JP2004223365A

JP2004223365A - Gas treatment equipment

Info

Publication number: JP2004223365A
Application number: JP2003012651A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Ino; 和英伊野; Takahiro Arakawa; 貴博荒川
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide gas treatment equipment for decomposing fluorine system gases (PFC gases) at a high decomposition rate. <P>SOLUTION: During an etching process in a treatment chamber 12, a backing vacuum pump 24 is driven by full power to reduce the pressure in a gas flow pipe 221 to 1 Torr or lower. Oxygen gas and an inactive gas is introduced at specified flow rates respectively from an oxygen/inert-gas introduction pipe 25 into an upstream connection pipe 21. High frequency power of at most 2,000 W in a specified frequency is supplied from a high-frequency power source 223 to a coil 222. Consequently, in the gas flow pipe 221 an induction electromagnetic field is generated by the high-frequency induction field. By the induction field, strongly ionized plasma is generated in exhaust gas, oxygen gas, and inactive gas conducted in the gas flow pipe 221. As a result, most of the PFC gases in the exhaust gas are decomposed, and the PFC gases are scarcely contained in the gas discharged from the gas flow pipe 221. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フッ素系ガスを分解処理するガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、たとえば、半導体基板の表面に形成されたＳｉＯ_２膜やＷ（タングステン）膜をエッチング処理により微細パターン化する工程が行われる。
ＳｉＯ_２膜やＷ膜のエッチング処理に用いられるプロセスガスには、ＰＦＣ（ＰｅｒＦｌｕｏｒｏ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）ガスと総称されるフッ素系のガス（たとえば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６およびＮＦ_３など）が用いられており、そのエッチング処理のための装置からの排ガスには、未反応のまま残ったＰＦＣガスが含まれている。従来、エッチング処理のための装置からの排ガスは、そのまま大気中に放出されていたが、ＰＦＣガスは地球温暖化係数が比較的高い温室効果ガスであることから、近年では、エッチング処理のための装置からの排ガスの地球温暖化への影響が懸念されており、排ガス中に含まれるＰＦＣガスの十分な分解処理が望まれている。
【０００３】
フッ素系ガスを含有する排ガスを処理する方法として、たとえば、下記特許文献１に記載された方法などが提案されているが、従来から提案されている方法は、いずれもフッ素系ガスを十分に分解処理することができるものではなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８５９３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、フッ素系ガス（ＰＦＣガス）を高分解率で分解処理でき、これによりフッ素系ガスの排出による地球温暖化を防止できるガス処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、プラズマ生成空間を有し、このプラズマ生成空間内でフッ素系ガス（ＰＦＣガス）、不活性ガスおよび酸素ガスを含む処理対象ガスのプラズマを生成することにより、当該処理対象ガス中のフッ素系ガスを９０％以上の分解率で分解することを特徴とするガス処理装置（２；４）である。
【０００７】
括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、フッ素系ガスを９０％以上の高分解率で分解処理でき、これによりフッ素系ガスの排出による地球温暖化を防止することができる。
なお、上記ガス処理装置は、処理対象ガス中のフッ素系ガスを９５％以上の分解率で分解するものであることが好ましい。
【０００８】
また、請求項２に記載のように、処理対象ガス中の不活性ガスの割合が４０％以上であり、かつ、当該処理ガス中の酸素の割合が５〜３０％の範囲に含まれることが好ましい。
また、請求項３に記載のように、処理対象ガス中の不活性ガスは、ＡｒまたはＨｅであってもよい。
請求項４記載の発明は、処理対象ガスが流通するとともにプラズマ生成空間を提供するガス流通管（２２１；４１）と、このガス流通管の外周に設けられて、当該ガス流通管内に電場または磁場を形成するためのコイル（２２２；４２）と、このコイルに周波数が５０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲に含まれる高周波電力を印加する高周波電源（２２３；４３）とを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガス処理装置である。
【０００９】
この発明によれば、高周波電源からコイルに高周波電力を供給することにより、ガス流通管内に高周波誘導磁場による誘導電磁場が生じ、この誘導電磁場によって、ガス流通管内に流入した処理対象ガスのプラズマを生成することができ、フッ素系ガスを９０％以上の高い分解率で分解することができる。
なお、ガス処理装置のイニシャルコストを低く抑える目的から、請求項５記載のように、高周波電力の周波数は５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲に含まれることが好ましく、さらに請求項６に記載のように、高周波電力は２０００Ｗａｔｔ以下であることがより好ましい。
【００１０】
請求項７記載の発明は、上記プラズマ生成空間の圧力（上記ガス流通管内の圧力）が、１０Ｔｏｒｒ以下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ガス処理装置である。
この発明のように、プラズマを生成する空間の圧力が１０Ｔｏｒｒ以下であれば、処理対象ガスのプラズマを良好に生成することができ、フッ素系ガスの高い分解率を確保することができる。
【００１１】
ただし、請求項８に記載のように、上記プラズマ生成空間の圧力（上記ガス流通管内の圧力）は１Ｔｏｒｒ以下であることがより好ましい。
また、請求項９に記載のように、上記プラズマ生成空間の圧力（上記ガス流通管内の圧力）を計測するための圧力計測手段（２６；４５）を含むことが好ましく、この場合、請求項１０に記載のように、上記圧力計測手段が所定値以上の圧力を計測したことに応答して、予め定める異常発生処理を実行する手段をさらに含むことがより好ましい。予め定める異常発生処理は、処理対象ガスの発生を強制的に停止させるといった処理であってもよいし、アラームまたはエラー表示による警報を発生させるといった処理であってもよい。予め定める異常発生処理が処理対象ガスの発生を強制的に停止させるといった処理である場合、この異常発生処理を実行する手段を備えることにより、プラズマを生成する空間の圧力異常のために分解処理されずに残ったフッ素系ガスが大気に放出されるのを防止することができる。
【００１２】
請求項１１記載の発明は、上記ガス処理装置は、フッ素系ガスを含むプロセスガスを用いた処理を半導体基板（Ｓ）に施すための処理チャンバ（１２）に接続されて、この処理チャンバから排出されるガスを処理対象ガスとするものであり、上記処理チャンバと上記プラズマ生成空間（上記ガス流通管）との間（たとえば、上記処理チャンバと上記プラズマ生成空間とを接続する配管（２１）の途中部）に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段（２５，２５２）および酸素を導入する酸素ガス導入手段（２５，２５２）をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のガス処理装置である。
【００１３】
この発明によれば、不活性ガス導入手段および酸素ガス導入手段が備えられているので、処理チャンバから排出される処理対象ガスに不活性ガスおよび酸素ガスを導入して、処理対象ガス中の不活性ガスおよび酸素ガスの割合を常に適正な範囲に保つことができ、良好なプラズマを生成できるので、高効率でガスを分解できる。
なお、請求項１２に記載のように、上記不活性ガス導入手段によって導入される不活性ガスはＡｒまたはＨｅであってもよい。
【００１４】
請求項１３記載の発明は、上記ガス処理装置は、フッ素系ガスを含むガスを用いた処理を半導体基板に施すための処理チャンバ（１２）に接続されて、この処理チャンバに半導体基板（Ｓ）の処理のために供給されるガスを処理対象ガスとするものであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のガス処理装置である。
この発明によれば、処理チャンバに向けて供給されるガスに含まれるフッ素系ガスは高い分解率で分解され、処理チャンバに供給されるガスにはフッ素系ガスがほとんど含まれていないので、処理チャンバからの排ガスをそのまま大気中に放出しても、フッ素系ガスによる地球温暖化を招くおそれがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るガス処理装置が備えられた基板処理装置の構成を概念的に示す図である。この基板処理装置は、たとえば、半導体基板Ｓの表面に形成されたＳｉＯ_２膜やＷ（タングステン）膜などの薄膜を微細パターンに加工するためのエッチングプロセスを行う装置であり、半導体基板Ｓを支持するための基板ステージ１１を収容した処理チャンバ１２を備えている。
【００１６】
処理チャンバ１２には、ＰＦＣ（ＰｅｒＦｌｕｏｒｏ−Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）ガス（たとえば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６またはＮＦ_３など）を含むプロセスガスを導入するためのプロセスガス導入管１３が接続されている。プロセスガスには、ＰＦＣガスの他に、酸素ガスおよび／または窒素ガス、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅ、ＸｅおよびＨｅの中から選択された１または２以上の不活性ガスが含まれている。
【００１７】
また、処理チャンバ１２には、処理チャンバ１２内を排気して減圧するための真空排気系１４が接続されている。この真空排気系１４は、処理チャンバ１２に真空排気管１４１を介して接続された真空ポンプ１４２を備えている。真空ポンプ１４２としては、たとえば、ターボ分子ポンプまたはメカニカルブースタポンプを用いることができる。
エッチングプロセスでは、半導体基板Ｓが、図示しない搬送ロボットにより処理チャンバ１２に搬入されて、その表面（薄膜が形成されている面）を上に向けた状態で基板ステージ１１上に載置される。次いで、真空ポンプ１４２が駆動されて、処理チャンバ１２内がほぼ真空状態まで減圧された後、その処理チャンバ１２内にプロセスガス導入管１３からプロセスガスが導入される。そして、たとえば、基板ステージ１１とこの基板ステージ１１の上方に対向配置されたプレート（図示せず）との間に高周波電力が印加されることにより、プロセスガス中のＰＦＣガスのプラズマが生成され、このＰＦＣガスのプラズマによって半導体基板Ｓの表面の薄膜がエッチング除去されていく。
【００１８】
エッチングプロセス中に真空排気系１４の働きによって処理チャンバ１２から排出されるガス（排ガス）は、真空排気系１４の下流側に設けられたガス処理装置２に導かれるようになっている。すなわち、処理チャンバ１２からの排ガスには、処理チャンバ１２で電離しなかったＰＦＣガスが含まれており、この地球温暖化係数の高いＰＦＣガスが大気中に放出されるのを防止するために、処理チャンバ１２からの排ガスは、ＰＦＣガスを分解処理するためのガス処理装置２に導入されるようになっている。
