JP5027808B2 - ガス流処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ減少装置を使用したガス流処理方法に関する。本発明は、多結晶シリコンのエッチング処理からの排気ガス流の処理に、特に適している。

半導体や、フラットパネル表示装置の形成においては、様々に異なる処理ガスが様々な処理チャンバに供給される。化学蒸着法（ＣＶＤ）は、蒸着チャンバ内に配置された基板又はウエハの表面に、膜又は層を蒸着するために使用される。この工程は、１つ又は複数の反応ガスをチャンバに供給し、しばしばキャリアガスを用いて、表面での化学反応を促進する条件の下で、基板の表面に供給することで行われる。例えば、ＴＥＯＳ、及び酸素とオゾンのうちのひとつを蒸着チャンバに供給して、基板上にシリコン酸化物の層を形成し、シラン及びアンモニアを供給して、シリコン窒化物の層を形成する。多結晶シリコンないしポリシリコンは、シラン又は塩化シランを熱で分解することで、基板上に蒸着される。

また、エッチングチャンバにはガスが供給され、例えば、半導体装置における電極及びソース及びドレインの領域を形成するために、蒸着層の領域に選択的エッチングが実行される。エッチングガスには、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、及びＮＦ₃などのパーフルオロ化合物、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＢＣｌ₃、Ｃｌ₂、及びＢｒ₂などのハロゲン化合物、及びこれらの組合せが含まれる。例えば、フォトレジスト層によって露出している多結晶シリコン層を覆って形成された、窒化層又は酸化層の領域に開口部を最初に形成するには、ＣＦ₄が一般的に使用され、続いて露出した多結晶シリコンをエッチングするには、ＨＢｒとＣｌ₂との混合物が一般的に使用される。

エッチングガスはフォトレジストと反応して、堆積物及びタールを形成し、これは、エッチングチャンバから定期的に除去する必要があるため、代表的にはＳＦ₆及び酸素からなるクリーニングガスを、エッチングチャンバに定期的に供給して、チャンバから不要な物質を除去する。

エッチングチャンバの内部にて実行される、これらのエッチング及びクリーニング工程中、代表的に、エッチングチャンバに供給され、エッチングチャンバからの排気ガスに含まれる残留量のガスが存在する。ＣＦ₄及びＳＦ₆などのパーフルオロ化合物は、大気中に排気されると非常に危険なので、この観点から、排気ガスを大気に通気させる前に、排気ガスを処理するために、減少装置がしばしば提供される。減少装置は、排気ガスにおける危険な成分を、例えば、従来のスクラビングによって排気ガスから容易に除去できる種に変換し、及び／又は、安全に大気に排気できる種に変換する。

ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃、及びＣ₂Ｆ₆などのパーフルオロ化合物（ＰＦＣｓ）は、マイクロ波プラズマ減少装置を使用することで、ガス流から高効率にて除去することができる。マイクロ波プラズマ反応装置の例は、英国特許ＧＢ２，２７３，０２７号に開示されている。その装置においては、導波管が、マイクロ波発生器からのマイクロ波放射を、近接して対向する関係の２つの電極を収容してなるガスチャンバの中へと運ぶ。処理すべきガスは、ガス入口を通ってガスチャンバの中に流入し、電極間を通過して、電極間を流れるガスから、２つの電極の間において、マイクロ波プラズマが開始（initiate）して持続する。電極の一方は、軸線孔を有し、ガスチャンバからのガス出口を提供する。プラズマ内の強力な状態の下で、ガス流に含まれる種は強力な電子の衝突に曝され、反応種に解離し、酸素又は水素と化合して、比較的安定な副産物を生成する。

英国特許ＧＢ２，２７３，０２７号

ガス流に含有される様々な種と反応させるための酸素及び水素の便利な源は、水蒸気であって、減少装置からガス流の上流側に容易に加えられる。例えば、ＣＦ₄が水蒸気と反応すると、ＣＯ₂とＨＦを形成し、また、Ｃｌ₂はチャンバ内にＨＣｌを形成する。ＨＦ、ＨＣｌ、及びＨＢｒは、続いて、減少装置の下流側に配置された、ウェットスクラバーによって、ガス流から除去される。

プラズマ減少装置における様々な部品、例えば、１つ又は複数の電極、電極ホルダー、及びチャンバの内面などは、代表的にステンレス鋼から形成されている。鉄、炭素、及びクロムに加えて、ステンレス鋼は、ニッケル、モリブデン、ニオブ、及びチタンなどのその他の成分を含有している。空気の存在下においては、不活性の表面酸化物の層が形成され、下層にあるステンレス鋼を腐食から保護している。しかしながら、ＨＦ、ＨＣｌ、及びＨＢｒなどの酸性ガスの存在下においては、不活性な層が剥がれて、下層にあるステンレス鋼が露出する。例えば、ＨＦは、ガスチャンバの内部におけるパーフルオロ化合物の処理の副産物として、ガスチャンバ内に存在し、また、ＨＣｌ又はＨＢｒは、エッチング処理中の処理チャンバからの排気ガスに含有される。

