JPH11156156A

JPH11156156A - ハロゲン系ガスの処理方法、処理装置および反応処理装置並びに半導体装置

Info

Publication number: JPH11156156A
Application number: JP9326511A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mori; 義明森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ハロゲン系ガスを効率よく安価に処理できる
ようにする。【解決手段】放電部１４の放電電極１８、２０間に
は、ガス排出源１２から大気圧の四フッ化炭素ガスとと
もに水蒸気発生器２４から水蒸気が供給されるようにな
っている。高周波電源２２により電極１８、２０間に高
周波電圧を印加すると、四フッ化炭素ガスが分解されて
水蒸気と反応し、フッ化水素ガスと二酸化炭素ガスとが
生成される。これらのガスは、放電部１４の排出側に設
けたバブリング器２６に導かれ、フッ化水素が水２８に
溶解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン系ガスの
処理方法に係り、特に半導体工場などの排気ガス中に含
まれる四フッ化炭素ガスなどのフルオロカーボン類やフ
ッ化硫黄、フッ化窒素などの処理に好適なハロゲン系ガ
スの処理方法および処理装置並びに反応処理装置、半導
体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや液晶デバイスあるいは
マイクロマシンなどの製造には、微細加工技術が不可欠
である。そして、微細加工技術の手段としては、高精度
の加工をすることができる気体プラズマによる加工方法
が主流となりつつある。この気体プラズマによる加工
は、いわゆるドライエッチングと称されるもので、四フ
ッ化炭素ガス（ＣＦ₄）などのフルオロカーボン類や六
フッ化硫黄ガス（ＳＦ₆）、三フッ化窒素ガス（ＮＦ₃）
等のハロゲン系ガスを半導体基板等の被処理部材ととも
に真空装置中に導入し、ハロゲン系ガスをプラズマ化し
て分解し、分解したガスの一部を被処理材と反応させ、
反応生成物をガスとして排出することにより、被処理部
材に所定のパターンを形成する技術である。

【０００３】例えば、半導体装置の製造工程におけるシ
リコンウエハのエッチング処理の場合、エッチングガス
として一般に四フッ化炭素ガスまたは六フッ化硫黄ガス
等のフッ素系のガスが用いられている。エッチングガス
として四フッ化炭素ガスを使用した場合、真空装置内に
おける気体放電により四フッ化炭素ガスによるプラズマ
が発生してラジカルなフッ素が解離し、解離したフッ素
がシリコンと反応して四フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）が生
成されて蒸発することにより、シリコンがエッチングさ
れる。そして、エッチングによって生成した四フッ化ケ
イ素ガスは、エッチングに使用した四フッ化炭素ガスと
ともに除害装置を通過する際に除去される。この除害装
置は、人体に有害な四フッ化ケイ素ガスを除去するもの
で、人体に無害な四フッ化炭素ガスは除害装置を通過
し、大気中に放出されている。

【０００４】ところで、プラズマの中では四フッ化炭素
ガスの解離と再結合とが繰り返されており、瞬間的に見
た場合、四フッ化炭素ガスの解離率は１／１００００以
下である。しかも、シリコンと反応してエッチングに寄
与するのは、解離した中の一部である。このため、エッ
チング装置から排出されるガスは、ほとんど（約９９
％）が四フッ化炭素ガスであり、エッチングにより生じ
た四フッ化ケイ素、二酸化炭素（ＣＯ₂）や、不純物を
反応したガスは僅かである。このため、半導体工場など
では、多量のハロゲン系ガスが大気中に放出されている
ことになる。

【０００５】ところで、四フッ化炭素は、オゾン層を破
壊する原因物質であるばかりでなく、地球温暖化物質で
もある。また、非常に安定な物質であって、数万年の寿
命を有している。そして、多くのハロゲン系ガスは地球
温暖化物質となっている。このため、半導体工場などか
らの排気ガスからハロゲン系ガスを除去する研究が進め
られている。

【０００６】従来、ハロゲン系ガスを除去する場合、次
のような方法が採られている。

【０００７】（イ）図１６に示したように、真空容器内
に酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）からなる放電電極１００、１
０２を配設し、これらの電極１００、１０２間に四フッ
化炭素ガスなどのハロゲン系ガスを導入するとともに、
放電電極１００、１０２間に高周波電圧を印加してハロ
ゲン系ガスによる気体放電１０４を発生させ、プラズマ
を生成してハロゲン系ガスを分解するとともに、分解し
たフッ素を酸化ケイ素と反応させて四フッ化ケイ素（Ｓ
ｉＦ₄）にする方法。

【０００８】（ロ）ハロゲン系ガスを高温に加熱して分
解し、分解ガスとシリコンとを反応させる方法。

【０００９】（ハ）上記のプラズマによる分解と加熱分
解とを組み合わせた方法、すなわち放電電極またはハロ
ゲン系ガスを加熱するとともに、真空プラズマを発生さ
せる方法。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（イ）の
プラズマによる分解は、効率が悪いために非常なコスト
高となるところから、実用化されていないのが現状であ
る。すなわち、放電１０４を発生させることにより、解
離したフッ素を生成することができるが、解離したフッ
素が酸化ケイ素と反応するのは電極近傍のものだけであ
り、大部分は再び炭素と結合して四フッ化炭素などを形
成する。

【００１１】また、（ロ）の加熱分解による方法は、高
い分解効率を得ることができるが、設備が高額となる
上、電気や水などを大量に消費するため、ランニングコ
ストが高いといった欠点がある。そして、（ハ）によっ
てもハロゲン系ガスの処理コストを低減させることは困
難である。このため、ハロゲン系ガスを効率よく安価に
除去できる技術の開発が強く望まれている。