【００１９】
ガス処理装置２は、真空ポンプ１４２の吐出口にステンレス製の上流側接続管２１を介して接続されたガス分解部２２と、このガス分解部２２にステンレス製の下流側接続管２３を介して接続されたバックポンプ２４と、上流側接続管２１の途中部に接続された酸素・不活性ガス導入管２５と、下流側接続管２３内の圧力を計測するための圧力計２６とを備えている。
ガス分解部２２は、上流側接続管２１と下流側接続管２３との間に介装されて、上流側接続管２１および下流側接続管２３に連通するとともに内部にプラズマ生成空間を提供するガス流通管２２１と、このガス流通管２２１の外周に設けられて、ガス流通管２２１内に誘導電磁場を形成するためのコイル２２２と、このコイル２２２に高周波電力を印加する高周波電源２２３とを含む構成であり、バックポンプ２４は、ガス流通管２２１内を減圧するために設けられている。ガス流通管２２１は、たとえば、セラミックスなどの絶縁材料を用いて形成されている。
【００２０】
酸素・不活性ガス導入管２５には、酸素ガス供給管２５１および不活性ガス供給管２５２が接続されており、これらの酸素ガス供給管２５１および不活性ガス供給管２５２から、それぞれ酸素（Ｏ_２）ガスおよび不活性ガス（Ａｒ）が供給されるようになっている。酸素ガス供給管２５１および不活性ガス供給管２５２の途中部には、それぞれ流量制御機構２５３，２５４が設けられており、この流量制御機構２５３，２５４により、酸素・不活性ガス導入管２５に供給される酸素ガスおよび不活性ガスの流量を制御できるようになっている。
【００２１】
エッチングプロセス中は、バックポンプ２４がフルパワーで駆動されて、ガス流通管２２１内の圧力が１Ｔｏｒｒ以下に減圧される。ガス流通管２２１内の圧力は、圧力計２６で常に計測されており、この圧力計２６によって計測される圧力が１０Ｔｏｒｒ以上になると、基板処理装置による処理が強制的に停止されるとともに、アラームまたはエラー表示による警報が発せられるようになっている。また、エッチングプロセス中は、酸素・不活性ガス導入管２５から上流側接続管２１に、それぞれ所定流量の酸素ガスおよび不活性ガスが導入される。具体的には、ガス流通管２２１に流入するガス中の不活性ガスの割合が４０％以上であり、かつ、酸素ガスの割合が５〜３０％の範囲となるように、酸素・不活性ガス導入管２５から上流側接続管２１に供給される酸素ガスおよび不活性ガスの流量が調整される。さらに、高周波電源２２３からコイル２２２に所定の周波数（５０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、好ましくは５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内の周波数）で２０００Ｗａｔｔ以下の高周波電力が供給される。高周波電力を２０００Ｗａｔｔ以下に制限しているのは、ガス処理装置２のランニングコストを抑える目的である。
【００２２】
これにより、ガス流通管２２１内には、高周波誘導磁場による誘導電磁場が生じ、この誘導電磁場によって、ガス流通管２２１内に流入した排ガス、酸素ガスおよび不活性ガス（処理対象ガス）の強電離プラズマが生成される。この結果、ガス流通管２２１からは、ＰＦＣガスをほとんど含まないガスが排出される。たとえば、処理チャンバ１２からの排ガスにＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８またはＣ_４Ｆ_８が含まれる場合、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８またはＣ_４Ｆ_８はガス流通管２２１内で高分解率で分解（電離）され、ガス流通管２２１からはＦ_２、ＣＯ_２およびＡｒ（不活性ガス）を含むガスが流出する。また、たとえば、処理チャンバ１２からの排ガスにＣＨＦ_３が含まれる場合には、ガス流通管２２１からＨＦ、ＣＯ_２およびＡｒ（不活性ガス）を含むガスが流出する。
【００２３】
ガス流通管２２１から流出するガスは、下流側接続管２３、バックポンプ２４およびこのバックポンプ２４の吐出口に接続された接続管２７を介して、スクラバ３内に流入するようになっている。スクラバ３内には、Ｈ_２Ｏを噴射するノズル３１が配設されている。これにより、スクラバ３内に流入したガスに含まれる水溶性のガス（ＨＦ、Ｆ_２）は、ノズル３１から噴射されるＨ_２Ｏに溶け込んで、スクラバ３の底部に溜まり、その底部に接続された排液管を通して排液される。一方、スクラバ３内に流入したガスに含まれる難水溶性のガス（ＣＯ_２、Ａｒ）はＨ_２Ｏに溶けずに、スクラバ３の上部に接続された排気管を通して大気中に排気される。
【００２４】
図２は、処理チャンバ１２からの排ガスに酸素・不活性ガス導入管２５から不活性ガスであるＡｒを混入させた場合におけるガス流通管２２１内の圧力とＰＦＣガスの分解率（ガス分解率）との関係を示すグラフである。
ガス流通管２２１に流入する処理対象ガス中のＣＦ_４および酸素ガスの流量をそれぞれ２００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｂｉｃｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）および１００ｓｃｃｍにして、酸素・不活性ガス導入管２５から混入させるＡｒの流量を０、２００および５００ｓｃｃｍに変化させた時のガス流通管２２１内の圧力とＣＦ_４の分解率との関係を調べ、その結果をグラフに示した。ガス分解率は、分解処理前のＰＦＣガス（ＣＦ_４）の流量Ｑに対する分解処理後のＰＦＣガスの流量Ｑ’の百分率であり、
ガス分解率＝｛１−（Ｑ’／Ｑ）｝×１００
で求めることができる。
【００２５】
この図２に示すグラフから、Ａｒを混入させることにより、ガス分解率９０％以上を達成できるガス流通管２２１内の圧力の範囲が広がることが理解される。そして、Ａｒの流量を０ｓｃｃｍにした時（Ａｒを混入させない時）には、ガス流通管２２１内をほぼ真空な状態まで減圧しないと、９０％以上の高い分解率でＣＦ_４を分解することはできないが、Ａｒの流量を２００ｓｃｃｍ以上（処理対象ガス中のＡｒの割合を４０％以上）にした場合には、ガス流通管２２１内を０．５Ｔｏｒｒ程度まで減圧すれば、９０％以上の高い分解率でＣＦ_４を分解できることが理解される。また、ガス流通管２２１内をさらに減圧すれば、９５％以上の非常に高い分解率でＣＦ_４を分解できることが理解される。このことから、処理対象ガス中の不活性ガスの割合は４０％以上が好ましいと理解される。
【００２６】
図３は、処理チャンバ１２からの排ガスに酸素・不活性ガス導入管２５から不活性ガスであるＨｅを混入させた場合におけるガス流通管２２１内の圧力とガス分解率との関係を示すグラフである。
ガス流通管２２１に流入する処理対象ガス中のＣＦ_４および酸素ガスの流量をそれぞれ２００ｓｃｃｍおよび１００ｓｃｃｍにして、酸素・不活性ガス導入管２５から混入させるＨｅの流量を０、２００および５００ｓｃｃｍに変化させた時のガス流通管２２１内の圧力とＣＦ_４の分解率との関係を調べ、その結果をグラフに示した。
【００２７】
この図３に示すグラフから、Ｈｅを混入させることにより、ガス分解率９０％以上を達成できるガス流通管２２１内の圧力の範囲が広がることが理解される。そして、Ｈｅの流量を０ｓｃｃｍにした時（Ｈｅを混入させない時）には、ガス流通管２２１内をほぼ真空な状態まで減圧しないと、９０％以上の高い分解率でＣＦ_４を分解することはできないが、Ｈｅの流量を２００ｓｃｃｍ以上（処理対象ガス中のＡｒの割合を４０％以上）にすると、ガス流通管２２１内を２Ｔｏｒｒ程度まで減圧すれば、９０％以上の高い分解率でＣＦ_４を分解できることが理解される。
【００２８】
以上のように、ガス流通管２２１に流入するガス（処理対象ガス）中の不活性ガスの割合が４０％以上であり、かつ、酸素ガスの割合が５〜３０％の範囲となるように酸素ガスおよび不活性ガスを処理チャンバ１２からの排ガスに混入し、さらに、ガス流通管２２１内の圧力を１Ｔｏｒｒ以下に減圧して、コイル２２２に高周波電力を供給することにより、ガス流通管２２１内で強電離プラズマを生成することができ、処理チャンバ１２からの排ガスに含まれるＰＦＣガスを９０％以上の高分解率で分解することができる。よって、この実施形態の構成によれば、基板処理装置からのＰＦＣガスの排出による地球温暖化を防止することができる。
【００２９】
また、この実施形態では、圧力計２６による計測圧力（ガス流通管２２１内の圧力）が１０Ｔｏｒｒ以上になると、基板処理装置による処理が強制的に停止されるから、バックポンプ２４の故障などの理由で、ガス流通管２２１内の圧力がプラズマを生成可能な１０Ｔｏｒｒ以下にならない場合であっても、プラズマ分解されなかったＰＦＣガスが大気に放出されるおそれがない。
図４は、この発明の他の実施形態に係るガス処理装置が備えられた基板処理装置の構成を概念的に示す図である。この図４において、図１に示す各部に相当する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付している。
【００３０】
この実施形態では、ガス流通方向に関して処理チャンバ１２の上流側にガス処理装置４が設けられており、このガス処理装置４による分解処理を受けた後のガスがプロセスガスとして処理チャンバ１２に供給されるようになっている。なお、この第２の実施形態において、処理チャンバ１２において行われるプロセスとしては、たとえば、半導体基板Ｓの表面のエッチングプロセス、酸化プロセスもしくは窒化プロセス、または処理チャンバ１２内の洗浄のためのクリーニングプロセスを例示することができる。
【００３１】
ガス処理装置４は、上述の第１の実施形態におけるガス分解部２２と同様な構成を有している。すなわち、ガス処理装置４は、ＰＦＣガス、酸素（Ｏ_２）ガスおよび不活性ガス（この実施形態では、Ａｒ）が流通するとともに内部にプラズマ生成空間を提供するガス流通管４１と、このガス流通管４１の外周に設けられて、ガス流通管４１内に誘導電磁場を形成するためのコイル４２と、このコイル４２に高周波電力を印加する高周波電源４３とを含む構成である。また、ガス処理装置４と処理チャンバ１２とを接続する接続管４４には、この接続管４４内の圧力を計測する圧力計４５が設けられている。
【００３２】
半導体基板Ｓの処理（処理チャンバ１２でのプロセスの実行）に際しては、真空ポンプ１４２が駆動されて、処理チャンバ１２内がほぼ真空状態まで減圧されることにより、ガス流通管４１内の圧力が１Ｔｏｒｒ以下に減圧される。そして、ＰＦＣガス、酸素ガスおよび不活性ガスの供給が開始されるとともに、高周波電源４３からコイル４２への高周波電力の供給が開始される。なお、ガス処理装置４に供給されてくるＰＦＣガス、酸素ガスおよび不活性ガスは、全ガス中における不活性ガスの割合が４０％以上であり、かつ、酸素ガスの割合が５〜３０％となっている。また、高周波電源４３からコイル４２に供給される高周波電力は、２０００Ｗａｔｔ以下であり、周波数が５０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内（好ましくは、５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内）である。
【００３３】
これにより、ガス流通管４１内に流入したＰＦＣガス、酸素ガスおよび不活性ガスの強電離プラズマが生成され、ガス流通管４１からは、フッ素ラジカルを含むガスがプロセスガスとして排出される。そして、フッ素ラジカルを含むプロセスガスが、接続管４４を介して処理チャンバ１２に供給されることにより、処理チャンバ１２内において、フッ素ラジカルを含むプロセスガスによる処理が半導体基板Ｓに施される。
【００３４】
ガス流通管４１内では強電離プラズマが生成されるから、ガス流通管４１から排出されるプロセスガスにはＰＦＣガスがほとんど含まれていない。よって、処理チャンバ１２からの排ガスをそのまま大気中に放出しても、ＰＦＣガスによる地球温暖化を招くおそれがない。
なお、プロセスガス中のフッ素ラジカルの消失を防ぐために、接続管４４の内表面は、ＡｌＦ_３、Ａｌ_２Ｏ_３またはフッ素樹脂などの絶縁材料を用いて形成されていることが好ましい。また、接続管４４は、加温されていることが好ましい。
【００３５】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、第１の実施形態では、ガス流通管２２１内の圧力を知るために、下流側接続管２３内の圧力を圧力計２６で計測する構成としたが、上流側接続管２１の圧力をガス流通管２２１内の圧力として圧力計で計測するようにしてもよいし、ガス流通管２２１内の圧力を圧力計で直接に計測するようにしてもよい。また、第２の実施形態の場合についても、ガス流通管４１内の圧力を圧力計で直接に計測するようにしてもよい。
【００３６】
また、第１の実施形態では、処理チャンバ１２からの排ガスに上流側接続管２１の途中部から酸素ガスを混入させるとしたが、酸素ガスに変えて、Ｈ_２Ｏガス（水蒸気）を混入させるようにしてもよい。
さらに、第１の実施形態におけるガス分解部２２および第２の実施形態におけるガス処理装置４は、ＰＦＣガス、酸素ガスおよび不活性ガスを含む処理対象ガスが流通するガス流通管と、このガス流通管の外周に設けられたコイルとを有する構成であるとしたが、ガス流通管内に電場または磁場の少なくとも一方を形成すれば、処理対象ガスの強電離プラズマを生成することができる。
【００３７】
