JPH11219936A - ガスプロセス装置およびガスプロセス装置の使用方法 - Google Patents
ガスプロセス装置およびガスプロセス装置の使用方法Info
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Abstract
ストで効率よく回収する。 【解決手段】 所定の処理に使用されるガスが導入され
る処理容器1と、この処理容器1からガスを排出する配
管系3と、この配管系3の途中に配置された冷却トラッ
プ7とこの配管系から退避させた冷却トラップ8とを交
換する交換手段17と、配管系3から退避させた冷却ト
ラップ8にトラップされているガスを離脱させて冷却ト
ラップを再生する再生手段18と、再生手段18によっ
て冷却トラップ8から離脱したガスを回収する回収手段
12とを有する。
Description
うプロセス全般或いはガスを利用して行う基板表面での
処理(薄膜の成膜、表面処理、エッチング、表面改質、
不純物添加、洗浄(表面に付着した不純物の除去)等を
行う装置および方法に関する。
チングを初めとしてCVD、表面改質、洗浄、不純物添
加など、半導体製造技術に多く使用されている。また、
それらのプロセスチャンバーのドライ洗浄、エキシマレ
ーザの励起チャンバや電子ビーム描画装置の鏡筒内部の
ドライ洗浄など、直接のウエハプロセスに使用する以外
の用途でも多くの応用がなされている。
かに、PFC(Per-Fluorocompounds )と呼ばれる地球
温暖化に影響を与えると考えられている安定なガスも多
く使用されている。PFCはCO2 に較べ、生産量、排
出量は少ないが、地球温暖化係数が極めて高いために相
対的な影響度は大きく、地球環境保護の観点からは大気
への放出を無くす必要がある。また、半導体製造に使用
される多くの有害ガスもそのまま大気へ放出され、酸性
雨や環境破壊の原因となる。最近は排出されたガスをゼ
オライトや活性炭に吸着させて除去する方式の除害装置
が使用されるようになったが、吸着剤の処理は焼却や埋
め立てであり、依然として長期的に環境に与える負荷は
大きいものがある。
案されている。例えば、除害装置を通した後の排気ガス
を一度ガスタンクに収容し、それをガスボンベへ移しか
えてガス精製工場へ輸送し、工場で精製再生する方式が
ある。また、インラインの回収技術として、分子レベル
の微細穴を持つメンブレンを使用して、PFCと窒素な
どの希釈ガスの分子の大きさの違いを利用してPFCを
分離し、選択的に回収する技術が提案されている。
システムとしての運用が必要であり、同一ガスが大量に
使用される場合以外はコスト的に見合わない。半導体デ
バイスの進歩とともにプロセスで使用されるガスは頻繁
に変更される。また、そこで使用されるガスの種類も極
めて多種にわたるのが現実である。
るために、メンブレンに供給するガスの圧力、希釈ガス
に対するPFCガスの濃度に制限が多く、各生産装置で
適宜ガスのオンオフを繰り返しながら大量の処理を行う
工場では、排気ガスの供給量は極めて不安定であるた
め、このようなシステムをインライン方式(多くの装置
の排気管を集めて直接その場で分離装置へ供給してい
く)で運用することはほとんど不可能である。
り、プラズマを用いて被処理基板の加工を行う装置の概
略構成等を示した説明図である。図8において、1はエ
ッチングチャンバであり、被処理基板であるSiウエハ
がサセプタ上に配置される。このチャンバ1内では反応
性ガスのプラズマが生成され、ウエハ表面のシリコン酸
化膜の加工が行われる。エッチングガスとして、ここで
はC4 F8 /CO/Arの混合ガスを使用するものとす
る。C4 F8 ガスはPFCのひとつとされており、今後
排出量が規制されていく可能性がある。しかし、半導体
の加工技術においては、C4 F8 ガスを始めとしたCF
4 、CHF3 などのCF(フロロカーボン)を含むガス
が必須である。したがって、本分野でその排出量を抑え
る努力が必要となる。
2から、それぞれのガスの流量や混合比を制御した混合
ガスが導入される。ガスはチャンバ1内に設けられた電
極に印加した高周波(rf)或いは外部のコイルやアン