【００１２】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、ハロゲン系ガスを効率よく安価
に処理できるようにすることを目的としている。

【００１３】また、本発明は、簡易な設備によりハロゲ
ン系ガスを容易に分解できるようにすることを目的とし
ている。

【００１４】さらに、本発明は、地球温暖化物質の排出
を避けることができるようにすることを目的としてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るハロゲン系ガスの処理方法は、ハロ
ゲン系ガスと、水素ガスまたは水素原子を含むハロゲン
化物以外の化合物の気体とを混合し、この混合ガスを放
電部を通過させてハロゲン化水素を生成したのち、ハロ
ゲン化水素を捕集することを特徴としている。

【００１６】このように構成した本発明は、四フッ化炭
素ガスや六フッ化硫黄ガスなどのハロゲン系ガスが放電
部において活性化されて活性なハロゲンが遊離し、これ
がハロゲン系ガスとともに放電部に導入された水素ガス
または水素を含む化合物の水素と結合し、ハロゲン化水
素が生成される。このため、遊離したハロゲンが再び炭
素や硫黄などと再結合するのを防ぐことができ、高効率
でハロゲン系ガスの分解とハロゲン化水素を生成するこ
とができる。しかも、ハロゲン化水素の生成は、放電領
域のほぼ全域において行なわれるため、ハロゲン化ガス
の分解を高速で行なうことができる。従って、生成され
たハロゲン化水素を吸着や凝縮、溶媒に溶解させるなど
して捕集することにより、効率よく安価に分解処理する
ことができる。

【００１７】放電部における放電は、大気圧またはその
近傍の圧力下にあるハロゲン系ガスと、水素ガスまたは
水素を含む化合物の気体との混合ガスを介して行なう気
体放電が望ましい。このように大気圧下における気体放
電によるハロゲン系ガスの分解を行なうと、真空装置な
どを必要とせず、処理設備を簡易にできて設備費が安価
となるばかりでなく、ランニングコストの低減を図るこ
とができる。

【００１８】また、混合ガスには、アルゴンガスやヘリ
ウムガスなどの希ガスを添加するとよい。希ガスは、小
さなエネルギーで容易に電離するため、希ガスを添加す
ることにより、分解しにくいハロゲン系ガスであっても
容易に分離させることができる。すなわち、希ガスを添
加すると、電離した希ガスがハロゲン系ガスと衝突して
これにエネルギーを与え、ハロゲン系ガスを分解して自
らは基底状態に戻る、いわゆるペニング効果が生じるた
め、ハロゲン系ガスを分解するのに必要な電圧を下げる
ことができる。

【００１９】さらに、混合ガスには、紫外線を照射する
とよい。紫外線を照射すると、紫外線のエネルギーによ
りハロゲン系ガスが電離したり、電離しやすい状態にな
るばかりでなく、放電電極に紫外線が当たると電極の温
度が上昇して電子の放出量が増大し、ハロゲン系ガスに
衝突する電子数が増大してハロゲン系ガスの分解をより
容易に行なうことができる。そして、放電部の電極を加
熱すると、電極から熱電子が放出され、ハロゲン系ガス
に衝突する電子数が多くなってハロゲン系ガスを容易に
分解できるようになる。

【００２０】また、本発明によるハロゲン系ガスの処理
方法は、ハロゲン系ガスと、水素ガスまたは水素原子を
含むハロゲン化物以外の化合物の気体とを混合し、この
混合ガスを加熱してハロゲン化水素を生成したのち、ハ
ロゲン化水素を捕集することを特徴としている。

【００２１】このように構成した本発明は、加熱分解さ
れたハロゲンが水素ガスまたは水素を含む化合物中の水
素と結合してハロゲン化水素を生成し、ハロゲンの炭素
や硫黄との再結合が防止されるため、高効率でハロゲン
系ガスの分解とハロゲン化水素の生成を行なうことがで
き、ハロゲン系ガスの分解処理を高効率で安価に行なう
ことができる。

【００２２】ハロゲン系ガスに混合する水素を含む化合
物の気体は、水蒸気であってよい。

【００２３】このように水蒸気を使用すると、低コスト
の処理が可能なばかりでなく、混合するガスに対する引
火や有毒性への配慮をする必要がなく、設備の簡素化、
費用の低減が図れる。また、混合ガスには、酸素ガスを
添加してもよい。酸素ガスを添加すると、酸素によるい
わゆるハロゲンの引き抜き効果や、トラップ効果によっ
てハロゲン系ガスを形成している炭素や硫黄と酸素が結
合し、ハロゲン系ガスの分解をより容易、迅速に行なう
ことができる。そして、酸素の添加量は、体積比でハロ
ゲン系ガスの量に対して５〜２０％にする。酸素の添加
量が５％より少ないと、酸素による引き抜き効果やトラ
ップ効果が充分に得られない。また、２０％より多くな
ると、引き抜き効果やトラップ効果が飽和するため、反
応に寄与しない無駄な酸素が多くなる。

【００２４】上記のハロゲンケイガスの処理方法を実施
するための処理装置は、ハロゲン系ガスの排出源に接続
され、前記ハロゲン系ガスが導入される放電部と、この
放電部に水素ガスまたは水素を含んだハロゲン化物以外
の化合物の気体を供給する反応物供給部と、前記放電部
における放電により生成したフッ化水素を捕獲する生成
物捕集部とを有することを特徴としている。

