻き付けられ、図１１の実施形態に関連して述べたように、ＲＦ電源装置１６８に接続される。コイル１６６は、管１６２の内側か、あるいは管１６０の外側の周囲又は内側に巻き付けることもできる。
【０１０７】
上記の容器１５０と同様のシェル１６８で、内管１６０及び外管１６２を閉囲する。外管１６２は、内管１６０又はシェル１６８のいずれかへの接続によって支持することができる。いずれの場合も、外管１６２の支持構造により、放出ガス流がＤＰＡ４０内を通過できるようにすることが重要である。この目的のために、支持構造は、複数の貫通穴を有する管１６０と１６２の間の平面状のセラミック材とするか、管１６０と１６２の間に伸長する４つの細長い接続部又はフィンガのうちの３つだけにより構成するか、あるいは多くのその他の同様の方法で設計することができる。貫通穴を有する構造は、以下で説明する補集領域１７０内で粉粒体を補集及び捕捉するのに役立てることができる。しかし、この構造は、ＤＰＡ４０を介して排出されるガスの流速を低下させないために、穴が充分な大きさとなるように設計する必要がある。
【０１０８】
この実施形態のＤＰＡ４０の設計により、粉粒体の捕捉が強化され、したがってその分解が強化される。この設計は、排気ガス流内の微粒子を補集及び保持する機械的トラップとして作用し、図４（ａ）のトラップ６２と同様の方法で、捕捉された微粒子がＤＰＡのその他の部分を通過して真空管路３１内に流入できないようにする、管１６２の補集領域１７０を含む。微粒子は形成されたプラズマにより分解されるまで、トラップ内に維持され、プラズマにさらされる。
【０１０９】
本実施形態のＤＰＡ４０のトラップ部の動作は部分的に重力に依存し、微粒子をＤＰＡ装置から真空管路内に掃引しようとする放出ガスの流路にも拘らず、粉粒体をトラップ内に保持するように作用する。したがって、部分的に、ＤＰＡ４０の有効性は、微粒子が反応してガス状生成物になるまで微粒子が管１６２から流出するのを防止する外管１６２の能力に依存する。この目的のために、補集領域１７０がＤＰＡの入口から下向きになり、かつ、外管１６２が重力の作用と共にこのトラップを形成するのに充分な長さとなるように、ＤＰＡ４０を配置することが重要である。
【０１１０】
ＤＰＡ４０内の面１７６におけるガス流路の断面積を増加すると、粉粒体の捕捉にさらに役立つ。任意の堆積工程における放出ガス流の流速は、一般に一定である。したがって、１つ又はそれ以上の流路の断面積を増加すると、ガス流の微粒子の速度が低下し、これに相応して微粒子に対する中性抵抗力が低下する。微粒子に対する重力が中性抵抗力を超えると、その微粒子は重力によってＤＰＡ４０の重力トラップ内に捕捉される。
【０１１１】
機械的トラップの効果をさらに高めるために、補集領域１７０付近に静電集塵機１７２を配置することができる。静電集塵機１７２は、ＤＣ又はＡＣ電源に接続した小型電極とすることができる。静電集塵機１７２に印加される極性及び電荷の量は、適用用途に特定的であり、個々の適用用途で排出される粉粒体の極性のタイプ及び一般的な荷電レベルによって異なる。
【０１１２】
本発明では、様々な静電トラップ装置を使用することができる。こうした静電集塵機の別の実施形態については、図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に関連して以下で詳しく説明する。
【０１１３】
５．螺旋コイル、機械的トラップ及び静電トラップの第２実施形態
図１３（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図である。図１３（ａ）の実施形態は、図１２の実施形態と同様の機械的トラップ設計を使用し、また変形した静電トラップをも使用している。さらに、放出ガスは、上部フランジの反対側ではなく、上部フランジ１８１に隣接して配置した側部フランジ１８０を介して排出される。フランジ１８０は、外管１８６ではなく、外部ケーシング１８４との真空密閉を形成するように配置する。ケーシング１８４は金属又は同様の材料で形成し、管１８６はセラミックなどの絶縁材で形成する。
【０１１４】
この実施形態のＤＰＡへのＲＦ電力は、ＲＦ電源との接続点１８８と点１８９（接地）との間のインピーダンスが５０Ωとなるように設計された、外部コイルを介して供給される。上述の通り、コイルが標準ＲＦ電源によって駆動できるように、コイル１８７は５０Ωのインピーダンスを持つように設計する必要がある。内部コイル１９０は、内管１８５の内側に巻き付ける。内部コイル１９０は、外部コイル１８７に供給されるＲＦ信号を誘導によって受け取り、プラズマ反応を駆動するために必要な電圧電界を形成する。
【０１１５】
中央ワイヤ１９２は内管１８５の中心部を走り、中央和や１９２と内部コイル１９０との間に電位差が発生し、ＤＰＡを通過する粉粒体が静電気により捕捉される。電位差は、多くの様々な方法によって形成することができる。全ての方法で、中央ワイヤ１９２及びコイル１９０は電極として作用する。一実施形態では、中央ワイヤ１９２を接地し、正のＤＣ又はＡＣ電圧をコイル１９０に印加する。図１３（ｂ）に示すように、排出された微粒子１９４が負に帯電している場合、その微粒子はワイヤ１９２及びコイル１９０によって形成された電圧電界（Ｆ_elec）によって引き寄せられる。コイル１９０を接地し、中央ワイヤ１９２に負の電圧を印加した場合にも、同様の結果を達成することができる。ただし、この場合、ワイヤ１９２は負に荷電した微粒子をコイル１９０の方に追いやる。
【０１１６】
別の実施形態では、正のＤＣ又はＡＣ電圧を中央ワイヤ１９２に印加し、コイル１９０を接地電位に接続する。この方法では、負の荷電粒子が、図１３（ｃ）に示すように、正に荷電したワイヤ１９２の位置１９６に補集される。コイル１９０に負の電圧を印加し、中央ワイヤを接地した場合にも、同様の結果を達成することができる。この場合は、コイル１９０が負の荷電粒子をワイヤ１９２の方に追いやる。
【０１１７】
さらに別の実施形態では、ワイヤ１９２及びコイル１９０のどちらも接地せず、代わりに両方とも、コイル１９０に対しワイヤ１９２との間に正又は負の電位差を生じる電圧源に接続する。いうまでもなく、正に荷電して粉粒体が存在する場合、この粉粒体は、負に荷電した粉粒体が補集される電極とは反対の電極に補集される。
【０１１８】
また、粉粒体が正の荷電粒子と負の荷電粒子の両方を含む場合、微粒子は静電力によって補集することができる。このような場合、正の荷電粒子は低電位の電極に引きつけられ、負の荷電粒子は高電位の電極に引きつけられる。また、このような場合、中央ワイヤ１９２にＡＣ電圧を印加することもできる。ＡＣ電圧を中央ワイヤ１９２に印加し、コイル１９０を接地すると、正の半サイクル中、正の粉粒体はワイヤから反発してコイル９０の方に追いやられる。しかし、負の半サイクル中には、負の粉粒体がワイヤから反発し、コイル１９０に補集される。このような場合、ＡＣ電圧周期は、微粒子の応答時間より長くしなければならない。
【０１１９】
上記のうちいずれかの場合、２つの電極間の電界は５０〜５０００Ｖ／ｃｍの間とすることができる。電極間の電界は、５００Ｖ／ｃｍ（ＤＣ）〜１０００Ｖ／ｃｍ（ＡＣ）の間とすることが、望ましい。微粒子が中央ワイヤ１９２から反発してコイル１９０に補集されるかどうかは、微粒子の極性及びコイル１９０及びワイヤ１９２に印加される電荷によって異なる。
【０１２０】
この設計は、コイル１９０と中央ワイヤ１９２との間に形成される電位差に依存するので、コイル１９０は、最大限の微粒子の補集を達成するために、管の絶縁材によってワイヤ１９２と分離されないように、内管１８５の内部に配置する必要がある。管１８５の内側に配置されたコイル１９０及び中央ワイヤ１９２は、フッ素などのように反応性の高い様々な活性種と接触する。したがって、コイル１９０及びワイヤ１９２を、ニッケルなど、こうした活性種と反応しない適切な導電性材料で形成することが重要である。この実施形態では、コイル１９０が微粒子を引き付けるか反発させる電位差及びＲＦ電力信号の両方を受けることに留意することが重要である。
【０１２１】
６．平行電極を含む機械的トラップ及び静電トラップの第３実施形態
図１４（ａ）は、機械的トラップ及び静電トラップを含む別のＤＰＡ４０の断面図である。図１４の実施形態は、１対の容量結合電極に印加されるＲＦ電力からプラズマを形成するという点で、図４（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態と同様である。ただし、図１４（ａ）に示す電極は、図４（ａ）〜（ｆ）の実施形態における実質的に同一表面積の平行平板電極ではなく、外周円筒形の電極４０２、４０４である。図１４（ｂ）に示すように、円筒形の性質のため、電極４０２の電極４０４に対する表面積の比率は、ＤＰＡの部分によって異なる。例えば、１つの実施形態の場合、電極４０４に対する電極４０２の表面積に比率は、内部流路４０５ａでは約３：１である。この同じ実施形態でも、外部流路４０５ｂでは、電極４０４に対する電極４０２の表面積の比率は約１．３：１である。
【０１２２】
電極４０２、４０４は、処理チャンバ１５から排出されたガスが通過するガス流路４０５を画成する。電極４０２は接地し、電極４０４にはＲＦ及びＤＣ電力を印加する。電極４０４には、ＦＰＤ４０６を介してＲＦ及びＤＣ電力を供給する。ＰＦＤ４０６は、テフロン絶縁体４０８によって接地電極４０３から絶縁する。
【０１２３】
流路４０５はＵ字形重力トラップ領域４１０を含むが、これは、電極の同心円的性質のために、丸いドーナツの下半分のような形状である。放出ガスは入口４０１からガス流路４０５に流入し、出口４０３から流出する。
【０１２４】
適切な場合、ＤＰＡ４０と処理チャンバ１５の間にＤＣフィルタ４１２を配置し、放出ガス流内の荷電粒子を捕捉するのに役立てるためにＤＰＡに印加する電圧が、処理チャンバ内で行われる基板処理作業を阻害しないようにする。
【０１２５】
電極４０２、４０４を含む電気回路を示す線図を図１５に示す。図１５に示すように、電極４０４はＤＣ発電機４２０及びＲＦ発生器４２２の両方に接続し、電極４０２は接地する。ＤＣ発電機４２０は、静電トラップが必要とするＤＣ電圧を供給し、ＲＦ発生器４２２２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４２４は、反射電力を最小にするためにＲＦ発生器の出力インピーダンスを５０Ωに整合し、またＤＣ／ＲＦフィルタ（好適な実施形態では１ｍΩ抵抗器）４２６は、ＤＣ電源４２０をＲＦ電源から分離する。
【０１２６】
７．平行電極を含む機械的トラップ及び静電トラップの第４実施形態
図１６（ａ）は、機械的トラップ及び静電トラップを含むＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図である。図１６（ａ）の実施形態はまた、ＤＰＡに排出される放出ガスから容量結合プラズマを形成する、均等間隔で配置された平行電極４３０、４３２をも含む。電極４３０は、図１４（ａ）の実施形態と同様の方法でＲＦ及びＤＣ電源に接続し、電極４３２は接地する。
【０１２７】
各電極はシートメタルから形成し、それを曲げてガス流路４３５を形成する。反応チャンバ１５からの放出ガスは、入口４３４からガス流路に流入し、出口４３６から流出する。ガス流路４３５は、隣り合わせに配置され、かつ、電極４３０の一部によって初期分離された２つのガス流路、すなわち流路４３５ａ及び流路４３５ｂを有する。ガス流路をこのような方法で２つの別個の流路に分割することにより、固定された領域内の電極４３０、４３２の表面積が増加する。電極４３０、４３２は、ＤＰＡ内におけるＲＦプラズマ形成によって発生する高温条件下で溶融及び／又は湾曲しないように、充分な厚さを持たなければならない。他の実施形態では、電極４３０、４３２をアルミニウムから機械加工することができる。
【０１２８】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示したＤＰＡの斜視図である。図１６（ｂ）のＤＰＡ４０は、その他のすでに述べたＤＰＡの実施形態の場合と同様のアルミニウムのケーシング４４０に収容する。ケーシング４４０は、ねじ４４２でＤＰＡに取り付けた扉４４１を含む。この扉を取り外すことにより、ＤＰＡ４０を掃除することができる。また、ＰＦＤ接続部４３８を介して電極４３０に、ＲＦ及びＤＣ電力も供給される。
【０１２９】
８．マイクロ波の第１実施形態
図１７（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の側面断面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示した実施形態の正面図である。図１７（ａ）及び（ｂ）の実施形態は、マイクロ波源を使用してプラズマを発生し、ＤＰＡ内の粉粒体及び残留物を削減する。多数の様々なマイクロ波源が利用可能であるが、購入価格及び運転経費の理由から、１対の交互パルス・マグネトロン（alternatively pulsed magnetron）４５０（例えば一部の電子レンジで使用されている種類のマグネトロン）を使用することが望ましい。このようなマグネトロンは、ＣＷマイクロ波発生装置やＲＦ発生器より価格的に２桁以上安価である。
【０１３０】
図１８（ａ）に示すように、各マグネトロン４５０は、交差パルス（６０Ｈｚ）電界（２．４５ＧＨｚ）を発生する。図１８（ｂ）に示すように、１つのマグネトロンのパルスを他のマグネトロンに対して１８０度の位相差分遅らせることにより、２つのマグネトロン源は、図１８（ｃ）に示すように、常に１２０Ｈｚでパルスすることができる。図１８（ｃ）で、第１サイクルの波形（Ｍ１）は、１つのマグネトロンによって生成され、第２サイクル（Ｍ２）はもう１つのマグネトロンによって生成される。マグネトロンによって発生するエネルギは、高いプラズマ密度で９０％に近いイオン化効率を達成することができる。したがって、そうした電力源では、一般に１０〜２０％の間のイオン化効率を達成する容量結合電極より高いクリーニング効率が得られる。
【０１３１】
マイクロ波源のさらに別の利点は、ジュール効果による発熱の減少である。発熱が少ないので、ガス流路４５６を定義する電極４５２、４５４（図１７（ａ））を、比較的薄いシートメタルから容易に形成することができる。ガス流路４５６は、入口４５８から始まり、出口４６０で終わる。流路は、図１６（ａ）の実施形態のガス流路４３５と同様の方法で分割され、二重経路を取る。また、入口４５８は、図１７（ｂ）のプロファイル４６４で示すように、ガス流路４５６の開始部がＤＰＡ４０内に朝顔形に張り出している。
【０１３２】
マグネトロン４５０は、ＤＰＡ４０の両側に配置する。マイクロ波電力は、適切な導波管４６２（図１７（ｂ））によって反応装置に結合される。マグネトロン及び導波管は結合して、マイクロ波をガス流路４５６の幅全体に投影し、プラズマ形成がガス流路全体で発生できるようにする。シートメタル電極間の距離は、電界の各ノード（強さゼロの点）が電極表面にくるように、マイクロ波の波長に従って調整することができる（つまり、電極板間の距離は、マイクロ波の波長の周期の２分の１の倍数とする必要がある）。マグネトロン４５０と導波管４６２の配置のため、プラズマはガス流路４５６のあらゆる部分で形成される。セラミックの扉４６６（図１７（ｂ））は、マグネトロンと導波管を電極４５２、４５４から分離し、外側ケーシング４６８はＤＰＡを閉囲し、第２水準の密閉を提供する。
【０１３３】
ＤＣ電源（図示せず）は電極４５２に結合され、堆積作業中又はその他の基板処理作業中に、上述の静電集塵機となる。しかし、クリーニング作業中にマグネトロン４５０を起動するときは、電極４５２のＤＣ電源のスイッチ（図示せず）を切り、電極を接地する。このときの電極の接地への切替えは、放電を防止するために必要である。
【０１３４】
９．マイクロ波の第２実施形態
図１９（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の側面断面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す実施形態の正面図である。図１９（ａ）及び（ｂ）の実施形態は、マグネトロン４５０を用いてＤＰＡプラズマを発生させるという点で、図１７（ａ）及び（ｂ）の実施形態と同様である。
【０１３５】
しかし、図１９（ａ）に示すように、この実施形態のＤＰＡ４０は、入口４５７のすぐ下流に配置された初期モジュール４７２を含む。モジュール４７２は、クリーニング・サイクル中のプラズマの発生を目的とするものであり、イオン化効率を高めて、エッチング・ガスの自由基（例えばＣＦ₄ をエッチング・ガスとして使用する場合、ＣＦ_x 及び自由Ｆ）を発生できるようにする。こうして発生された自由基は寿命が比較的長く、ＤＰＡの第２モジュール４７５に送られても、堆積物や補集された物質と反応する。
【０１３６】
第２モジュール４７５は、好適な実施形態でシートメタルから形成した相対する電極４７６、４８０によって画成されるガス流路４７０を含む。ガス流路４７０は、図１７（ａ）及び（ｂ）の実施形態のガス流路４５６と同様の設計である。これは二重流路４７０ａ、４７０ｂを含み、出口４７８で終わる。
【０１３７】
マグネトロン４５０に導波管を結合する。導波管及びマグネトロンは、マイクロ波の発生によりモジュール４７２にプラズマが形成されるように、配置する。陽極４７６の内壁は、マイクロ波がモジュール４７２より外側のガス流路４７０の他の部分に到達するのを防止する。電極４８０はＤＣ電源（図示せず）に接続し、上述の実施形態と同様の静電集塵機を形成する。この実施形態では、クリーニング・サイクル中に電極４８０へのＤＣ電源のスイッチを切る必要が無い。第２モジュール４７５ではプラズマが発生しないので、放電の問題は無い。
【０１３８】
１０．プロトタイプＤＰＡを使用した微粒子削減の追加実験
本発明の有効性を実証する別の実験で、８インチ・ウェハ用に装備されたPrecision 5000型反応チャンバにＤＰＡ４０の第２のプロトタイプを取り付けた。第２プロトタイプのＤＰＡは、ＤＰＡをフォアラインに接続するために使用した下部フランジの設計以外は、図１１に示したＤＰＡ４０と同様であった。この第２プロトタイプのＤＰＡ及び下部フランジの断面図を、図２０に示す。図２０に示すように、下部フランジ２００は、ＤＰＡ内を流れる排ガスの方向を転換して約９０度の角度でフォアラインへ送り込む。このフランジはまた、フォアライン接続部の反対側に石英窓を装備していたので、フランジの底部２０４に蓄積した堆積物を観察できる。上述の通り、プロトタイプＤＰＡの下部フランジのこの設計は、図４（ａ）〜（ｆ）、図１２及び図１３（ａ）に示したＤＰＡ４０の実施形態におけるＵ字形流路又は機械的トラップの設計ほど効果的ではないが、それと同様の方法で、領域２０４で粉粒体を捕捉するという追加の利点があった。
【０１３９】
第２プロトタイプのこの装置は石英管２０６を含み、石英管の外部の周囲に３／８インチの銅管で形成されたコイル２０８を巻き付けた。コイル２０８の全長は約２５フィートであり、以下の実験の記述で説明するように、１３．５６ＭＨｚの電源を様々な電力レベルで駆動した。石英管２０６及びコイル２０８は、アルミニウム容器２１０で密閉した。この組立体の全長は約１４インチであり、組立体の幅は約４．５インチであった。
【０１４０】
第２プロトタイプのＤＰＡの有効性を、３つの別個の実験で試験した。各実験では、真空排気マニホルドとフォアラインの間に第２プロトタイプのＤＰＡを接続したPrecision 5000反応チャンバで、窒化ケイ素堆積／ＣＦ₄フッ素クリーニング作業シーケンスで、１００枚のウェハを処理した。第２プロトタイプのＤＰＡは、各実験の堆積シーケンス時は作動を停止し（ＯＦＦ）、フッ素クリーニング・シーケンス時は作動を開始して（ＯＮ）、１３．５６ＲＦ電源から電力を供給した。堆積中のＯＦＦ時に、図２０に領域２１２として示す管２０６の内部に沿って微粒子を補集した。これらの微粒子は、クリーニング・シーケンス時にＤＰＡが作動を開始すると、管２０６から除去された。３つの実験のそれぞれの条件を下の表２に要約する。
【０１４１】
【表２】

第１実験では、フッ素クリーニング・シーケンスは１３５秒であり、ＤＰＡは２００Ｗで駆動した。ＣＦ₄ を１５００sccmの速度で処理チャンバに導入し、５００sccmの速度で処理チャンバに導入したＮ₂Ｏと混合した（３：１の割合）。１００回の堆積／クリーニング・シーケンスの後、ＤＰＡを検査し、残留物及び堆積物が全然残っていないことが分かった。ＤＰＡの底部の角フランジに、少量の残留物の堆積が集まっていた。この残留物の堆積の原子濃度を測定した結果を、以下の表３に要約する。残留物内のケイ素の大部分は、ケイ素酸化物の形で含まれており、窒素の約半分は窒化ケイ素膜に含まれ、残りの半分はアンモニアの形を取っていた。
【０１４２】
第２実験では、フッ素クリーニング・シーケンスを１２０秒に短縮し、ＤＰＡを駆動する電圧は５００Ｗに増加した。ＣＦ₄ を２０００sccmの速度で処理チャンバに導入し、５００sccmの速度で処理チャンバに導入したＮ₂Ｏと混合した（４：１の割合）。１００回の堆積／クリーニング・シーケンスの後、ＤＰＡを検査し、残留物及び堆積物が全然残っていないことが分かった。角フランジに、少量の残留物の堆積が集まっていた。しかし、外観検査から、残留物の堆積量は、第１実験における堆積量より約８０％少なかった。
【０１４３】
この残留物の堆積の原子濃度を測定した結果を、下の表３に要約する。この表から明白なように、この実験による残留物は、第１実験からの残留物よりかなり高い濃度のフッ素が含まれていた。このフッ素濃縮残留物から、プラズマのためにより多くのフッ素核種が得られ、したがって、その後のＤＰＡの起動中に残留物を容易に除去することができる。また、この実験による残留物内のケイ素の圧倒的大部分はケイ素酸化物の形で含まれ、窒素の圧倒的大部分はアンモニアの形で存在した。
【０１４４】
第３実験は、第１及び第２実験中に残留物が集まりやすかった角フランジ及びＤＰＡの両方から、残留物を完全に除去できることを実証した。この第３実験では、フッ素クリーニング・シーケンスの長さは１２０秒とし、ＤＰＡを駆動する電圧は５００Ｗに増加した。ＣＦ₄を処理チャンバに導入する速度は２５００sccmに増加し、５００sccmの速度で反応チャンバに導入されるＮ₂Ｏと混合した（５：１の割合）。１００回の堆積／クリーニング・シーケンスの後、ＤＰＡ及び角フランジを検査し、両方とも残留物及び堆積物が全然残っていないことが分かった。
【０１４５】
残留物の有無及び組成について、これらの実験の結果を以下の表３に要約する。
【０１４６】
【表３】

Ｂ．ＰＦＣ削減のために最適化されたＤＰＡ４０の特定の実施形態
本発明の一部の実施形態は、ＰＦＣガスを放出する任意の処理工程から放出されるＰＦＣガスを削減するように構成され、最適化されている。そのように構成したＤＰＡのことを、ＰＦＣ削減反応装置と呼ぶことがある（以下「ＰＲ²」という）。簡便さと参照のために、ＰＲ²装置として構成し最適化したＤＰＡ４０のことを、本明細書の以下の部分ではＰＲ² ２４０と記載する。ＰＲ² ２４０が、図３に示すＤＰＡ４０の場合と同様に、反応チャンバに接続できることは理解されるはずである。
【０１４７】
本発明を使用してＰＦＣの放出を削減することのできる処理工程の例として、ケイ素酸化物の堆積／クリーニング・シーケンスを使用する。ただし、本発明は以下の典型的なプロセス・シーケンスにおけるＰＦＣ放出の削減のみに限定されず、ＰＦＣガスを反応チャンバ１５に導入するいかなる処理工程にも、また反応チャンバ１５で行われる処理作業の副生物としてＰＦＣガスが発生するいかなる処理工程にも適用できることを、理解する必要がある。さらに、本発明は、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）など他の物質、又は同様のガスの放出を削減するためにも、使用することができる。
【０１４８】
典型的な堆積／クリーニング・シーケンスでは、ケイ素酸化物の薄膜は、シラン（ＳｉＨ₄）及び亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）などの気体前駆物質をはじめとするプロセス・ガスから基板上に堆積する。堆積の完了後、基板を反応チャンバから取り出し、反応チャンバのクリーニング作業を実行し、反応チャンバの壁から望ましくないケイ素酸化物の堆積を食刻し除去する。クリーニング作業は、ＣＦ₄及びＮ₂Ｏのプラズマを衝突させることから成る。
【０１４９】
上述の通り、クリーニング作業中に反応チャンバに導入したＣＦ₄のうち、反応チャンバの壁に堆積した物質と実際に反応するのは、ごく一部分である。反応しなかった残りのＣＦ₄は、他の成分、反応の生成物及び副生物と一緒に、反応チャンバからフォアラインを介して排気される。
【０１５０】
この例では、本発明のＰＲ²は、排気されたＣＦ₄からプラズマを形成する。プラズマから生じる成分は、ＰＲ²内の固体ケイ素酸化物などのケイ素源と反応し、ＣＦ₄ガスを、ＰＦＣの潜在的危険性の無い低害のガス状生成物及び副生物に変換する。ＰＲ²の内部で行われる反応の一部を、次に列挙する。
【０１５１】
ＣＦ_x ＋ ＳｉＯ₂ → ＳｉＦ_x ＋ ＣＯ₂
ＣＦ₄ ＋ Ｏ₂ → ＣＯ₂ ＋ ２Ｆ₂
２ＣＦ₄ ＋ Ｏ₂ → ２ＣＯＦ₂ ＋ ２Ｆ₂
Ｃ ＋ ＳｉＯ₂ → ＣＯ ＋ ＳｉＯ
ＳｉＯ ＋ Ｆ₂ → ＳｉＯＦ₂
いうまでもなく、厳密な反応及び反応シーケンスはもっと複雑であり、核種の電子衝突解離や気相自由基の再結合などの元素反応が起こる。ＰＲ² から放出されることが知られている、上記の生成物及び副生物はどれもＰＦＣではない。実際、上記の生成物及び副生物は全て水溶性である。したがって、ＰＦＣ変換反応が１００％の効率で行なわれた場合、本発明のＰＲ² から放出されるガスは、ＰＦＣを含まないガスである。
【０１５２】
上記説明は典型的な例示の目的だけであり、ＣＦ₄以外のＰＦＣガスを本発明のＰＲ² に導入してプラズマを形成すると、これらのＰＦＣガスのプラズマもまた、ケイ素酸化物源と反応して、ＰＦＣ以外のＰＦＣほど有害ではないガス状生成物を発生する。
【０１５３】
動作中、ＰＦＣガスを真空チャンバ１５から真空管路３１に排気するときに、これらのガスはＰＲ² ４０を通過する。ＰＲ² ４０の内部で排ガスは電界にさらされ、プラズマを形成及び／又は維持する。プラズマから生じた成分は、ＰＲ² ４０内のケイ素及び／又は酸素化合物などのＰＦＣ酸化剤と反応し、放出ＰＦＣをＰＦＣ以外の低害ガス状生成物に変換し、これらの生成物はフォアラインを介してポンプで排気することができる。放出ＰＦＣガスはクリーニング作業中に排気流に存在するので、一般に、プラズマの形成が行なわれる（ＰＲ² ４０を起動する）のは、堆積／クリーニング・シーケンスのうち、クリーニング作業中だけである。したがって、堆積シーケンス中には、ＰＲ² ４０内でプラズマは一般に形成されない。ただし、堆積又はその他の処理段階（例えば、フッ素ガスが炭素包含フォトレジストと反応してＣＦ₄副生物を生じるエッチング段階）で、特定の処理工程からＰＦＣガスが放出される場合には、ＰＲ² ２４０を起動して、その期間のＰＦＣ放出を削減することができる。
【０１５４】
ＰＦＣプラズマと反応するＰＲ² ２４０内のケイ素及び酸素は、様々な供給源から供給することができる。本発明の幾つかの実施形態では、特別設計のフィルタに、プラズマ反応用の砂又は石英など、固体の酸化ケイ素化合物を包含する。ケイ素フィルタは、ＰＲ² ２４０のプラズマが形成される領域内に配置する。本発明の他の実施形態では、堆積／クリーニング・シーケンスのケイ素酸化物、窒化ケイ素、シリコン・オキシニトリド（silicon oxynitride）、炭化ケイ素、又は同様の堆積段階から排出される残留物を、ＤＰＡ４０に関連して説明したのと同様の方法で、ＰＲ² ２４０内で捕捉及び補集する。こうした堆積工程中に捕捉できる一般的な残留生成物として、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣなどの化合物がある。いうまでもなく、補集される実際の残留物は、堆積又はその他の処理工程中に導入されるガスによって異なる。補集された残留物は、プラズマ反応のケイ素源として作用する。捕捉は、図７に関連して先に説明したように、伝熱力と共に、機械的トラップ及び／又は静電トラップ機構を用いて行われる。これについては、本発明の様々な実施形態に関連して、以下でさらに詳しく説明する。いったん捕捉されたケイ素残留物又はその他の粉粒体は、ＰＦＣプラズマ内の活性種と反応してガス状生成物を形成し、真空管路３１を通して排気されるまで、ＰＲ² ２４０内に残る。本発明のさらに別の実施形態では、特に放出ＰＦＣガスの分解を強化するため、ケイ素包含ガス及び／又は酸素包含ガスをＰＲ² ２４０内に導入する。これらのケイ素及び／又は酸素包含ガスの導入は、ケイ素フィルタ及び／又は静電トラップ及び／又は機械的トラップ機構の使用に追加して、又はそれらの代わりとして用いることができる。
【０１５５】
プラズマを形成するためにＰＲ² ２４０内で形成される電界は、容量結合電極、ホロー（中空）陰極リアクタ、又は誘導結合コイルにＲＦ電力（好適な幾つかの実施形態においては、設備コスト及び運転コストを最小化するためにＲＦ電力の代りに、ＨＦ電力（＜３５０ｋＨｚ）が用いられる）を印加するなど、周知の様々な方法を使用して発生することができる。マイクロ波装置やＥＣＲ技術を使用することもできる。しかし、ＰＦＣ変換は形成されるプラズマの密度に直接関係するので、一部の実施形態では、誘導コイルやホロー陰極リアクタなど、高密度のプラズマを形成する装置が望ましい。ＰＦＣ変換は、プラズマが形成される電力にも直接関係するが、ＰＲ² ４０装置内のＰＦＣガスの滞留時間には反比例する。したがって、電源装置の実際の電力出力は、とりわけ、ＰＲ² を使用する適用用途、プラズマの密度、ＰＲ² ２４０で処理するＰＦＣガスの量、及びＰＦＣガスの滞留時間などによって異なる。ＰＲ² ２４０は、ＰＲ² を通過する実質的に全てのＰＦＣガスをその他のガスに変換するのに充分なプラズマを発生することが、理想である。
【０１５６】
また、ＰＲ² ２４０は、その使用が実行されるプロセスに透過的になるように設計する必要がある。つまり、クリーニング・シーケンスでＰＲ² ２４０を作動する場合、ＰＲ² ２４０は、クリーニング・シーケンス中に、クリーニング・シーケンスの実行時間を延長することなく、排ガス流内の実質的に全てのＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに変化するように、設計する必要がある。このような場合、ＰＲ² ２４０はウェハのスループットに悪影響を及ぼさない。
【０１５７】
ＲＦ電力はＲＦ電源装置２５から駆動することができ、また、ＰＲ² ２４０だけを駆動する別個のＲＦ電源装置から供給することもできる。大抵の実施形態では、マイクロ波ＥＣＲ実施形態を際だった例外として、周波数の低いＲＦ電力を用いてＰＲ² ２４０を駆動することが望ましい。約５０ＫＨｚ〜２ＭＨｚのＲＦ電力を供給する周波数の低いＲＦ電源装置を使用すると、１３．５６ＭＨｚなどの高いＲＦ周波数の場合より、運転経費がかなり安価になる。クリーン・ルームに複数の処理チャンバが存在すると仮定した場合、処理チャンバに接続した複数のＰＲ2 は全て、適切な数のＲＦ電力スプリッタに接続された別個のＰＲ² 専用ＲＦ電源装置によって駆動することができる。
【０１５８】
ＰＲ² ２４０の長さ及び大きさは変化させることができる。適用用途によっては、ＰＲ² ２４０はわずか４〜６インチ又はそれ以下の長さとすることができ、また別の適用用途では、ＰＲ² ２４０は真空管路３１の全長（４〜５フィート以上）にわたるものとし、したがって管路に置き換えることができる。一般に、個々の分子の滞留時間は、ＰＲ² の長さ及び容量の増加と共に増加する。ＰＲ² の設計は、空間の問題と残留物補集効率のバランスを取らなければならない。しかし、適切に設計された微粒子トラップ機構又はフィルタを含むＰＲ² ４０は長さが短くあるいは容積が小さくても、処理チャンバから排出される実質的に全てのＰＦＣガスを、低害のガスに変換することができ、長さや量席はあまり重要な要因にならない。
【０１５９】
本発明の装置は様々な実施形態を構成することができる。そうした実施形態の幾つかを、模範例として以下で説明する。なお、いかなる形でも、本発明がこうした特定の実施形態に制限されると解釈すべきではない。
【０１６０】
１．ケイ素包含フィルタ（Silicon-Filled Filter）の実施形態
ａ）単管、螺旋共振器の実施形態
図２１は、ＰＲ² ２４０の第１実施形態の断面図である。図２１のＰＲ² ２４０は、処理チャンバ１５からの排ガスがＰＲ² ２４０内を通過するときに流れる管２５０を含む。管２５０は、セラミック、ガラス又は石英などの絶縁材で形成した円筒管である。好適な実施形態では、管２５０は、クリーニング段階で使用するフッ素などのエッチング・ガスと反応しないセラミック材で形成する。また、管２５０は、真空管路３１の内径とほぼ同一の内径を持つ。他の実施形態では、管２５０は必ずしも円筒形である必要は無く、その代わりに角がある形、平面形、又は楕円形、又は同様の湾曲した内部表面を持つことができる。これら及びその他の実施形態では、管２５０の内径も、真空管路２３１の内径より大きくあるいは小さくすることができる。
【０１６１】
管２５０の内部にはフィルタ２５１がある。フィルタ２５１は多孔フィルタであり、プラズマ条件下でＰＦＣガスと反応してガスを非ＰＦＣガスに変換することのできる固体ケイ素源を含む。フィルタ２５１は管２５１内に挿入できる消耗部品であってもよく、ケイ素化合物を使用し終わったら交換することができる。フィルタ２５１内のケイ素源は、多数のケイ素を包含する材料のどれでもよい。望ましくは、ケイ素源は、砂やガラス、石英、フリント、又はオニキスなどのケイ素酸化物材とする。また、フィルタは、ポンプ速度やフォアラインのコンダクタンスに著しい影響が出ないように充分多く孔を有することも望ましい。
【０１６２】
ケイ素酸化物材を使用することにより、ＰＦＣプラズマが反応するケイ素と酸素の両方が得られる。好適な実施形態では、ケイ素源として粉砕石英（crushed quartz）を使用する。石英を粉砕することで総表面積が増大し、より多くのケイ素を反応に利用することができる。さらに、粉砕石英は、堆積工程で発生する固体残留物の機械的フィルタとしても機能し、したがって、ケイ素残留物を発生する処理工程でそうした材料が反応チャンバ１５から排出されるときに、反応のためにさらにケイ素材を追加的に捕捉することができる。
【０１６３】
管２５２の外側の周囲にコイル２５２を巻き付け、点２５６でＲＦ電源に接続し、点２５７で接地電位に接続する。管２５０内を通過するＰＦＣ排ガスは、ＲＦ電源からコイル２５２への電圧の印加によって、プラズマ状態に励起する。プラズマ状態で、排気物質から生じる成分は、フィルタ２５１内の反応物質の固体ケイ素酸化物と反応し、ＰＦＣではないガス状生成物を形成する。この生成物は次に、上述の通りポンプ・システム３２によってＰＲ² ２４０及び真空管路３１から排気される。
【０１６４】
ガス供給管路２５３は、ＰＦＣ変換反応を強化するために、酸素及び／又はケイ素の源となる追加ガスを供給することができる。使用できる典型的なガスとして、Ｏ₂ 、Ｏ₃ 、Ｎ₂Ｏ、ＳｉＨ₄などがある。いうまでもなく、テトラエチルオルソシリケート（tetraethylorthosilicate 、ＴＥＯＳ）などの液体源を蒸気にし、管路５３から導入することもできる。追加反応強化ガスをＰＲ² ４０に導入する速度は、バルブ２５５を制御するプロセッサ３４によって設定される。プロセッサ３４は、制御ライン（図示せず）によって通信可能に（communicatively ）バルブ２５５に結合する。
【０１６５】
コイル２５２は、螺旋共振器コイルなどの誘導コイルである。このようなコイルは当業者によく知られており、Michael A. Lieberman and Allan J. Lichtenberg, "Principles of Plamsa Discharges and Materials Processing," pp.404-410 John Wiley & Sons (1994)など、多数の周知の教科書のどれにでも記載された基準に従って設計することができる。なお、これを引用によって本明細書に組み込む。螺旋共振器コイルは、導電性の高い銅やニッケル、金などの金属、又は同様の導電性材料から形成することができる。コイルを適切に共振するには、コイルの長さが印加するＲＦ信号の波長のほぼ１／４又はそれよりわずかに長いことが重要である。この長さのコイルはより強い電圧電界を形成し、それが今度はＰＦＣガスの分解を高める。コイル２５２は、管の外側ではなく、管２５０の内部に巻き付けることができる。
【０１６６】
外部容器２５４で管２５０を取り囲む。容器２５４には、少なくとも２つの目的がある。第１に、これはファラデー・ケージとして作用し、ＣＶＤ処理装置１０やその他の機器を、コイル２５２によって生じる電磁放射から遮蔽する。第２に、セラミック管２５０が破損するか亀裂が入った場合、又は別の方法で管２５０の真空密閉が破れたとき、容器２５４は第２密閉を提供し、排ガスが漏出するのを防止する。容器２５４は、アルミニウムや鋼、又はその他の化合物など様々な金属から形成することができ、遮蔽効果のために接地することが望ましい。上部フランジ２５９及び下部フランジ２５８は、真空密閉を維持したまま、ＰＲ² ２４０をそれぞれ真空マニホルド２４及び真空管路３１に接続する。
【０１６７】
標準ＲＦ電源装置は、出力インピーダンスが５０Ωとなるように設計される。したがって、コイル２５２のインピーダンスが５０Ωとなるように、ＲＤ電源装置のコイル２５２への接点（点２５６）を選択しなければならない。電源装置に別のインピーダンス・レベルが必要な場合には、点２５６をそれに従って選択する必要がある。
【０１６８】
コイル２５２はＲＦ電源装置により５０Ｗ以上の電力レベルで駆動する。コイル２５２によって発生する実際の電圧は、ＲＦ電源装置によって使用される電力、コイル２５２の長さ及び巻線間隔、コイルの抵抗など、多数の要素によって異なる。電圧はコイルに沿って均等に展開するので、コイル全体の電圧レベルは、コイルを大地に接続する位置（点２５５）とＲＦ電源装置に接続する位置（点２５６）との間のレベルを求めることによって決定することができる。例えば、特定のコイルが点２５５と２５６の間のコイル部分の４倍の長さである場合、コイルの総電圧は、点２５５と２５６の間の電圧レベルの４倍となる。
【０１６９】
コイル、電力レベル、及び印加ＲＦ周波数は、管２５０内で強いプラズマが形成されるように、選択する必要がある。ただし、そのときに、コイル２５２によって生じる電圧が、コイルから容器２５４へ電流が放電するレベルを超えないことを確保することも必要である。特定のＰＲ² で放電が問題になる場合は、容器２５４とコイル２５２との間に絶縁材を挟むことが可能である。しかし、設計を簡素化するために、容器２５４とコイル２５２の間の空間には空気を満たしておくことが望ましい。
【０１７０】
ｂ）単管マイクロ波の実施形態
図２２は、ＰＲ² ２４０の第２実施形態の断面図である。図２２に示すＰＲ² ２４０の実施形態は、図２１に示す実施形態と多くの同一要素を含む。したがって、簡便さのために、図２２及び本願の他の図面では、同様の要素を参照するために同様の参照番号を使用する。また、簡便さのために、図２２及び他の図面における新しい要素についてのみ、以下で、適宜詳しく説明する。
【０１７１】
図２２において、マイクロ波発生装置２６０及び導波管２６２は、ＰＲ² ２４０に流入する放出ＰＦＣガスから高密度のプラズマを発生させるために使用されている。電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）装置の場合と同様に、管２５０の外部の周囲に磁石２６４を配置し、管２５０内の気体分子をさらに活性化し、プラズマの形成を増強する。プラズマから生じる成分は、フィルタ２５１内のケイ素酸化物材と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに変換する。上述の実施形態の場合と同様に、この変換工程を強化するために、ガス管路２５３からＰＲ² ２４０に追加ガスを加えることができる。
【０１７２】
図２２に示すＰＲ² ２４０の実施形態は、図には示さないが、容器２５４のような外部ケーシング内に収容することが望ましい。外部ケーシングは第２密閉を維持するので、管２５０に漏れやその他の欠陥が生じた場合に、管２５０内を通過するＰＦＣやその他のガスがＰＲ² ２４０から漏出するのを防止する。
【０１７３】
ｃ）螺旋コイル・ホロー陰極リアクタ
図２３は、ＰＲ² ２４０の第３実施形態の断面図である。図２３の螺旋共振器コイル２６６は円筒形金属管２６８内に配置し、ＰＲ² ２４０の実施形態である螺旋コイル・ホロー陰極リアクタを形成する。コイル２６６はＨＦ又はＲＦ電源装置２６９に結合し、管２６８は接地する。ＰＲ² ２４０のこの実施形態のその他の応ぞうは、図２３に示されていない。こうした構造は、例えばガス管路２５３、バルブ２５５、フランジ２５８、２５９、容器２５４等を含むが、これらは図１７に示すＰＲ² ２４０の場合と同様である。
【０１７４】
ＨＦ又はＲＦ電力をコイル２６６に印加すると、コイルに印加されたＲＦ電力からコイル内に誘導結合プラズマが形成され、またコイルと管２６８の間に容量結合プラズマが形成される。コイル２６６及び管２６８は、プラズマから生じる非常に反応性の高いフッ素核種にさらされるので、これらの部品はそうした核種と反応しない、ニッケルなどの適切な導電性材料で形成する必要がある。ケイ素フィルタ（図示せず）をコイル２６６内及び／又はコイル２６６の周囲に配置し、ＰＦＣプラズマと反応するケイ素及び酸素を供給することができる。さらに、ケイ素及び／又は酸素包含ガスを、ガス管路２５３からプラズマに供給することもできる。
【０１７５】
ｄ）多段ホロー陰極リアクタ
図２４は、ＰＲ² ２４０の第４の、より好適な実施形態の断面図である。図２４では、円筒形の陽極２７２、陰極２７４、及び絶縁バリア２７５によって、円筒形のガス流路が形成されている。陰極２７４はＨＦ又はＲＦ電源装置２６９に接続し、陽極２７２は接地する。絶縁バリア２７５は陽極２７２を陰極２７４から絶縁する。この交互電極／陰極構成により、高密度のプラズマ（１０¹²イオン／ｃｍ³ 規模）を発生できる多段ホロー陰極リアクタが形成される。リアクタの各段階（陽極／陰極対）は、領域２７６として示す流路内の陰極に近接する領域で、高密度プラズマを発生する。
【０１７６】
ホロー陰極構成及び高プラズマ密度を維持すると共に、この実施形態のＰＲ² ２４０内の分子の滞留時間を延ばすために、流路２７０内の圧力を、フォアラインのＰＲ² ２４０の直後に配置した別個のスロットルバルブ（図示せず）により、制御することができる。制御圧力は、１００〜５００mtorr（フォアラインの基本圧力）から処理チャンバ内の圧力（ＰＥＣＶＤプロセスの場合は４〜２０torr、ＳＡＣＶＤ又はＡＰＣＶＤプロセスの場合は７００torr又はそれ以上）までの範囲とすることができ、実際の圧力はＰＦＣ変換が最大限に行われるように設定する。
【０１７７】
この多段ホロー陰極リアクタ設計の別の実施形態では、ＨＦ又はＲＦ電力ではなく、ＤＣ電力を陰極２７４に供給することができる。しかし、ＤＣ電源からの方向性ＤＣ電流は電極を食刻する場合があるので、ＨＦ又はＲＦ電力を供給することが望ましい。ＨＦ又はＲＦ電源を使用すると、このスパッタ・エッチング効果は著しく改善されるか、全く存在しなくなる。大抵の好適な実施形態では、機器購入費及び運転経費を軽減するために、ＨＦ電力を使用する。
【０１７８】
図２３のホロー陰極リアクタ設計の場合と同様に、ＰＦＣ変換プロセスを適宜強化するために、ケイ素フィルタ（図示せず）又はガス管路２５３から供給されるケイ素及び／又は酸素包含ガスを使用することができる。また、図１７に示すＰＲ² ２４０の場合と同様のガス管路２５３、バルブ２５５、フランジ２５８、２５９、容器２５４等の構造も、図２０には示されていない。
【０１７９】
２．ケイ素微粒子トラップの実施形態
ＰＦＣクリーニング・シーケンスの前に処理チャンバ１５で行われる堆積、エッチング、又はその他の処理工程でケイ素包含残留物が生じる場合、本発明の装置の特定の実施形態によりそうした残留物を捕捉及び補集し、ケイ素源として使用することができる。したがって、これらの実施形態では、特別設計のケイ素フィルタを必ずしも必要としないが、使用してもかまわない。
【０１８０】
ケイ素残留物を発生する堆積工程の例として、ＴＥＯＳやシランケイ素酸化物堆積工程、シラン窒化ケイ素堆積工程などがあるが、これだけに限定されない。そうした工程で排出され、ＰＦＣ変換反応のために捕捉することのできるケイ素残留物としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、非晶質ケイ素、及び同様の化合物が挙げられる。いうまでもなく、補集される実際の残留物は、使用される堆積、エッチング、又はその他の工程に導入されるガスによって異なる。
【０１８１】
これらの堆積又はその他の処理作業から排出される残留物は一般に、補集され、したがって最終的に処理チャンバの壁からきれいに掃除されるのと同じ残留物である。したがって、これらの実施形態におけるＰＦＣガスから非ＰＦＣガスへの変換は、クリーニング作業中に処理チャンバ内で行われる反応と同一の反応によって達成される。
【０１８２】
ａ）単管螺旋共振器の実施形態
図２５は、ＰＲ² ２４０の第５実施形態の断面図である。図２５に示すＰＲ² ２４０の実施形態は、ＰＦＣプラズマから生じる成分が反応するケイ素源が、挿入フィルタ内の固体ケイ素化合物ではなく、相対する電極２８０、２８２を含む静電集塵機によって捕捉されたケイ素包含残留物であるという点を除いては、図２１に示す実施形態と同様である。ケイ素包含残留物は、ＤＣ電源装置２８４から電極２８０と２８２の間に印加される電圧によって、堆積又はその他の処理段階中に捕捉又は補集される。印加電圧は、電極２８２を電極２８０に比べて正に荷電させる（又はその逆）。残留微粒子がＰＲ² ２４０を通過すると、正に荷電した微粒子が負に荷電した電極２８０の方向に引きつけられて補集され、負に荷電した粒子は正に荷電した電極２８２の方向に引きつけられて補集される。使用する堆積プロセス及びプロセスの長さによって、電極２８０、２８２に数ミリ又はそれ以上のケイ素包含残留物が堆積することがある。
【０１８３】
堆積シーケンスが完了し、クリーニング・シーケンスが開始した後、図２１に関連して説明したのと同様の方法で、ＰＲ² ２４０に排出されたＰＦＣガスからプラズマが形成される。プラズマから生じる成分は、電極２８０、２８２で補集されたケイ素残留物と反応し、非ＰＦＣ生成物及び副生物を生じる。電極２８０と２８２の間の電圧（電位差）は、電極に沿って補集された微粒子がＰＦＣプラズマと反応するまでそこに維持されるように、クリーニング・シーケンス中、維持することができる。しかし、特定の処理工程に使用するクリーン・ガス又はその他のガスが電極を食刻する場合には、クリーニング・シーケンス中に電圧を切ることが望ましい。電極２８０、２８２は、管２５０の内部に配置されているので、フッ素など非常に反応性の高い様々な核種と接触する。したがって、電極２８０、２８２は、そうした核種と反応しないニッケルなどの適切な導電性材料で形成することが重要である。
【０１８４】
本発明のこの実施形態及びその他の実施形態に、様々な静電トラップ装置を使用することができる。例えば、正のＤＣ電圧ではなく、負のＤＣ又はＡＣ電圧を電極２８２に印加するとことができる。さらに別の実施形態では、電極２８０及び２８２を両方とも、電極２８２に大使電極２８０から正又は負の電圧を形成する電圧源に接続する。本発明は、特定の静電集塵機に限定されない。
【０１８５】
ｂ）単管マイクロ波の実施形態
図２６は、ＰＲ² ２４０の第６実施形態の断面図である。図２６では、逆の極性を持つ電極（電極２８６、２８８）を円筒形の管２５０内に交互に配置し、上述の静電集塵機を形成する。堆積シーケンス中に、ケイ素包含又は酸素包含残留物又は同様の物質を、電極２８６、２８８の表面上に補集する。
【０１８６】
図２２に示すＰＲ² ２４０の実施形態の場合と同様に、図２６の実施形態は、マイクロ波発生装置２６０及び導波管２６２からマイクロ波電力を印加することにより、装置内を通過するＰＦＣガスから高密度プラズマを発生する。電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）装置の場合と同様に、管２５０の外部の周囲に磁石２６４を配置し、管２５０内の気体分子をさらに活性化させ、プラズマの形成を増強する。プラズマから生じる成分は、電極２８６、２８８で補集されたケイ素及び／又は酸素残留物と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに変換する。変換工程を増強するために、ガス管路２５３（図示せず）からＰＲ² ２４０に追加ガスを加えることができる。
【０１８７】
また、図２６に示したＰＲ² ２４０の実施形態には、管の漏れ又はその他の欠陥が発生したときに、管２５０内を通過するＰＦＣ又はその他のガスがＰＲ² ２４０から漏出できないように第２の密閉を形成する、管容器２５４又は同様のケーシング機構も示されていない。
【０１８８】
ｃ）内部及び外部円筒管の実施形態
図２７は、ＰＲ² ２４０の第７実施形態の断面図である。図２７に示すＰＲ² ２４０の実施形態は、第１内部セラミック管２９０及び第２外部セラミック管２９２を有する。管２９０の端部は管２９２の円筒形の空間内にあるので、ＰＲ² ２４０内のガスの流れは、矢印２９３で示すようになる。
【０１８９】
螺旋共振器コイル２９４は管２９２の外側の周囲に巻き付けられ、図２１の実施形態に関連して述べたように、ＲＦ電源装置２６９に接続される。コイル２９４は、管９２の内側か、あるいは管９０の外側の周囲又は内側に巻き付けることもできる。
【０１９０】
上記の容器２５４と同様のシェル２９７で、内管２９０及び外管２９２を閉囲する。外管２９２は、内管２９０又はシェル２９７のいずれかへの接続によって支持することができる。いずれの場合も、外管２９２の支持構造により、放出ガス流がＰＲ² ２４０内を通過できるようにすることが重要である。この目的のために、支持構造は、複数の貫通穴を有する管２９０と２９２の間の平面状のセラミック材とするか、管２９０と２９２の間に伸長するわずか４つの細長い接続部又はフィンガのうち３つだけにより構成するか、あるいは多くのその他の同様の方法で設計することができる。貫通穴を有する構造は、以下で説明する補集領域２９５内で粉粒体を補集及び捕捉するのに役立てることができる。しかし、この構造は、ＰＲ² ２４０を介して排出されるガスの流速を低下させないために、穴が充分な大きさとなるように設計する必要がある。
【０１９１】
この実施形態のＰＲ² ２４０の設計により、堆積段階中に排出されるケイ素残留物やそのたの粉粒体の捕捉や補集が強化される。この設計は、排ガス流内の残留物や微粒子を補集及び保持する機械的トラップとして作用する管２９２の補集領域２９５を含む。残留物及び微粒子はトラップ内に保持され、したがって、クリーニング・シーケンス中に形成されるＰＦＣプラズマの成分と反応するために利用することができる。
【０１９２】
本実施形態のＰＲ² ２４０のトラップ部の動作は部分的に重力に依存し、微粒子をＰＲ² 装置から真空管路内に掃引しようとする放出ガスの流路にも拘らず、粉粒体をトラップ内に保持するように作用する。したがって、部分的に、ＰＲ² ２４０の有効性は、微粒子が反応してガス状生成物になるまで微粒子が管２９２から流出するのを防止することに依存する。この目的のために、補集領域２９５がＰＲ² の入口から下向きになり、かつ、外管２９２が重力の作用と共にこのトラップを形成するのに充分な長さとなるように、ＰＲ² ２４０を配置することが重要である。
【０１９３】
ＰＲ² ２４０内の面ＡＡにおけるガス流路の断面積を増加すると、粉粒体の捕捉にさらに役立つ。任意の堆積工程における放出ガス流の流速は、一般に一定である。したがって、１つ又はそれ以上の流路の断面積を増加すると、ガス流の微粒子の速度が低下し、これに相応して微粒子に対する中性抵抗力が低下する。微粒子に対する重力が中性抵抗力を超えると、その微粒子は重力によってＰＲ² ２４０の重力トラップ内に捕捉される。
【０１９４】
機械的トラップの効果をさらに高めるために、図２５に関連して述べたように、ＤＣ電源２８４に接続した電極２９６、２９８を含む静電集塵機２７２を配置することができる。
【０１９５】
ｄ）機械的トラップ及び静電トラップ機構を含む複雑な実施形態
図２８（ａ）は、本発明のＰＦＣ削減装置の他の好適な実施形態に使用するガス流路モジュール３１０の側面斜視断面図である。図２８（ａ）では、１対の相対する電極３２０、３２２がガス流路（流体導管）を画成し、処理チャンバ１５から排出されたガスはその中を通過する。モジュール３１０は、処理チャンバ１５から排出された粉粒体が全部モジュール内で捕捉され補集されるのを確実にするために、静電トラップ機構及び機械的トラップ機構の両方を含む。
【０１９６】
静電トラップは、図２５に関連して上述した通り、電極の１つにＤＣ電圧を印加することによって形成する。この方法により、正に荷電した粒子は１つの電極の補集され、負に荷電した粒子はもう１つの電極に補集される。
【０１９７】
機械的トラップは、部分的に重力に頼って微粒子を補集領域３２４に補集することによって、ケイ素微粒子及び残留物をさらに捕捉する。各補集領域３２４はガス流路のＵ字形の部分を含み、微粒子をＰＲ² 装置から真空管路内に掃引しようとする放出ガスの流路にも拘らず、このＵ字形の部分をその底部に微粒子が補集され維持されるように配置する。いうまでもなく、モジュール３１０は、補集領域３２４がモジュールの反対側に配置されていもよいように、上下をさかさまにすることができる。
【０１９８】
クリーニング・シーケンス中、電極の１つにＲＦ電力を印加し、モジュール内を通過するＰＦＣガスの容量結合プラズマを発生させる。電極３２０、３２２は、実質的に同一表面積を持つように設計することが望ましい。そうした設計により、電極によって画成される領域／流路全体に均等なプラズマを形成することができる。上記実施形態の場合と同様に、プラズマから生じる成分は、補集されたケイ素微粒子や残留物と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに変換する。
【０１９９】
静電集塵機及び機械的トラップを結合することにより、反応チャンバ１５から排出されるケイ素残留物を補集するために特に有効な機能が達成される。実際、そうした結合により、１００％に近い補集効率が得られ、真空管路３３１内の堆積を除去又は防止するという追加的利点も達成される。先に図６及びＤＰＡ４０に関連して述べたように、放出ガス流内に存在する比較的大きい微粒子は、重力によって補集チャンバ３２４内に維持されやすいので、機械的トラップ部はこうした比較的大きい微粒子を捕捉するのに、特に効果的である。一方、静電トラップは、放出ガス流内に含まれるが機械的トラップだけでは捕捉できないような小さい微粒子を補集及び捕捉するのに特に効果的である。また、前に述べた通り、電極間の温度勾配による伝熱力を利用して、微粒子を捕捉することもできる。
【０２００】
図２８（ａ）に示すモジュールは、ＰＲ² ３４０の他の様々な実施形態の一部として使用することができる。そうした実施形態の一例を図２８（ｂ）に示す。これは、図２８（ａ）のガス流路モジュール設計の一部を使用し、１つのそうしたモジュールの上にもう１つのモジュールを積み重ねた、本発明のＰＦＣ削減装置の実施形態の側面斜視断面図である。いうまでもなく、図２８（ａ）に示すモジュール又は同様のモジュールを使用した他の設計も可能である。例えば、３つ、４つ、又はそれ以上のモジュールを次々と配置し、微粒子補修用の電極の表面積を増大しながら、比較的長いガス流路を形成することができる。モジュール３１０は、ＰＦＣプラズマからの成分と反応できる追加ケイ素源を包含するフィルタ要素を装備することもできる。モジュール３１０を使用した他の設計のバリエーションの可能性は無尽蔵である。
【０２０１】
図２８（ｂ）で、反応チャンバ１５からの放出ガスは入口３３０からＰＲ² ３４０に流入し、出口３３２から流出する。分流器３３４は、電極３２０、３２２によって定義される複雑な流路を、ガスが矢印３２３に従って流れることを確実にする。ＰＲ² ３４０を縦に配向すると、入口３３０が軸ＡＡに沿って上を向き、流路内を排出される大きい微粒子が、重力により補集領域３２４内に補集される。ＰＲ² ３４０を縦方向に配向すると、入口３４０が軸ＢＢに沿って上を向き、流路内の排出される大きい微粒子が、補集領域３２５内に補集される。
【０２０２】
ＤＣ発電機３３８は、堆積及びクリーニング・シーケンスの両方の作業中に、正のＤＣ電圧を電極３２２に供給し、電極３２０は接地される。したがって、負の荷電粒子は電極３２２の表面に補集され、正の荷電粒子は電極３２０の表面に補集される。
【０２０３】
他の実施形態の場合と同様に、ＲＦ発生器３３６はクリーニング・シーケンス中に電極にＲＦ電力を供給し、流路内の放出ＰＦＣガスから電極３２０と３２２の間にプラズマを形成する。プラズマは、補集領域３２４又は３２５及び電極３２０及び３２２に沿って補集されたケイ素と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガス状生成物及び副生物に変換する。ＤＣ／ＲＦフィルタ３４０は、ＲＦ電源がＤＣ発電機３３８と干渉するのを防止する。ＤＣ及びＲＦ電力は、電極３２２ではなく、電極３２０に印加するしてもよいが、安全性及び電磁放射の問題を考慮して、電極３２０は接地することが望ましい。
【０２０４】
３．ＰＦＣ削減ＤＰＡに関連する実験的使用及び試験結果
本発明の有効性を実証するために、８インチのウェハ様に装備したPrecision 5000型反応チャンバにプロトタイプのＰＲ² ３４０を取り付けて、実験を実施した。Precision 5000型反応チャンバは、本発明の譲受人であるアプライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドが製造したものである。
【０２０５】
実験に使用したプロトタイプのＰＲ² は、フィルタ３５１がセラミック管３５０内に含まれず、かつ、追加ガス供給管路３５３が存在しないことを除くと、図２１のＰＲ² ３４０と同様であった。ＰＲ² の全長は約２５インチであり、管３５０の直径は約１．５インチであった。ＰＲ² は、Precision 5000型反応チャンバの下流のスロットルバルブの直後に取り付けた。
【０２０６】
実験では、ＣＦ₄ 及びＮ₂Ｏクリーニング・シーケンスから放出されたガスを３段階で分析した。放出ガスを各段階で、ＭＳＫコーポレーションによって製造されたＭＳＫ３００シリーズ残留ガス分析装置（ＲＧＡ）を用いて監視した。測定は、真空ポンプ直前、反応チャンバから約２０フィート下流で行なった。したがって、ＲＧＡでは安定した種だけが検出されると考えられた。質量分光分析計は非常に複雑なので、クリーニング・シーケンス前に堆積段階が実行しなかった。
【０２０７】
実験の条件は以下の通りであった。反応チャンバ内の圧力は２torrに設定し、維持した。この結果、ＰＲ² 内はそれに相応して０．５torrの圧力になった。反応チャンバ内に各々５００sccmの速度でＣＦ₄及びＮ₂Ｏを導入した。反応チャンバ内に形成するプラズマは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（ＲＦ１）によって１０００Ｗで駆動し、ＰＲ² に形成するプラズマは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（ＲＦ２）によって９００Ｗで駆動した。
【０２０８】
実験の第１段階として、反応チャンバ内にクリーン・ガスを導入し、プラズマを形成せずに、反応チャンバ及びＰＲ² 内を流動させた。第２段階として、Precision 5000反応チャンバ内にプラズマを形成させたが、ＰＲ² では形成させなかった。第３段階では、反応チャンバ及びＰＲ² の両方でプラズマを形成させた。第１段階は、プロセスから放出されるスペクトルを決定し、ＣＦ₄ の放出の相対的分析の基礎を設定するのに役立った。
【０２０９】
図２９（ａ）は、反応チャンバ及びＰＲ² の両方でクリーン・ガスからプラズマを形成させたときに得た質量スペクトルを示す。ＲＧＡ装置がガスをイオン化することによって、これらを検出することに留意することが重要である。したがって、ＣＦ₃ ⁺、ＣＦ₂ ⁺、及びＣＦ⁺イオンの検出は、放出ＣＦ₄ガスを表わしている。図２９（ａ）で、Ｃ⁺（１２）、Ｎ⁺（１４）、Ｏ⁺（１６）、Ｆ⁺（１９）、ＣＦ⁺（３１）、Ｏ₂ ⁺（３２）、Ｆ₂ ⁺（３８）、Ｎ₂Ｏ⁺（４４）、ＣＦ₂ ⁺（５０）及びＣＦ₃ ⁺（６９）に対応するピーク（括弧内に示す）が検出された。各ピークは、初期ガス反応物質すなわちＣＦ₄及びＮ₂Ｏの分解生成物である。ＣＯ⁺（２８）、ＣＯ₂ ⁺（４４）、ＣＯＦ⁺（４７）、ＣＯＦ₂ ⁺（６６）、及びＣＯＦ₃ ⁺（８５）に対応するピークは、反応チャンバ及びＰＲ² 内で発生した反応の副生物に対応する。ＣＯ₂ ⁺及びＮ₂Ｏ⁺（線４４）は重なっているので、解釈を誤るおそれがあった。しかし、ＣＦ₄及びＮ₂Ｏだけのスペクトルを記録し、かつプラズマが発生しない状態とＲＦ１及びＲＦ２が起動しているときの応答を記録することにより、線４４のピークは９０％ＣＯ₂ ⁺及び１０％Ｎ₂Ｏ⁺を表わすことを突き止めることができる。
【０２１０】
定性的には、ＣＦ₃ ⁺（６９）、ＣＦ₂ ⁺（５０）、ＣＦ⁺（３１）のピークの応答が低下するときに、ＣＦ₄の削減が観察される。分解のさらなる証拠は、Ｎ₂Ｏに対応するピークの応答が低下するときに観察される。ＣＯ⁺（２８）、ＣＯ₂ ⁺（４４）、ＣＯＦ⁺（４７）、ＣＯＦ₂ ⁺（６６）及びＣＯＦ₃ ⁺（８５）の反応のガス状副生物の応答は、ＣＦ₄の削減に比例して増加する。
【０２１１】
図２９（ｂ）は、３段階の実験の各段階でＲＧＡによって測定された特定のガスの発生ピークを示す。特に、図１２（ｂ）は、ピーク４４（Ｎ₂Ｏ⁺）、６９（ＣＦ₃ ⁺）、及び２８（ＣＯ⁺）の応答を示す。図２９（ｂ）に示す最初の８０秒は、反応チャンバ内又は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す。次の８０秒間に、反応チャンバ内のみにプラズマが形成され、最後に始点から１６０秒から２４０秒までの期間に、反応チャンバ及びＰＲ² の両方にプラズマが形成される。
【０２１２】
図２９（ｂ）から明らかなように、反応チャンバ内でプラズマが発生すると、放出されるＣＦ₄及びＮ₂Ｏの量は減少し、放出されるＣＯ（ＣＦ₄の変換プロセスの主要副生物）の量は増加する。ＰＲ² ４０が起動すると（したがってＰＲ² ４０内にプラズマが発生すると）、ＣＦ₄の放出はさらに減少し、全体で約３０％のＣＦ₄の削減が達成される。
【０２１３】
結果は示さないが、別の実験では、ＰＲ² 内の圧力を約２torrに増加することによって、全体で約５０％の削減が達成された。このように、これらの予備実験は、本発明の装置がＰＦＣの削減に成功することを示している。本願で述べたＰＲ² の１つ以上の追加機能を組み込むことによって、さらに高い削減を達成することができる。また、ＣＦ₄は一般に変換するのが最も困難なＰＦＣガスの１つと認識されているので、今後の実験の結果から、他の多くのＰＦＣガスの変換についても、さらによい結果が得られるはずである。
【０２１４】
本発明の幾つかの実施形態について詳しく説明したが、本発明に従って真空管路から粉粒体を除去するための数多くの他の同等又は代替的な装置及び方法が、当業者には明白であろう。また、本発明に従って処理チャンバからのＰＦＣの放出を削減するための数多くの他の同等又は代替的な装置及び方法も、当業者には明白であろう。さらに、明瞭さと理解のために図を示し実施形態を挙げて、本発明を詳しく説明したが、特定の変化や修正を加えることができることは明白である。例えば、１つの実施形態で、本発明の機械的微粒子トラップについて、内部流路を外部流路で取り囲まれむと説明したが、そうしたトラップは、第１流路の周囲を第２流路内で取り囲まず、第２流路が第１流路から離れる方向又は第１流路から上に向かって伸長するように作成することができる。別の例として、開示した実施形態のいずれかにおけるガス流路は、図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示しそれに関して説明した流路と同様の方法、又はその他の方法で、複雑な形状に設計することができる。ケイ素微粒子捕捉の実施形態は、電極で補集されるケイ素残留物の量が不十分である場合には、ＰＦＣ分解を増強するために、石英又はその他のケイ素包含化合物を充満した別個のフィルタ要素を含めることができる。また、ケイ素フィルタを使用せず、微粒子捕捉システムも使用しない実施形態も可能である。これらの実施形態では、ＰＦＣ変換反応のためにＳｉＨ₄又はＯ₂などのガスを、管路２５３などのガス供給管路を通してＰＲ² ３４０に導入する。さらに、ＰＲ² ４０の様々な実施形態に、図１７（ａ）、（ｂ）、及び図１９（ａ）、（ｂ）に示すＤＰＡ４０の実施形態で使用したようなマグネトロンを使用することもできる。これらの同等例や変化例は、理解のために示した明らかな変更や修正などと共に、本発明の範囲内に含めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を取り付けることができる簡素化した化学気相堆積装置の１つの実施形態を示す図である。
【図２】図１の化学気相堆積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の化学気相堆積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）は微粒子の削減（真空管路のクリーニング）のために最適化された本発明の装置の好適な実施形態の扉が無い状態の斜視図である。（ｂ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の扉が無い状態の正面図である。（ｃ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の中心面における正面斜視断面図である。（ｄ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の中心面における側面斜視断面図である。（ｅ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の電源貫通接続部（power feed through connection ）の断面図である。（ｆ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の扉を含む状態の斜視図である。
【図５】図４（ａ）に示す電極及びこれに接続される回路の電気図である。
【図６】典型的窒化ケイ素堆積段階によって発生する微粒子に対する、本発明の真空管路クリーニング装置の一実施形態における静電集塵機の効果を示すグラフである。
【図７】本発明の真空管路クリーニング装置の一実施形態内の微粒子に対する中性抵抗力の効果を、静電力、重力、及び伝熱力（thermophoretic force）の効果と比較して示すグラフである。
【図８】１５秒の窒化ケイ素堆積工程後の真空フォアライン内部のケイ素片上の残留物堆積量を示す顕微鏡写真である。
【図９】図８に示した残留物の１粒子の基本粒径（elementary grain size ）を示す顕微鏡写真である。
【図１０】本発明の試験前に実施した実験中に真空フォアライン内部のケイ素片に堆積した粉粒体の大きさを示す顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の真空管路クリーニング装置の第２実施形態の側面断面図である。
【図１２】本発明の真空管路クリーニング装置の第３実施形態の側面断面図である。
【図１３】（ａ）は、本発明の真空管路クリーニング装置の第４実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１３（ａ）の装置に排出される微粒子に対する、図１３（ａ）の装置に使用した静電トラップの効果を示す線図である。（ｃ）は、図１３（ａ）の装置に排出される微粒子に対する、図１３（ａ）の装置に使用した静電トラップの効果を示す線図である。
【図１４】（ａ）は、本発明の真空管路クリーニング装置のさらに別の実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の実施形態における一方の電極に対する他方の電極の表面積比率を示す線図である。
【図１５】図１４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の実施形態の電気図である。
【図１６】（ａ）は、本発明の真空管路クリーニング装置の別の実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１６（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の斜視図である。
【図１７】（ａ）は、マイクロ波の力を利用してプラズマを発生させる本発明の真空管路クリーニング装置の一実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１７（ａ）の真空管路クリーニング装置の正面図である。
【図１８】（ａ）は、図１７（ａ）の装置のマイクロ波電源によって生じる電圧波形を示すグラフである。（ｂ）は、図１７（ａ）の装置のマイクロ波電源によって生じる電圧波形を示すグラフである。（ｃ）は、図１７（ａ）の装置のマイクロ波電源によって生じる電圧波形を示すグラフである。
【図１９】（ａ）は、マイクロ波の力を利用してプラズマを発生させる本発明の真空管路クリーニング装置の第２実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１９（ａ）の真空管路クリーニング装置の正面図である。
【図２０】本発明の効果を評価する試験の実施に使用した、本発明の真空管路クリーニング装置の一実施形態の原型の側面断面図である。
【図２１】ＰＦＣ削減のために最適化した本発明の装置の一実施形態の側面断面図である。
【図２２】本発明のＰＦＣ削減装置の第２実施形態の側面断面図である。
【図２３】本発明のＰＦＣ削減装置の第３実施形態の側面断面図である。
【図２４】本発明のＰＦＣ削減装置の第４の好適な実施形態の側面断面図である。
【図２５】本発明のＰＦＣ削減装置の第５実施形態の側面断面図である。
【図２６】本発明のＰＦＣ削減装置の第６実施形態の側面断面図である。
【図２７】本発明のＰＦＣ削減装置の第７実施形態の側面断面図である。
【図２８】（ａ）は、本発明のＰＦＣ削減装置の他の実施形態で使用するガス流路モジュールの側面斜視断面図である。（ｂ）は、図２８（ａ）のガス流路モジュール設計を採用した本発明のＰＦＣ削減装置の実施形態の側面斜視断面図である。
【図２９】（ａ）は、ＣＦ₄及びＮ₂Ｏのクリーン・ガスからのプラズマ形成後に得た質量スペクトル・データを示すグラフである。（ｂ）は、本発明の一実施形態を試験するために設計された実験中に測定された特定のガスの発生ピークを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…平行平板型化学気相堆積システム（反応チャンバ）、１１…ガス分配マニホルド、１２…サセプタ、１５…真空チャンバ、２５…ＲＦ電源装置、３１…真空管路（フォアライン）、３２…真空ポンプ・システム、３４…プロセッサ、３８…メモリ、４０…ＤＰＡ

Claims (13)

1. 流体導管を画成する相対する表面を有する第１及び第２部材と、
   前記流体導管内のエッチング・ガスからプラズマを形成又は維持するように適応させたマイクロ波プラズマ発生システムと、を備え、
   前記流体導管は、入口、出口、及び前記入口と前記出口との間の集塵チャンバを有し、
   前記集塵チャンバは、粉粒体が集塵チャンバから流出するのを防止するよう少なくとも１つの屈曲部を含んで構成されている基板処理チャンバの排気管路内の堆積を最小化する装置。
2. 前記第１部材が第１電極を備え、前記第２部材が第２電極を備えており、
   荷電された粉粒体を相対する電極表面に補集するために前記電極間に電圧を印加するために前記電極に動作可能に結合された手段を有する微粒子捕捉システムをさらに備えている、請求項１記載の装置。
3. 前記基板処理チャンバのクリーニング作業中に、前記エッチング・ガスを基板処理チャンバから前記排気管路を介して排出するようになっている、請求項２記載の装置。
4. 前記エッチング・ガスの少なくとも一部を、前記装置の上流であって前記基板処理チャンバの下流に位置する前記排気管路に導入するようになっている、請求項２記載の装置。
5. 前記エッチング・ガスの少なくとも一部を、前記流体導管に直接導入するようになっている、請求項２記載の装置。
6. 前記第１及び第２電極によって画成され、前記集塵チャンバをそれぞれ前記入口及び出口と連絡し、粉粒体が集塵チャンバから流出するのを防止するために少なくとも部分的に垂直の流路を有する前記第１及び第２流路を前記流体導管に設けてなる、請求項２記載の装置。
7. 相対する電極表面の間に形成された流体導管が、前記入口と前記出口との間の流体導管内に連続的に形成された複数の集塵チャンバを画成している、請求項６記載の装置。
8. 前記相対する電極表面が蛇行流体導管を画成している、請求項７記載の装置。
9. 前記少なくとも部分的に垂直の第１及び第２流路が前記流体導管の長さに沿って伸長し、前記流体導管が前記装置の相対する側面間にわたる幅を有している、請求項７記載の装置。
10. 前記マイクロ波プラズマ発生システムが第１及び第２マグネトロンを備える、請求項９記載の装置。
11. 基板処理チャンバの排気管路内の堆積を最小化する方法であって、
    堆積段階の間に、前記基板処理チャンバから排出される粉粒体を、前記排気管路に接続された粒子捕捉システムにおいて捕捉し、
    前記粒子捕捉システムに接続されたマイクロ波プラズマ発生システムを用いて、前記堆積段階の間に前記基板処理チャンバの内側表面上に集まった堆積物を除去するクリーニング段階の間に、前記基板処理チャンバから排出されるエッチング・ガスから前記粒子捕捉システム内においてプラズマを生成し、前記プラズマが前記粒子捕捉システム内の前記粉粒体と反応して前記排気管路内の前記粉粒体の堆積量を最小にする方法。
12. 前記粒子捕捉システムは、前記堆積段階の間に当該粒子捕捉システムで前記粉粒体を捕捉するための機械的トラップ及び静電気的トラップを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記クリーニング段階は、前記堆積段階の間に前記基板処理チャンバの内部表面に捕集された堆積物を反応性の高いフッ素核種にさらすことにより、当該堆積物を除去することを含む請求項１１に記載の方法。

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