したがって、ガス分解部２２およびガス処理装置４は、図５に示すように、ガス流通管５１の外周面に一対のシート状電極５２，５３が取り付けられていて、この一対のシート状電極５２，５３間に高周波電源５４から高周波電圧を印加することにより、ガス流通管５１の内部に電場を発生させ、この電場により処理対象ガスの強電離プラズマを生成する構成であってもよい。
また、ガス分解部２２およびガス処理装置４は、図６に示すように、四角枠状の外形を有していて、内部を処理対象ガスが流通可能な中空構造のガス流通部材６１と、磁性体を用いてガス流通部材６１の一辺を取り囲む環状に形成されたコア６２と、このコア６２に巻き付けられたコイル６３と、コイル６３に高周波電力を供給するための高周波電源６４とを含み、高周波電源６４からコイル６３に高周波電力を供給することにより、ガス流通部材６１の内部に電場を発生させ、この電場により処理対象ガスの強電離プラズマを生成する構成であってもよい。
【００３８】
この場合、ガス流通部材６１は、セラミック材料を用いて一体的に形成されていてもよいし、一対の金属製のコ字状部材６１１，６１２を、セラミック製の接続部材６１３，６１４を介して接合することにより、全体として四角枠状の外形を有するように形成されていてもよい。金属製のコ字状部材６１１，６１２の間にセラミック製の接続部材６１３，６１４を介在させることにより、ガス流通部材６１（コ字状部材６１１，６１２）の表面のみに集中して電場が形成されることを防止でき、ガス流通部材６１内にプラズマ生成のための良好な電場を形成することができる。
【００３９】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るガス処理装置が備えられた基板処理装置の構成を概念的に示す図である。
【図２】処理チャンバからの排ガスにＡｒを混入させた場合におけるガス流通管内の圧力とＰＦＣガスの分解率（ガス分解率）との関係を示すグラフである。
【図３】処理チャンバからの排ガスにＨｅを混入させた場合におけるガス流通管内の圧力とＰＦＣガスの分解率（ガス分解率）との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の他の実施形態に係るガス処理装置が備えられた基板処理装置の構成を概念的に示す図である。
【図５】第１および第２の実施形態の変形例に係る構成を説明するための図である。
【図６】第１および第２の実施形態のさらに他の変形例に係る構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１２処理チャンバ
１３プロセスガス導入管
２ガス処理装置
２２ガス分解部
２２１ガス流通管
２２２コイル
２２３高周波電源
２５酸素・不活性ガス導入管
２５１酸素ガス供給管
２５２不活性ガス供給管
２５３流量制御機構
２５４流量制御機構
２６圧力計
３スクラバ
４ガス処理装置
４１ガス流通管
４２コイル
４３高周波電源
４５圧力計[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas processing device for decomposing fluorine-based gas.
[0002]
[Prior art]
In a manufacturing process of a semiconductor device, for example, SiO 2 formed on the surface of a semiconductor substrate ₂ A step of forming a film or a W (tungsten) film into a fine pattern by an etching process is performed.
SiO ₂ As a process gas used for the etching process of the film or the W film, a fluorine-based gas (for example, CF) (generally referred to as PFC (PerFluoro-Compounds) gas) is used. ₄ , C ₂ F ₆ , C ₃ F ₈ , C ₄ F ₈ , CHF ₃ , SF ₆ And NF ₃ And the like, and the exhaust gas from the apparatus for the etching process contains PFC gas remaining unreacted. Conventionally, exhaust gas from an apparatus for etching processing has been released to the atmosphere as it is. However, PFC gas is a greenhouse gas having a relatively high global warming potential. There is a concern that the exhaust gas from the apparatus may affect global warming, and it is desired that the PFC gas contained in the exhaust gas be sufficiently decomposed.
[0003]
As a method of treating an exhaust gas containing a fluorine-based gas, for example, a method described in Patent Document 1 below has been proposed. However, any of the conventionally proposed methods decompose fluorine-based gas sufficiently. It couldn't be processed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-85939
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas processing apparatus capable of decomposing fluorine-based gas (PFC gas) at a high decomposition rate, thereby preventing global warming due to emission of fluorine-based gas.
[0006]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma generation space having a plasma generation space in which a plasma of a gas to be treated including a fluorine-based gas (PFC gas), an inert gas and an oxygen gas is provided. The gas processing apparatus (2; 4) is characterized by decomposing a fluorine-based gas in the gas to be processed at a decomposition rate of 90% or more by generating the gas.
[0007]
Alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components and the like in embodiments described later. Hereinafter, the same applies in this section.
According to the present invention, it is possible to decompose fluorine-based gas at a high decomposition rate of 90% or more, thereby preventing global warming due to emission of fluorine-based gas.
It is preferable that the gas processing apparatus decomposes a fluorine-based gas in a gas to be processed at a decomposition rate of 95% or more.
[0008]
Further, as described in claim 2, the ratio of the inert gas in the processing target gas is 40% or more, and the ratio of the oxygen in the processing gas is included in the range of 5 to 30%. preferable.
Further, as described in claim 3, the inert gas in the gas to be treated may be Ar or He.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a gas flow pipe (221; 41) through which a gas to be treated flows and which provides a plasma generation space, and an electric field or a magnetic field provided in the outer circumference of the gas flow pipe. And a high frequency power supply (223; 43) for applying a high frequency power having a frequency in a range of 50 kHz to 20 MHz to the coil. 3. The gas processing apparatus according to any one of 3.
[0009]
According to the present invention, by supplying high-frequency power to the coil from the high-frequency power supply, an induction electromagnetic field is generated in the gas flow pipe by the high-frequency induction magnetic field, and the induced electromagnetic field generates plasma of the gas to be processed flowing into the gas flow pipe. And the fluorine-based gas can be decomposed at a high decomposition rate of 90% or more.
In order to reduce the initial cost of the gas processing apparatus, the frequency of the high-frequency power is preferably included in a range of 50 kHz to 500 kHz as described in claim 5, and furthermore, as described in claim 6, More preferably, the power is 2000 Watt or less.
[0010]
The invention according to claim 7 is the gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the pressure in the plasma generation space (the pressure in the gas flow pipe) is 10 Torr or less.
As in the present invention, when the pressure in the space for generating the plasma is 10 Torr or less, the plasma of the gas to be processed can be favorably generated, and a high decomposition rate of the fluorine-based gas can be secured.
[0011]
However, as described in claim 8, the pressure in the plasma generation space (the pressure in the gas flow pipe) is more preferably 1 Torr or less.