【００２５】そして、装置の簡素化とランニングコスト
の低減を図るため、放電部は大気圧放電を発生させるよ
うにする。また、放電部と生成物捕集部とを交互に、か
つ直列に接続することにより、各放電部において生成し
たフッ化水素をその都度除去でき、ハロゲン系ガスの分
解効率を高めることができる。さらに、放電部と生成物
捕集部とを接続するガス流路を蛇行させると、装置をコ
ンパクトにすることができる。そして、ハロゲン系ガス
の分解を容易にするため、放電部に、ハロゲン系ガスに
紫外線を照射する紫外線源や放電電極を加熱する加熱源
を設けたり、混合ガスに希ガスを添加する希ガス供給部
を接続することができる。また、ハロゲン系ガスの分解
を促進するために、放電電極をシリコンや酸化シリコン
によって形成したり、放電部に酸素ガスを供給する酸素
供給部を設けることができる。

【００２６】また、本発明に係るハロゲン系ガスの処理
装置は、ハロゲン系ガスの排出源に接続され、前記ハロ
ゲン系ガスが導入される反応室と、この反応室に水素ガ
スまたは水素を含んだハロゲン化物以外の化合物の気体
を供給する反応物供給部と、前記反応室内のガスを加熱
してフッ化水素を生成させる加熱部と、前記反応室にお
いて生成されたフッ化水素を捕獲する生成物捕集部とを
有することを特徴としている。この場合においても、反
応室に酸素ガスを供給する酸素供給部を設けることがで
きる。

【００２７】そして、いずれの処理装置においても、反
応物供給部を水蒸気発生器によって構成することができ
る。さらに、生成物捕集部は、フッ化水素ガスを水中に
通すバブリング器であってよい。

【００２８】また、本発明に係る反応処理装置は、チャ
ンバ内に被処理材を配置するとともにハロゲン系ガスを
導入し、ハロゲン系ガスを介して放電させて活性種を生
成して前記被処理材と反応させる反応処理装置であっ
て、前記チャンバの排気側に請求項１０ないし２３のい
ずれかに記載したハロゲン系ガスの処理装置が設けてあ
ることを特徴としている。これにより、地球温暖化物質
であるハロゲン系ガスを用いてエッチングなどの反応処
理をしたとしても、ハロゲン系ガスの排出を避けること
ができる。また、反応処理を行なうチャンバを複数設
け、これらのチャンバを配管を介してハロゲン系ガス処
理装置に接続することにより、複数の場所で発生したハ
ロゲン系ガスの処理を１箇所に集中して行なうことがで
き、管理などが容易となる。そして、このエッチング装
置を用いてメモリなどの半導体装置を製作することによ
り、地球温暖化物質の排出を伴わずに半導体装置の製造
が可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明に係るハロゲン系ガスの処
理方法、処理装置およびエッチング装置並びに半導体装
置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説
明する。

【００３０】図１は、本発明の第１実施の形態に係るハ
ロゲン系ガスの処理装置の説明図である。

【００３１】図１において、ガス処理装置１０は、ハロ
ゲン系ガス（この実施形態においては四フッ化炭素ガ
ス）を排出するドライエッチング装置などのガス排出源
１２に接続した放電部１４を備えている。放電部１４
は、チャンバ１６内に放電電極１８、２０が対向配置し
てあって、これらの電極１８、２０が高周波電源２２に
接続してある。また、放電部１４は、処理ガス導入側に
反応物供給部である水蒸気発生器２４が接続してあり、
大気圧またはその近傍の圧力下にある四フッ化炭素ガス
とともに、水素を含む化合物の気体である水蒸気（Ｈ₂
Ｏ）を放電電極１８、２０間に導入できるようになって
いる。そして、放電部１４の排出側は、生成物捕集部と
なっているバブリング器２６に接続してあって、バブリ
ング器２６内の冷い水２８中に放電部１４から排出され
たガスを放出できるようにしてある。

【００３２】このように構成した第１実施の形態に係る
ガス処理装置１０の作用は、次のとおりである。

【００３３】高周波電源２２により例えば周波数１３．
５６ＭＨｚの高周波電圧を放電部１４の放電電極１８、
２０間に印加するとともに、これらの電極１８、２０間
にガス排出源１２から排出された四フッ化炭素ガス（Ｃ
Ｆ₄）と、水蒸気発生器２４からの水蒸気とを供給し、
四フッ化炭素ガスと水蒸気との混合ガスを介して大気圧
下における気体放電を発生させる。なお、チャンバ１６
内は、水蒸気の凝縮を防止するとともに、四フッ化炭素
ガスの分解を促進するため、１００℃以上に保持するこ
とが望ましい。

【００３４】これにより、四フッ化炭素ガスは、放電電
極１８、２０から放出された電子（ｅ）により、

【００３５】

【化１】ＣＦ₄＋ｅ→ＣＦ₃＋Ｆ＋ｅのように分解し、活性なフッ素（Ｆ）を生ずる。そし
て、解離したフッ素は、水蒸気と次のごとく反応してフ
ッ化水素を生ずる。

【００３６】

【化２】ＣＦ₃＋Ｆ＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＦ₃＋ＨＦ＋Ｈ₃Ｏ＋Ｏあるいは、

【００３７】

【化３】ＣＦ₃＋Ｆ＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＦ₃＋ＨＦ＋Ｈ₂Ｏ＋ＯＨまた、いわゆるＯによるＦの引き抜き効果により、