いったんニッケル酸化物の層が除去されると、ＨＢｒ及びＨＣｌは、湿気のレベルが２〜３ｐｐｍを越えたとき、ステンレス鋼に含有される金属と反応する。ステンレス鋼の表面に吸着される水のため、これらの反応の副産物は、ガスチャンバ及び電極を劣化させ、減少装置の効率を低下させる。

本発明による少なくとも好ましい実施形態の目的は、可変量のＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｂｒ₂、及びＣｌ₂などのハロゲン化合物と、プラズマ減少装置で使用する水蒸気とを含有するガス流を処理するための改良された方法を提供することである。

第１の観点において、本発明が提供する方法は、可変量の含ハロゲン化合物及び水蒸気を含有するガスの処理方法であって、ガスを受けるガス入口とガス出口とを有するガスチャンバを備えてなるプラズマ減少装置を提供する段階と、チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する温度にチャンバを加熱する段階と、チャンバの内部で処理するためにガスをガスチャンバへ運ぶ段階と、ガスの処理中に、前記温度に又は前記温度よりも高温にチャンバを維持する段階と、を備えていることを特徴とする。

ガスチャンバをこのように加熱して、チャンバの内部のあらゆるステンレス鋼表面に水が吸着されることを阻止することで、ＨＢｒ及びＨＣｌなどの腐食性のハロゲン化水素、及びＢｒ₂又はＣｌ₂が、ステンレス鋼に含有される金属と反応することは阻止されるが、というのは、反応が生じるのに充分な湿気が存在しないためである。我々は、チャンバを１２０℃を越える温度に維持することで、ガスチャンバを通り抜けるガスに露出される、あらゆるステンレス鋼の部品の寿命が著しく高まることを見い出した。これは、単にチャンバを露点よりも高く加熱することとは異なり、というのは、仮に、ステンレス鋼表面に水が吸着するのを阻止するために、チャンバの温度が露点よりも充分に高く加熱されないと、ステンレス鋼表面への水の吸着は依然として生じるためである。

チャンバの過熱を防ぐために、チャンバは、好ましくは、１２０〜３５０℃の温度範囲に維持され、より好ましくは、１２０〜１８０℃に維持される。チャンバの温度を制御するためのチャンバ温度制御回路に熱伝達流体を流し、且つ、流体の温度を制御することによって、チャンバを、この温度範囲に維持するならば、都合が良い。チャンバ温度制御回路は、その一部分が、チャンバ壁の中に配置され、例えば、ガスチャンバの上下のいずれか、又はガスチャンバを取り囲んで配置される。好ましい実施形態においては、チャンバ温度制御回路は、ガス出口のまわりに延びている。

流体を熱交換手段に流し、流体の温度を制御するために熱交換手段を制御することによって、流体の温度は制御される。熱伝達流体は、第１の熱交換器によって、好ましくは１２０℃よりも低温である第１の流体温度にまで選択的に冷却され、第２の熱交換器によって、第１の流体温度よりも高い、好ましくは少なくとも１２０℃以上である、第２の温度にまで選択的に加熱される。第１の熱交換器は、温度制御回路における非断熱の管などの受動的装置であって、熱流体から熱を発散させるか、または、制御装置によって制御される能動的装置である。第２の熱交換器は、好ましくは、制御装置によって制御される能動的装置である。回路は、ガスチャンバの温度に応じて、熱伝達流体が両方の熱交換器を通り抜けるように、または、選択されたひとつだけの熱交換器を通り抜けるように、構成されている。この温度は、ガスチャンバの壁に配置された温度センサを使用して監視される。熱伝達流体は、高温の油、透熱性の流体（diathermic fluid）、又はその他の熱流体である。

チャンバは、チャンバにガスを供給する前に、初めに、熱伝達流体によって前記温度に加熱される。代わりに、チャンバは、ガス流を処理するプラズマを発生させ、ガスチャンバに熱を伝達させる、減少装置の動作によって加熱しても良く、また、外部加熱装置又は任意のその他の都合の良いやり方で加熱しても良い。

好ましい実施形態においては、プラズマ減少装置は、マイクロ波プラズマ減少装置から構成されるけれども、本発明は、その他のタイプのプラズマ減少装置にも適用可能であって、例えば、ステンレス鋼の電極及び／又はステンレス鋼のガスチャンバを有してなる、プラズマトーチ減少装置でも良い。ガスは、好ましくは、減少装置によって、大気圧にて又は大気圧付近にて処理される。

第２の観点において、本発明が提供する方法は、可変量の含ハロゲン化合物及び水蒸気を含有するガスの処理方法であって、この方法が、ガスを受けるガス入口とガス出口とを有するガスチャンバを備えてなるプラズマ減少装置を提供する段階と、少なくとも１２０℃の温度にチャンバを加熱する段階と、チャンバの内部で処理するためにガスをガスチャンバへ運ぶ段階と、ガスの処理中に、チャンバの温度を１２０℃〜３５０℃の温度の範囲に維持する段階と、を備えていることを特徴とする。