Further, as described in claim 9, it is preferable to include a pressure measuring means (26; 45) for measuring the pressure of the plasma generation space (the pressure in the gas flow pipe). It is more preferable that the apparatus further includes means for executing a predetermined abnormality occurrence process in response to the pressure measurement means measuring a pressure equal to or higher than a predetermined value. The predetermined abnormality generation process may be a process of forcibly stopping the generation of the gas to be processed, or a process of generating an alarm or an alarm by an error display. When the predetermined abnormality generation processing is processing for forcibly stopping the generation of the processing target gas, by providing means for executing the abnormality generation processing, the processing is performed by the decomposition processing due to the pressure abnormality in the space for generating the plasma. The remaining fluorine-based gas can be prevented from being released to the atmosphere.
[0012]
According to an eleventh aspect of the present invention, the gas processing apparatus is connected to a processing chamber (12) for performing a processing using a process gas containing a fluorine-based gas on the semiconductor substrate (S), and is discharged from the processing chamber. The gas to be processed is used as a gas to be processed, and a gas (for example, a pipe (21) connecting the processing chamber and the plasma generation space) between the processing chamber and the plasma generation space (the gas flow pipe) is used. 11. An apparatus according to claim 1, further comprising an inert gas introducing means (25, 252) for introducing an inert gas and an oxygen gas introducing means (25, 252) for introducing oxygen to the intermediate part). A gas processing apparatus according to any one of the above.
[0013]
According to the present invention, since the inert gas introducing means and the oxygen gas introducing means are provided, the inert gas and the oxygen gas are introduced into the processing target gas discharged from the processing chamber, and the inert gas in the processing target gas is introduced. Since the ratios of the active gas and the oxygen gas can always be kept in appropriate ranges and good plasma can be generated, the gas can be decomposed with high efficiency.
The inert gas introduced by the inert gas introducing means may be Ar or He.
[0014]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the gas processing apparatus is connected to a processing chamber (12) for performing a processing using a gas containing a fluorine-based gas to the semiconductor substrate, and the processing chamber includes a semiconductor substrate (S). The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein a gas supplied for the processing is used as a processing target gas.
According to the present invention, the fluorine-based gas contained in the gas supplied to the processing chamber is decomposed at a high decomposition rate, and the gas supplied to the processing chamber contains almost no fluorine-based gas. Even if the exhaust gas from the chamber is released into the atmosphere as it is, there is no possibility of causing global warming due to the fluorine-based gas.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram conceptually showing a configuration of a substrate processing apparatus provided with a gas processing apparatus according to one embodiment of the present invention. This substrate processing apparatus includes, for example, an SiO 2 formed on a surface of a semiconductor substrate S. ₂ This is an apparatus for performing an etching process for processing a thin film such as a film or a W (tungsten) film into a fine pattern, and includes a processing chamber 12 accommodating a substrate stage 11 for supporting a semiconductor substrate S.
[0016]
A PFC (PerFluoro-Compounds) gas (for example, CF ₄ , C ₂ F ₆ , C ₃ F ₈ , C ₄ F ₈ , CHF ₃ , SF ₆ Or NF ₃ ) Is connected to a process gas introduction pipe 13 for introducing a process gas containing the same. The process gas contains one or two or more inert gases selected from oxygen gas and / or nitrogen gas, Ar, Kr, Ne, Xe, and He, in addition to the PFC gas.
[0017]
Further, the processing chamber 12 is connected to a vacuum exhaust system 14 for exhausting the processing chamber 12 to reduce the pressure. The vacuum exhaust system 14 includes a vacuum pump 142 connected to the processing chamber 12 via a vacuum exhaust pipe 141. As the vacuum pump 142, for example, a turbo molecular pump or a mechanical booster pump can be used.
In the etching process, the semiconductor substrate S is carried into the processing chamber 12 by a transfer robot (not shown), and is placed on the substrate stage 11 with its surface (the surface on which the thin film is formed) facing upward. Next, the vacuum pump 142 is driven to reduce the pressure inside the processing chamber 12 to a substantially vacuum state, and then a process gas is introduced into the processing chamber 12 from the process gas introduction pipe 13. Then, for example, a high-frequency power is applied between the substrate stage 11 and a plate (not shown) disposed above the substrate stage 11 so as to generate a plasma of the PFC gas in the process gas, The thin film on the surface of the semiconductor substrate S is etched away by the plasma of the PFC gas.
[0018]
Gas (exhaust gas) discharged from the processing chamber 12 by the operation of the vacuum exhaust system 14 during the etching process is guided to the gas processing device 2 provided on the downstream side of the vacuum exhaust system 14. That is, the exhaust gas from the processing chamber 12 contains PFC gas that has not been ionized in the processing chamber 12, and in order to prevent this PFC gas having a high global warming potential from being released into the atmosphere, The exhaust gas from the processing chamber 12 is introduced into a gas processing device 2 for decomposing PFC gas.