【００３８】

【化４】ＣＦ₃＋ＨＦ＋Ｈ₃Ｏ＋Ｏ→ＣＯＦ₂＋２ＨＦ＋Ｈ₂Ｏとなってさらにフッ化水素ガスが増加し、さらにＯによ
るＣのトラップ効果により、

【００３９】

【化５】ＣＯＦ₂＋２ＨＦ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋４ＨＦとなる。

【００４０】すなわち、放電ガス中に水が含まれること
により、四フッ化炭素から解離したフッ素が水と反応し
てフッ素と炭素（Ｃ）との再結合が防止され、フッ化水
素を効率よく生成することができる。しかも、上記の反
応は、放電部１４における放電電極１８、２０間の全体
にわたって行なわれるため、四フッ化炭素を高効率で容
易、迅速に分解することができる。また、大気圧放電で
あるため、真空放電よりガスの密度が大きいため、容易
に反応が生じるとともに活性なガスの存在時間が長くな
り、大きな反応速度を得ることができる。そして、大気
圧下における放電によって四フッ化炭素ガスを分解する
ことができるため、真空容器や真空ポンプなどの高価な
装置を必要とせず、また高温に加熱する必要もないた
め、簡易な設備によりランニングコストも安く、安価に
四フッ化炭素ガスを分解することができる。

【００４１】上記のごとくして放電部１４において生成
されたフッ化水素ガスと二酸化炭素ガスとは、バブリン
グ器２６の水２８中に放出される。水２８中にバブリン
グされたガスは、フッ化水素が水２８に溶解されて捕集
され、二酸化炭素ガスのみが通過する。これを大気中に
放出したり、活性炭などを有する吸着装置に送って捕集
する。

【００４２】なお、前記実施の形態においては、四フッ
化炭素ガスに水蒸気のみを添加した場合について説明し
たが、放電部１４に酸素ガスボンベなどの酸素供給部を
接続し、水蒸気とともに酸素ガス（Ｏ₂）を添加し、酸
素によるフッ素の引き抜き効果、炭素のトラップ効果を
高めてもよい。酸素ガスの添加量は、体積比で四フッ化
炭素ガスの量に対して５〜２０％が望ましい。５％より
少ないと、酸素ガスによるフッ素の引き抜き効果、炭素
のトラップ効果をあまり得られない。また、酸素ガスの
添加量が２０％を超えると、酸素ガスを加えたことによ
る効果が飽和してくる。

【００４３】また、前記実施の形態においては、四フッ
化炭素ガスとともに水蒸気を放電部１４に供給する場合
について説明したが、水蒸気に代えて水素ガス（Ｈ₂）
を供給するようにしてもよいし、メチルアルコールやエ
チルアルコールなどのアルコール類や、メタンやエタ
ン、さらにはアセトンやベンゼン、ヘキサンなどのフッ
化物以外の酸素を含む化合物を供給するようにしてもよ
い。また、水素ガスや水素を含む化合物とともに酸素ガ
スを供給するようにしてもよい。特に、酸素を含まない
水素ガスやメタンなどの炭化水素とともに酸素ガスを添
加するれば、酸素によるフッ素の引き抜き効果、炭素の
トラップ効果が得られてより効率的に四フッ化炭素の分
解が可能であるとともに、分解した炭素が放電部１４の
チャンバ１６内に堆積するのを防ぐことができる。

【００４４】そして、上記の各種のガスに加えてヘリウ
ムガスやアルゴンガスなどの希ガスを添加してもよい。
希ガスは、低いエネルギーで容易に放電するため、放電
しにくいハロゲン系ガスであっても放電させることがで
きる、ハロゲン系ガスの分解処理を容易に行なうことが
できる。さらに、放電電極１８、２０をケイ素（Ｓｉ）
や酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）によって形成すると、解離し
たフッ素が電極を構成しているケイ素と反応して揮発性
の四フッ化ケイ素を生成するため、四フッ化炭素の分解
処理をより効率よく行なうことができる。また、前記実
施の形態においては、大気圧下による気体放電である場
合について説明したが、減圧（真空）下における気体放
電であってもよい。そして、前記実施の形態において
は、四フッ化炭素ガスを分解処理する場合について説明
したが、六フッ化硫黄ガスなど他のハロゲン系ガスも同
様に分解処理することができる。

【００４５】図２は、第２実施の形態に係るハロゲン系
ガスの処理装置の説明図である。この第２実施の形態に
係るガス処理装置３０は、放電部１４の排出側に接続し
た生成物捕集部を、第１実施形態のバブリング器２８に
代えて吸着器３２にしたものであって、湿式によらず乾
式でフッ化水素ガスの処理をするようにあいたものであ
る。この第２実施の形態においても、前記と同様の効果
を得ることができる。

【００４６】なお、フッ化水素は、沸点が約１９．５℃
であるところから、放電部１４から排出されたガスを冷
却してフッ化水素を凝縮させて捕集するようにしてもよ
い。

【００４７】図３は、放電部への水蒸気の供給方法の他
の実施形態を示したものである。この実施の形態は、放
電部１４にガスの流れの方向に沿って複数の供給孔を形
成し、これらの供給孔から水蒸気発生器２４で発生させ
た水蒸気を供給するようにしたものである。

【００４８】図４は、さらに他の水蒸気の供給方法を示
したものである。この実施形態においては、高周波電源
２２に接続した下側の放電電極２０が水によって形成し
てある。すなわち、放電電極２０は、水槽３４内に水３
６が入れてあり、この水３６の中に高周波電源２２に接
続した白金などのフッ化水素酸に侵されない金属板３８
が配置してある。