第３の観点において、本発明が提供する装置は、プラズマ減少装置であって、装置によって処理されるべきガスを受けるガス入口とガス出口とを有してなるガスチャンバと、含ハロゲン化合物及び水蒸気を含有するガスの処理中に、チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する温度にチャンバを維持する熱制御手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の第１の観点に関連して上述した特徴は、第２、及び第３の観点にも等しく適用可能であり、逆もまた同様である。

本発明の好ましい特徴について、以下、単に例示的に、添付図面を参照しつつ説明する。

図１乃至図４を参照すると、マイクロ波プラズマ減少装置１０は、導電ハウジング１２を備えている。ハウジング１２は、好ましくは、ステンレス鋼から形成されている。これは、オーステナイトのステンレス鋼、例えば、３０４、３０４Ｌ、３１６、３１６Ｌであるか、または、その他の非磁性グレードである。図示の如く、ハウジング１２は、矩形の横断面を有している。ハウジング１２には、例えば、機械加工によって、スロット１４が形成され、減少装置１０の共鳴キャビティを提供するために、ハウジング１２の幅を横切って延びている。共鳴キャビティ１４の一端は、導波管１６に結合され、マイクロ波放射を、マイクロ波発生器（図示せず）から共鳴キャビティ１４に運ぶ。共鳴キャビティ１４の他端は、短絡回路１８に結合されている。

導波管１６は、第１の、実質的に矩形である本体部分２０を備え、その高さｈ₁は、導波管１６を通して共鳴キャビティ１４に運ばれるマイクロ波放射のＴＥ₀₁電場に対して実質的に平行であり、幅ｗは、マイクロ波放射の電場に対して直交している。また、導波管１６は、第２の、実質的に矩形である本体部分２２を共鳴キャビティ１４に面して備え、第２の本体部分２２は、高さｈ₂と幅ｗとを有し、ここで、ｈ₂＜ｈ₁になっている。図示の例においては、第２の本体部分２２の高さは、第１の本体部分２０の高さに比べて、略１／３になっている。

導波管１６はさらに、第１の本体部分２０と第２の本体部分２２との間に配置されてなる、テーパの付いた幅ｗの収束部分２４を備えている。テーパ部分２４は、高さｈ₁及び幅ｗの第１の本体部分に隣接した、第１の端面２５ａと、高さｈ₂及び幅ｗの第２の本体部分に隣接した、第２の端面２５ｂとを備えている。テーパ部分２４はさらに、端面２５ａ，２５ｂの間に延びた、第１及び第２の側面２５ｃ，２５ｄを備え、第２の側面２５ｂに対して鋭角に傾斜して、第１及び第２の本体部分２０，２２は同軸的になっている。テーパ部分２４は、導波管１６を通るマイクロ波放射の伝播方向に長さｌを有し、ここで、ｌは、マイクロ波放射の波長の略半分の長さに等しくなっている。

短絡回路１８は、共鳴キャビティ１４の反対側に、導波管１６の延長部を提供する。短絡回路１８は、導波管１６の第２の部分２２の端部から間隔を隔てた端部プレート２６によって、一部分が形成されてなるチャンバ２７を備え、入射したマイクロ波放射は、端部プレート２６で反射して、共鳴キャビティ１４の内部に電磁定在波を形成する。導波管１６における第２の部分２２の端部に対して、端部プレート２６の位置は調整可能になっている。

短絡回路１８は、短絡回路１８を同調させるために、端部プレート２６から間隔を隔てられた同調器２９を備えている。図示の例においては、同調器は、短絡回路１８の上面に螺入されたネジ２９を備え、ネジの本体は、チャンバ２７を通るマイクロ波放射の伝播方向に対して実質的に垂直に、チャンバ２７の中に延入している。ネジ２９の頭部２９ａを回すことで、ネジ２９の端部は、チャンバの内部にて上下して、短絡回路１８を同調する。

共鳴キャビティ１４は、２枚の誘電性プレート部材２８，３０を収容していて、これらは好ましくは、ＰＴＦＥ又はその他の適切な耐食性を有する適当な材料から形成され、共鳴キャビティ１４を通して運ばれるマイクロ波放射に対して実質的に透明になっている。それぞれのプレート部材２８，３０は、共鳴キャビティ１４を通るマイクロ波放射の伝播方向に対して直交して延びてなる平坦な側壁部分３２を有し、共鳴キャビティ１４の内部に、実質的に円筒形のガスチャンバ３６の一部分を形成してなる、湾曲した側壁部分３４を有している。ガスチャンバ３６は、円形又は楕円形の横断面を有している。