[0019]
The gas processing apparatus 2 includes a gas decomposition section 22 connected to a discharge port of a vacuum pump 142 via a stainless steel upstream connection pipe 21, and a gas decomposition section 22 connected to the gas decomposition section 22 via a stainless steel downstream connection pipe 23. A back pump 24 connected thereto; an oxygen / inert gas introduction pipe 25 connected at an intermediate portion of the upstream connection pipe 21; and a pressure gauge 26 for measuring a pressure in the downstream connection pipe 23. I have.
The gas decomposing unit 22 is interposed between the upstream connection pipe 21 and the downstream connection pipe 23, communicates with the upstream connection pipe 21 and the downstream connection pipe 23, and provides a plasma generation space therein. A configuration including a circulation pipe 221, a coil 222 provided on the outer periphery of the gas circulation pipe 221 for forming an induced electromagnetic field in the gas circulation pipe 221, and a high-frequency power supply 223 for applying high-frequency power to the coil 222 The back pump 24 is provided to reduce the pressure inside the gas flow pipe 221. The gas flow pipe 221 is formed using, for example, an insulating material such as ceramics.
[0020]
An oxygen gas supply pipe 251 and an inert gas supply pipe 252 are connected to the oxygen / inert gas introduction pipe 25, and oxygen (O 2) is supplied from the oxygen gas supply pipe 251 and the inert gas supply pipe 252, respectively. ₂ ) A gas and an inert gas (Ar) are supplied. Flow control mechanisms 253 and 254 are provided in the middle of the oxygen gas supply pipe 251 and the inert gas supply pipe 252, respectively. The flow control mechanisms 253 and 254 supply the oxygen / inert gas supply pipe 25 to the oxygen / inert gas introduction pipe 25. The flow rates of the supplied oxygen gas and inert gas can be controlled.
[0021]
During the etching process, the back pump 24 is driven at full power, and the pressure in the gas flow pipe 221 is reduced to 1 Torr or less. The pressure in the gas flow pipe 221 is constantly measured by the pressure gauge 26. When the pressure measured by the pressure gauge 26 becomes 10 Torr or more, the processing by the substrate processing apparatus is forcibly stopped and an alarm or An alarm by an error display is issued. During the etching process, a predetermined flow rate of oxygen gas and inert gas is introduced from the oxygen / inert gas introduction pipe 25 to the upstream connection pipe 21, respectively. Specifically, the oxygen / inert gas is set so that the ratio of the inert gas in the gas flowing into the gas flow pipe 221 is 40% or more and the ratio of the oxygen gas is in the range of 5 to 30%. The flow rates of the oxygen gas and the inert gas supplied from the introduction pipe 25 to the upstream connection pipe 21 are adjusted. Furthermore, a high frequency power of 2000 Watt or less is supplied from the high frequency power supply 223 to the coil 222 at a predetermined frequency (50 kHz to 20 MHz, preferably a frequency in the range of 50 kHz to 500 kHz). The reason why the high-frequency power is limited to 2000 Watt or less is to reduce the running cost of the gas processing apparatus 2.
[0022]
As a result, an induction electromagnetic field is generated in the gas flow pipe 221 by a high-frequency induction magnetic field, and the induced electromagnetic field causes strong ionization plasma of the exhaust gas, oxygen gas, and inert gas (gas to be processed) flowing into the gas flow pipe 221. Is generated. As a result, a gas containing almost no PFC gas is discharged from the gas flow pipe 221. For example, the exhaust gas from the processing chamber 12 has CF ₄ , C ₂ F ₆ , C ₃ F ₈ Or C ₄ F ₈ Is included, CF ₄ , C ₂ F ₆ , C ₃ F ₈ Or C ₄ F ₈ Is decomposed (ionized) at a high decomposition rate in the gas flow pipe 221, and F ₂ , CO ₂ And a gas containing Ar (inert gas) flows out. Further, for example, CHF is added to the exhaust gas from the processing chamber 12. ₃ Is contained, the HF, CO ₂ And a gas containing Ar (inert gas) flows out.
[0023]
The gas flowing out of the gas flow pipe 221 flows into the scrubber 3 via the downstream connection pipe 23, the back pump 24, and the connection pipe 27 connected to the discharge port of the back pump 24. H in the scrubber 3 ₂ A nozzle 31 for injecting O is provided. Thereby, the water-soluble gas (HF, F) contained in the gas flowing into the scrubber 3 is obtained. ₂ ) Is H injected from the nozzle 31 ₂ It dissolves in O, accumulates at the bottom of the scrubber 3, and is drained through a drain pipe connected to the bottom. On the other hand, the poorly water-soluble gas (CO 2) contained in the gas flowing into the scrubber 3 ₂ , Ar) is H ₂ Without being dissolved in O, it is exhausted to the atmosphere through an exhaust pipe connected to the upper part of the scrubber 3.
[0024]
FIG. 2 shows the pressure in the gas flow pipe 221 and the PFC gas decomposition rate (gas decomposition rate) when Ar, which is an inert gas, is mixed into the exhaust gas from the processing chamber 12 through the oxygen / inert gas introduction pipe 25. 6 is a graph showing the relationship between
CF in the gas to be treated flowing into the gas flow pipe 221 ₄ And a gas flow pipe 221 when the flow rate of oxygen gas is set to 200 sccm (standard cubic centimeter per minute) and 100 sccm, respectively, and the flow rate of Ar mixed from the oxygen / inert gas introduction pipe 25 is changed to 0, 200 and 500 sccm. Pressure and CF ₄ The relationship with the decomposition rate was investigated, and the results are shown in the graph. The gas decomposition rate is calculated based on the PFC gas (CF ₄ ) Is the percentage of the flow rate Q ′ of the PFC gas after the decomposition process with respect to the flow rate Q of
