JPH04277009A - フッ化窒素を用いたプラズマ処理に伴うフッ化窒素排ガスの除害装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フッ化窒素によるプラ
ズマ処理、例えば、半導体製造における薄膜形成工程後
のプラズマ・クリーニング処理やドライエッチング処理
などに伴うフッ化窒素排ガスの除害装置に関し、フッ化
窒素を処理の容易な状態に変換して効率良く除害できる
ものを提供する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体デバイス、太陽電池、感
光体ドラム等の製造に使用される薄膜形成用のプラズマ
ＣＶＤ装置では、ウエハー上にアモルファスＳｉ、ＷＳ
ｉ２、ＰＳＧ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などを薄膜形成す
る場合、ウエハー以外の装置内壁や治具類などにもこれ
らの成分が汚れとなって付着するので、装置内をＣＦ４
ガスやＮＦ３ガスでプラズマ・クリーニングしていた。 このうち、特に、ＮＦ３は、ＣＦ４に比べてカーボンに
よる汚染の問題がなく、また、カーボン・トラップのた
めに酸素を混合する必要もないうえ、エッチングレート
も大きく、１９８９年暮に化審法の数量制限が解除され
たことにより、クリーニングガスとしての有効性がきわ
めて高い。 また、このＮＦ３はエッチングレートが大きいことから
、クリーニングガス以外にも、例えば、ＬＳＩの製造な
どでドライエッチングの工程にも使用される。

【０００３】即ち、本発明の対象になるフッ化窒素によ
るプラズマ処理装置の基本構造は、チャンバーにガス供
給系及び排気系を設け、チャンバーにプラズマ放電装置
を臨ませ、排気系の流通下手側に排気ポンプを設け、ガ
ス供給系から供給したフッ化窒素をプラズマ放電装置で
プラズマ分解し、チャンバー内をプラズマ処理する形式
のものである。従来、例えば、Ｓｉ３Ｎ４の薄膜形成を
したプラズマＣＶＤ装置をＮＦ３でプラズマ・クリーニ
ングする場合には、上記基本構造のチャンバーがそのま
まＣＶＤチャンバーになり、ＣＶＤチャンバーにＮＦ３
ガスを導入してプラズマ放電装置でプラズマを発生させ
、生じたフッ素ラジカルなどの励起活性種がチャンバー
壁面などに付着した汚染物質のＳｉ３Ｎ４と反応してガ
ス状フッ化物を生成して、汚染を除去するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＮＦ３は環境汚染防止
の観点から除害する必要があり、例えばモノシラン用の
燃焼処理装置などで処理するケースなどがあるが、難分
解性のために効率的な除害処理は確立されていないのが
現状である。そして、上記従来技術では、チャンバー内
部の全域に亘りプラズマを発生させることは難しく、導
入したＮＦ３の１０％程度はプラズマにならなかったり
、プラズマ化された励起活性種同士が再結合してＮＦ３
を生成したりするので、チャンバーの排ガス中にはＮＦ
３が残留してくる虞れが大きく、排ガス処理に問題が残
る。

【０００５】一方、ＮＦ３のプラズマ化で生じたフッ素
ラジカルなどはきわめて活性が強く、排気ポンプに侵入
するとポンプを腐食する虞れが強いために、従来では排
気ポンプに至る排気系を長く設計していたので、プラズ
マ・クリーニング装置が大型化してしまう。本発明は、
排ガス中から難分解性のフッ化窒素を効率良く除害する
ことを技術的課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の手段を、実施例を示す図面により以下に説明する。即
ち、本発明は、上記基本構造のフッ化窒素を用いたプラ
ズマ処理装置において、排気系３のうちのチャンバー１
から排気ポンプ７に至る部位に除害用プラズマ放電装置
１２を介装し、除害用プラズマ放電装置１２は排気系３
のガス排出路８にフッ素成分に対して反応性を有するシ
リコン、チタン、ゲルマニウムなどの反応性電極１３を
臨ませて構成され、チャンバー１から排出されたフッ化
窒素排ガスを除害用プラズマ放電装置１２でプラズマ分
解するとともに、フッ化窒素に起因するフッ素成分を反
応性電極１３でトラップすることを特徴とするフッ化窒
素によるプラズマ処理に伴うフッ化窒素排ガスの除害装
置である。

【０００７】上記プラズマ処理とは、半導体製造などに
おける薄膜形成工程後のプラズマ・クリーニング処理、
又は、半導体製造の一工程であるプラズマによるドライ
エッチング処理などをいう。上記除害用プラズマ放電装
置１２は、ガス排出路８に臨んだ電極１３が排ガスに接
触可能になる形態のものをいい、例えばガス排出管の外
部に電極が遊嵌されたものなどは排除される。