それぞれのプレート部材３０，３２は、第１のボア孔３８を形成されて有し、共鳴キャビティ１４のガスチャンバ３６へ入るガス入口を提供している。図示の減少装置１０においては、一方のボア孔３８は、ハウジング１２の側壁に形成されたガス入口ポート４０に整列され、ハウジング１２に取り付けられた第１のガス導管４２からガスを受け入れる。第２のガスポートは、第２のガス導管からガスを受けるために、ハウジング１２の反対側の側壁に任意的に形成され、このガスは、第１のガス導管４２からガスチャンバ３６に入るガスと、同一であるか、又は異なるガスである。それぞれのガス入口は、好ましくは、第１のガス導管４０から実質的に接線方向にガスチャンバ３６にガスが入るように構成され、ガスチャンバ３６の中心に向けて、ガスはガスチャンバ３６の内部で内方へ渦巻く。ガス出口ポート４４は、ガスチャンバ３６から第２のガス導管４６へとガスを運ぶために、ハウジング１２のベースに形成されている。ガス出口ポート４４は、ガスチャンバ３６を横切って、好ましくは同軸的に延びる。

また、それぞれのプレート部材３０，３２は、より小さな第２のボア孔４８を形成されて有している。片方のボア孔４８は、ハウジングの側壁に形成された開口部５０に整列され、透明なカバープレート５２によって閉じられ、ユーザが、減少装置１０の使用中に、共鳴キャビティ１４のガスチャンバ３６の内部に発生したプラズマを観察できるように、点検窓を提供している。

また、ハウジング１２には、円筒形のボア孔５４が形成され、ボア孔５４は、共鳴キャビティ１４を横切って延在し、共鳴キャビティと共に、減少装置１０のガスチャンバを形成している。ボア孔５４は、好ましくは、ガスチャンバ３６及びガス出口ポート４４に対して、実質的に同軸的になっている。ボア孔５４は、導電組立体５６を受け入れる。組立体５６は、導電部材５８と、導電部材５８を保持するためのホルダー６０とを備えている。

導電部材５８は、細長い管６２を備え、これは、銅又はその他の導電材料から形成され、図５に詳しく示すように、管状のチップ６４と係合する。チップ６４は、好ましくは、耐食性で耐熱性の材料、例えば、タングステン又はタングステン合金、例えば、タングステンとランタンとの合金から形成されている。チップ６４には、そのまわりに延在する複数の開口部６５が設けられ、ガス入口３８とガス出口４４との間のガス流れが、チップ６４を通って半径方向に通過し、それにより、チップ６４の冷却を高めている。開口部６５は、好ましくは、マイクロ波放射が開口部６５を通り抜けるような寸法になっている。

ホルダー６０は、好ましくは、導電材料、例えば、ステンレス鋼から形成される。これは、ハウジング１２と同じグレードであるか、または、異なるグレードのものである。導電部材５８とホルダー６０とは、好ましくは、減少装置１０の使用中には、電気的に接地される。ホルダー６０は、中空の内部を有し、その中には、導電部材５８における管６２及びチップ６４が、好ましくは摺動嵌合している。ホルダー６０は、外方へ延びたスカート６８を有してなる第１の本体部分６６を備え、ハウジング１２におけるボア孔５４のフランジ状開口部７０に配置されている。スカート６８とフランジ状開口部７０との間には、Ｏリング７２が設けられて、気密シールを形成しており、スカート６８は、そのまわりに延びるクランプチェーン７４によってフランジ状の開口部７０にクランプされている。図３に示すように、Ｏリング７２は、好ましくは、ガスチャンバの外側に、従って、反応チャンバの内部に発生する電磁場の外側に配置され、スカート６８から下向きに吊下された環状リング７６のまわりに延在し、環状リングは、ボア孔５４の直径と実質的に等しい内径を有し、ハウジング１２と電気的に接触している。代わりに、スカート６８のベースをハウジング１２に電気的に接触させても良い。

ホルダー６０はさらに、ボア孔５４の中に延在してなる、第２の細長い本体部分７８を備えている。ホルダー６０における第２の本体部分７８は、円錐形の突起部８０にて終端し、好ましくは、ガスチャンバ３６の中に突出していない。第２の本体部分７８の内径は、円錐形の突起部８０にて減少していて、チップ６４をホルダー６０の内部に保持するために、チップ６４のリム８４に係合する肩部８２を提供している。ホルダー６０における第２の本体部分７８は、好ましくは、第１の本体部分６６及びスカート６８の両方と一体的になっている。

図５に示すように、チップ６４は、好ましくは、ガスチャンバ３６の中に突出している。チップ６４の長さ、及び／又は、ホルダー６０における第２の本体部分７８の長さは、好ましくは、共鳴キャビティ１４に供給されるマイクロ波放射の周波数に応じて、共鳴キャビティ１４の内部に発生した定在波の中に、チップ６４が所定の距離だけ延入するように選択される。

管６２は、好ましくは、ホルダー６０と電気的に接触して保持される。図示の通り、金属バネ８６又はその他の導電要素がホルダー６０の内部に配置され、バネ８６の一端は、管６２に形成された第１の環状の突起部８８に係合し、バネ８６の他端は、ホルダー６０に螺入した金属ロックナット９０に係合している。

管６２は、第１の環状の突起部８８から間隔を隔ててなる、第２の環状の突起部９２を有し、ホルダー６０と管６２との間に環状の通路９４を形成している。冷却水の流れは、環状の通路９４に供給され、水は、ホルダー６０を通り抜ける冷媒入口ポート９６を通って環状の通路９４に供給され、冷媒入口ポート９６の実質的に反対側に配置された、ホルダー６０を通り抜ける冷媒出口ポート９８を通って、環状の通路９４から排出される。

共鳴キャビティに運ばれる電磁放射の出力によっては、共鳴キャビティ１４の内部に生成される電場の強度は、ガスチャンバ３６の内部にプラズマを点火するのに不十分である。従って、導電部材５８の内部には、グロー放電電極組立体１００が収容される。電極組立体１００は、プラズマ点火用のグロー放電電極１０２を備え、これは、導電部材５８の管６２に対して同軸的で、間隔を隔てた、細長い高電圧電極の形態になっている。コネクタ１０４は、電極１０２を電源に接続する。電極１０２は、ロックナット９０と同軸的に配置された、相補的なネジ孔に螺入されている。ガス入口１０６は、管６２の内部に形成され、窒素、希ガス、又は任意のその他の実質的に不活性でイオン化可能なガスなどのグロー放電ガスの流れを、ホルダー６０の第１の本体部分６６を半径方向に通って延在するガス入口ポート１０８から受ける。ガス入口ポート１０８は、ガス入口ポート１０８をグロー放電ガスの源に結合するために、ホルダーに取り付けられたコネクタ１１０から、グロー放電ガスを受ける。ガス入口１０６は、好ましくは、導電部材５８における管６２のボア孔に対して接線方向に配置され、導電部材５８のチップ６４に向かう略下向きの、電極１０２のまわりにおける螺旋流れの経路の形成を促進する。

図２に示すように、ホルダー６０がハウジング１２に取り付けられたとき、導電部材５８は、ガスチャンバ３６を通るマイクロ波の伝播方向に対して実質的に垂直に、ボア孔５４の中に延入し、ガスチャンバ３６及びガス出口ポート４４の両方に対して、実質的に同軸的になっている。導電部材５８におけるチップ６４は、好ましくは、減少装置１０の使用中に、共鳴キャビティ１４の内部に形成される電磁場が最大強度になる位置に配置される。

減少装置１０の通常の使用中には、環状の通路９４に、冷却水の流れが供給される。ガス入口ポート４０を通して、ガスチャンバ３６の中にはガスが送入され、ガスチャンバ３６の内部を螺旋状に流れ、導電部材５８のチップ６４の下方を通ってから、ガス出口ポート４４を通ってガスチャンバ３６を去り、第２のガス導管４６に入る。

マイクロ波放射は、導波管１６によるマグネトロンのために、共鳴キャビティ１４に送られ、従って、ガスチャンバ３６に入る。短絡回路１８における端部プレート２６は、マイクロ波を反射して、共鳴キャビティ１４の内部に定在波を形成し、導電部材５８のチップ６４は、ガスチャンバ３６の内部の電磁場を強化する。導波管１６におけるテーパ部分２４は、導波管１６における第１及び第２の本体部分２０，２２の間の境界からのマイクロ波放射の伝達及び反射を阻止するように働き、プラズマのエネルギー吸収を最大化する。導電部材５８のチップ６４に対するホルダー６０のスカート６８の下面１１２の幾何学形状及び位置決めを選択して、スカート６８の下面１１２が、ハウジング１２のボア孔５４の内面及びホルダー６０の第２の本体部分の外面と共に、同軸的な同調器を提供し、マイクロ波放射の周波数において、導電部材５８の平面のインピーダンスを、導波管１６のインピーダンスに整合させる。

ガスチャンバ３６の内部にプラズマを点火するために、グロー放電電極組立体１００が使用される場合には、グロー放電ガスは、管６２のガス入口ポート１０６を通って、管６２のボア孔の中へ流れる。電極１０２には、低電圧高電流源が接続され、電極１０２には、一時的に高電圧が適用される。高電圧は、グロー放電ガスを通って、電極１０２のチップから、管６２の近位部分へ向かうような、コロナ放電をもたらす。そのコロナ放電は、低電圧源からの大電流がグラウンドに流れられる経路を提供する。大電流の流れは、グロー放電ガスに、グロー放電の形成をもたらす。従って、形成されたグロー放電は、管６２の内部のグロー放電ガスの流れによって、導電部材５８のチップ６４からガスチャンバ３６へと移動する。ガスチャンバ３６の内部のマイクロ波放射は、効率的にグロー放電に結合でき、代表的には１秒未満の間に、プラズマは点火し、安定したマイクロ波プラズマをもたらし、電極１０２への電力の供給がスイッチオフされた後（代表的には２〜３秒以内）には、ガスチャンバ３６に供給されるマイクロ波放射のみによって維持される。

ガスチャンバ３６の内部にて開始（initiate）したプラズマは、ガスチャンバ３６を通って流れるガスと共に、ガスチャンバ３６からガス出口ポート４４を通って運び出され、第２のガス導管４６の内部に収容される。かくして、プラズマは、チップ６４の下方に発生した炎に類似しており、ガス出口ポート４４を通って出て、第２のガス導管４６に入る。減少装置１０の使用中には、第２のガス導管４６の内部に発生する高温のために、水などの冷媒を、第２のガス導管４６の外面に噴霧して、第２のガス導管４６を冷却する。

ガスチャンバ３６の内部に発生したマイクロ波プラズマは、多数の目的に使用される。そうした目的のひとつは、半導体処理チャンバからの排気ガスの処理である。処理チャンバ内で行われる処理の性質に応じて、排気ガスの内部には、可変量の有害なパーフルオロ化合物のガス、例えば、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＮＦ₃、又は、ＳＦ₆、シラン、及びアンモニアが存在している。これらのガスは、減少装置１０を使用することで、高い効率にて、ガスから除去される。これらのガスと反応するための水蒸気は、例えば、湿式のプリスクラバを通して排気ガスを通り抜けることで、または、水蒸気の流れを排気ガスに加えることで、減少装置１０から上流側に排気ガスに加えられる。ガスチャンバ３６の内部において、これらのガスは水蒸気と反応して、ＣＯ₂及びＨＦなどのガスを形成し、これらのガスは、減少装置１０から下流側に配置された湿式のスクラバによって、排気ガスから除去される。

排気ガスが、ＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｂｒ₂、及びＣｌ₂などのガスを含有しているとき、問題点が生じる。チャンバ３６内に存在するＨＢｒ及びＨＣｌは、ガスチャンバ３６の内部にて生じる反応の副産物として発生したＨＦと一緒になって、ハウジング１２及びノズルホルダー６０のステンレス鋼の表面から、不活性の表面酸化層を剥離させて、ステンレス鋼を露出させる。排気ガス内に存在する水蒸気がガスチャンバ３６に入ると、露出したステンレス鋼表面に吸着し、ＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｂｒ₂、又はＣｌ₂がステンレス鋼の金属成分と反応することで、これらの表面の腐食を促進する。これらのステンレス鋼の部品の表面を劣化させると共に、腐食による副産物は、共鳴キャビティ１４に入るマイクロ波と干渉し、これは、ガスチャンバ３６の内部で行われるガス処理の破壊及び除去の効率を低下させることにつながる。

この観点から、ガスチャンバ３６に入るガスが、ＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｂｒ₂、又はＣｌ₂などの含ハロゲン化合物を含有する見込みがある場合には、水蒸気と同時に、又は水蒸気とは別に、ガス入口ポート４０を通してガスチャンバ３６の中にガスをポンプ送出する前に、ガスチャンバ３６を加熱して、ガスチャンバ３６の内部のステンレス鋼表面に水が吸着するのを阻止する温度にする。この温度は、好ましくは、１００℃を越える温度であり、この例においては、ガスチャンバ３６の内部のステンレス鋼表面にあらゆる水が吸着するリスクを最小化するために、略１２０℃である。

ガスチャンバ３６は、グロー放電ガスから、ガスチャンバ３６の内部に点火したプラズマによって加熱され、そのプラズマを維持するために、マイクロ波放射を供給し、ガスチャンバの温度を略１２０℃に昇温させるのに充分な時間をかけた後、ガス入口４０を通してガスチャンバ３６にガスを入れる。変形例としては、ハウジング１２を外部から加熱して、ガスチャンバ３６の温度を１２０℃を越えるように昇温させても良い。

減少装置１０の使用中に、ガス入口４０を通ってガスチャンバ３６に入るガスを処理するためには、ガスチャンバ３６の温度を、水の吸着が阻止される温度に又はそれよりも高温に維持することが必要である。この観点から、好ましい実施形態による減少装置１０は、ガスチャンバ３６の温度を制御するために、チャンバ温度制御回路を具備している。

図３及び図５を参照すると、ハウジング１２は、ガスチャンバ３６に隣接して配置された流体キャビティ１２０を具備している。この実施形態においては、流体キャビティ１２０は、ガスチャンバ３６からのガス出口４４のまわりに延在している。熱流体、例えば、加圧蒸気、高温シリコン油、又はその他の透熱性の流体が、ハウジング１２を通過する流体入口ポート１２２を通して流体キャビティ１２０に供給され、第１の外部コネクタ１２４から熱流体を受ける。熱流体は、同じくハウジング１２を通過し、第１の流体入口ポート１２２に隣接して配置された、流体出口ポート（図示せず）を通して、流体キャビティ１２０から排出される。第２の外部コネクタ１２６は、第１の外部コネクタ１２４に隣接して配置され、流体出口ポートから熱流体を受ける。

図６を参照すると、流体キャビティ１２０は、ガスチャンバ３６の温度を制御するための、チャンバ温度制御回路１３０の一部分を形成している。熱流体の流れは、ポンプ１３２によって、回路１３０の内部を循環する。流体の流れは、コネクタ１２４から流体キャビティに入り、キャビティ１２０を循環した後に、コネクタ１２６を通してキャビティ１２０から排出され、それにより、隣接するガスチャンバ３６の温度を制御する。

熱流体の温度は、制御装置１３０によって制御され、制御装置はセンサ１３４からガスチャンバ３６の温度を示す信号を受信し、センサは、図６に示す如く、ガスチャンバ３６の近くのハウジング１２の外面に取り付けられ、または、ガスチャンバ３６の温度を検出するために適当な任意のその他の位置に取り付けられる。それらの信号に応答して、制御装置１３０は、１つ又は複数の熱交換器１３６，１３８を制御して、熱流体の温度を制御する。

過熱を防ぐために、ガスチャンバは、好ましくは、１２０〜３５０℃の範囲の温度にて動作するのが好ましい。この例においては、ガスチャンバ３６は、１２０〜１８０℃の範囲の温度で動作する。

センサ１３４からの出力信号が、ガスチャンバ３６の内部のプラズマによって発生した熱によって、ガスチャンバ３６の温度が、この温度範囲における上限に向かっていることを指示したときには、制御装置１３０は、第１の熱交換器１３６を動作させて、熱流体を、この温度範囲よりも低温である第１の温度に冷却し、例えば１００℃付近又は未満とし、熱流体が流体キャビティ１２０を通り抜けるとき、熱流体によってガスチャンバ３６の温度を低下させる。センサ１３４からの出力信号が、例えば、比較的低温の熱流体の所定期間の冷却によって、チャンバ３６の温度が、この温度範囲における下限に向かっていると指示したときには、制御装置１３０は、第２の熱交換器１３８を動作させて、熱流体を、この温度範囲内又はそれ以上である第２の温度に加熱し、例えば１２０℃付近又は以上とし、熱流体が流体キャビティ１２０を通り抜けるとき、熱流体によってガスチャンバ３６の温度を昇温させる。任意的には、第１の熱交換器１３６は、第２の熱交換器の動作中には、動作する必要はなく、逆もまた同様であり、従って、回路１２０は、ガスチャンバ３６の温度に応じて、一方又は両方の熱交換器を選択的にバイパスできるように構成しても良い。

この例においては、直接的で能動的な方法を使用して、ガスチャンバの温度を制御している。しかしながら、以下に述べるように、間接的な方法を採用しても良い。

第１に、ガスチャンバ３６の公称の最大連続動作温度を、例えば、１２０〜１３０℃と定める。次に、マイクロ波出力源からの最大熱発散（出力損失及びプラズマ損失）を、計算、見積もり、又は測定によって決定する。熱流体の比熱容量は分かるので、最大温度を既に定めたように制限する流量は導かれる。第１の熱交換器１３６は、ガスチャンバ３６が吸収するよりも若干多くのエネルギーを発散するようにデザインされ、第２の熱交換器１３８は、循環する熱流体の温度を必要な温度（この例では、１２０℃）に制御するように使用され、ガスチャンバ３６の温度制御を間接的に、すなわち、流体入口からガスチャンバ３６に循環する熱流体の温度制御を介して行っても良い。

ガスチャンバ３６の温度を選択された温度範囲に維持するための使用に加えて、回路１２０は、処理すべきガスをガスチャンバ３６に入れる前の初期に、ガスチャンバ３６を加熱するためにも使用できる。

マイクロ波プラズマ減少装置の外形を示した斜視図である。 図１の装置の側面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿った装置の断面図である。 図２の線Ｂ−Ｂに沿った装置の断面図である。 図３において指示した領域Ｃについての拡大図である。 装置におけるガスチャンバの温度を制御するためのチャンバ温度制御回路を示す図である。

符号の説明

１０ マイクロ波プラズマ減少装置 １２ 導電ハウジング
１４ 共鳴キャビティ １６ 導波管
１８ 短絡回路 ２０ 第１の本体部分
２２ 第２の本体部分 ２４ テーパ部分
２５ａ 第１の端面 ２５ｂ 第２の端面
２５ｃ 第１の側面 ２５ｄ 第２の側面
２６ 端部プレート ２７ チャンバ
２８，３０ プレート部材 ２９ 同調器
３２ 平坦な側壁部分 ３４ 湾曲した側壁部分
３６ ガスチャンバ ３８ 第１のボア孔（ガス入口）
４０ ガス入口ポート ４２ 第１のガス導管
４４ ガス出口ポート ４６ 第２のガス導管
４８ 第２のボア孔 ５０ 開口部
５２ カバープレート ５４ ボア孔
５６ 導電組立体 ５８ 導電部材
６０ ホルダー ６２ 管
６４ チップ ６５ 開口部
６６ 第１の本体部分 ６８ スカート
７０ フランジ状開口部 ７２ Ｏリング
７４ クランプチェーン ７６ 環状リング
７８ 第２の本体部分 ８０ 突起部
８２ 肩部 ８４ リム
８６ バネ ８８ 第１の環状の突起部
９０ ロックナット ９２ 第２の環状の突起部
９４ 通路 ９６ 冷媒入口ポート
９８ 冷媒出口ポート １００ グロー放電電極組立体
１０２ グロー放電電極 １０４ コネクタ
１０６ ガス入口 １０８ ガス入口ポート
１１０ コネクタ １１２ 下面
１２０ 流体キャビティ １２２ 流体入口ポート
１２４ 第１の外部コネクタ １２６ 第２の外部コネクタ
１３０ チャンバ温度制御回路 １３２ ポンプ
１３４ センサ １３６ 第１の熱交換器
１３８ 第２の熱交換器

Claims (18)

1. 可変量の含ハロゲン化合物及び水蒸気を含有するガスの処理方法であって、
   ガスを受けるガス入口とガス出口とを有するガスチャンバを備えてなるプラズマ減少装置を提供する段階と、
   チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する温度にチャンバを加熱する段階と、
   チャンバの内部で処理するためにガスをガスチャンバへ運ぶ段階と、を備え、
   前記チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する温度は、１２０℃であり、
   ガスの処理中に、チャンバを１２０〜１８０℃の温度範囲に維持し、
   チャンバの温度を制御するためのチャンバ温度制御回路に熱伝達流体を流し、且つ、熱伝達流体の温度を制御することによって、チャンバを前記温度範囲に維持し、
   チャンバ温度制御回路は、ガス出口のまわりに延びていることを特徴とする方法。
2. ガスがチャンバに運ばれる前に、チャンバを少なくとも１２０℃に加熱することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. チャンバ温度制御回路は、その一部分が、チャンバ壁の中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 熱伝達流体を熱交換手段に流し、熱伝達流体の温度を制御するように熱交換手段を制御することによって、熱伝達流体の温度を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 熱伝達流体は、熱伝達流体を第１の熱伝達流体温度に選択的に冷却する第１の熱交換器と、熱伝達流体を第１の熱伝達流体温度に比べて高い第２の熱伝達流体温度に選択的に加熱する第２の熱交換器とのうち、少なくとも一方を通って運ばれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 第１の熱伝達流体温度は１２０℃よりも低温であり、第２の熱伝達流体温度は少なくとも１２０℃以上であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. チャンバにガスを供給する前に、チャンバは、熱伝達流体によって、前記チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する前記温度に加熱されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. プラズマ減少装置は、マイクロ波プラズマ減少装置から構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 大気圧にて又は大気圧付近にて、ガスが処理されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 含ハロゲン化合物は、臭化水素、塩化水素、Ｂｒ₂、又はＣｌ₂であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. プラズマ減少装置であって、
    装置によって処理されるべきガスを受けるガス入口とガス出口とを有してなるガスチャンバと、
    含ハロゲン化合物及び水蒸気を含有するガスの処理中に、チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する温度以上の所定の温度範囲にチャンバを維持する熱制御手段と、を備え、
    前記チャンバの内部のステンレス鋼表面に水が吸着されるのを阻止する温度は、１２０℃であり、
    熱制御手段は、ガスの処理中に、チャンバを、前記温度範囲である１２０℃〜１８０℃の温度範囲に維持し、
    熱制御手段は、チャンバの温度を制御するためのチャンバ温度制御回路と、温度制御回路に熱伝達流体を流す手段と、熱伝達流体の温度を制御する制御手段と、を備えており、
    チャンバ温度制御回路は、ガス出口のまわりに延びていることを特徴とする装置。
12. チャンバ温度制御回路は、その一部分が、チャンバ壁の中に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 熱制御手段は、熱伝達流体が流れて通る熱交換手段を備え、制御手段は、熱伝達流体の温度を制御すべく熱交換手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 熱交換手段は、熱伝達流体を第１の熱伝達流体温度に選択的に冷却する第１の熱交換器と、熱伝達流体を第１の熱伝達流体温度に比べて高い第２の熱伝達流体温度に選択的に加熱する第２の熱交換器とを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 第１の熱伝達流体温度は、前記温度範囲に比べて低温であり、第２の熱伝達流体温度は少なくとも前記温度範囲内の温度であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. ガスチャンバは、ステンレス鋼から形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
17. マイクロ波プラズマ減少装置の形態であることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
18. ガスチャンバの中に突出している導電部材を備え、導電部材はステンレス鋼から形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。

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