【００４９】このように形成した本実施の形態において
は、水３６から立ち上る水蒸気４０と四フッ化炭素ガス
から解離したフッ素とが反応してフッ化水素が生成さ
れ、水槽３４内の水３６に溶解し、水３６がフッ化水素
酸になる。そして、フッ化水素酸の濃度が所定の濃度に
達したならば、水３６を交換する。このように構成する
ことにより、バブリング器などの捕集装置を省略するこ
とができる。なを、水槽３４に常時水を供給して水３６
が常に入れ替わるようにしてもよい。

【００５０】図５は、第３実施の形態に係るガス処理装
置の説明図である。図５において、本図に図示しないガ
ス排出源１２から排出された四フッ化炭素ガスは、管路
４２によりバブリング器４４内の水４６中に放出される
ようになっている。また、バブリング器４４には、水４
６の上方に開口している第１処理管路４８が接続してあ
って、水蒸気を含んだ四フッ化炭素ガスを水５２が貯溜
してある捕集水槽５０に導くようにしてある。

【００５１】第１処理管路４８は、途中に放電部を構成
している放電電極５４、５６が設けてあって、内部を流
れる四フッ化炭素ガスに高周波電圧を印加して分解でき
るようにしてある。また、第１処理管路４８の先端部
は、捕集水槽５０の水中において上向きに開口してい
る。そして、第１処理管路４８の先端開口の上部には、
第２処理管路５８の一端に設けたスカート状の気体捕集
器６０が配置してあって、第１処理管路４８から放出さ
れて水蒸気を含んだ四フッ化炭素ガスを第２処理管路５
８に導けるようにしてある。

【００５２】第２処理管路５８は、第１処理管路４８と
同様に、先端が捕集水槽５０の水中において上向きに開
口しているとともに、中間部に放電部である放電電極６
２、６４が設けてあって、内部を通る四フッ化炭素ガス
を分解できるようにしてある。また、第２処理管路５８
から放出されたガスは、第３処理管路６６に設けた気体
捕集器６８に捕集され、第３処理管路６６に流入するよ
うになっている。そして、第３処理管路６６は、第２処
理管路５８と同様に構成してある。以下、同様の処理管
路が必要な数だけ設けてある。

【００５３】このように構成した第３実施の形態におい
ては、各処理管路４８、５８、６６、……に設けた放電
電極５４、５６間、６２、６４間、……に高周波電圧を
印加して各処理管路を流れる四フッ化炭素ガスを分解し
て水蒸気と反応させ、フッ化水素ガスを生成する。そし
て、各処理管路４８、５８、６６、……において生成さ
れたフッ化水素ガスは、捕集水槽５０内の水５２中に放
出されると水５２に溶解し、水５２をフッ化水素酸にす
る。また、下流側の処理管路に導入される際に水蒸気が
補充され、次の放電部におけるフッ化水素の生成を容易
にする。

【００５４】この実施の形態においては、複数の放電部
と複数のフッ化水素の捕集部とを交互に、かつ直列に接
続したような構成となっているため、四フッ化炭素ガス
の分解効率をさらに高めることができる。すなわち、反
応生成物であるフッ化水素ガスを除去しない場合、処理
管路の下流側に行くほど処理管路を流れる処理ガス中の
フッ化水素ガスの濃度が上昇し、放電による反応を阻害
するため、図６の破線に示したように分解効率が低下
し、完全に分解することが困難となる。これに対して第
３実施の形態のように各放電部により生成したフッ化水
素ガスをその都度除去するようにすると、フッ化水素ガ
スによる反応の阻害を防止できるため、図６の実線に示
したように、四フッ化炭素ガスの完全な分解が容易に可
能となる。

【００５５】図７は、第３実施の形態の変形例を示した
ものである。この変形例においては、放電電極５４、５
６を設けた第１処理管路４８が第１バブリング器２６ａ
に接続してあって、第１バブリング器２６ａの水２８中
に処理したガスを放出するようになて入る。そして、第
１バブリング器２６ａと第２バブリング器２６ｂとは、
第２処理管路５８によって接続しあって、第１バブリン
グ器２６ａを通過して第２処理管路５８内で処理された
ガスを第２バブリング器２６ｂの水２８中に放出するよ
うになっている。以下、同様にして必要な数だけ処理管
路とバブリング器とが交互に、かつ直列に接続してあ
る。このため、第３実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。

【００５６】図８は、第４実施の形態を示す斜視図であ
る。この第４実施形態においては、図８（１）に示した
ように、複数のガス流路７０ａ〜７０ｅが平行に配設し
てある。また、各ガス流路７０ａ〜７０ｅの端部には、
捕集部７２ａ〜７２ｄが設けてある。そして、捕集部７
２（７０ａ〜７０ｅ）は、図８（２）に示したように、
バブリング器を構成していて、上流側のガス流路の末端
部が水中に開口しており、下流側のガス流路の始端部が
水の上方に開口している。さらに、各ガス流路７０ａ〜
７０ｅの上下部には、各ガス流路を横断するように放電
電極７４、７６が設けてあって、各ガス流路を流れる四
フッ化炭素ガスを放電により分解し、水蒸気と反応させ
てフッ化水素ガスを生成できるようにしてある。この第
４実施形態においても第３実施形態と同様の効果を得る
ことができる。しかも、ガス流路が蛇行して配設してい
るため、装置をコンパクトにすることができる。