テナから供給されるrfやマイクロ波などのエネルギで
放電を起こし、ガスのプラズマが生成される。このガス
プラズマで生成された活性種(反応性の高いF、CFx
など)がSiO2 膜表面へ供給され、同時にプラズマか
らウエハ表面を衝撃するイオンのエネルギを得て化学反
応が進行し、蒸気圧の高い反応生成物が形成されること
でエッチングが進行する。したがって、エッチングチャ
ンバからは、プラズマ中で分解されなかったガス、分解
されたFやCFx などのガス、分解したガスが反応して
生成されるCOFx 、Cx Fy などのガス、さらには被
エッチング膜と反応して生成されたSiFx (x=1〜
4)やCO2 などのエッチング生成物ガスが排出される
こととなる。
3に排出されたガスは、真空排気装置であるターボ分子
ポンプ(TMP)4とその下流に配置されたドライポン
プ5によって排気され、さらに除害装置13で有害な物
質が除去された後、工場内のダクトを通ってスクラバー
でさらに固形物などが除去され、大気中に放出されるこ
とになる。除害装置13では、活性で有害なFやCOF
x 、Cx Fy など、或いは有害なCOなどが吸着や燃焼
などの手段によって除害されるが、安定なC4F8 ガス
はそのまま通過して最終的に大気中へ放出されることに
なり、地球温暖化の一因となる。
のスクラバーを出たところ、すなわち、工場間の多くの
装置の排気をまとめたところに、メンブレンフィルター
や冷却トラップを設け、ガスを分離回収する。しかしな
がら、このような方式では、装置の稼働状況の変化で回
収システムに対する負荷が常に変動するため、回収の効
率を大幅に低下させることになる。また、各装置の排気
系、例えばドライポンプにはパージ用の窒素を大量に流
し、有害反応性ガスを希釈することでポンプの腐食や劣
化を抑制している。したがって、回収システムへ供給さ
れるガス中のCF系ガス濃度が0.2%未満にまで希釈
され、さらに回収の効率を低下させることになる。
置或いは方法では、チャンバ等から排出されるPFCガ
ス等を低コストで効率よく回収することが困難であっ
た。本発明は上記従来の問題を解決するためになされた
ものであり、チャンバ等の容器から排出されたガスを低
コストで効率よく回収することが可能な装置および方法
を提供することを目的としている。
ス装置は、所定の処理に使用されるガスが導入される処
理容器と、この処理容器からガスを排出する配管系と、
この配管系の途中に配置された冷却トラップとこの配管
系から退避させた冷却トラップとを交換する交換手段
と、前記配管系から退避させた冷却トラップにトラップ
されているガスを該冷却トラップから離脱させて該冷却
トラップを再生する再生手段と、この再生手段によって
冷却トラップから離脱したガスを回収する回収手段とを
有することを特徴とする。
途中に配置したので、例えばPFCガス等があまり希釈
されない段階でPFCガス等をトラップすることがで
き、低コストで効率よくPFCガス等を回収することが
できる。また、PFCガス等をトラップした冷却トラッ
プを退避させて再生させる一方、その代わりに再生され
た冷却トラップを配管系の途中に配置するので、効率よ
くガスのトラップおよび回収処理を行うことができる。
れた冷却トラップを通過したガスを処理容器に再導入す
る手段をさらに設けるようにしてもよい。このように、
再導入する手段を設けてガスの再利用をはかることによ
り、有害ガスの除去だけでなく、ガスのリサイクルが可
能となり、ガス製造や除害プロセスに伴う環境負担を大
幅に軽減することができる(有害ガスをゼオライトなど
の吸着剤に吸収させて除害を行う場合には、使用済みの
吸着剤の処理が必要であり、焼却や埋め立てなどいずれ
の方法を取るにしても、多大な環境負担を伴う。)。
制御することにより冷却トラップに吸着させるガス種ま
たは冷却トラップから離脱させるガス種を制御する温度
制御手段をさらに設けてもよい。
系、交換手段および再生手段によって構成される装置を
複数設け、各再生手段によって各冷却トラップから離脱
したガスを回収手段によって集中的に回収するようにし
てもよい。
いて、配管系の途中に配置された冷却トラップによって
配管系を流れるガスをトラップする処理と、配管系から
退避させた冷却トラップにトラップされているガスを再
生手段によって離脱させる処理とを並行して行うことが
好ましい。
並行して行うことにより、一方の冷却トラップでガスの
トラップを行っている(すなわち、処理容器内で所定の
処理を行っている)最中に、他方の冷却トラップの再生
を行うことができるので、トータルの処理時間をほとん
ど減少させずに所定の処理を行うことができる。
を参照して説明する。まず、本発明の第1の実施形態に
ついて、図1を参照して説明する。本実施形態は、プラ
ズマを用いて被処理基板の加工を行う装置に対して本発
明を適用したものであり、図8の従来例に対応したもの
である。
2、ガス排気系配管3、TMP4、ドライポンプ5、除
害装置13、その下流のダクト、スクラバー等について
は、図8に示した従来構成と同様である。
5の間に冷却トラップ機構6を配置している。この冷却
トラップ機構6内には、ガス排気系配管3の途中のトラ
ップ領域6aに配置した冷却トラップ7と、ガス排気系
配管3から退避領域6bに退避した冷却トラップ8とが
設けてあり、一方の冷却トラップ7が飽和状態になった
ときに、交換手段17により他方の冷却トラップ8と交
換するようになっている。配管3から分離された冷却ト
ラップは加熱再生手段18によってトラップされている
ガスを離脱させることにより再生される。以下、図1お
よび冷却トラップ機構の具体的な構成を示した図2を参
照して、さらに詳細に説明する。
流れるガスをトラップし、これと並行して冷却トラップ
8を再生している状況を示している。このとき、ゲート
バルブ30aは閉状態、ゲートバルブ30bは開状態と
なっており、またゲートバルブ31aおよび31bはい
ずれも開状態となっている。
面積を十分大きくするように冷却フィン7aおよび8a
が設けてあり、図2の例では冷却フィン7aが冷凍機コ
ンプレッサによって極低温まで冷却され、配管3を流れ
るガスをトラップする。
プにガスが大量に吸着されると冷却効率が低下し、また
万が一冷却トラップの温度が上昇した場合にはガス圧力
が上昇することになる。そのため、適当なタイミングで
冷却トラップ7と冷却トラップ8とを交換し、冷却トラ
ップの加熱再生(リジェネレーション)を行う。冷却ト
ラップの交換は、図示しない上下移動機構によって冷却
トラップ7および8を上下方向に移動させることで行
う。冷却トラップの交換時期は、一定の運転時間毎に行
ってもよいし、冷却トラップに吸着した吸着物の重量が
一定以上になったときに行うようにしてもよい。
チャンバ内ではエッチングプロセスが行われており、配
管3に配置された冷却トラップによって排出ガスのトラ
ップが行われる。したがって、再生処理自体はエッチン
グプロセス時間を律速することはなく、また時間をかけ
て再生処理を行うことができる。
8を加熱してトラップされているガスを離脱させること
によって行う。このときキャリアガス(パージガス)と
してキャリアガス配管10から窒素ガスを供給するよう
にしてもよい。窒素圧力は図1に示したコンプレッサー
9を使用して供給し、排ガス分離器11を最適な所定圧
力に保つ。再生中の冷却トラップからは大量にガスが発
生するため、その分圧が再生開始と同時に上昇する。冷
却トラップから発生するガスの分圧と排ガス分離器11
で必要な圧力の差をキャリアガスで補うことで、常に最
適なガス分離条件を維持することができる。排ガス分離
器で分離されたガスは、ガス回収用のシリンダー12に
封入され、ガス工場へ送られてリサイクルされる。
或いは再生中の冷却トラップへの熱伝導を制御する機構
を設け、温度調整を自在に行える機構を備えるようにし
てもよい。このような機構を設けることにより、所望の
ガス種を選択的にトラップしたり(逆に言うと、所望の
ガス種を選択的にトラップを通過させる)、所望のガス
種を選択的に離脱、回収させたりすることができる。
るため、図3に示す装置を用い、四重極質量分析装置
(QMS)14にトラップ機構6の前後(分析用ガスサ
ンプリング配管15、16)からガスサンプリングを行
い、ガス中の分子組成分析を行った。エッチングチャン
バには、C4 F8 、CO、Arをそれぞれ20SCC
M、300SCCM、380SCCM導入し、実際にフ
ォトレジストをマスクとしたSiO2 膜をエッチングし
て排気されるガスについて調べた。その結果を図4に示
す。
6 、CF4 、SiF4 、COおよびArである。導入さ
れたガスに対してトラップ前で検出されたガスの割合
は、例えばC4 F8 ガスでは30−60%程度であり、
これは40−70%のガスがエッチングや気相での反応
によって消費されたことを意味している。また、SiF
4 はエッチング生成物、C2 F6 、CF4 はガスの反応
生成物と考えられ、それぞれ全ガスの数%存在する。一
方、−180℃の冷却トラップを通過した後では、C4
F8 、C2 F6 、CF4 、SiF4 はすべて除去され、
CO、Arといったさらに蒸気圧の高いガスだけが冷却
トラップを通過してくることがわかる。
℃の例だけしか示していないが、冷却トラップの温度を
制御することにより、冷却トラップを通過するガスを選
択することが可能となる。
図5を参照して説明する。本実施形態は、第1の実施形
態と同様のシステムを備え、さらにそのシステムのガス
排気配管3の冷却トラップ機構6の下流に分岐配管19
を設けたものである。チャンバ1から排出されたガス
は、図示していないバルブ、圧力調整機構、ガス混合機
構を介し、分岐配管(循環ライン)19を通して一次ガ
ス配管2と合流し、その一部のガスがエッチングチャン
バ1に戻される。本システムでは、冷却トラップを通過
してきたガスをそのまま破棄せずに有効に活用する、さ
らには、冷却トラップの温度調整により冷却トラップを
通過するガス組成を制御して戻すことにより、プロセス
性能の向上をはかるものである。その他の基本的な運用
方法は図1等に示した第1の実施形態と同様である。
の評価結果について、その一部を図6に示す。チャンバ
に導入するガスとしてC4 F8 /CO/Arを使用し、
実効的な全ガス流量が6/30/180SCCMとなる
条件で実験を行った。実験では、冷却トラップ温度に対
するSiO2 膜のエッチング速度を求めた。サンプルと
してはレジストマスクを用い、0.6μm径のコンタク
トホールのパターンを使用している。
速度を黒丸で示した。ここで50%だけガスを循環させ
る(もともと入れるガスをC4 F8 /CO/Ar=6/
15/90SCCMとして、不足のCO/Ar=15/
90SCCMを循環ラインから供給する)とエッチング
速度は低下し、Siに対するエッチングの選択比も34
から20へと低下する。これは、循環ラインを通じてエ
ッチング生成物が戻り、エッチング反応を抑制するため
である。
却トラップの温度を−180、−140、−100℃と
変化させて特性を評価した。その結果、−180℃にお
けるエッチング特性は、常温で循環無し(黒丸)の場合
とほぼ同等の結果であった。つまり、冷却トラップによ
りエッチング生成物がすべて除去されたため、循環無し
と同等の性能が得られたと考えられる。
能であり、例えばCOとArをほぼ100%循環させ、
プラズマで分解されたCOの分だけ補充するような条件
にすることも可能である。このようにほぼ100%循環
させる場合は、特に排気系下流のドライポンプで排気す
べきガス流量が激減するため、ドライポンプの小型化
(大幅な省エネルギ、省スペース化が達成できる)、除
害装置が小型化或いは不要となるなど、環境的な負荷を
大幅に低減することができる。
プ温度−140℃においては、エッチング速度が向上
し、エッチング形状の観察においても、循環無しと比較
して方向性良く、垂直に近いエッチング形状が達成され
た。
することで、PFCを完全に回収するとともに、実行的
に使用するガス量を低減し、さらに、装置コスト低減や
プロセス性能の向上といった多大な効果が得られる。
図7を参照して説明する。本実施形態は、図1の第1の
実施形態と同様のプロセス装置20を複数設け、各プロ
セス装置毎に冷却トラップシステムを装備し、それぞれ
の冷却トラップからのガス回収を一台の排ガス分離器1
1で行うものである。
管には、図示していないバルブと圧力計21aが接続さ
れ、再生されたガスの圧力を常時モニターする。一方、
排ガス分離器11側にも圧力計21bが設置され、ここ
での圧力がガス分離に最適となるように、各プロセス装
置における加熱再生の温度、キャリアガスの圧力、流量
等が制御される仕組みとなる。
せて、オフラインでガス回収を行うことで、大規模なシ
ステムを容易に構築することができる。また、メンブレ
ンなどを用いたガス分離システムの性能を最も効率的に
引き出し、工場全体としてのガス回収、環境保全システ
ムに効果的に作用する。
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。上記実施形態では、エッチング装置を例に説明した
が、冷却トラップとガス回収システムをオフラインで接
続したシステムを構築するものであればよく、エッチン
グ以外にも、CVD、表面改質、洗浄、不純物添加、そ
れらのプロセスチャンバーのドライ洗浄などのガスを使
用する半導体製造技術全般、さらにエキシマレーザの励
起チャンバや電子ビーム描画装置の鏡筒内部のドライ洗
浄など、直接のウエハプロセス以外にもガスを利用した
技術にはすべて応用することが可能である。その他、本
発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形し
て実施可能である。
の途中に配置したので、低コストで効率よくガスを回収
することができる。また、ガスをトラップした冷却トラ
ップを退避させて再生させ、代わりに再生された冷却ト
ラップを配管系の途中に配置するので、効率よくガスの
トラップおよび回収処理を行うことができる。さらに、
冷却トラップを通過したガスを処理容器に再導入するこ
とにより、ガスの有効利用をはかることができる。
図。
の構成を詳細に示した図。
説明するための実験に用いる装置構成を示した図。
した図。
図。
について示した図。
図。
た図。
Claims (5)
- 【請求項1】所定の処理に使用されるガスが導入される
処理容器と、この処理容器からガスを排出する配管系
と、この配管系の途中に配置された冷却トラップとこの
配管系から退避させた冷却トラップとを交換する交換手
段と、前記配管系から退避させた冷却トラップにトラッ
プされているガスを該冷却トラップから離脱させて該冷
却トラップを再生する再生手段と、この再生手段によっ
て冷却トラップから離脱したガスを回収する回収手段と
を有することを特徴とするガスプロセス装置。 - 【請求項2】前記配管系の途中に設けられた冷却トラッ
プを通過したガスを前記処理容器に再導入する再導入手
段をさらに設けたことを特徴とする請求項1に記載のガ
スプロセス装置。 - 【請求項3】前記冷却トラップの温度を制御することに
より前記冷却トラップに吸着させるガス種または前記冷
却トラップから離脱させるガス種を制御する温度制御手
段をさらに設けたことを特徴とする請求項1または2に
記載のガスプロセス装置。 - 【請求項4】前記処理容器、配管系、交換手段および再
生手段によって構成される装置を複数設け、各再生手段
によって各冷却トラップから離脱したガスを前記回収手
段によって集中的に回収することを特徴とする請求項1
乃至3のいずれかに記載のガスプロセス装置。 - 【請求項5】所定の処理に使用されるガスが導入される
処理容器と、この処理容器からガスを排出する配管系
と、この配管系の途中に配置された冷却トラップとこの
配管系から退避させた冷却トラップとを交換する交換手
段と、前記配管系から退避させた冷却トラップにトラッ
プされているガスを該冷却トラップから離脱させて該冷
却トラップを再生する再生手段と、この再生手段によっ
て冷却トラップから離脱したガスを回収する回収手段と
を有し、前記配管系の途中に配置された冷却トラップに
よって配管系を流れるガスをトラップする処理と、前記
配管系から退避させた冷却トラップにトラップされてい
るガスを前記再生手段によって離脱させる処理とを並行
して行うことを特徴とするガスプロセス装置の使用方
法。
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