Gas decomposition rate = {1- (Q '/ Q)} x 100
Can be obtained by
[0025]
From the graph shown in FIG. 2, it is understood that the range of the pressure in the gas flow pipe 221 which can achieve the gas decomposition rate of 90% or more is widened by mixing Ar. Then, when the flow rate of Ar is set to 0 sccm (when Ar is not mixed), unless the pressure in the gas flow pipe 221 is reduced to a substantially vacuum state, the CF has a high decomposition rate of 90% or more. ₄ Can not be decomposed, but when the flow rate of Ar is set to 200 sccm or more (the ratio of Ar in the processing target gas is 40% or more), the pressure in the gas flow pipe 221 is reduced to about 0.5 Torr, and % With high decomposition rate ₄ It is understood that can be decomposed. Further, if the pressure in the gas flow pipe 221 is further reduced, CF can be extremely high at a decomposition rate of 95% or more. ₄ It is understood that can be decomposed. From this, it is understood that the ratio of the inert gas in the gas to be treated is preferably 40% or more.
[0026]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the pressure in the gas flow pipe 221 and the gas decomposition rate when He, which is an inert gas, is mixed from the oxygen / inert gas introduction pipe 25 into the exhaust gas from the processing chamber 12. is there.
CF in the gas to be treated flowing into the gas flow pipe 221 ₄ And the flow rate of oxygen gas are set to 200 sccm and 100 sccm, respectively, and the flow rate of He mixed from the oxygen / inert gas introduction pipe 25 is changed to 0, 200 and 500 sccm. ₄ The relationship with the decomposition rate was investigated, and the results are shown in the graph.
[0027]
It is understood from the graph shown in FIG. 3 that the range of the pressure in the gas flow pipe 221 that can achieve a gas decomposition rate of 90% or more is widened by mixing He. When the flow rate of He is set to 0 sccm (when He is not mixed), unless the pressure in the gas flow pipe 221 is reduced to a substantially vacuum state, CF at a high decomposition rate of 90% or more is obtained. ₄ However, if the flow rate of He is set to 200 sccm or more (the ratio of Ar in the gas to be processed is set to 40% or more), if the pressure in the gas flow pipe 221 is reduced to about 2 Torr, a high decomposition rate of 90% or more can be obtained. CF at rate ₄ It is understood that can be decomposed.
[0028]
As described above, the ratio of the inert gas in the gas (the gas to be processed) flowing into the gas flow pipe 221 is set to 40% or more and the ratio of the oxygen gas is set to the range of 5 to 30%. The gas and the inert gas are mixed into the exhaust gas from the processing chamber 12, and the pressure in the gas flow pipe 221 is reduced to 1 Torr or less, and high-frequency power is supplied to the coil 222. Strongly ionized plasma can be generated, and PFC gas contained in exhaust gas from the processing chamber 12 can be decomposed at a high decomposition rate of 90% or more. Therefore, according to the configuration of this embodiment, global warming due to emission of PFC gas from the substrate processing apparatus can be prevented.
[0029]
In this embodiment, when the pressure measured by the pressure gauge 26 (the pressure in the gas flow pipe 221) becomes 10 Torr or more, the processing by the substrate processing apparatus is forcibly stopped. Therefore, even when the pressure in the gas flow pipe 221 does not become equal to or lower than 10 Torr at which plasma can be generated, there is no possibility that the PFC gas that has not been plasma-decomposed is released to the atmosphere.
FIG. 4 is a diagram conceptually showing a configuration of a substrate processing apparatus provided with a gas processing apparatus according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
[0030]
In this embodiment, the gas processing device 4 is provided on the upstream side of the processing chamber 12 with respect to the gas flow direction, and the gas that has undergone decomposition processing by the gas processing device 4 is supplied to the processing chamber 12 as a process gas. It has become so. In the second embodiment, the process performed in the processing chamber 12 includes, for example, an etching process, an oxidation process or a nitriding process of the surface of the semiconductor substrate S, or a cleaning process for cleaning the inside of the processing chamber 12. Examples can be given.
[0031]
The gas processing device 4 has a configuration similar to that of the gas decomposition unit 22 in the above-described first embodiment. That is, the gas processing device 4 is configured to use PFC gas, oxygen (O ₂ A) a gas flow pipe 41 through which a gas and an inert gas (Ar in this embodiment) flow and providing a plasma generation space therein; and a gas flow pipe 41 provided around the gas flow pipe 41 and The configuration includes a coil 42 for forming an induction electromagnetic field, and a high-frequency power supply 43 for applying high-frequency power to the coil 42. Further, a pressure gauge 45 for measuring the pressure in the connection pipe 44 is provided in the connection pipe 44 connecting the gas processing apparatus 4 and the processing chamber 12.
[0032]
In processing the semiconductor substrate S (executing the process in the processing chamber 12), the vacuum pump 142 is driven to reduce the pressure in the processing chamber 12 to a substantially vacuum state, thereby reducing the pressure in the gas flow pipe 41 to 1 Torr. The pressure is reduced below. Then, the supply of the PFC gas, the oxygen gas, and the inert gas is started, and the supply of the high-frequency power from the high-frequency power supply 43 to the coil 42 is started. The PFC gas, oxygen gas, and inert gas supplied to the gas processing device 4 have an inert gas ratio of 40% or more in all the gases and an oxygen gas ratio of 5 to 30%. Has become. The high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 43 to the coil 42 is 2000 Watt or less, and the frequency is in the range of 50 kHz to 20 MHz (preferably, in the range of 50 kHz to 500 kHz).