【０００８】

【作用】ウエハー上にＳｉ３Ｎ４を薄膜形成処理したプ
ラズマＣＶＤ装置内をＮＦ３でプラズマ・クリーニング
する場合を例に採って説明する。即ち、ＣＶＤチャンバ
ー１にガス供給系２からＮＦ３ガスを導入してプラズマ
を発生させ、排気系３から排気ポンプ７で真空排気を行
った。この場合、排気系３に介装した除害用プラズマ放
電装置１２でＮＦ３排ガスをプラズマにするので、上記
チャンバー１でプラズマにならなかった未反応のＮＦ３
や、励起活性種同士が再結合して生じたＮＦ３が排ガス
中に混入されている場合でも、これを再びフッ素ラジカ
ルなどの励起活性種に分解する。さらに、除害用プラズ
マ放電装置１２の反応性電極１３がガス排出路８中に臨
むので、電極１３を構成するＳｉなどがこの励起活性種
と反応してフッ化物（例えば、ＳｉＦ４やＴｉＦ４など
）を生成し、除害処理の容易な状態にして排気系３から
排出する。因みに、ＳｉＦ４などのフッ化物は、半導体
製造装置（例えば、薄膜形成装置）の排気系の末端に装
備される既存のアルカリ・スクラバーで容易に除害でき
、特に、ＳｉＦ４はガス状で取り扱いが容易なうえ、水
酸化ナトリウム溶液などの湿式スクラバーやソーダライ
ムなどの乾式スクラバーで簡便に除害できる。

【０００９】

【発明の効果】（１）　　チャンバーから排出されるフ
ッ化窒素排ガスを除害用プラズマ放電装置で励起活性種
にプラズマ分解するとともに、ガス排出路に臨ませた反
応性電極でこの励起活性種をトラップして除害処理の容
易なフッ化物に変換できるので、従来から除害の困難で
あったフッ化窒素を簡便に除害できる。

【００１０】（２）　　除害用プラズマ放電装置により
生じたフッ素ラジカルなどは反応性電極でトラップされ
ることから、排気ポンプの直前に除害用プラズマ放電装
置を配置しても、従来のように、励起活性種が侵入して
排気ポンプが腐食する虞れはなくなる。この結果、排気
ポンプをチャンバーに接近させて排気系を短縮できるの
で、フッ化窒素排ガスの除害装置全体をコンパクトにま
とめられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１はフッ化窒素排ガスの除害装置の概略系統図
であり、当該除害装置はクリーニング処理が施されるプ
ラズマＣＶＤ装置を基本構造として構成される。即ち、
プラズマＣＶＤ装置はＣＶＤチャンバー１とガス供給系
２と排気系３から構成され、チャンバー１の入口１ａに
ガス供給系２を、チャンバー１の出口１ｂに排気系３を
各々接続し、ＣＶＤチャンバー１のチャンバー室４内に
陽極と冷陰極が上下に対向した二極放電型のプラズマ放
電装置１０を配置し、放電装置１０の電極５を高周波電
源６に接続する。上記ガス供給系２は、ガス供給路にＮ
Ｆ３ガス供給ボンベ２ａ、レギュレータ２ｂ及び流量計
２ｃなどを接続して構成され、必要に応じてヘリウム、
窒素などのイナートガスによる希釈ガス供給系が並設さ
れる。

【００１２】上記排気系３に排気ポンプ７をＣＶＤチャ
ンバー１に接近させて配置し、当該ポンプ７の流通上手
側に除害用プラズマ放電装置１２を介装するとともに、
ポンプ７の下流側に湿式のアルカリ・スクラバー１４（
これは、薄膜形成装置の排気系に装備される既存のもの
である）を配置する。上記除害用プラズマ放電装置１２
は、図１に示すように、陰極と陽極から成る少なくとも
一対の電極１３が排気系３のガス排出路８に直接臨んで
、ガス排出路８を流れるＮＦ３排ガスに接触可能に構成
されるとともに、両電極１３はフッ素に対して反応性を
有する多結晶Ｓｉの反応性電極で構成される。

【００１３】この場合、チャンバー１に配置されるプラ
ズマ放電装置１０は、上記二極放電型に限らず、熱電子
放電型、或は、磁場収束型など種々の形態を採り得るが
、排気系３に配置される除害用プラズマ放電装置１２は
、電極１３がガス排出路８に臨むタイプに限られる。 また、上記反応性電極１３は、フッ素成分と反応して揮
発性フッ化物を生成するチタン、ゲルマニウム、タング
ステン、モリブデン、炭素などでも良い。

【００１４】そこで、ウエハー上にＳｉ３Ｎ４の保護膜
を薄膜形成したプラズマＣＶＤ装置をプラズマ・クリー
ニングする場合を例に採って、本除害装置の機能を述べ
る。排気ポンプ７で排気しながら、チャンバー１のプラ
ズマ放電装置１０と排気系３の除害用プラズマ放電装置
１２を作動し、ガス供給系２からチャンバー１内にＮＦ
３を導入してプラズマを発生させ、フッ素ラジカルなど
の励起活性種でチャンバー１内に付着したＳｉ３Ｎ４の
汚染膜をガス状フッ化物（具体的には、ＳｉＦ４など）
に変換し、チャンバー１内をクリーニングする。

【００１５】この場合、クリーニング・チャンバー１か
ら排気系３に排出されたＮＦ３排ガス中には、チャンバ
ー１でプラズマ化されなかった未反応のＮＦ３や上記励
起活性種同士が再結合したＮＦ３が含有されるが、この
ＮＦ３は除害用プラズマ放電装置１２でプラズマになり
、当該除害用装置１２の多結晶Ｓｉ反応性電極１３と反
応して除害処理の容易なフッ化物（即ち、ＳｉＦ４）に
変換されたうえで、排気ポンプ７を経てアルカリ・スク
ラバー１４で除害され、大気に放出される。上述のよう
に、排気ポンプ７に悪影響を及ぼす励起活性種などは除
害用プラズマ放電装置１２で除害されるので、排気ポン
プ７の直前に除害用プラズマ放電装置１２を配置できる
。このため、チャンバー１と排気ポンプ７を結ぶ排気系
３を短縮でき、除害装置全体をコンパクトにまとめられ
る。

【００１６】尚、本実施例では、ＮＦ３プラズマ処理は
、薄膜製造終了後のプラズマＣＶＤ装置のプラズマ・ク
リーニング処理であるが、薄膜を加工するプラズマ・エ
ッチング処理であっても差し支えない。即ち、プラズマ
エッチングチャンバーの排気系に除害用プラズマ放電装
置を設け、エッチング・チャンバーからのＮＦ３排ガス
をこの除害用プラズマ放電装置でプラズマ分解するよう
にしても差し支えない。

【００１７】《試験例》本試験例では、上記実施例のプ
ラズマＣＶＤチャンバー１を用い、排気ポンプ７で排気
しながら当該プラズマ・チャンバー１に１００％ＮＦ３
ガスを流し、チャンバー１と除害用プラズマ放電装置１
２でプラズマ放電を継続して、排気ポンプ７の流通下手
側の排気系ポイントで排ガス中のＮＦ３濃度を測定した
。 また、比較例では、上記除害用プラズマ放電装置を付設
しない通常のプラズマＣＶＤ装置を用い、当該ＣＶＤ装
置にＮＦ３を流してチャンバーのみでプラズマ放電した
場合の排気系でのＮＦ３濃度を測定した。

【００１８】尚、反応条件は下記の通りであり、排気系
３のＮＦ３濃度はガスクロマトグラフで測定された。 　　　　ＣＶＤチャンバーの高周波電源周波数　　　　
　　　　　　１ＭＨｚ　　　　同チャンバーでの印加電
力　　　　　　　　　　　　　２００Ｗ／ｃｍ２　　　
　チャンバーの温度　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　４００℃　　　　除害用放電装置
の高周波電源周波数　　　　　　　　　　５０ＫＨｚ　
　　　同放電装置の印加電力　　　　　　　　　　　　
　　　１０００Ｗ／ｃｍ２　　　　ＮＦ３ガスの流量　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１０ＳＣＣＭ　　　　同ガス圧力　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．５
Ｔｏｒｒこの結果、ＮＦ３ガスを供給開始した後、０．
７５時間経過時点でのＮＦ３濃度は、比較例では１９０
０ｐｐｍであったが、本試験例ではＮＤであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】フッ化窒素排ガス除害装置の概略系統図である
。

【符号の説明】

１…チャンバー、　　　　　　　　　　　　　　　　２
…ガス供給系、３…排気系、　　　　　　　　　　　　
７…排気ポンプ、８…排気系のガス排出路、　　　　　
　１０…チャンバーのプラズマ放電装置、１２…除害用
プラズマ放電装置、　　１３…除害用プラズマ放電装置
の反応性電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　チャンバー（１）にガス供給系（２）
   及び排気系（３）を設け、チャンバー（１）にプラズマ
   放電装置（１０）を臨ませ、排気系（３）の流通下手側
   に排気ポンプ（７）を設け、ガス供給系（２）から供給
   したフッ化窒素をプラズマ放電装置（１０）でプラズマ
   分解し、チャンバー（１）内をプラズマ処理するフッ化
   窒素によるプラズマ処理装置において、排気系（３）の
   うちのチャンバー（１）から排気ポンプ（７）に至る部
   位に除害用プラズマ放電装置（１２）を介装し、除害用
   プラズマ放電装置（１２）は排気系（３）のガス排出路
   （８）にフッ素成分に対して反応性を有するシリコン、
   チタン、ゲルマニウムなどの反応性電極（１３）を臨ま
   せて構成され、チャンバー（１）から排出されたフッ化
   窒素排ガスを除害用プラズマ放電装置（１２）でプラズ
   マ分解するとともに、フッ化窒素に起因するフッ素成分
   を反応性電極（１３）でトラップすることを特徴とする
   フッ化窒素を用いたプラズマ処理に伴うフッ化窒素排ガ
   スの除害装置。