【００５７】図９〜図１２は、放電部の他の実施形態を
示したものである。図９に示した放電部８０は、平行配
置した一対の絶縁板８２、８４の対向面のそれぞれに放
電電極８６ａ、８６ｂと、放電電極８８ａ、８８ｂとが
適宜の間隔をおいて配設してある。そして、放電電極８
６ａ、８６ｂが高周波電源９０に接続してあり、放電電
極８８ａ、８８ｂが高周波電源９２に接続してあって、
斜線に示した放電領域９４、９６において沿面放電を生
ずるようになっている。このように形成した実施の形態
においては、放電しずらい四フッ化炭素ガスや六フッ化
硫黄ガスなどであっても、電極８６ａ、８６ｂ間または
電極８８ａ、８８ｂ間に１ｋＶ程度の電圧を印加するこ
とにより、容易に沿面放電を発生させることができ、ハ
ロゲン系ガスの分解をすることができる。

【００５８】なお、図９においては、一対の絶縁板８
２、８４を平行配置した場合について説明したが、絶縁
体を円筒状に形成し、一対のリング状電極を適宜の間隔
をおいて配置して沿面放電を発生させてもよい。

【００５９】図１０に示した実施形態は、一対の金属電
極１１０、１１２が高周波電源１１４に接続してある。
また、各金属電極１１０、１１２の対向面には、誘電体
１１６、１１８が取り付けてあって、誘電体１１６、１
１８間にコロナ放電１２０を発生させるようにしてあ
る。そして、処理ガスをコロナ放電内を通すことにより
分解し、フッ化水素を生成する。

【００６０】図１１の実施形態は、放電電極１８、２０
の背面にヒータ（加熱源）１２２、１２４が設けてあ
り、放電電極１８、２０を加熱できるようにしてある。
このように構成して放電電極１８、２０を加熱すれば、
放電電極１８、２０から熱電子が放出されるため、四フ
ッ化炭素ガスに衝突する電子数が多くなり、四フッ化炭
素ガスの分解をより容易に、かつ迅速に行なうことがで
きる。なお、加熱源は、ヒータ１２２、１２４に代えて
赤外線ランプなどであってもよい。

【００６１】図１２に示した実施の形態は、放電電極１
８、２０の側方に紫外線ランプ（紫外線源）１２６が設
けてあって、放電電極１８、２０間の処理ガスに紫外線
１２８を照射できるようにしてある。このように、処理
ガスに紫外線１２８を照射すると、紫外線１２８のエネ
ルギーによって四フッ化炭素ガスの一部が分解するた
め、放電しにくい四フッ化炭素ガスの放電が容易となっ
て分解処理を容易に行なうことができる。また、紫外線
１２８が放電電極１８、２０に当たると、放電電極１
８、２０が加熱されるため、熱電子が放出され、四フッ
化炭素ガスの分解が促進される。

【００６２】図１３は、第５実施の形態を示したもので
ある。この実施の形態は、四フッ化炭素ガスと水蒸気と
の混合ガスが導入される反応炉（反応室）１３０を備え
ている。反応炉１３０には、混合ガスを所定の温度に加
熱するための加熱部であるヒータ１３２が設けてあっ
て、四フッ化炭素ガスを加熱分解できるようになってい
る。

【００６３】このように構成した第５実施の形態におい
ては、反応室１３０に導入された四フッ化炭素ガスと水
蒸気とは、四フッ化炭素ガスと水蒸気とが反応する温度
以上に加熱される。これにより、四フッ化炭素ガスと水
蒸気とが反応してフッ化水素ガスと二酸化炭素ガスとが
生成される。そして、生成されたフッ化水素ガスは、バ
ブリング器２６などによって捕集される。この実施の形
態においても、反応炉１３０の内部全体において反応が
行なわれるため、効率よく四フッ化炭素ガスを分解する
ことができる。

【００６４】なお、この実施の形態においても、水蒸気
に代えて水素ガスやアルコール類などを添加してもよい
し、これらの気体に加えて酸素ガスを添加してもよい。
さらに、反応炉１３０内の混合ガスに紫外線を照射した
り、反応炉１３の内壁をケイ素または酸化ケイ素によっ
て構成することにより、分解効率をより高めることがで
きる。

【００６５】図１４は、第６実施の形態に係る反応処理
装置の概略構成図である。

【００６６】図１４において、反応処理装置１４０は、
真空容器（チャンバ）内に放電電極が配設された反応処
理部であるエッチング部１４２を有しており、このエッ
チング部１４２にシリコン半導体基板（図示せず）が配
置されるとともに、反応ガスである四フッ化炭素ガスが
導入されるようになっている。そして、エッチング部１
４２には、真空ポンプ１４４が接続してあって、エッチ
ング部１４２の内部を所定の圧力に減圧できるようにし
てある。

【００６７】真空ポンプ１４４の吐出側には、反応処理
によって生じた四フッ化ケイ素を捕集するＳｉＦ₄除去
装置１４６が接続してあって、真空ポンプ１４４から排
出されたガスから四フッ化ケイ素を除去できるようにし
てある。また、ＳｉＦ₄除去装置１４６の出側には、図
１に示した放電部１４が設けてあり、ＳｉＦ₄除去装置
を通過したガスが放電部１４に流入するようにしてあ
る。この放電部１４には、ガス流入側に水蒸気発生器２
４が接続してあるとともに、ガス流出側に図１に示した
バブリング器２６が接続してある。

【００６８】このように構成した第６実施の形態に係る
反応処理装置１４０は、エッチング部１４２を真空ポン
プ１４４によって所定の圧力に減圧するとともに、エッ
チング部１４２に四フッ化炭素ガスを導入して放電し、
放電により生じたフッ素の活性種によりシリコン半導体
基板のエッチングを行なう。エッチングに寄与しなかっ
た四フッ化炭素ガスは、エッチングにより生じた四フッ
化ケイ素ガスとともに真空ポンプ１４４により吸引さ
れ、ＳｉＦ₄除去装置１４６に送られる。そして、Ｓｉ
Ｆ₄除去装置１４６を通過した四フッ化炭素ガスは、蒸
気発生器２４からの水蒸気とともに放電部１４に導入さ
れ、前記したように水蒸気と反応してフッ化水素と二酸
化炭素とになってバブリング器２６に送られる。

【００６９】このように実施の形態に係る反応処理装置
１４０においては、四フッ化炭素を分解するようになっ
ているため、オゾン層の破壊や地球を温暖化させる物質
の排出を避けることができる。また、この反応処理装置
１４０によってメモリや液晶表示装置の駆動回路などの
半導体装置を製作することにより、地球温暖化物質の排
出を伴わずに半導体装置の製造が可能となる。

【００７０】図１５は、第７実施の形態に係る反応処理
装置の説明図である。この実施形態に係る反応処理装置
１５０は、複数の反応処理部１５２ａ〜１５２ｎが設け
てある。これらの反応処理部１５２ａ〜１５２ｎは、ハ
ロゲン系ガスを導入して減圧下または大気圧下で放電さ
せ、半導体基板などの被処理材をエッチングなどの反応
処理をするチャンバを有しており、配管１５４を介して
前記したようなハロゲン系ガス分解処理装置１５６に接
続してある。そして、各反応処理部１５２ａ〜１５２ｎ
から排出されたガスは、ハロゲン系ガス分解処理装置１
５６に導入され、ハロゲン系ガスを分解して除去するよ
うになっている。

【００７１】このように構成した第７実施の形態におい
ては、第６実施の形態と同様の効果が得られるととも
に、複数箇所から排出されたハロゲン系ガスを配管１５
４によって１つのハロゲン系ガス処理装置１５６に集め
て分解処理するようになっているため、管理が容易とな
る。

【００７２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、四フッ化炭素ガスや六フッ化硫黄ガスなどのハロゲ
ン系ガスが放電部において活性化されて活性なハロゲン
が遊離し、これがハロゲン系ガスとともに放電部に導入
された水素ガスまたは水素を含む化合物の水素と結合
し、ハロゲン化水素が生成される。このため、遊離した
ハロゲンが再び炭素や硫黄などと再結合するのを防ぐこ
とができ、高効率でハロゲン系ガスの分解とハロゲン化
水素を生成することができる。しかも、ハロゲン化水素
の生成は、放電領域のほぼ全域において行なわれるた
め、ハロゲン化ガスの分解を高速で行なうことができ
る。従って、生成されたハロゲン化水素を吸着や凝縮、
溶媒に溶解させるなどして捕集することにより、効率よ
く安価に分解処理することができる。

【００７３】また、本発明によれば、ハロゲン系ガスと
水素ガスまたは水素を含む化合物の気体との混合ガスを
加熱することにより、加熱分解されたハロゲンが水素ガ
スまたは水素を含む化合物中の水素と結合してハロゲン
化水素を生成し、ハロゲンの炭素や硫黄との再結合が防
止されるため、高効率でハロゲン系ガスの分解とハロゲ
ン化水素の生成を行なうことができ、ハロゲン系ガスの
分解処理を高効率で安価に行なうことができる。

【００７４】そして、本発明の反応処理装置によれば、
ハロゲン系ガスを分解するようになっているため、オゾ
ン層の破壊や地球を温暖化させる物質の排出を避けるこ
とができ、地球温暖化物質の排出を伴わずに半導体装置
の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係るハロゲン系ガス
の処理装置の説明図である。

【図２】本発明の第２実施の形態に係るハロゲン系ガス
の処理装置の説明図である。

【図３】放電部への水蒸気の供給方法の他の実施形態を
示す図である。

【図４】放電部への水蒸気の供給方法のさらに他の実施
形態を示す図である。

【図５】第３実施の形態に係るガス処理装置の説明図で
ある。

【図６】放電回数と四フッ化炭素ガスの分解率との関係
を示す図である。

【図７】第３実施の形態の変形例を示す図である。

【図８】第４実施の形態を示す斜視図である。

【図９】放電部の他の実施形態を示す図である。

【図１０】放電部の他の実施形態を示す図である。

【図１１】放電部の他の実施形態を示す図である。

【図１２】放電部の他の実施形態を示す図である。

【図１３】第５実施の形態を示す図である。

【図１４】第６実施の形態に係る反応処理装置の概略構
成図である。

【図１５】第７実施の形態の説明図である。

【図１６】従来のハロゲン系ガスの処理方法の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０、３０ガス処理装置１２ガス排出源１４放電部２２高周波電源２４反応物供給部（水蒸気発生器）２６生成物捕集部（バブリング器）２８水３２反応物捕集部（吸着器）３６水５０捕集水槽５４、５６放電電極６２、６４放電電極７０ａ〜７０ｅガス流路７２ａ〜７２ｄ捕集部１２２、１２４加熱源（ヒータ）１２６紫外線源（紫外線ランプ）１３０反応室（反応炉）１３２加熱源（ヒータ）１４０反応処理装置１４２反応処理部（エッチング部）１５０反応処理装置１５２ａ〜１５２ｎ反応処理部１５４配管１５６ハロゲン系ガス分解処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハロゲン系ガスと、水素ガスまたは水素
原子を含むハロゲン化物以外の化合物の気体とを混合
し、この混合ガスを放電部を通過させてハロゲン化水素
を生成したのち、ハロゲン化水素を捕集することを特徴
とするハロゲン系ガスの処理方法。
【請求項２】前記放電部は、大気圧またはその近傍の
圧力下にある前記混合ガスを介して行なう気体放電であ
ることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン系ガスの
処理方法。
【請求項３】前記混合ガスに希ガスを添加して気体放
電を発生させることを特徴とする請求項２に記載のハロ
ゲン系ガスの処理方法。
【請求項４】前記気体放電は、前記混合ガスに紫外線
を照射しつつ行なうことを特徴とする請求項２または３
に記載のハロゲン系ガスの処理方法。
【請求項５】前記気体放電は、放電電極を加熱して行
なうことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記
載のハロゲン系ガスの処理方法。
【請求項６】ハロゲン系ガスと、水素ガスまたは水素
原子を含むハロゲン化物以外の化合物の気体とを混合
し、この混合ガスを加熱してハロゲン化水素を生成した
のち、ハロゲン化水素を捕集することを特徴とするハロ
ゲン系ガスの処理方法。
【請求項７】前記水素を含む化合物の気体は、水蒸気
であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに
記載のハロゲン系ガスの処理方法。
【請求項８】前記混合ガスに酸素ガスを添加すること
を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のハロ
ゲン系ガスの処理方法。
【請求項９】前記酸素ガスの添加量は、体積比で前記
ハロゲン系ガスの量に対して５〜２０％であることを特
徴とする請求項８に記載のハロゲン系ガスの処理方法。
【請求項１０】ハロゲン系ガスの排出源に接続され、
前記ハロゲン系ガスが導入される放電部と、この放電部
に水素ガスまたは水素を含んだハロゲン化物以外の化合
物の気体を供給する反応物供給部と、前記放電部におけ
る放電により生成したフッ化水素を捕獲する生成物捕集
部とを有することを特徴とするハロゲン系ガスの処理装
置。
【請求項１１】前記放電部は、大気圧またはその近傍
の圧力下にある前記ハロゲン系ガスと、水素ガスまたは
水素を含んだハロゲン化物以外の化合物の気体との混合
ガスを介して気体放電を発生することを特徴とする請求
項１０に記載のハロゲン系ガスの処理装置。
【請求項１２】前記放電部と前記生成物捕集部とは複
数設けられ、これらがガス流路を介して交互に、かつ直
列に接続してあることを特徴とする請求項１０または１
１に記載のハロゲン系ガスの処理装置。
【請求項１３】前記ガス流路は、蛇行させてあること
を特徴とする請求項１２に記載のハロゲン系ガスの処理
装置。
【請求項１４】前記放電部は、導入された前記ハロゲ
ン系ガスに紫外線を照射する紫外線源を有していること
を特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の
ハロゲン系ガスの処理装置。
【請求項１５】前記放電部は、放電電極を加熱する加
熱源を有していることを特徴とする請求項１１ないし１
３のいずれかに記載のハロゲン系ガスの処理装置。
【請求項１６】前記放電部には、放電部に希ガスを供
給する希ガス供給部が接続してあることを特徴とする請
求項１１ないし１５のいずれかに記載のハロゲン系ガス
の処理装置。
【請求項１７】前記放電部は、少なくとも放電電極の
面がシリコンまたは酸化シリコンからなることを特徴と
する請求項１０ないし１６のいずれかに記載のハロゲン
系ガスの処理装置。
【請求項１８】前記放電部は、放電電極が上下に対向
配置され、下側の放電電極が水からなることを特徴とす
る請求項１１ないし１６のいずれかに記載のハロゲン系
ガスの処理装置。
【請求項１９】前記放電部には、放電部に酸素ガスを
供給する酸素供給部が接続してあることを特徴とする請
求項１０ないし１８のいずれかに記載のハロゲン系ガス
の処理装置。
【請求項２０】ハロゲン系ガスの排出源に接続され、
前記ハロゲン系ガスが導入される反応室と、この反応室
に水素ガスまたは水素を含んだハロゲン化物以外の化合
物の気体を供給する反応物供給部と、前記反応室内のガ
スを加熱してフッ化水素を生成させる加熱部と、前記反
応室において生成されたフッ化水素を捕獲する生成物捕
集部とを有することを特徴とするハロゲン系ガスの処理
装置。
【請求項２１】前記反応室には、反応室に酸素ガスを
供給する酸素供給部が接続してあることを特徴とする請
求項２０に記載のハロゲン系ガスの処理装置。
【請求項２２】前記反応物供給部は、前記放電部に水
蒸気を供給する水蒸気発生器でることを特徴とする請求
項１０ないし２１いずれかに記載のハロゲン系ガスの処
理装置。
【請求項２３】前記生成物捕集部は、前記フッ化水素
を含んだガスを水中に放出するバブリング器であること
を特徴とする請求項１０ないし２２のいずれかに記載の
ハロゲン系ガスの処理装置。
【請求項２４】チャンバ内に被処理材を配置するとと
もにハロゲン系ガスを導入し、ハロゲン系ガスを介して
放電させて活性種を生成して前記被処理材と反応させる
反応処理装置であって、前記チャンバの排気側に請求項
１０ないし２３のいずれかに記載したハロゲン系ガスの
処理装置が設けてあることを特徴とする反応処理装置。
【請求項２５】前記被処理材と前記活性種とを反応さ
せる前記チャンバが複数設けてあるとともに、各チャン
バと前記ハロゲン系ガスの処理装置とを配管を介して接
続したことを特徴とする請求項２４に記載の反応処理装
置。
【請求項２６】請求項２４または２５に記載の反応処
理装置を用いてエッチング工程がなされていることを特
徴とする半導体装置。