[0033]
As a result, strongly ionized plasma of the PFC gas, oxygen gas, and inert gas flowing into the gas flow pipe 41 is generated, and a gas containing fluorine radicals is discharged from the gas flow pipe 41 as a process gas. Then, the process gas containing fluorine radicals is supplied to the processing chamber 12 through the connection pipe 44 to the processing chamber 12, so that the processing using the process gas containing fluorine radicals is performed on the semiconductor substrate S in the processing chamber 12.
[0034]
Since strongly ionized plasma is generated in the gas flow pipe 41, the process gas discharged from the gas flow pipe 41 hardly contains a PFC gas. Therefore, even if the exhaust gas from the processing chamber 12 is directly discharged into the atmosphere, there is no possibility of causing global warming due to the PFC gas.
In order to prevent the disappearance of the fluorine radicals in the process gas, the inner surface of the connection pipe 44 is made of AlF ₃ , Al ₂ O ₃ Alternatively, it is preferably formed using an insulating material such as a fluororesin. Further, the connection pipe 44 is preferably heated.
[0035]
The two embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be embodied in other forms. For example, in the first embodiment, the pressure in the downstream connection pipe 23 is measured by the pressure gauge 26 in order to know the pressure in the gas flow pipe 221. The pressure in the flow pipe 221 may be measured by a pressure gauge, or the pressure in the gas flow pipe 221 may be directly measured by a pressure gauge. Also in the case of the second embodiment, the pressure in the gas flow pipe 41 may be directly measured by a pressure gauge.
[0036]
Further, in the first embodiment, the oxygen gas is mixed into the exhaust gas from the processing chamber 12 from an intermediate portion of the upstream connection pipe 21. ₂ O gas (water vapor) may be mixed.
Furthermore, the gas decomposing unit 22 in the first embodiment and the gas processing apparatus 4 in the second embodiment include a gas flow pipe through which a gas to be processed including a PFC gas, an oxygen gas, and an inert gas flows, Although the configuration includes the coil provided on the outer periphery of the tube, if at least one of an electric field and a magnetic field is formed in the gas flow tube, a strongly ionized plasma of the gas to be processed can be generated.
[0037]
Therefore, as shown in FIG. 5, the gas decomposition section 22 and the gas processing device 4 have a pair of sheet electrodes 52 and 53 attached to the outer peripheral surface of the gas flow pipe 51. By applying a high-frequency voltage from the high-frequency power supply 54 between the 53, an electric field may be generated inside the gas flow pipe 51, and a strong ionized plasma of the gas to be treated may be generated by the electric field.
As shown in FIG. 6, the gas decomposing section 22 and the gas processing device 4 have a rectangular frame-like outer shape, and a gas flow member 61 having a hollow structure through which a gas to be processed can flow, An annular core 62 surrounding one side of the gas flow member 61 using a body, a coil 63 wound around the core 62, and a high frequency power supply 64 for supplying high frequency power to the coil 63; By supplying high frequency power from the power supply 64 to the coil 63, an electric field may be generated inside the gas flow member 61, and the electric field may generate a strongly ionized plasma of the gas to be treated.
[0038]
In this case, the gas flow member 61 may be integrally formed using a ceramic material, or a pair of metal U-shaped members 611 and 612 may be connected via ceramic connection members 613 and 614. By joining, it may be formed so as to have a rectangular frame-like outer shape as a whole. By interposing ceramic connecting members 613 and 614 between metal U-shaped members 611 and 612, an electric field is formed only on the surface of gas flow member 61 (U-shaped members 611 and 612). And a favorable electric field for plasma generation in the gas flow member 61 can be formed.
[0039]
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view conceptually showing a configuration of a substrate processing apparatus provided with a gas processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a pressure in a gas flow pipe and a PFC gas decomposition rate (gas decomposition rate) when Ar is mixed into exhaust gas from a processing chamber.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a pressure in a gas flow pipe and a PFC gas decomposition rate (gas decomposition rate) when He is mixed into exhaust gas from a processing chamber.
FIG. 4 is a view conceptually showing a configuration of a substrate processing apparatus provided with a gas processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration according to a modification of the first and second embodiments.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration according to still another modified example of the first and second embodiments.
[Explanation of symbols]
12 Processing chamber
13 Process gas inlet pipe
2 Gas treatment equipment
22 Gas decomposition unit
221 Gas distribution pipe
222 coil
223 High frequency power supply
25 Oxygen / inert gas introduction pipe
251 Oxygen gas supply pipe
252 inert gas supply pipe
253 Flow control mechanism
254 Flow control mechanism
26 Pressure gauge
3 Scrubber
4 Gas treatment equipment
41 Gas distribution pipe
42 coils
43 High frequency power supply
45 Pressure gauge

Claims

プラズマ生成空間を有し、このプラズマ生成空間内でフッ素系ガス、不活性ガスおよび酸素ガスを含む処理対象ガスのプラズマを生成することにより、当該処理対象ガス中のフッ素系ガスを９０％以上の分解率で分解することを特徴とするガス処理装置。By having a plasma generation space, and generating a plasma of a processing target gas including a fluorine-based gas, an inert gas, and an oxygen gas in the plasma generation space, the fluorine-based gas in the processing target gas can be reduced to 90% or more. A gas processing device characterized by being decomposed at a decomposition rate.

処理対象ガス中の不活性ガスの割合が４０％以上であり、かつ、当該処理ガス中の酸素の割合が５〜３０％の範囲に含まれることを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。2. The gas processing apparatus according to claim 1, wherein the ratio of the inert gas in the processing target gas is 40% or more, and the ratio of the oxygen in the processing gas is in the range of 5 to 30%. .

処理対象ガス中の不活性ガスは、ＡｒまたはＨｅであることを特徴とする請求項１または２記載のガス処理装置。3. The gas processing apparatus according to claim 1, wherein the inert gas in the processing target gas is Ar or He.

処理対象ガスが流通するとともにプラズマ生成空間を提供するガス流通管と、
このガス流通管の外周に設けられて、当該ガス流通管内に電場または磁場を形成するためのコイルと、
このコイルに周波数が５０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲に含まれる高周波電力を印加する高周波電源と
を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガス処理装置。A gas flow pipe through which the gas to be processed flows and which provides a plasma generation space;
A coil provided on an outer periphery of the gas flow pipe to form an electric field or a magnetic field in the gas flow pipe;
The gas processing apparatus according to claim 1, further comprising: a high-frequency power supply that applies high-frequency power having a frequency in a range of 50 kHz to 20 MHz to the coil.

上記高周波電力の周波数が、５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲に含まれることを特徴とする請求項４記載のガス処理装置。The gas processing apparatus according to claim 4, wherein the frequency of the high frequency power is included in a range of 50 kHz to 500 kHz.

上記高周波電力は、２０００Ｗａｔｔ以下であることを特徴とする請求項４または５記載のガス処理装置。The gas processing apparatus according to claim 4, wherein the high-frequency power is 2000 Watt or less.

上記プラズマ生成空間の圧力が、１０Ｔｏｒｒ以下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ガス処理装置。7. The gas processing apparatus according to claim 1, wherein the pressure in the plasma generation space is 10 Torr or less.

上記プラズマ生成空間の圧力が、１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項７記載のガス処理装置。The gas processing apparatus according to claim 7, wherein the pressure in the plasma generation space is 1 Torr or less.

上記プラズマ生成空間の圧力を計測するための圧力計測手段を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のガス処理装置。The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, further comprising pressure measuring means for measuring a pressure in the plasma generation space.

上記圧力計測手段が所定値以上の圧力を計測したことに応答して、予め定める異常発生処理を実行する手段をさらに含むことを特徴とする請求項９記載のガス処理装置。10. The gas processing apparatus according to claim 9, further comprising: means for executing a predetermined abnormality generating process in response to the pressure measuring means measuring a pressure equal to or higher than a predetermined value.

上記ガス処理装置は、フッ素系ガスを含むプロセスガスを用いた処理を半導体基板に施すための処理チャンバに接続されて、この処理チャンバから排出されるガスを処理対象ガスとするものであり、
上記処理チャンバと上記プラズマ生成空間との間に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段および酸素ガスを導入する酸素導入手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のガス処理装置。The gas processing apparatus is connected to a processing chamber for performing a process using a process gas containing a fluorine-based gas to a semiconductor substrate, and uses a gas discharged from the processing chamber as a gas to be processed.
11. The apparatus according to claim 1, further comprising an inert gas introducing means for introducing an inert gas and an oxygen introducing means for introducing an oxygen gas between the processing chamber and the plasma generation space. A gas processing apparatus according to claim 1.

上記不活性ガス導入手段によって導入される不活性ガスは、ＡｒまたはＨｅであることを特徴とする請求項１１記載のガス処理装置。The gas processing apparatus according to claim 11, wherein the inert gas introduced by the inert gas introducing means is Ar or He.

上記ガス処理装置は、フッ素系ガスを含むガスを用いた処理を半導体基板に施すための処理チャンバに接続されて、この処理チャンバに半導体基板の処理のために供給されるガスを処理対象ガスとするものであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のガス処理装置。The gas processing apparatus is connected to a processing chamber for performing processing using a gas containing a fluorine-based gas on a semiconductor substrate, and treats a gas supplied to the processing chamber for processing the semiconductor substrate with a processing target gas. The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein