JPH10150032A - 基板処理装置の真空管路のインシチュ・クリーニング用のマイクロ波装置 - Google Patents

基板処理装置の真空管路のインシチュ・クリーニング用のマイクロ波装置

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JPH10150032A JP9299040A JP29904097A JPH10150032A JP H10150032 A JPH10150032 A JP H10150032A JP 9299040 A JP9299040 A JP 9299040A JP 29904097 A JP29904097 A JP 29904097A JP H10150032 A JPH10150032 A JP H10150032A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板処理チャンバの排気管路内の堆積を最小
化する装置を提供する。 【解決方法】 この装置は、相対する表面を有しその間
に流体導管を画成する第１及び第２部材を含む。流体導
管は入口、出口、及び前記入口と前記出口の間の集塵チ
ャンバとを有する。装置は入口で基板処理チャンバの排
気を受け取るように接続し、集塵チャンバは、流体導管
内を流れる粉粒体を捕捉しかつ粉粒体が集塵チャンバか
ら流出しないように、構成され調整される。マイクロ波
プラズマ発生システムは流体導管内にマイクロ波エネル
ギを供給し、流体導管内のエッチング・ガスからプラズ
マを形成させる。プラズマから生じる成分は、集塵チャ
ンバで補集された粉粒体と反応し、流体導管からポンプ
で排出できるガス状生成物を形成する。装置はさらに静
電集塵機を含み、集塵チャンバ内での微粒子の捕捉を増
強し、粉粒体の流出をさらに防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に半導体処理
装置に関し、さらに詳しくは、反応チャンバに接続され
た真空排気管路の内部から汚染物及び残留物を除去する
方法及び装置、ならびに反応チャンバからの過フルオロ
化合物（ＰＦＣ）ガス放出を削減する方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】化学気相堆積（ＣＶＤ）の処理中、反応
チャンバ内に堆積ガスが放出され、処理対象の基板の表
面に薄膜層が形成される。このようなＣＶＤ処理中、反
応チャンバの壁などの領域にも、望ましくない堆積が発
生する。しかし、これらの堆積ガスの個々の分子が反応
チャンバに滞留する時間は比較的短いので、堆積工程で
消費され、ウェハ又は反応チャンバの壁のいずれかに堆
積されるのは、反応チャンバに放出される分子のうちの
わずかな一部分にすぎない。
【０００３】消費されなかったガス分子は、部分的に反
応した化合物及び反応副生物と共に、一般に「フォアラ
イン（foreline）」（補助真空側配管）と呼ばれる真空
管路を介して反応チャンバから排出される。この排気ガ
ス中の化合物の多くは、依然として非常に反応性の強い
状態であったり、フォアライン内に望ましくない堆積物
を形成できる残留物又は粉粒体を包含している。時間が
経過すると、この粉状残留物及び／又は粉粒体の堆積
は、問題を生じる。第１に、この物質はしばしば発火性
物質であり、標準的な定期クリーニング操作中に真空密
閉が破れ、フォアラインが大気条件に暴露されたとき
に、問題を引き起こすおそれがある。第２に、適切なク
リーニングを行なわなければ、フォアラインに充分な量
の堆積物質が蓄積され、フォアライン及び／又はその関
連真空ポンプが詰まることがある。たとえ定期的にクリ
ーニングを行なっても、物質の蓄積が真空ポンプの正常
な動作を妨げ、ポンプの耐用寿命を極度に短縮する可能
性がある。また、固体物質はフォアラインから反応チャ
ンバに逆流し、反応段階を汚染し、ウェハの歩留りに悪
影響を及ぼす場合がある。
【０００４】このような問題を避けるために、フォアラ
インの内部表面を定期的にクリーニングし、堆積した物
質を除去する。この作業は、反応チャンバの壁及び反応
チャンバの同様の領域から望ましくない堆積物を除去す
るために用いられる、標準反応チャンバクリーニング操
作中に行われる。一般的な反応チャンバクリーニング技
術は、フッ素などのエッチング・ガスを使用して、反応
チャンバの壁及びその他の領域から堆積した物質を除去
することを含む。エッチング・ガスを反応チャンバに導
入し、プラズマを発生させることにより、エッチング・
ガスを堆積物質と反応させて、反応チャンバの壁から堆
積物質を除去する。一般的に、各ウェハごと、又はウェ
ハＮ枚ごとに、堆積段階の合間にこのようなクリーニン
グ手順が実施される。
【０００５】反応チャンバ内の堆積物質に近接する領域
にプラズマが発生するので、堆積物質を反応チャンバの
壁から除去することは比較的簡単である。フォアライン
は反応チャンバの下流に当たるので、フォアラインから
堆積物質を除去することは、より困難である。一定の期
間内に、反応チャンバ内の大部分の場所は、フォアライ
ン内の場合より多くのエッチング・ガスのフッ素原子と
接触する。したがって、一定の期間内に、反応チャンバ
はクリーニング工程によって適切にクリーニングができ
るが、フォアラインには残留物及び同様の堆積物が残
る。
【０００６】フォアラインを適切にクリーニングしよう
とするには、クリーニング作業の時間を増大しなければ
ならない。しかし、クリーニング作業の長さを増大する
と、ウェハのスループットに悪影響が生じるので、望ま
しくない。また、そうした残留物の蓄積のクリーニング
は、クリーニング段階の反応物が、フォアライン内の残
留物と反応できる状態で、フォアライン内へ排気される
という程度に制限される。システムや適用分野によって
は、排気される反応物の寿命は、フォアラインの端部又
は中央部分にさえも到達するのに充分ではない。これら
のシステムや適用分野では、残留物の蓄積はさらに大き
い問題である。したがって、半導体処理システムのフォ
アラインを充分かつ完全にクリーニングするための装
置、及びそれを実行する方法が必要である。
【０００７】フォアラインのクリーニングに使用されて
きた１つの方法は、プラズマ・エンハンストＣＶＤ技術
を用いて、排気ガス中の反応性化合物を電極表面の薄膜
堆積物として抽出するスクラブ・システムに依存するも
のである。スクラブ・システムは、反応物を固体膜とし
て最大限に除去するように設計され、表面積の大きいス
パイラル電極を使用する。スパイラル電極は、フォアラ
インの端部付近のブロワ・ポンプとメカニカル・ポンプ
との間に配置された取り外し可能な容器内に包含され
る。電極に充分な量の固体廃棄物が堆積した後、廃棄及
び交換のために容器を取り外すことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この先行技術による方
法は、システムが堆積される固体物質を収集するための
領域を表面積の大きい電極に依存するという点で、問題
がある。表面積の大きい電極を収容するために、システ
ムはどうしてもかさばり、大きくなる。さらに、取り外
し可能な容器が、交換及び適切な処分を必要とする使い
捨て製品であるので、この先行技術のスクラブ・システ
ムの稼働に、余分の経費がかかる。また、このスクラブ
・システムは真空フォアラインの開始部分より下流に配
置され、したがって管路のこの部分に堆積した粉状物質
や粉粒体の除去は保証されない。以上のことから、フォ
アラインをクリーニングするための改善された方法及び
装置が望まれることが分かる。
【０００９】ＣＶＤ及びその他の基板処理装置の別の問
題点は、反応チャンバからフォアラインを介して排出さ
れるガス及び副生物の種類に関係がある。例えば、クリ
ーニング・プラズマ内のガスの解離が完全ではなく（適
用分野によっては、導入されたガス分子の１０％しか解
離しない）、またクリーニング・ガスの個々の分子の反
応チャンバにおける滞留時間が比較的短いため、反応チ
ャンバに放出された分子のうち小部分しか堆積物質と反
応しない。エッチング・ガス反応に加わらないガス分子
は、食刻された物質及び反応副生物と共に、一般に「フ
ォアライン」と呼ばれる真空管路を介して反応チャンバ
から排出される。排出されたガスは、半導体プロセスの
放出副生物となる。
【００１０】クリーニング用エッチング・ガスのように
半導体産業で使用されるフッ素を包含するガスの多く
は、過フルオロ化合物又は略して“ＰＦＣ”と呼ばれ
る。比較的一般的に使用されるＰＦＣの一部として、Ｃ
Ｆ4、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3、及びＳＦ6といった類いのガスが
挙げられる。これらのガスは寿命が長いことが知られて
おり（ＣＦ4 の場合、最高50,000年）、また地球温暖化
の大きい潜在的要因であるとも考えられている。したが
って、これらのガスを大気中に放出することは潜在的に
有害であり、政府やその他の規制の対象になりつつあ
る。したがって、ＣＶＤ反応チャンバのような半導体処
理装置からのＰＦＣ放出を削減することが重要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、粉粒体及びそ
の他の残留物が基板処理チャンバの排気管路内に蓄積す
るのを実質的に防止する装置を提供し、かつ／又は、そ
うした処理チャンバからのＦＰＦ放出を削減することに
より、先行技術における上記の問題を解決する。本発明
の様々な実施形態を、特に粉粒削減又はＰＦＣ放出削減
のいずれかのために設計し、最適化することができる。
また、特定の基板処理業務用として、粉粒及びＰＦＣ放
出の両方を削減するように最適化した実施形態を設計す
ることも可能である。
【００１２】本発明は、プロセス透過的でありながら、
これらの目標を達成する。すなわち、好適な実施形態に
おいて、本発明の作業は、適宜、フォアライン内の粉粒
体の蓄積を防止するため、又はＰＦＣ放出を削減するた
めに、追加処理時間がかからない。また、一部の好適な
実施形態では、本発明は追加ガス及び／又は消耗部品を
使用する必要が無い。
【００１３】粉粒体削減のために設計され最適化され
た、本発明による装置の１つの実施形態では、１対の容
量結合型電極が、装置の入口と出口の間に配置された複
雑なガス通路を画成する。基板処理チャンバから排気さ
れたときに（例えばＣＶＤ段階中）、これまでの技術で
は真空管路内に集まる粉末残留物及びその他の粉粒体
が、このガス通路内で捕捉される。この装置は、電極に
電力を供給してガス通路内にプラズマを形成するプラズ
マ発生システムを含むことができる。プラズマは、クリ
ーニング・サイクル中にガス通路を介して排出される未
反応排ガスから形成される。プラズマから生じる成分は
捕捉された粉粒体と反応して、粉粒体をガス状生成物に
変換し、これは排気管路を通してそこから容易に排出さ
れる。
【００１４】別の実施形態における本発明の装置は、流
体導管を画成する相対する表面を有する第１及び第２部
材を含む。この流体導管は入口、出口、及び前記入口と
前記出口の間の集塵チャンバとを有し、集塵チャンバは
流体導管内を流れる粉粒体を補集し、かつ粉粒体が集塵
チャンバから出て行くのを防止する。前記流体導管内で
エッチング・ガスからプラズマを発生させるために、装
置にマイクロ波プラズマ発生システムを動作可能に結合
する。前記プラズマから生じる成分は、集塵チャンバで
補集された粉粒体と反応してガス状生成物を形成する。
この生成物は、流体導管からポンプで排出することがで
きる。この実施形態の装置の好適な態様では、第１及び
第２部材をそれぞれ電極とし、電極の表面に粉粒体を収
集するために２つの電極間に電圧を印加する粒子捕捉シ
ステムをも装置に含める。プラズマは、電気的に補集さ
れたこの粉粒体とも反応し、粉粒体を装置からポンプで
排出できるガス状生成物に変換する。
【００１５】ガス通路は、重力の作用によって通路内を
流れる粉粒体を補集すると共に、粉粒体が集塵チャンバ
から出ていくのを防止するように構成され配置された、
少なくとも１つの集塵チャンバを含む。さらに、電極の
少なくとも一方に電圧を印加し、通路内を流れる粉粒体
を補集し捕捉するのに役立つ電界（voltage field ）を
電極間に形成する。
【００１６】別の実施形態では、本発明は、半導体処理
装置からのＰＦＣ放出を削減するように設計され、最適
化されている。こうした装置の１つの実施形態は、流体
導管を画成する容器チャンバ（vessel chamber）を含
む。ＰＦＣ酸化剤の供給源は流体導管内にあり、プラズ
マ発生システムは、装置からポンプで排出される放出Ｐ
ＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマから生じる
成分はＰＦＣ酸化剤と反応して、放出ＰＦＣガスを低害
の水溶性非ＰＦＣガス状生成物及び副生物に変換する。
【００１７】本発明の装置の好適な実施形態は、ケイ素
を包含するフィルタ内に入ったＰＦＣ酸化剤を用意す
る。プラズマ発生システムは、装置からポンプで排出さ
れる放出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズマ
から生じる成分は、フィルタ内のケイ素包含化合物と反
応し、放出ＰＦＣガスを低害の非ＰＦＣガス状生成物及
び副生物に変換する。本実施形態の好適な態様では、ケ
イ素包含化合物はケイ素酸化物とする。
【００１８】本発明の別の実施形態では、気体ケイ素源
及び／又は酸素源を装置に導入し、ＰＦＣ酸化剤を提供
する。気体ケイ素源及び／又は酸素源とＰＦＣガスから
プラズマが形成される。プラズマから生じる成分は放出
ＰＦＣガスと反応して、これを低害の非ＰＦＣガス状生
成物及び副生物に変換する。
【００１９】本発明のさらに別の実施形態では、粒子捕
捉及び補集システムにより、基板処理チャンバに接続さ
れた排気管路内に堆積した粒子を削減し、補集した粒子
及び残留物からＰＦＣ酸化剤を得る。粒子捕捉及び補集
システムは、ケイ素を包含する残留物を生成する堆積工
程からそうした残留物を捕捉する。プラズマ発生システ
ムは、放出ＰＦＣガスからプラズマを形成する。プラズ
マから生じる成分は、補集された残留物と反応して、放
出ＰＦＣガスを低害の非ＰＦＣガス状生成物及び副生物
に変換する。
【００２０】こうした実施形態の１つの態様では、１対
の容量結合型電極が複雑なガス通路を画成する。電極に
ＤＣ電圧又はＡＣ電圧を印加し、通路内に電界を形成す
る。この電界は、通路を介して排出される負の荷電粒子
を一方の電極に引き寄せ、正の荷電粒子をもう一方の電
極に引き寄せる。画成された通路はまた、通路を介して
排出される粉粒体を重力の作用によって捕捉する、少な
くとも１つの領域（集塵チャンバ）をも含む。通路を介
して排出されるＰＦＣガスは、電極に印加された高周波
（ＲＦ）電力にさらされ、励起してプラズマ状態にな
る。プラズマから生じる成分は、集塵チャンバで捕捉さ
れたケイ素残留物の微粒子と反応し、ＰＦＣガスを非Ｐ
ＦＣガス状副生物に変換する。
【００２１】本発明の上記及びその他の実施形態をその
利点及び特徴と共に、添付の図面に照らして、以下でさ
らに詳しく説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
Ｉ．典型的半導体処理チャンバ 本発明の装置は、様々な種類の半導体処理装置と共に使
用することができる。１つの適切な装置として化学気相
堆積装置を図１に示す。これは、簡素化した平行平板型
化学気相堆積システム１０の断面図である。システム１
０は、真空チャンバ１５内のサセプタ１２に搭載したウ
ェハ（図示せず）に堆積ガスを散布するためのガス分配
マニホルド１１を含む。サセプタ１２は熱応答性が高
い。サセプタ１２（及びサセプタ１２の上部表面に支持
されたウェハ）は、下部装填（ローディング）／排出
（オフローディング）位置と、マニホルド１１に近接す
る上部処理位置との間を、制御可能に移動することがで
きる。
【００２３】サセプタ１２とウェハは、処理位置１４に
あるときは、環状真空マニホルド２４に排気する間隔配
置された複数の穴２３を有するそらせ板１７によって取
り囲まれる。処理中、マニホルド１１のガス入口は、矢
印２１で示すように、ウェハの表面全体に放射方向に均
等に分配される。次に、ガスはポート２３から環状真空
マニホルド２４へ排気され、さらに真空ポンプシステム
３２によってにフォアライン３１を通って排気される。
マニホルド１１に達する前に、堆積ガスとキャリア・ガ
スはガス管路１８を介して混合チャンバ１９に供給さ
れ、ここで混合された後、マニホルド１１へ送られる。
【００２４】高周波（ＲＦ）電源装置２５からマニホル
ド１１に印加されるＲＦエネルギによって、ウェハ隣接
部に制御されたプラズマが形成される。ガス分配マニホ
ルド１１はＲＦ電極であり、サセプタ１２は接地され
る。高周波電源装置２５は、真空チャンバ１５に導入さ
れる活性種の解離を強化するために、マニホルド１１に
単一周波数又は混合周波数のＲＦ電力（又はその他の所
望のバリエーション）のいずれかを供給することができ
る。
【００２５】円形外部ランプ・モジュール２６は、石英
製のウィンドウ２８を通してサセプタ１２の環状外周部
に平行（collimated）環状パターン光２７を当てる。こ
うした熱分布は、サセプタの自然熱損失パターンを補償
し、堆積を行なうための急速かつ均等なサセプタとウェ
ハの加熱を達成する。
【００２６】モータ（図示せず）は、サセプタ１２を処
理位置１４と下部のウェハ装填位置との間で上下移動さ
せる。ガス管路１８及びＲＦ電源装置２５に接続された
モータ、ガス供給バルブ（図示せず）は、一部だけが図
示されている制御ライン３６を介してプロセッサ３４に
よって制御される。プロセッサ３４は、メモリ３８のよ
うなコンピュータ読出可能媒体に保存されたコンピュー
タ・プログラムの制御下で動作する。コンピュータ・プ
ログラムは、特定の工程のタイミング、ガスの混合、反
応チャンバの圧力、反応チャンバの温度、ＲＦ電力レベ
ル、サセプタの位置、及びその他のパラメータを指示す
る。
【００２７】一般的に、反応チャンバのライニング、ガ
ス入口マニホルド面板、サポート・フィンガ１３、及び
その他の様々な反応チャンバのハードウェアは一部又は
全部が、陽極酸化アルミニウムなどの材料から形成され
る。こうしたＰＥＣＶＤ装置の一例は、本願と同一譲受
人に譲渡された、"Thermal CVD/PECVD Reactor and Use
for Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon
Dioxide and In-situMulti-step Planarized Process"
と称する米国特許第５，０００，１１３号明細書に記載
されている。
【００２８】上記反応チャンバの記述は主として分かり
やすく説明するためであって、本発明は、電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置や誘導結合型
ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置など、他のＣＶＤ装置に
使用することができる。本発明はまた、熱ＣＶＤ装置、
プラズマ・エッチング装置、物理蒸着装置、及びその他
の基板処理装置にも使用することができる。本発明の装
置及び真空管路内の堆積を防止する方法は、特定の半導
体処理装置や特定の堆積法又はエッチング工程や方法に
限定されない。
【００２９】II．本発明の典型的使用法 ＣＶＤ反応装置１０によって行われる化学気相成長工程
などの半導体処理作業中に、様々な気体排出物や汚染物
質が真空チャンバ１５から真空管路３１に排出される。
実行される特定の作業によって、これらの排出物は、フ
ォアラインを通して排出されるときにフォアライン内に
残留物又は同様の粉末状物質を残す、部分的に反応した
生成物や副生物などの粉粒体、又はＰＦＣガスのいずれ
か、あるいはその両方を含むことがある。本発明は、フ
ォアライン内のこうした粉粒体の堆積を防止し、及び／
又は真空チャンバ１５から放出されるＰＦＣガスを削減
する。本発明の様々な実施形態は、こうした微粒子の堆
積を防止するか、あるいはＰＦＣガスの放出を削減する
ために特に設計し、最適化することができる。また、本
発明の一部の実施形態は、微粒子の堆積及びＰＦＣの放
出の両方を削減するように、最適化され得る。
【００３０】図２は、図１の簡素化ＣＶＤ装置に本発明
の装置を取り付けた状態の断面図であるが、この図２か
ら分かるように、本発明の装置は排気ガス源すなわち反
応チャンバの下流に配置する。この装置は、真空フォア
ラインに接続するか、又は真空フォアラインの一部と置
換することができる。図２では、真空ポンプシステム３
２と真空マニホルド２４の間に、真空管路３１の一部分
に沿って下流プラズマ・クリーニング装置（以下“ＤＰ
Ａ”という）４０を取り付ける。その位置のため、真空
チャンバ１５から排出されたガスは、必ずＤＰＡ４０を
通過する。ＤＰＡ４０は、真空管路３１に沿ったどの位
置にでも配置できるが、真空チャンバ１５から排気され
たガスが、真空管路３１のいずれかの部分を通過する前
にＤＰＡ４０を通過するように、排気マニホルド２４の
できるだけ近くにＤＰＡ４０を配置することが望まし
い。
【００３１】また、図３に示すように、２つ以上のＤＰ
Ａを真空管路３１に接続することも可能である。こうし
た構成を使用して、例えば微粒子の補集のために最適化
された２台のＤＰＡを使用することにより、真空ポンプ
に微粒子や残留物が堆積するのをさらに防止することが
できる。図３に示す構成では、第２のＤＰＡ４２は、Ｄ
ＰＡ４０の下流でポンプ３２の直前に配置する。粉粒体
がＤＰＡ４０をすり抜けても、その粉粒体はＤＰＡ４２
内で捕捉され、気体に変換される。ＤＰＡ４０及び４２
は両方とも、単一のＲＦ電源装置４４を使用し、電力を
スプリッタ４６で分割することにより駆動することがで
きる。任意選択的に、ＤＰＡ４０及び４２はそれぞれを
別個のＲＦ電源装置で駆動することもでき、あるいは両
方とも反応チャンバ１０に接続された主ＲＦ電源装置で
駆動することもできる。
【００３２】このような２台のＤＰＡ構成を使用し、Ｐ
ＦＣ削減のために最適化された２台のＤＰＡを使用する
ことにより、ＰＦＣガスの放出をさらに抑制することが
できる。あるいは、代替的に、微粒子削減のために最適
化された１台のＤＰＡと、ＰＦＣ削減のために最適化さ
れた１台のＤＰＡとを含む、２台のＤＰＡ構成とするこ
ともできる。ＰＦＣ削減及び微粒子補集のために最適化
された別々のＤＰＡを使用する場合、微粒子補集のため
に最適化されたＤＰＡを、ＰＦＣ削減用ＤＰＡよりフォ
アラインの上流に配置することが望ましい。こうした構
成は、フォアラインの下流だけでなくフォアライン全体
の微粒子の堆積をよりよく防止するのに役立ち、またＰ
ＦＣ削減ＤＰＡ内における潜在的に望ましくない微粒子
の堆積をも軽減できる。
【００３３】フォアライン内の微粒子堆積の削減及び／
又はＰＦＣ放出の削減のために構成され最適化された、
ＤＰＡ４０の様々な構成及び実施形態の詳細について、
以下で説明する。これらの実施形態は、説明のために掲
げるだけである。いかなる形でも、本発明がこれらの特
定の構成や実施形態に限定されるとは解釈されないもの
とする。
【００３４】Ａ．微粒子削減のために最適化されたＤＰ
Ａ４０の特定の実施形態 本発明の一部の実施形態は、反応チャンバから排出され
る微粒子や残留物のフォアライン内部における堆積を削
減するように構成され、最適化されている。そうした粉
粒体の一例として、シラン（ＳｉＨ4）、窒素（Ｎ2）及
びアンモニア（ＮＨ3）を前駆物質として使用する窒化
ケイ素膜の成長中に、ＳｉxＮyＨz、ＳｉxＨy、及びケ
イ素から成る茶色の粉末の形態の残留物がフォアライン
に観察されてきた。この残留物の堆積は、ＳｉＨ4＋Ｎ2
＋ＮＨ3の反応の半反応副生物によるものと考えられ
る。本願発明者が知る限りでは、シランを基体にした窒
化ケイ素ＣＶＤ法は、最も多くの微粒子を発生する基板
処理法の中に数えられる。しかし、他の基板処理法でも
微粒子の堆積や残留物が発生することがある。例えば、
同様の残留物は、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）や有機源など、
他の気体や液体の前駆物質を用いて窒化ケイ素層を成長
させるときにも形成される。残留物の堆積は中でも特に
酸窒素膜、酸化ケイ素、炭化ケイ素、及び無定形ケイ素
膜の成長中にも発生し、また、プラズマ・エッチングや
その他の処理段階でも発生することがある。 本発明の
微粒子削減の実施形態は、集塵チャンバで粉粒体を捕捉
し、真空フォアライン内に排出された反応ガスと集塵チ
ャンバ内の残留物及び粉粒体を励起してプラズマ状態に
することによって、そうした残留物及び粉粒体の堆積を
防止する。プラズマは、集塵チャンバで捕捉された残留
物及び粉粒体と反応して、ガス状生成物及び副生物を形
成し、これらは管路内に堆積物を形成したり凝縮するこ
となく、ＤＰＡ及び真空管路を通して排出することがで
きる。
【００３５】運転中、堆積ガスは真空チャンバ１５から
真空管路３１を介して排出されるので、ガスからの粉粒
体及び残留物は、ＤＰＡ内のガス流路の内部表面に堆積
する。粉粒体及び残留物の除去は、ＤＰＡ４０を起動
し、ＤＰＡ内にプラズマを形成することによって達成さ
れる。ＤＰＡ４０は、エッチング・ガスを真空チャンバ
１５から排気するクリーニング・サイクル中に起動し、
そうしたプラズマを形成する。
【００３６】ＤＰＡ４０は起動すると電界を形成し、そ
れにより、ＤＰＡ内を通過する排気ガス（エッチングガ
ス）をプラズマ状態にし、プラズマを形成する。プラズ
マは、ＤＰＡ４０内における粉粒体及び残留物の分解を
強化してガス状生成物及び副生物を発生するが、これら
はフォアラインを介して真空ポンプにより排出すること
ができるので、フォアライン内の微粒子の堆積や残留物
の蓄積が防止される。例えば、ＤＰＡ４０内の残留物の
堆積が、先に窒化ケイ素の堆積に関連して述べたよう
に、ＳｉxＮyＨz、ＳｉxＨy、及びケイ素元素から成る
茶色の粉末状であり、クリーニング・サイクル中に使用
するエッチング・ガスがＣＦ4とＮ2Ｏの混合物である場
合、ＤＰＡ４０によって形成されるプラズマは、残留物
をＳｉＦx、ＣＯＦ2、Ｆ2、ＳｉＯF2、ＣＯ及びＣＯ2、
ＮＯ、Ｏ及びＯ2などのガス状成分に分解すると考えら
れる。
【００３７】適用用途によっては、ＤＰＡに排出された
エッチング・ガスからプラズマを形成するのではなく、
ＤＰＡ４０が実際には基板処理チャンバで形成されたプ
ラズマを維持する場合もある。つまり、これらの適用用
途では、処理チャンバ内で形成されたプラズマの全部又
は一部が、処理チャンバの下流でも活性状態である。こ
れは、例えば、プラズマが非常に活性の高いフッ化種
（fluorinated species）から形成される、処理チャン
バのクリーニング作業中に発生することがある。プラズ
マから生じる成分は、以前として励起された状態すなわ
ちプラズマ状態のままで、処理チャンバからフォアライ
ン及びＤＰＡに排出される。したがって、これらの実施
形態では、ＤＰＡ４０の電界は、プラズマを新たに形成
するのではなく、実際にはプラズマを維持することがで
きる。プラズマがＤＰＡ内で維持されるか、それとも新
たに形成されるかによって、ＤＰＡの設計及び動作のい
ずれも変更する必要は無い。
【００３８】ＤＰＡ４０は、大部分の実施形態では、ク
リーニング・サイクル中にのみ起動してプラズマを形成
及び／又は維持するが、他の実施形態では、ＣＶＤガス
をさらに反応させるため、堆積サイクル中及びクリーニ
ング・サイクル中の両方でプラズマを維持することが可
能である。そうした構成の場合、以下でさらに詳細に説
明するように、堆積サイクル中にＤＰＡの上流に、又は
ＤＰＡに直接、追加エッチング・ガスを導入することが
できる。
【００３９】ＤＰＡ４０内での通常の堆積により残留物
を補集するだけでなく、様々な好適な実施形態のＤＰＡ
４０は、真空チャンバ１５から排出された粉粒体をＤＰ
Ａ内で捕捉し、粉粒体がＤＰＡの下流に堆積できないよ
うに特に設計する。捕捉は、以下で詳しく説明するよう
に、機械、静電気、及び／又は伝熱的（thermophoreti
c）捕捉機構を用いて行なう。いったん捕捉された粉粒
体は、クリーニング工程中にプラズマの活性種と反応し
てガス状副生物を形成し、真空管路３１を介して排出さ
れるまで、ＤＰＡ４０の中に維持される。
【００４０】これらの実施形態では、ＤＰＡ内にプラズ
マを形成又は維持するために電圧を印加することなく、
効果的に微粒子の堆積を削減することができる。これ
は、例えば、真空チャンバのクリーニング中にエッチン
グ・ガス（例：フッ素）の電離密度が充分に高く、クリ
ーニング・プラズマ内に生成される自由基が、ＤＰＡに
排出されたときもまだ励起状態を維持するほど充分に長
い場合に、可能である。そうした励起状態では、自由基
が捕捉された粉粒体と反応することができ、上述のとお
り粉粒体はガス上生成物に変換される。
【００４１】容量結合電極又は誘導結合コイルにＨＦ
（高周波数）又はＲＦ（無線周波数）の電力を印加する
など様々な周知の技術を使用したり、マイクロ波又はＥ
ＣＲ技術などにより、ＤＰＡ４０内でプラズマを発生さ
せることができる。こうした方法の一部の特定の実施形
態について、以下で詳しく説明する。以下で説明する各
々の実施形態では、費用効率的な理由から、説明するＤ
ＰＡをプロセス透過的に設計することが望ましい。つま
りＤＰＡ４０は、余分なクリーニング・ガスや余分なク
リーニング時間を使用する必要無く、フォアライン内の
微粒子の堆積を防止するように設計することが望まし
い。また、ＤＰＡが、薄膜の特徴に対し不均一性、微粒
子の汚染、応力など、いかなる悪影響をも及ぼさないこ
とが望ましい。
【００４２】１．好適な実施形態 図４の（ａ）〜（ｆ）は、残留物及び微粒子の堆積を削
減するために構成し最適化したＤＰＡ４０の好適な実施
形態の様々な斜視断面図である。図４（ａ）は、ＤＰＡ
４０の扉を取り外した状態の正面斜視図である。図４
（ｂ）はＤＰＡの正面図（扉を取り外した状態）であ
る。図４（ｃ）は、ＤＰＡの中心の平面に沿った正面斜
視断面図である。図４（ｄ）は、ＤＰＡの中心の平面に
沿った側面斜視断面図である。図４（ｅ）はＤＰＡ４０
への電源貫通接続部（power feed through connection
）の断面図である。また図４（ｆ）は、扉及びハンド
ルを取り付けた状態のＤＰＡ４０の斜視図である。
【００４３】図４の（ａ）〜（ｆ）に示すように、ＤＰ
Ａ４０は入口５０及び出口５２を有する（図４（ｃ）参
照）。入口５０と出口５２の間には、１対の相対するア
ルミニウム電極すなわち陰極５６及び陽極５８によって
画成される流体導管５４（ガス流路）がある（図４
（ａ）参照）。ＤＰＡ４０は、継手機構６４、６６を介
してフォアラインに接続する（又は反応チャンバに直接
接続する）（図４（ａ）参照）。例えば１つの実施形態
では、継手機構６４を用いてＤＰＡ４０を反応チャンバ
の排気口に直接接続し、フォアラインの開始部をＤＰＡ
の継手機構６６に接続する。基板処理チャンバ（反応チ
ャンバ）からフォアラインに排出される気体及び粉粒体
は、入口５０からＤＰＨ４０に流入し、出口５２から流
出する。
【００４４】取外し可能なアルミニウムの扉６３（図４
（ｄ））は、後板６５と共にガス流路５４を閉囲する。
アルミニウムの扉６３及び後板６５は、電極（陽極５
８）に電気的に結合する。電極５６、５８、扉６３、及
び後板６５は、ＤＰＡ４０に排出されたガスが漏れるの
を防止する、閉囲された真空チャンバ（流体導管５４）
を形成する。扉６３及び後板６５はそれぞれセラミック
絶縁板７１を含み（図５（ｄ））、これは電極５６、５
８と接触して密封状態を形成し、ＤＰＡに排出されたガ
スが矢印６０で示すガス流路以外に移動するのを防止す
る（図４（ｂ））。好適な実施形態では、扉６３は、ア
ルミニウムの扉とセラミック絶縁層７１との間にテフロ
ン・クッション７３を含む（図４（ｄ））。テフロン・
クッション７３は熱膨張率がセラミック絶縁層７１より
高く、また比較的柔らかいので、破損したりひび割れる
ことなく膨張することができる。ＤＰＡ４０が活性化し
てプラズマを形成すると、熱が発生し、テフロン層７３
が膨張し、セラミック絶縁層７１が電極５６、５８に押
しつけられる。これにより、扉６３の適切な密閉状態が
確保されるので、ガスはＤＰＡから漏出しない。
【００４５】扉６３はねじ５９によりＤＰＡ４０に取り
付け（図４（ｆ））、ねじを取り外すことにより、ハン
ドル６７を持って取り外すことができる（図４
（ｆ））。いったん取り外した後、ＤＰＡ４０の内部を
掃除したり、アルコールなどの溶液で手拭きしたり、あ
るいは長時間の使用後又はその他の理由により発生した
微粒子の堆積又は残留物を真空吸引して除去することな
どができる。好適な実施形態では、ハンドル６７は、プ
ラスチックなど熱伝導率の低い材料から形成する。
【００４６】電極５６、５８は４つの絶縁プラグ６１
（好適な実施形態ではセラミックで形成する）によって
相互に電気的に分離する（図４（ａ））。これらの絶縁
プラグは、陰極保持器と呼ばれることもある。図から分
かるように、電極５６、５８は、陰極保持器の一部分を
収容するために、機械加工によって形成された溝を有す
る。図面には、ＤＰＡの正面側に２つの陰極保持器６１
が示され、残りの２つはＤＰＡの背面に同様に配置され
ている。１つの実施形態では、陰極保持器６１は各々約
１ｃｍの厚さである。したがって、陰極保持器６１はガ
ス流路５４の幅全体には伸長せず、流路内のガス流を阻
害しない。
【００４７】ＤＰＡでは、ガス流は、矢印６０（図４
（ｂ））で示すように流体導管５４に従う。流体導管５
４は、２つの鏡像的なガス流路を有する。陰極５６の突
出部（分流器５７−−図４（ｂ）参照）は、放出ガスを
２つの流路のうちの一方に向ける。ガス流のほぼ半分
は、ＤＰＡ４０の左側の流路に向かって分流し、残りの
半分は右側の流路に向かって分流する。
【００４８】流体導管５４は、て放出ガス流内に存在す
る微粒子、例えば基板堆積段階又はその他の処理段階で
発生した微粒子を部分的に重力に頼って補集し捕捉す
る、微粒子補集領域６２（図４（ａ））を含む複雑な／
蛇行した流路である。各微粒子補集領域６２は、微粒子
をＤＰＡから引っ張り出そうとする放出ガス流路に関係
なく、重力によって底部のＵ字形の部分内に微粒子を補
集し保持するように配置された、ガス流路のＵ文形の部
分である。ガス流は、図４（ｃ）に示すように、陰極５
６又は陽極５８のいずれかの突出フィンガ７９によっ
て、各々のＵ字部を通過するように向けられる。これら
の微粒子補集領域６２は、集合的に重力トラップ又は機
械的トラップと呼ばれており、以下で詳しく説明する。
【００４９】電極５６、５８は、平行平板型プラズマ発
生システム及び静電集塵機の両方を形成する。静電集塵
機の一部として、電極５６にＤＣ電力を印加する一方、
電極５８は、排出される帯電した微粒子を引きつけるた
めに接地する。ＤＣ電力の印加により電界が発生し、Ｄ
ＰＡを介して排出される正の荷電微粒子が一方の電極に
引きつけられ、負の荷電微粒子がもう一方の電極に引き
つけられる。接地された電極５８は、ＲＦ遮蔽のための
ファラデー・ケージとしても作動する。プラズマ発生シ
ステムの一部として、電極５６にＲＦ電力が印加され
る。ＲＦ電力の印加により、ＤＰＡ内を通過する放出ガ
スからプラズマが形成され、重力トラップ領域６２又は
電極５６、５８の表面に沿って補集された微粒子及び残
留物が食刻され、除去される。
【００５０】図５は、電極５６、５８を含む電気回路を
示す線図である。図５に示すように、電極５６はＤＣ発
電機（ＤＣ電源）１００及びＲＦ発生器１０２の両方に
接続し、電極５８は接地する。ＤＣ発電機１００は、静
電トラップに必要なＤＣ電圧を供給し、ＲＦ発生器１０
２はプラズマを発生するためのＲＦ電力を供給する。Ｒ
Ｆ整合回路１０４は、反射電力を最小限にするために発
電機の出力インピーダンスを５０Ωに整合し、ＤＣ／Ｒ
Ｆフィルタ（低域ＲＣフィルタ）は、ＤＣ電源１００を
ＲＦ信号干渉から分離する。ＲＦ発生器１０２は、図２
に示すＲＦ電源装置２５と同一電源装置とすることがで
き、あるいはＤＰＡ４０のみを駆動する別個のＲＦ電源
装置とすることもできる。さらに、クリーン・ルームに
複数の処理チャンバが存在すると仮定して、処理チャン
バに接続した複数のＤＰＡを全て、適切な数のＲＦ電力
スプリッタに接続した別個のＤＰＡ専用ＲＦ電源装置に
よって駆動することもできる。
【００５１】ＤＰＡ４０内を通過する物質及び／又はＤ
ＰＡ４０内に堆積する物質の完全な反応を確実にするた
め、ＤＰＡは、プラズマを形成及び／又は維持するのに
充分なレベルのＲＦ電源（例えばＲＦ発生器１０２）に
よって駆動しなければならない。一般に、陰極の表面積
及び所望のプラズマの強さによって、５０〜２０００Ｗ
以上の電力レベルを使用することができる。陰極５８の
表面積が約１２０ｉｎ2の実施形態では、７５０〜１０
００Ｗ（６．３１〜８．４２Ｗ／ｉｎ2）の間の電力レ
ベルを使用することが望ましい。実際に選択する電力レ
ベルは、強いプラズマを形成するために高い電力レベル
を使用する希望と、エネルギ・コストを節約するために
低い電力レベルを使用する希望とのバランスを取ること
によって決定すべきであり、より小型でより安価な電源
装置の使用を可能にする必要がある。
【００５２】ＤＰＡ４０を駆動する電源装置は、約５０
ＫＨｚ〜約２００ＭＨｚ以上の周波数範囲で作動し、約
５０ＫＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内で作動することが望ま
しい。一般に、周波数の低い電源装置の方が、周波数の
高い電源装置より購入価格も運転経費も安価である。し
たがって、最も好適な実施形態では、ＤＰＡ４０を駆動
する電源装置は、３２５ＫＨｚ以下のＲＦ周波数を提供
するように設計する。ＲＦ電源装置は、単一周波数ＲＦ
電源又は混合周波数ＲＦ電源のどちらからでも供給でき
る。電源装置の最適出力電力及び動作周波数は、経費の
問題と共に、ＤＰＡが使用される適用用途や、ＤＰＡ４
０で処理されるガスの量などによって異なる。
【００５３】ＤＰＡ４０への電気接続は、電源貫通接続
部（ＰＦＤ）６８（図４（ａ））を介して行なわれる。
ＰＦＤ６８は、ＰＦＤ６８の拡大側面図である図４
（ｅ）に詳しく示す。ＰＦＤ６８は、ＤＣ発電機１００
及びＲＦ発生器１０２を、コネクタ７０を介して陰極５
６に接続する。好適な実施形態では、コネクタ７０は、
陰極５６に直接ねじ込まれるねじ切り部（threaded scr
ew）である。
【００５４】ＲＦ接続部の腐食を軽減し、ねじ切り部７
０と陰極５６との間の適切な電気接続を維持するため
に、接続は大気圧で行う必要がある。大気圧のこの部分
は、領域７６として示され、陰極５６に接触するねじ切
り部７０を含む。Ｏリング７８は陰極５６と領域７６と
の間の密封を維持する。Ｏリング７８がＤＰＡの作動中
に発生する高熱で溶融するのを防止するために、陰極５
６の主要部（領域５６Ａとして示す部分）から陰極５６
のＯリング７８が埋め込まれた部分（領域５６Ｂとして
示す部分）への熱伝導を軽減するように特別設計された
領域を設ける。この特別設計領域は、真空領域８０及び
陰極５６の細い部分８２を含む。真空領域８０により陰
極領域５６Ｂは陰極領域５６Ａから分離されているの
で、発生した熱及び／又は陰極５６の領域５６Ａに伝導
される熱は、領域５６Ｂへは容易に伝導しない。ＲＦ及
びＤＣ信号を領域５６Ｂから領域５６Ａに伝える陰極５
６の小部分（部分８０）は充分に細いので、領域５６Ａ
から領域５６Ｂへ伝導される熱は著しく軽減される。
【００５５】電源貫通接続部はアルミニウム・ハウジン
グ７２に収容し、テフロン板７３及びテフロン・リング
７４によってハウジング７２及び扉６３から絶縁する。
ハウジング７２は陽極５８及び扉６３に電気的に接続す
る。平座金８４、止め座金８５、及びナット８６アセン
ブリにより、テフロン・リング７５及びテフロン・ライ
ニング７３は陰極５６の領域５６Ｂに締め付けて固定す
ることができる。この締付け力によりＯリング７８を圧
縮し、適切な密封を維持する。第２のＯリング、すなわ
ちＯリング７７は、ガスが電源貫通接続部６８から漏出
しないように、テフロン・ライニング７３と扉６３との
間の密封を維持する。
【００５６】標準動作では、ＣＶＤ段階などの基板処理
段階中に、ＤＰＡ４０の微粒子捕捉能力を高めるため
に、電極５６にＤＣ電力が供給される。電極５６に印加
される電圧は、適用用途によって異なる。一般的に、１
００〜３０００Ｖの印加により、有効な捕捉メカニズム
が発生する。こうしたＤＣ電圧は、反応チャンバの動作
中（処理及びクリーニング段階）常に印加することがで
き、あるいはＤＰＡ４０が起動する反応チャンバのクリ
ーニング動作中は停止することもできる。
【００５７】ＳｉＨ4、Ｎ2及びＮＨ3の処理ガスから窒
化ケイ素を堆積する１つの基板処理作業では、発生した
微粒子の約６０％±１０％が正に荷電し、約４０％±１
０％が負に荷電することが、実験からつき止められた。
図６に示すように、ＤＰＡ４０内で約５００Ｖ／ｃｍの
ＤＣ電界を形成することにより、この基板処理作業用の
最適静電集塵機が得られることが、実験から分かった。
【００５８】図６の線１１０は、電極間に２００〜１２
００Ｖ／ｃｍの電界を形成することにより、正に荷電し
た電極で補集される負の荷電微粒子の総堆積量を表わ
し、線１１２は、接地した電極で補集される正の荷電微
粒子の総堆積量を表わす。線１１４は、捕捉された微粒
子の総堆積量を表わす。５００Ｖより低い電圧の電界で
は、大きい微粒子は静電集塵機では効果的に捕捉されな
いが、それより高い電界を形成すると、部分的プラズマ
が発生する。こうしたプラズマの形成は、発生する電界
の性質を変化し、捕捉効率を低下させる。
【００５９】静電集塵機と機械的（重力）トラップを組
み合わせると、真空管路３１における堆積を防止するの
に特に効果的な機構が得られる。放出ガス流内に存在す
る比較的大きい微粒子は、重力によって外部管６２内に
保持されやすいので、重力トラップはこのような微粒子
を捕捉するのに特に有効である。一方、静電トラップ
（集塵機）は、重力トラップだけでは捕捉されない放出
ガス流内の比較的小さい微粒子を補集及び捕捉するのに
特に有効である。
【００６０】例として、上述の窒化ケイ素を堆積する場
合、直径１μｍから直径１mm以上までの範囲の大きさの
粒子が観察されている。これらの粒子が排気管路内に存
在するときは、２種類の重要な力すなわち重力（ Fg）
及びガスの運動の結果生じる中性抵抗力（Ｆnd）が粒子
に作用する。直径が１００μｍを超えるような大きい粉
粒体の場合、主要な相互作用は重力であり、したがって
機械的トラップが特に有効である。しかし、より小さい
微粒子の場合、ガスの抵抗力の方が重力より高くなるこ
とがある。したがって、静電トラップの２つの電極の間
に形成される電界が、微粒子の軌跡に垂直な補助力（Ｆ
elec）を与える。この力は、直径が１０μｍ未満のよう
な非常に小さい微粒子の場合、重力及び抵抗力のどちら
より２桁以上大きく、非常に高い補集効果を達成する。
【００６１】図７は、本発明の１つの実施形態による静
電力及び重力の効果と比較した、中性抵抗力の効果を示
すグラフである。線１２２は重力を示し、線１２４は静
電力を示し、線１２６は粒子の中性抵抗力を示す。図に
示すように、粒子が小さい場合、静電力１２４が重力１
２２より大きい。より大きい粒子では、重力が静電力１
２４より優勢である。この実施形態では、直径が約３０
μｍ以下の粒子は主として静電集塵機で補集し、約３０
μｍを超える粒子は主として機械的トラップで補集す
る。任意の粒子に対して静電力又は重力のどちらが優勢
であるかに関係なく、図７の焦点は、任意の大きさの粒
子に対し、静電力１２４又は重力１２２の少なくとも一
方が中性抵抗力１２６より大きくなるように、ＤＰＡ４
０を設計することが望ましいということである。このよ
うな場合、静電トラップ集塵機と機械的トラップ集塵機
を組み合わせることにより、様々な大きさの粒子が効果
的に補集されることが確保される。
【００６２】第４の力、すなわち伝熱力（Ｆth）もま
た、ＤＰＡ４０内の微粒子に作用する。伝熱力とは、Ｄ
ＰＡ内に形成される温度勾配による力である。このよう
な温度勾配は、例えば、プラズマ支援クリーニング工程
中にプラズマの発生によって形成される。プラズマ形成
中に、イオン衝突やプラズマ形成中のジュール効果のた
めに、陰極５６は陽極５８より高温になる。１つの実施
形態では、陰極５６と陽極５８の間の温度勾配は、１５
０℃のガス温度で２００℃／cmである。この実施形態に
おける伝熱力を図７に、線１２８として示す。伝熱力１
２８は、この実施形態では０．１μｍ〜１００μｍの間
の微粒子を捕捉するのに充分な強さではないが、荷電粒
子及び非荷電粒子の両方を捕捉することができる。ま
た、他の実施形態でも、当業者は、大きい温度勾配を形
成するほど、より大きい伝熱力が得られ、微粒子及び残
留物の捕捉に一層効果的に役立つことを理解されるであ
ろう。先に述べたように、処理チャンバのクリーニング
作業中、ＲＦエネルギを電極５６に印加して、ＤＰＡに
排気される放出エッチング・ガスからプラズマを形成及
び／又は維持する。プラズマから生じる成分は、その前
の１つ以上の基板処理段階からＤＰＡ内に捕捉された微
粒子及び残留物と反応する。このプラズマを形成するた
めにＲＦエネルギを印加するのは、エッチング・ガスが
ＤＰＡ内に排気されない間は、中断することが望ましい
（このような構成におけるＤＰＡ４０は、受動素子では
なく、能動素子と呼ばれる）。ＤＰＡ４０を能動素子と
して構成する場合、ＤＰＡ４０のタイミングの側面の制
御（例えばＲＦ電源１０２及び／又はＤＣ電源１００の
オン／オフの切替えなど）は、一般的に、図１に示す制
御ライン３６を介して送られる制御信号の入力により、
プロセッサ３４によって行われる。図１２には示さない
が、そうした構成では、そのような制御ラインがＤＰＡ
４０に接続される。
【００６３】代替実施形態では、クリーニング作業中
に、真空チャンバ１５から排気されるエッチング・ガス
とは別にエッチング・ガスを導入するために、ＤＰＡ４
０に直接ガス供給管路を設けることができる。そのよう
な余分なガス供給管路は、例えば入口部分又はその付近
でフォアラインに接続できる。また、ＤＰＡの上流位置
でＤＰＡに直接接続することもできる。そうした別個の
ガス管路を設ける場合、クリーニング中のみ、あるいは
堆積又はその他の基板処理段階のときのみに、エッチン
グ・ガスの追加供給をＤＰＡに行うことができ、あるい
は堆積及びクリーニングの両サイクル中に連続的に供給
することもできる。基板処理段階にＤＰＡにエッチング
・ガスを供給する実施形態では、基板処理段階で電極５
６にＲＦエネルギを印加してプラズマを発生させ、ＤＰ
Ａ内に堆積した物質をさらに食刻して除去する。
【００６４】微粒子を捕捉し堆積を削減するＤＰＡ４０
の有効性は、生成され真空チャンバから排出される微粒
子の量や、ＤＰＡ４０内の放出ガス流の流速、電極５６
と５８の間に形成される電界、電極５６、５８の表面
積、及びクリーニング段階で生成されるプラズマの強さ
などをはじめとする多数の因子に依存する。
【００６５】また、多数のその他の設計上の考慮点によ
り、ＤＰＡ４０の有効性は向上する。例えば、好適な実
施形態では、分流器５７（図４（ａ））の上部表面を単
一先端に対し先鋭に傾斜させる。ガス流がＤＰＡ内のバ
リア又はその他の表面と直接接触する部分に、堆積がよ
り急激に集まることが、実験から示されている。分流器
５７の傾斜表面と、分流器５７の単一先端の真上にあっ
てそれに対し垂直な入口５０からの放出ガスの導入とを
結合することにより、放出ガス流が入口５０からＤＰＡ
４０に流入するための小さい接触面積が得られ、したが
って分流器５７の上部表面における堆積は最小化され
る。このような傾斜表面を持たずに実施した実験では
（例えば丸みのある表面）、分流器５７の上部表面５７
で微粒子の堆積が補集された。そうした堆積の量によっ
ては、堆積をくずし、補集領域６２の１つに落下させる
ことができる。粒子の堆積が充分に大きい場合、通常の
クリーニング・サイクル中に形成されるプラズマによっ
て、それを消散することはできないかもしれない。これ
は、ガス流路の閉塞につながるおそれがある。また、堆
積物が誘電体材料（例えば窒化ケイ素の膜成長工程から
の堆積）である場合、その堆積はプラズマの発生を阻害
し、形成されるプラズマの強さを低下する。これは次
に、堆積した物質の食刻の低下及び流路閉塞の機会の増
加につながる。分流器５７の側部表面は、そうした蓄積
を防止するために３０度以下の角度で合わせることが望
ましい。形成される角度が約１０度未満であることがさ
らに望ましい。
【００６６】ＤＰＡ４０のいずれかの特定の領域におけ
る微粒子の堆積を軽減する別の設計の特徴は、入口５０
とガス流が左右の流路に分割される位置との間のガス流
路５４の部分の壁の形状である。先鋭な角度を持つ形状
とは反対に、入口５０からガス流路までの平滑な輪郭遷
移（又は朝顔形の張出し）は、流路へのガス流の均等な
分布を確保するのに役立つ。入口から流体導管５４まで
のこの輪郭遷移は、プロファイルド・マニホルド（prof
iled manifold ）と呼ばれる。
【００６７】プロファイルド・マニホルド内の均等なガ
ス流は、ガス流路５４の左右部分の両方にガス流を均等
に分配するに役立ち、それによって流路のどの部分でも
他の部分と比較してより多く微粒子が堆積するのを防止
する。プロファイルド・マニホルドはまた、電極の幅全
体にわたって均等なガス分布を確保する。プロファイル
ド・マニホルドの好適な態様の輪郭を、ガス流路表面５
５として図４（ｃ）及び図４（ｄ）に詳細に示す。
【００６８】均等なプラズマの形成は、ＤＰＡ４０内で
補集された微粒子及び残留物の完全な除去を確保するの
に役立つ。この目的を達成するために、電極５６の表面
積は、電極５８の表面積とほど同じであることが有用で
ある。電極同士の表面積が様々な位置で３：１から１．
３：１までの範囲で異なるＤＰＡで実施した実験では、
均等でない表面積の電極でもプラズマを形成することが
可能であり、そうしたプラズマはＤＰＡ内で補集された
一部の物質を適切に除去できることを示している。しか
し、これらの実験では、電極表面の比率が３：１の部分
より１．３：１に近い部分ほど、微粒子及び残留物の堆
積がより効果的に除去された。さらに、陰極５６の表面
積が陽極５８の表面積の９５％以内である場合（１１
８．７９ｉｎ2対１２３．３１ｉｎ2）の実験では、プラ
ズマの形成がより強く、微粒子の除去がより効果的であ
った。別の実施形態では、陰極の表面積が陽極の表面積
と実質的に同一である。
【００６９】別のプラズマの均等性の問題は、電極５８
に対する電極５６の間隔に関係がある。この間隔は、次
の例外を除き、ＤＰＡ４０のガス流路全体で基本的に一
定に維持すべきである。プラズマの降伏電圧は、圧力と
電極間の距離の関数である（Ｐ×Ｄ）。放出ガス流がＤ
ＰＡ４０内を流れるには、入口５０付近の圧力を出口５
２付近の圧力より少し高くする必要がある。この好適な
実施形態で降伏電圧を一定に維持するには、ＤＰＡ４０
の底部の電極間に、上部の電極間より多くの空間を導入
することである。この間隔のバリエーションは、例えば
電極５６及び／又は電極５８のいずれか一方又は両方の
突起フィンガを、図４（ｂ）に示すようにＤＰＡの上部
より厚くすることによって、達成することができる。図
４（ｂ）で、ＤＰＡ４０の上部の陰極５６及び陽極５８
のフィンガは、それぞれａ及びｂの厚さを持つ。ＤＰＡ
４０の下部の対応する部分はそれぞれｃ及びｄの厚さを
持つ。ここでａ＞ｃ、及びｂ＞ｄである。
【００７０】ＤＰＡ内の圧力も又はプラズマの形成に影
響を及ぼす。一般に、圧力が高いほどプラズマ・エッチ
ングの効率が高くなる。したがって、より高い圧力でＤ
ＰＡを作動すると、低い圧力の場合より所用電力が低く
てすみ、その結果運転経費の節約になる。このような構
成では、ＤＰＡの下流に単一スロットルバルブを使用す
るか、好ましくは二重スロットルバルブを、すなわち真
空チャンバの圧力を制御するためにＤＰＡの上流に１
つ、及び処理チャンバ内の圧力とは独立してＤＰＡの圧
力を制御するためにＤＰＡの下流に１つを使用すること
ができる。
【００７１】ＤＰＡの下流にスロットルバルブを使用し
ない場合、ＤＰＡ内の圧力は一般にフォアラインの圧力
と等しい（約４．５〜６torrで作動する一部のＰＥＣＶ
Ｄ処理装置では約０．８〜２．５torrの間）。しかし、
ＤＰＡの下流にスロットルバルブを使用すると、ＤＡＰ
内の圧力をより幅広い範囲にわたって制御できる。いう
までもなく、ＤＰＡ内の圧力は、処理チャンバからの放
出ガス流を維持するために、処理チャンバ内の圧力より
低くしなければならない。ＤＰＡ内の圧力を増加する
と、ＤＰＡに排出される微粒子の中性抵抗力が増加する
という、望ましくない副作用も発生し、これが今度は重
力トラップの効率を低下する原因となる。したがって、
ＤＰＡに設定する実際の圧力は、プラズマの効率の問題
と粒子の捕捉の問題の間でバランスを取る必要があり、
この圧力はＤＰＡを使用する特定の適用用途によって異
なる。
【００７２】ＤＰＡ４０内の圧力を監視するために、圧
力感知スイッチ５３（図４（ｄ））を含めることができ
る。ＤＰＡ内の圧力が望ましくないレベルにまで高まる
と、スイッチ５３はプロセッサ３４に信号を送り、ＤＰ
Ａ及び基板処理チャンバ１０の両方のスイッチを切断す
る。好適な実施形態では、スイッチ５３は半大気圧スイ
ッチ（half-atmosphere switch）であり、ＤＰＡ４０内
の圧力が大気圧の２分の１（３６０torr）を超えて増加
すると、遮断手順が始動する。
【００７３】ＤＰＡ内でプラズマを形成するために使用
するＲＦ電力、陰極の大きさ、ＤＰＡが起動する時間、
及びその他の要因によって、ＤＰＡ４０はかなりの量の
熱を発生することがある。熱を消散するために、ＤＰＡ
４０は、図４（ｅ）に示すように熱消散フィン６９を含
むことができる。熱消散フィン６９は、陽極５８に取り
付ける。
【００７４】熱は、プラズマ形成中にイオン衝突及びジ
ュール効果によって、陰極５６に発生する。したがっ
て、陽極５８は陰極５６より低温である。また、陽極５
８は、セラミック陰極保持器６１、セラミック・ライニ
ング板７１（後部及び扉）及びＰＦＤ６８のテフロン絶
縁リングによって、陰極５６から熱的に絶縁されてい
る。フィン６９は、陽極をさらに冷却するのに役立つ。
フィン６９はアルミニウムなどの熱伝導材料で構成さ
れ、これは受動冷却装置なので、ＤＰＡ４０を冷却する
ための好適な方法である。安全上の理由から、ＤＰＡ４
０の外部が少なくとも７５℃以下まで冷却されるよう
に、フィン６９を設計することが望ましい。
【００７５】アプライド・マテリアル・インコーポレイ
テツドによって製造されたＰ５０００型反応システムの
ＤＣＶＤチャンバにＤＰＡを装備した好適な実施形態で
は、ＤＰＡの三方の側面にフィンを配置するが、第４の
側面には配置しない。その代わり、ＤＰＡの第４側面
（後部）を基板処理チャンバの一部分に直接当てるよう
に配置する。フィン６９によって達成される冷却の程度
は、フィンの大きさによって異なる。陰極の温度が２５
０〜３００℃の間で作動する１つの実施形態では、フィ
ン６９は、ＤＰＡの外部を約７５℃まで冷却するのに充
分な大きさである。
【００７６】また、他の方法でＤＰＡ４０を冷却するこ
ともできる。例えば、ＤＰＡ４０の周囲に水を循環する
冷却システムを使用して、ＤＰＡから熱を運び去ること
ができる。このような冷却システムは能動冷却機構であ
る。
【００７７】２．ＤＰＡ４０の好適な微粒子削減実施形
態を使用した試験結果 微粒子の堆積の削減における本発明の効果を証明するた
めに、上記の好適な実施形態に従って設計したＤＰＡ４
０を、６インチ・ウェハ用に装備され、窒化ケイ素のＣ
ＶＤ膜堆積用に設計されたPrecision 5000反応チャンバ
に取り付け、実験を行なった。Precision 5000反応チャ
ンバは、本発明の譲受人であるアプライド・マテリアル
・インコーポレイテッドによって製造された製品であ
る。
【００７８】ＤＰＡの効果を試験する実験を行なう前
に、窒化ケイ素の頴娃町段階及びその後に続くフッ素ク
リーニング段階によって処理チャンバ内に堆積する残留
物の組成を決定するための実験を行なった。２種類の異
なる窒化ケイ素膜成長／フッ素クリーニング作業工程シ
ーケンスについて、残留物の組成を決定した。各工程シ
ーケンスの窒化ケイ素膜成長段階は同じであるが、クリ
ーニング段階は、第１シーケンスではＣＦ4の化学作用
に基づいて行なわれ、第２シーケンスではNF3の化学作
用に基づいて行なわれた。
【００７９】窒化ケイ素の薄膜は、ウェハにシラン（Ｓ
ｉＨ4）、窒素（Ｎ2）、及びアンモニア（ＮＨ3）ガス
のプラズマをウェハに暴露することによって、ウェハに
堆積した。ＳｉＨ4は、２７５sccmの流速で処理チャン
バ内に導入し、Ｎ2は３７００sccmの速度で処理チャン
バに導入し、ＮＨ3は１００sccmの速度で導入した。プ
ラズマは４．５torrの圧力、４００℃の温度で、７２０
Ｗで駆動する１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源を用いて形成
された。窒化ケイ素の堆積は約７５秒持続したが、これ
はウェハに約１００００オングストロームの薄膜を成長
させるのに充分であった。
【００８０】第１標本については、窒化ケイ素膜の成長
段階が完了し、ウェハを処理チャンバから取り出した
後、処理チャンバをＣＦ4及びＮ2Ｏのプラズマにより、
１２０秒間クリーニングした。ＣＦ4対Ｎ2Ｏの比率は
３：１であり、ＣＦ4は１５００sccmの速度で導入し、
Ｎ2Ｏは５００sccmの速度で導入した。クリーニング段
階中、処理チャンバは温度４００℃及び圧力５torrに維
持した。１０００Ｗで作動する１３．５６ＭＨｚの電源
装置により、プラズマを形成した。
【００８１】第２標本については、ＮＦ3及びＮ2Ｏ及び
Ｎ2の前駆物質のガスから形成されるプラズマで、クリ
ーニングを行なった。ＮＦ3対Ｎ2Ｏ対Ｎ2の比率は約
５：２：１０であり、ＮＦ3は５００sccmの速度で導入
し、Ｎ2Ｏは２００sccmの速度で導入し、Ｎ2は１０００
sccmの速度で導入した。クリーニング段階中、処理チャ
ンバは温度４００℃及び圧力５torrに維持し、これを約
９５秒間持続した。プラズマの形成は、１０００Ｗで作
動する１３．５６ＭＨｚの電源装置により達成した。
【００８２】ＣＦ4クリーニングの残留物の色は茶色が
かっており、ＮＦ3クリーニングの残留標本の色は黄色
／白色であることが分かった。Ｓｉ3Ｎ4の膜成長段階だ
けから生成される残留物は茶色であることが分かったの
で、これらの結果から、ＮＦ3クリーニングにより、初
期の茶色の粉末が黄色／白色の粉末により完全に変換さ
れることを示すと考えられる。これは、ＮＦ3プラズマ
に発生する余分のフッ素自由基のためであると考えられ
る。
【００８３】別の一連の実験で、３種類の残留物の標本
を採取した。すなわち、上記のＳｉ3Ｎ4の膜成長段階の
直後に処理チャンバから約０．５ｍ下流のフォアライン
で採取した粉末（標本Ａ）、上記のＮＦ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2
のクリーニング用プラズマの作動後に標本Ａと同じ場所
で採取した粉末（標本Ｂ）、及び数日間の連続した堆積
／クリーニング・シーケンスの後に処理チャンバから約
１２ｍ下流の乾燥真空ポンプの入口で採取した粉末（粉
末Ｃ）の３種類である。粉末標本の組成は、水素前方散
乱（ＨＦＳ）、Ｘ線電子分光法（ＸＰＳ）、及びＸ線回
折（ＸＲＤ）解析から引き出される。これらの粉末のそ
れぞれの組成を表１に示す。
【００８４】
【表１】 標本Ａは、Ｓｉ3Ｎ4の膜堆積化学作用の直接固体副生物
である。この粉末は、ＲＦプラズマ内で発生した微粒子
の組成を反映している。この粉末は大部分がＳｉ、Ｎ、
Ｈ、及び酸素で構成される。酸素はおそらく、標本採取
中に空気から吸収されたものであろう。膜堆積段階で酸
素を包含するガスを使用していないので、酸素は粉末の
初期成分ではありえない。プラズマ内で発生する残留微
粒子は、大部分が水素化窒化ケイ素ＳｉXＮyＨzである
可能性が高い。この粉末は反応性が高い。ＸＰＳ測定に
よりＨＦＳの結果が確認され、空気にさらした後、ケイ
素は元素として１８％存在し、窒化物として２４％、酸
化物として５８％存在することが示された。窒素は、窒
化物として９３％、アンモニアとして７％存在する。Ｘ
ＲＤ解析から粉末が非晶質であることが示された。
【００８５】標本Ｂは、ＮＦ3／Ｎ2Ｏ／Ｎ2プラズマを
使用したクリーニング工程後の粉末Ａの変換の結果であ
る。膜成長チャンバ内に蓄積された残留物は、クリーニ
ング工程により完全に蒸発するが、Ｆ*自由基の寿命が
限定されるので、フォアライン内での変換は完全ではな
い。しかし、この寿命は、フォアラインの最初のメート
ル内で部分変換が行われるには充分に長い。この白色粉
末はＦの含有量が高いことを示し、ＳｉxＮyＨzから
（ＮＨ4）2ＳｉＦ6（ヘキサフルオロけい酸アンモニウ
ム、これはＸ線回折法を用いて識別された）への変換を
表わしている。多結晶質白色粉末は、２５０℃の昇華温
度を示している。
【００８６】標本Ｂの粉末の蓄積量は、処理チャンバか
らの距離の増加と共に増加し、ガスがフォアラインに沿
って移動するにつれて、固体−気体蒸発の効率がだんだ
ん低下することを示唆している。これはおそらく、
Ｆ*、ＣＦx、Ｏ*などの励起された種が処理チャンバか
ら遠くに移動する間に希薄になるためである。ポンプに
近い位置では、粉末ＡとＢの混合物が存在する。この残
留物（粉末Ｃ）の色は、処理チャンバからの距離が長く
なるにつれて、黄色がかった色から茶色になる。
【００８７】化学分析から、粉末Ｃは、粉末Ａの不完全
な変換結果であることが示された。興味深いことは、−
（−ＣＦ2−Ｃ2Ｆ4−Ｏ−）x−という重合体の形成であ
り、これは初期の茶色の残留物を被覆することができ、
保護被膜を形成し、膜成長中に補集された粉末がそれ以
上変換されるのを防止する。市販のＰＥＣＶＤ窒化ケイ
素システムのフォアライン内の粉末Ｃの蓄積は、１か月
の連続堆積／クリーニング・シーケンスの後、５００ｇ
を超えることがありうる。
【００８８】処理チャンバ内の残留物の堆積の組成を決
定した後、残留粉末の粒径を決定する実験を行なった。
この実験では、フォアライン内にシリコン片を置き、膜
成長工程でそこに堆積される材料を採取した。１５秒の
膜堆積工程後でさえも、真空管路３内で茶色の粉末状の
残留物の堆積が通常発生する。この残留物の堆積を示す
顕微鏡写真を図８に示す。茶色の粉末は、ＳｉxＮ
yＨz、ＳｉxＨy、ＳｉＯx、及びケイ素元素残留物から
構成される。残留物の元素粒子は粒状又は海綿状の形態
を呈し、密度は２．３ｇ／ｃｍ3 である。粒子の回転楕
円体の左右対称性が図９に示され、膜成長が均質な核生
成によって行なわれることを表わす。図９は、４個又は
５個の元素粒子（各々直径１５〜２０μｍ）が凝集し
て、直径約５０μｍの典型的な粒状残留集合体を形成す
ることを示す顕微鏡写真である。さらなる実験から、粉
末の粒径が堆積時間と共に増大し、９０秒の堆積段階に
より直径１．０mm以上の集合体が形成されることが示さ
れた。
【００８９】次にプロトタイプ（試作品）のＤＰＡを使
用して、シランを基本にした窒化ケイ素の堆積作業から
発生するような微粒子の堆積を削減する上での本発明の
有効性を証明した。プロトタイプのＤＰＡは図４の
（ａ）〜（ｆ）に示す実施形態に従って構成し、フォア
ラインの直前でＰ５０００型ＣＶＤ反応チャンバの出口
に接続した。実験では、３段階の順次１．０ミクロンの
膜成長工程の後にＣＦ4／Ｎ2Ｏクリーニング段階が続
く、窒化ケイ素の一般的な堆積／クリーニング・シーケ
ンスに従って、反応チャンバを作動した。この堆積／ク
リーニング・サイクルを、５０００枚のウェハ実行試験
に連続的に繰り返した。
【００９０】窒化ケイ素の膜堆積段階では、反応チャン
バの圧力は４．５torrに設定及び維持される一方、反応
チャンバの温度は４００℃に設定され、サセプタはガス
分配マニホルドから６００milの位置に配置された。堆
積ガスは、１９０sccmの速度で導入されたＳｉＨ4、１
５００sccmの速度で導入されたＮ2、及び６０sccmの速
度で導入されたＮＨ3を含んでいた。周波数１３．５６
ＭＨｚの単一周波数ＲＦ電力を４４５Ｗの電力レベルで
供給してプラズマを形成し、約７５００オングストロー
ム／minの速度で窒化ケイ素層を堆積した。１．０ミク
ロンの各層の総堆積時間は約８０秒であった。
【００９１】反応チャンバのクリーニング段階では、反
応チャンバの圧力は４．６torrに設定及び維持される一
方、反応チャンバの温度は４００℃に設定され、サセプ
タ（ウェハは搭載されない）はガス分配マニホルドから
６００milの位置に配置された。クリーニング用ガス
は、１５００sccmの速度で導入されたＣＦ4及び５００s
ccmの速度で導入されたＮ2Ｏを含んでいた。エッチング
・プラズマを形成し、反応チャンバ内に堆積した材料を
食刻して除去するため、ＲＦ電力を供給した。この周波
数電源装置は１３．５６ＭＨｚで動作し、１０００Ｗで
駆動する。３段階の１．０ミクロンの窒化ケイ素層の堆
積工程後に反応チャンバのクリーニングのために使用し
た総クリーニング時間は、最初の３０００枚のウェハに
ついては、１１０秒であった。その後、終点検出器（en
dpoint detector ）を使用して、最後の２０００枚のウ
ェハに対するクリーニング時間を最適化した。
【００９２】プロトタイプのＤＰＡは、長さ約３５cm×
直径１４cmであった。電極５６、５８は総表面積が２４
２．１ｉｎ2であり、アルミニウムから機械加工によっ
て形成された。陰極は幅３．００ｉｎ、周長３９．５９
６６ｉｎであった。
【００９３】電極５６と電極５８の間に５００ＶのＤＣ
電圧を形成し、上述の通り、窒化ケイ素の膜成長段階及
びＣＦ4 のクリーニング段階の両方で、荷電した微粒子
を捕捉した。電圧電界は、電極５６と接地電極５８に５
００Ｖを供給することによって形成した。プラズマの形
成に関しては、ＤＰＡ装置は能動装置として作動する
（つまり、クリーニング・サイクル中にのみＲＦ電力が
ＤＰＡに印加され、プラズマが形成される−−ＲＦ電力
は堆積段階には印加されない）。プラズマは、１０００
Ｗで駆動する３２５ＫＨｚのＲＦ波形によって発生し
た。ＤＰＡ内の圧力は０．８torrであった。
【００９４】その後の試験で、プロトタイプのＤＰＡ
は、プロセスに対し透過的でありながら、上記の窒化ケ
イ素の膜成長／ＣＦ4のクリーニング・シーケンスを用
いて２００００枚のウェハ処理試験の実行中に、フォア
ライン内での微粒子の堆積を防止するのに１００％有効
であることが示された。プロトタイプのＤＰＡを使用す
るにあたり、実験中に反応チャンバから排出される全て
の粉粒体を捕捉し除去するために、追加のクリーニング
・ガスや追加のクリーニング時間を用いる必要は無かっ
た。実験中に堆積した窒化ケイ素の薄膜の厚さ、均一
性、応力、及び屈折率などの薄膜特性について行なった
測定により、１枚目のウェハと５０００枚目のウェハと
の間で（又は中間のどのウェハ間でも）、これらの特性
のいずれにも際だった、あるいは著しい変化の無いこと
が示された。さらに、実験中の反応チャンバ内の微粒子
の数の測定でも、ウェハ処理の実行中に直径が０．１６
ミクロン以上の粒子の数に増加が無いことが示された。
【００９５】３．螺旋コイル、単管の実施形態 他のプラズマ形成構造を組み込んだ、他の実施形態のＤ
ＰＡ４０も可能である。例えば、一部の実施形態では、
螺旋共振器コイルなどの誘導コイルにＲＦ信号を印加す
ることによって、プラズマを形成する。螺旋コイルは小
型であり、比較的高密度のプラズマを形成する容量を有
する。こうしたコイルは当業者には周知であり、Michae
l A.Lieberman and Allan J. Lichtenberg, "Principle
s of Plasma Discharges and Materials Processing",
pp. 404-410 John Wiley & Sons(1994)などのよく知ら
れた多数の教科書のどれにでも記載されている基準に従
って、設計することができる。これを引用によって本明
細書に組み込む。
【００９６】螺旋共振器コイルは、銅、ニッケル、又は
金などの高導電性金属、又は同様の導電性材料から作成
することができる。コイルを適切に共振させるには、コ
イルの長さが、印加ＲＦ信号の波長のほぼ４分の１又は
それよりわずかに長いことが重要である。
【００９７】図１１は、こうしたコイルを含むＤＰＡ４
０の１つの実施形態の断面図である。図１１のＤＰＡ４
０は、処理チャンバ１５から排出されたガスがＤＰＡ内
を通過するときに流れる管１５０を含む。管１５０は、
セラミック、ガラス、又は石英などの絶縁材から形成さ
れる円筒形の管である。好適な実施形態では、管１５０
は、クリーニング段階で使用するフッ素などのエッチン
グ・ガスとは反応しないセラミック材で形成する。ま
た、管１５０の外径は真空管路３１の内径とほぼ等し
い。別の実施形態では、管１５０は必ずしも円筒形であ
る必要は無く、角があったり、平面的であったり、楕円
形、又は同様に湾曲した内部表面を持つことができる。
これら及びその他の実施形態における管１５０の内径
は、真空管路３１の内径より大きく、又は小さくするこ
ともできる。
【００９８】コイル１５２は管１５０の外面の周囲に巻
かれ、一端は点１５６の位置でＲＦ電源装置に接続し、
他端は点１５５の位置で接地電位に接続する。管１５０
内を通過する排気ガスは、ＲＦ電源装置からコイル１５
２への電圧の印加によって、プラズマ状態に励起する。
プラズマ状態のとき、プラズマから生じる成分は、管内
に堆積した材料と反応して、ガス状生成物を形成する。
このガス状生成物は、上述の通りポンプ・システム３２
によって、ＤＰＡ４０及び真空管路３１から排出するこ
とができる。コイル１５２は、上述の通り標準的な螺旋
共振器コイルであり、管の外側ではなく、管１５０の内
側に巻き付けることもできる。
【００９９】管１５０の周囲は外部容器１５４で取り囲
まれている。容器１５４は、少なくとも２つの目的を果
たす。第１に、これはコイル１５２によって生じる電磁
放射を遮蔽するファラデー・ケージとして機能する。第
２に、セラミック管１５０が破損したりひび割れた場
合、あるいは別の方法で管１５０の真空密閉が破れた場
合、容器１５４は第２密閉の役割を果たし、排気ガスが
漏出するのを防止する。容器１５４は、アルミニウムや
鋼、又はその他の化合物といった様々な金属から形成す
ることができ、遮蔽効果のために接地する。上部フラン
ジ１５７及び下部フランジ１５８は、空密閉を維持しな
がら、ＤＰＡ４０をそれぞれ真空マニホルド２４及び真
空管路３１に接続する。
【０１００】標準ＲＦ電源装置は、インピーダンスが５
０Ωとなるように設計される。したがって、コイル１５
２のインピーダンスが５０Ωとなるように、ＲＦ電源装
置のコイル１５２への接点（点１５６）を選択しなけれ
ばならない。電源装置に別のインピーダンス・レベルが
必要な場合には、点１５６をそれに従って選択すること
ができる。
【０１０１】コイル１５２はＲＦ電源装置により５０Ｗ
以上の電力レベルで駆動するが、５００Ｗ以上のレベル
で駆動することが望ましい。こうした条件下で、プラズ
マの発生は最大限になり、均一性の問題は無くなる。コ
イル１５２によって発生する実際の電圧は、ＲＦ電源装
置によって使用される電力、コイル１５２の長さ及び巻
線間隔、コイルの抵抗など、多数の要素によって異な
る。電圧はコイルに沿って均等に展開するので、コイル
全体の電圧レベルは、コイルを大地に接続する位置（点
１５５）とＲＦ電源装置に接続する位置（点１５６）と
の間のレベルを求めることによって決定することができ
る。例えば、特定のコイルが点１５５と１５６の間のコ
イル部分の４倍の長さである場合、コイルの総電圧は、
点１５５と１５６の間の電圧レベルの４倍となる。
【０１０２】コイル、電力レベル、及び印加ＲＦ周波数
は、管１５０内で強いプラズマが形成されるように、選
択する必要がある。ただし、そのときに、コイル１５２
によって生じる電圧が、コイルから容器１５４へ電流が
放電するレベルを超えないことを確保することも必要で
ある。特定のＤＰＡで放電が問題になる場合は、容器１
５４とコイル１５２との間に絶縁材を挟むことが可能で
ある。しかし、設計を簡素化するために、容器１５４と
コイル１５２の間の空間には空気を満たしておくことが
望ましい。
【０１０３】ＤＰＡ４０の長さと大きさは変えることが
できる。適用用途によっては、ＤＰＡ４０はわずか４〜
６ｃｍの長さ又はそれより短くすることもできる一方、
他の適用用途では、ＤＰＡ４０を真空管路３１の全長
（４〜５フィート又はそれ以上）に及ぶ長さとし、した
がって管路と置き換えることもできる。同様の設計であ
れば、短いＤＰＡより長いＤＰＡの方が、より多くの粉
粒体を補集し、したがって除去することができる。ＤＰ
Ａの設計は、空間の問題と残留物補集効率とのバランス
を取らなければならない。しかし、最新技術の捕捉機構
を取り入れたＤＰＡは短くても、処理チャンバから排出
される全粉粒体の９９．９％を補集及び捕捉することが
でき、長さは重要な要素にならない。コイルの長さは、
ＲＦ波長の１／４より少し長くする必要があるので、コ
イルの長さと使用するＲＦ周波数との間には直接の関係
がある。コイルが長ければ、低い周波数のＲＦ電力信号
が必要になる。
【０１０４】先に述べたように、ＤＰＡ４０は処理手順
の特定の期間中に作動を開始（ＯＮ）したり停止（ＯＦ
Ｆ）することが望ましいが、ＤＰＡは受動装置として構
成することもできる。受動装置としてのＤＰＡ４０に
は、充分なＲＦ電力信号が連続的に供給されるので、特
別な制御信号やプロセッサ時間を、ＤＰＡの作動の開始
や停止のために使用する必要は無い。
【０１０５】４．螺旋コイル、機械的トラップ及び静電
トラップの第１実施形態 図１２は、別の実施形態のＤＰＡ４０の断面図である。
図１２に示すＤＰＡ４０の実施形態は、第１内部セラミ
ック管１６０及び第２外部セラミック管１６２を含む。
管１６０の端部は管１６２の円筒形の空間内にあるの
で、ＤＰＡ４０内のガスの流れは、矢印１６４で示すよ
うになる。
【０１０６】螺旋共振器コイル１６６は管１６２の外側
の周囲に巻き付けられ、図１１の実施形態に関連して述
べたように、ＲＦ電源装置１６８に接続される。コイル
１６６は、管１６２の内側か、あるいは管１６０の外側
の周囲又は内側に巻き付けることもできる。
【０１０７】上記の容器１５０と同様のシェル１６８
で、内管１６０及び外管１６２を閉囲する。外管１６２
は、内管１６０又はシェル１６８のいずれかへの接続に
よって支持することができる。いずれの場合も、外管１
６２の支持構造により、放出ガス流がＤＰＡ４０内を通
過できるようにすることが重要である。この目的のため
に、支持構造は、複数の貫通穴を有する管１６０と１６
２の間の平面状のセラミック材とするか、管１６０と１
６２の間に伸長する４つの細長い接続部又はフィンガの
うちの３つだけにより構成するか、あるいは多くのその
他の同様の方法で設計することができる。貫通穴を有す
る構造は、以下で説明する補集領域１７０内で粉粒体を
補集及び捕捉するのに役立てることができる。しかし、
この構造は、ＤＰＡ４０を介して排出されるガスの流速
を低下させないために、穴が充分な大きさとなるように
設計する必要がある。
【０１０８】この実施形態のＤＰＡ４０の設計により、
粉粒体の捕捉が強化され、したがってその分解が強化さ
れる。この設計は、排気ガス流内の微粒子を補集及び保
持する機械的トラップとして作用し、図４（ａ）のトラ
ップ６２と同様の方法で、捕捉された微粒子がＤＰＡの
その他の部分を通過して真空管路３１内に流入できない
ようにする、管１６２の補集領域１７０を含む。微粒子
は形成されたプラズマにより分解されるまで、トラップ
内に維持され、プラズマにさらされる。
【０１０９】本実施形態のＤＰＡ４０のトラップ部の動
作は部分的に重力に依存し、微粒子をＤＰＡ装置から真
空管路内に掃引しようとする放出ガスの流路にも拘ら
ず、粉粒体をトラップ内に保持するように作用する。し
たがって、部分的に、ＤＰＡ４０の有効性は、微粒子が
反応してガス状生成物になるまで微粒子が管１６２から
流出するのを防止する外管１６２の能力に依存する。こ
の目的のために、補集領域１７０がＤＰＡの入口から下
向きになり、かつ、外管１６２が重力の作用と共にこの
トラップを形成するのに充分な長さとなるように、ＤＰ
Ａ４０を配置することが重要である。
【０１１０】ＤＰＡ４０内の面１７６におけるガス流路
の断面積を増加すると、粉粒体の捕捉にさらに役立つ。
任意の堆積工程における放出ガス流の流速は、一般に一
定である。したがって、１つ又はそれ以上の流路の断面
積を増加すると、ガス流の微粒子の速度が低下し、これ
に相応して微粒子に対する中性抵抗力が低下する。微粒
子に対する重力が中性抵抗力を超えると、その微粒子は
重力によってＤＰＡ４０の重力トラップ内に捕捉され
る。
【０１１１】機械的トラップの効果をさらに高めるため
に、補集領域１７０付近に静電集塵機１７２を配置する
ことができる。静電集塵機１７２は、ＤＣ又はＡＣ電源
に接続した小型電極とすることができる。静電集塵機１
７２に印加される極性及び電荷の量は、適用用途に特定
的であり、個々の適用用途で排出される粉粒体の極性の
タイプ及び一般的な荷電レベルによって異なる。
【０１１２】本発明では、様々な静電トラップ装置を使
用することができる。こうした静電集塵機の別の実施形
態については、図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３
（ｃ）に関連して以下で詳しく説明する。
【０１１３】５．螺旋コイル、機械的トラップ及び静電
トラップの第２実施形態 図１３（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図で
ある。図１３（ａ）の実施形態は、図１２の実施形態と
同様の機械的トラップ設計を使用し、また変形した静電
トラップをも使用している。さらに、放出ガスは、上部
フランジの反対側ではなく、上部フランジ１８１に隣接
して配置した側部フランジ１８０を介して排出される。
フランジ１８０は、外管１８６ではなく、外部ケーシン
グ１８４との真空密閉を形成するように配置する。ケー
シング１８４は金属又は同様の材料で形成し、管１８６
はセラミックなどの絶縁材で形成する。
【０１１４】この実施形態のＤＰＡへのＲＦ電力は、Ｒ
Ｆ電源との接続点１８８と点１８９（接地）との間のイ
ンピーダンスが５０Ωとなるように設計された、外部コ
イルを介して供給される。上述の通り、コイルが標準Ｒ
Ｆ電源によって駆動できるように、コイル１８７は５０
Ωのインピーダンスを持つように設計する必要がある。
内部コイル１９０は、内管１８５の内側に巻き付ける。
内部コイル１９０は、外部コイル１８７に供給されるＲ
Ｆ信号を誘導によって受け取り、プラズマ反応を駆動す
るために必要な電圧電界を形成する。
【０１１５】中央ワイヤ１９２は内管１８５の中心部を
走り、中央和や１９２と内部コイル１９０との間に電位
差が発生し、ＤＰＡを通過する粉粒体が静電気により捕
捉される。電位差は、多くの様々な方法によって形成す
ることができる。全ての方法で、中央ワイヤ１９２及び
コイル１９０は電極として作用する。一実施形態では、
中央ワイヤ１９２を接地し、正のＤＣ又はＡＣ電圧をコ
イル１９０に印加する。図１３（ｂ）に示すように、排
出された微粒子１９４が負に帯電している場合、その微
粒子はワイヤ１９２及びコイル１９０によって形成され
た電圧電界（Ｆelec）によって引き寄せられる。コイル
１９０を接地し、中央ワイヤ１９２に負の電圧を印加し
た場合にも、同様の結果を達成することができる。ただ
し、この場合、ワイヤ１９２は負に荷電した微粒子をコ
イル１９０の方に追いやる。
【０１１６】別の実施形態では、正のＤＣ又はＡＣ電圧
を中央ワイヤ１９２に印加し、コイル１９０を接地電位
に接続する。この方法では、負の荷電粒子が、図１３
（ｃ）に示すように、正に荷電したワイヤ１９２の位置
１９６に補集される。コイル１９０に負の電圧を印加
し、中央ワイヤを接地した場合にも、同様の結果を達成
することができる。この場合は、コイル１９０が負の荷
電粒子をワイヤ１９２の方に追いやる。
【０１１７】さらに別の実施形態では、ワイヤ１９２及
びコイル１９０のどちらも接地せず、代わりに両方と
も、コイル１９０に対しワイヤ１９２との間に正又は負
の電位差を生じる電圧源に接続する。いうまでもなく、
正に荷電して粉粒体が存在する場合、この粉粒体は、負
に荷電した粉粒体が補集される電極とは反対の電極に補
集される。
【０１１８】また、粉粒体が正の荷電粒子と負の荷電粒
子の両方を含む場合、微粒子は静電力によって補集する
ことができる。このような場合、正の荷電粒子は低電位
の電極に引きつけられ、負の荷電粒子は高電位の電極に
引きつけられる。また、このような場合、中央ワイヤ１
９２にＡＣ電圧を印加することもできる。ＡＣ電圧を中
央ワイヤ１９２に印加し、コイル１９０を接地すると、
正の半サイクル中、正の粉粒体はワイヤから反発してコ
イル９０の方に追いやられる。しかし、負の半サイクル
中には、負の粉粒体がワイヤから反発し、コイル１９０
に補集される。このような場合、ＡＣ電圧周期は、微粒
子の応答時間より長くしなければならない。
【０１１９】上記のうちいずれかの場合、２つの電極間
の電界は５０〜５０００Ｖ／ｃｍの間とすることができ
る。電極間の電界は、５００Ｖ／ｃｍ（ＤＣ）〜１００
０Ｖ／ｃｍ（ＡＣ）の間とすることが、望ましい。微粒
子が中央ワイヤ１９２から反発してコイル１９０に補集
されるかどうかは、微粒子の極性及びコイル１９０及び
ワイヤ１９２に印加される電荷によって異なる。
【０１２０】この設計は、コイル１９０と中央ワイヤ１
９２との間に形成される電位差に依存するので、コイル
１９０は、最大限の微粒子の補集を達成するために、管
の絶縁材によってワイヤ１９２と分離されないように、
内管１８５の内部に配置する必要がある。管１８５の内
側に配置されたコイル１９０及び中央ワイヤ１９２は、
フッ素などのように反応性の高い様々な活性種と接触す
る。したがって、コイル１９０及びワイヤ１９２を、ニ
ッケルなど、こうした活性種と反応しない適切な導電性
材料で形成することが重要である。この実施形態では、
コイル１９０が微粒子を引き付けるか反発させる電位差
及びＲＦ電力信号の両方を受けることに留意することが
重要である。
【０１２１】６．平行電極を含む機械的トラップ及び静
電トラップの第３実施形態 図１４（ａ）は、機械的トラップ及び静電トラップを含
む別のＤＰＡ４０の断面図である。図１４の実施形態
は、１対の容量結合電極に印加されるＲＦ電力からプラ
ズマを形成するという点で、図４（ａ）〜（ｃ）に示す
実施形態と同様である。ただし、図１４（ａ）に示す電
極は、図４（ａ）〜（ｆ）の実施形態における実質的に
同一表面積の平行平板電極ではなく、外周円筒形の電極
４０２、４０４である。図１４（ｂ）に示すように、円
筒形の性質のため、電極４０２の電極４０４に対する表
面積の比率は、ＤＰＡの部分によって異なる。例えば、
１つの実施形態の場合、電極４０４に対する電極４０２
の表面積に比率は、内部流路４０５ａでは約３：１であ
る。この同じ実施形態でも、外部流路４０５ｂでは、電
極４０４に対する電極４０２の表面積の比率は約１．
３：１である。
【０１２２】電極４０２、４０４は、処理チャンバ１５
から排出されたガスが通過するガス流路４０５を画成す
る。電極４０２は接地し、電極４０４にはＲＦ及びＤＣ
電力を印加する。電極４０４には、ＦＰＤ４０６を介し
てＲＦ及びＤＣ電力を供給する。ＰＦＤ４０６は、テフ
ロン絶縁体４０８によって接地電極４０３から絶縁す
る。
【０１２３】流路４０５はＵ字形重力トラップ領域４１
０を含むが、これは、電極の同心円的性質のために、丸
いドーナツの下半分のような形状である。放出ガスは入
口４０１からガス流路４０５に流入し、出口４０３から
流出する。
【０１２４】適切な場合、ＤＰＡ４０と処理チャンバ１
５の間にＤＣフィルタ４１２を配置し、放出ガス流内の
荷電粒子を捕捉するのに役立てるためにＤＰＡに印加す
る電圧が、処理チャンバ内で行われる基板処理作業を阻
害しないようにする。
【０１２５】電極４０２、４０４を含む電気回路を示す
線図を図１５に示す。図１５に示すように、電極４０４
はＤＣ発電機４２０及びＲＦ発生器４２２の両方に接続
し、電極４０２は接地する。ＤＣ発電機４２０は、静電
トラップが必要とするＤＣ電圧を供給し、ＲＦ発生器４
２２２は、プラズマを形成するためのＲＦ電力を供給す
る。ＲＦ整合回路４２４は、反射電力を最小にするため
にＲＦ発生器の出力インピーダンスを５０Ωに整合し、
またＤＣ／ＲＦフィルタ（好適な実施形態では１ｍΩ抵
抗器）４２６は、ＤＣ電源４２０をＲＦ電源から分離す
る。
【０１２６】７．平行電極を含む機械的トラップ及び静
電トラップの第４実施形態 図１６（ａ）は、機械的トラップ及び静電トラップを含
むＤＰＡ４０の別の実施形態の断面図である。図１６
（ａ）の実施形態はまた、ＤＰＡに排出される放出ガス
から容量結合プラズマを形成する、均等間隔で配置され
た平行電極４３０、４３２をも含む。電極４３０は、図
１４（ａ）の実施形態と同様の方法でＲＦ及びＤＣ電源
に接続し、電極４３２は接地する。
【０１２７】各電極はシートメタルから形成し、それを
曲げてガス流路４３５を形成する。反応チャンバ１５か
らの放出ガスは、入口４３４からガス流路に流入し、出
口４３６から流出する。ガス流路４３５は、隣り合わせ
に配置され、かつ、電極４３０の一部によって初期分離
された２つのガス流路、すなわち流路４３５ａ及び流路
４３５ｂを有する。ガス流路をこのような方法で２つの
別個の流路に分割することにより、固定された領域内の
電極４３０、４３２の表面積が増加する。電極４３０、
４３２は、ＤＰＡ内におけるＲＦプラズマ形成によって
発生する高温条件下で溶融及び／又は湾曲しないよう
に、充分な厚さを持たなければならない。他の実施形態
では、電極４３０、４３２をアルミニウムから機械加工
することができる。
【０１２８】図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示したＤ
ＰＡの斜視図である。図１６（ｂ）のＤＰＡ４０は、そ
の他のすでに述べたＤＰＡの実施形態の場合と同様のア
ルミニウムのケーシング４４０に収容する。ケーシング
４４０は、ねじ４４２でＤＰＡに取り付けた扉４４１を
含む。この扉を取り外すことにより、ＤＰＡ４０を掃除
することができる。また、ＰＦＤ接続部４３８を介して
電極４３０に、ＲＦ及びＤＣ電力も供給される。
【０１２９】８．マイクロ波の第１実施形態 図１７（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の側面断面
図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示した実施
形態の正面図である。図１７（ａ）及び（ｂ）の実施形
態は、マイクロ波源を使用してプラズマを発生し、ＤＰ
Ａ内の粉粒体及び残留物を削減する。多数の様々なマイ
クロ波源が利用可能であるが、購入価格及び運転経費の
理由から、１対の交互パルス・マグネトロン（alternat
ively pulsed magnetron）４５０（例えば一部の電子レ
ンジで使用されている種類のマグネトロン）を使用する
ことが望ましい。このようなマグネトロンは、ＣＷマイ
クロ波発生装置やＲＦ発生器より価格的に２桁以上安価
である。
【０１３０】図１８（ａ）に示すように、各マグネトロ
ン４５０は、交差パルス（６０Ｈｚ）電界（２．４５Ｇ
Ｈｚ）を発生する。図１８（ｂ）に示すように、１つの
マグネトロンのパルスを他のマグネトロンに対して１８
０度の位相差分遅らせることにより、２つのマグネトロ
ン源は、図１８（ｃ）に示すように、常に１２０Ｈｚで
パルスすることができる。図１８（ｃ）で、第１サイク
ルの波形（Ｍ１）は、１つのマグネトロンによって生成
され、第２サイクル（Ｍ２）はもう１つのマグネトロン
によって生成される。マグネトロンによって発生するエ
ネルギは、高いプラズマ密度で９０％に近いイオン化効
率を達成することができる。したがって、そうした電力
源では、一般に１０〜２０％の間のイオン化効率を達成
する容量結合電極より高いクリーニング効率が得られ
る。
【０１３１】マイクロ波源のさらに別の利点は、ジュー
ル効果による発熱の減少である。発熱が少ないので、ガ
ス流路４５６を定義する電極４５２、４５４（図１７
（ａ））を、比較的薄いシートメタルから容易に形成す
ることができる。ガス流路４５６は、入口４５８から始
まり、出口４６０で終わる。流路は、図１６（ａ）の実
施形態のガス流路４３５と同様の方法で分割され、二重
経路を取る。また、入口４５８は、図１７（ｂ）のプロ
ファイル４６４で示すように、ガス流路４５６の開始部
がＤＰＡ４０内に朝顔形に張り出している。
【０１３２】マグネトロン４５０は、ＤＰＡ４０の両側
に配置する。マイクロ波電力は、適切な導波管４６２
（図１７（ｂ））によって反応装置に結合される。マグ
ネトロン及び導波管は結合して、マイクロ波をガス流路
４５６の幅全体に投影し、プラズマ形成がガス流路全体
で発生できるようにする。シートメタル電極間の距離
は、電界の各ノード（強さゼロの点）が電極表面にくる
ように、マイクロ波の波長に従って調整することができ
る（つまり、電極板間の距離は、マイクロ波の波長の周
期の２分の１の倍数とする必要がある）。マグネトロン
４５０と導波管４６２の配置のため、プラズマはガス流
路４５６のあらゆる部分で形成される。セラミックの扉
４６６（図１７（ｂ））は、マグネトロンと導波管を電
極４５２、４５４から分離し、外側ケーシング４６８は
ＤＰＡを閉囲し、第２水準の密閉を提供する。
【０１３３】ＤＣ電源（図示せず）は電極４５２に結合
され、堆積作業中又はその他の基板処理作業中に、上述
の静電集塵機となる。しかし、クリーニング作業中にマ
グネトロン４５０を起動するときは、電極４５２のＤＣ
電源のスイッチ（図示せず）を切り、電極を接地する。
このときの電極の接地への切替えは、放電を防止するた
めに必要である。
【０１３４】９．マイクロ波の第２実施形態 図１９（ａ）は、ＤＰＡ４０の別の実施形態の側面断面
図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す実施形
態の正面図である。図１９（ａ）及び（ｂ）の実施形態
は、マグネトロン４５０を用いてＤＰＡプラズマを発生
させるという点で、図１７（ａ）及び（ｂ）の実施形態
と同様である。
【０１３５】しかし、図１９（ａ）に示すように、この
実施形態のＤＰＡ４０は、入口４５７のすぐ下流に配置
された初期モジュール４７２を含む。モジュール４７２
は、クリーニング・サイクル中のプラズマの発生を目的
とするものであり、イオン化効率を高めて、エッチング
・ガスの自由基（例えばＣＦ4 をエッチング・ガスとし
て使用する場合、ＣＦx 及び自由Ｆ）を発生できるよう
にする。こうして発生された自由基は寿命が比較的長
く、ＤＰＡの第２モジュール４７５に送られても、堆積
物や補集された物質と反応する。
【０１３６】第２モジュール４７５は、好適な実施形態
でシートメタルから形成した相対する電極４７６、４８
０によって画成されるガス流路４７０を含む。ガス流路
４７０は、図１７（ａ）及び（ｂ）の実施形態のガス流
路４５６と同様の設計である。これは二重流路４７０
ａ、４７０ｂを含み、出口４７８で終わる。
【０１３７】マグネトロン４５０に導波管を結合する。
導波管及びマグネトロンは、マイクロ波の発生によりモ
ジュール４７２にプラズマが形成されるように、配置す
る。陽極４７６の内壁は、マイクロ波がモジュール４７
２より外側のガス流路４７０の他の部分に到達するのを
防止する。電極４８０はＤＣ電源（図示せず）に接続
し、上述の実施形態と同様の静電集塵機を形成する。こ
の実施形態では、クリーニング・サイクル中に電極４８
０へのＤＣ電源のスイッチを切る必要が無い。第２モジ
ュール４７５ではプラズマが発生しないので、放電の問
題は無い。
【０１３８】１０．プロトタイプＤＰＡを使用した微粒
子削減の追加実験 本発明の有効性を実証する別の実験で、８インチ・ウェ
ハ用に装備されたPrecision 5000型反応チャンバにＤＰ
Ａ４０の第２のプロトタイプを取り付けた。第２プロト
タイプのＤＰＡは、ＤＰＡをフォアラインに接続するた
めに使用した下部フランジの設計以外は、図１１に示し
たＤＰＡ４０と同様であった。この第２プロトタイプの
ＤＰＡ及び下部フランジの断面図を、図２０に示す。図
２０に示すように、下部フランジ２００は、ＤＰＡ内を
流れる排ガスの方向を転換して約９０度の角度でフォア
ラインへ送り込む。このフランジはまた、フォアライン
接続部の反対側に石英窓を装備していたので、フランジ
の底部２０４に蓄積した堆積物を観察できる。上述の通
り、プロトタイプＤＰＡの下部フランジのこの設計は、
図４（ａ）〜（ｆ）、図１２及び図１３（ａ）に示した
ＤＰＡ４０の実施形態におけるＵ字形流路又は機械的ト
ラップの設計ほど効果的ではないが、それと同様の方法
で、領域２０４で粉粒体を捕捉するという追加の利点が
あった。
【０１３９】第２プロトタイプのこの装置は石英管２０
６を含み、石英管の外部の周囲に３／８インチの銅管で
形成されたコイル２０８を巻き付けた。コイル２０８の
全長は約２５フィートであり、以下の実験の記述で説明
するように、１３．５６ＭＨｚの電源を様々な電力レベ
ルで駆動した。石英管２０６及びコイル２０８は、アル
ミニウム容器２１０で密閉した。この組立体の全長は約
１４インチであり、組立体の幅は約４．５インチであっ
た。
【０１４０】第２プロトタイプのＤＰＡの有効性を、３
つの別個の実験で試験した。各実験では、真空排気マニ
ホルドとフォアラインの間に第２プロトタイプのＤＰＡ
を接続したPrecision 5000反応チャンバで、窒化ケイ素
堆積／ＣＦ4フッ素クリーニング作業シーケンスで、１
００枚のウェハを処理した。第２プロトタイプのＤＰＡ
は、各実験の堆積シーケンス時は作動を停止し（ＯＦ
Ｆ）、フッ素クリーニング・シーケンス時は作動を開始
して（ＯＮ）、１３．５６ＲＦ電源から電力を供給し
た。堆積中のＯＦＦ時に、図２０に領域２１２として示
す管２０６の内部に沿って微粒子を補集した。これらの
微粒子は、クリーニング・シーケンス時にＤＰＡが作動
を開始すると、管２０６から除去された。３つの実験の
それぞれの条件を下の表２に要約する。
【０１４１】
【表２】 第１実験では、フッ素クリーニング・シーケンスは１３
５秒であり、ＤＰＡは２００Ｗで駆動した。ＣＦ4 を１
５００sccmの速度で処理チャンバに導入し、５００sccm
の速度で処理チャンバに導入したＮ2Ｏと混合した
（３：１の割合）。１００回の堆積／クリーニング・シ
ーケンスの後、ＤＰＡを検査し、残留物及び堆積物が全
然残っていないことが分かった。ＤＰＡの底部の角フラ
ンジに、少量の残留物の堆積が集まっていた。この残留
物の堆積の原子濃度を測定した結果を、以下の表３に要
約する。残留物内のケイ素の大部分は、ケイ素酸化物の
形で含まれており、窒素の約半分は窒化ケイ素膜に含ま
れ、残りの半分はアンモニアの形を取っていた。
【０１４２】第２実験では、フッ素クリーニング・シー
ケンスを１２０秒に短縮し、ＤＰＡを駆動する電圧は５
００Ｗに増加した。ＣＦ4 を２０００sccmの速度で処理
チャンバに導入し、５００sccmの速度で処理チャンバに
導入したＮ2Ｏと混合した（４：１の割合）。１００回
の堆積／クリーニング・シーケンスの後、ＤＰＡを検査
し、残留物及び堆積物が全然残っていないことが分かっ
た。角フランジに、少量の残留物の堆積が集まってい
た。しかし、外観検査から、残留物の堆積量は、第１実
験における堆積量より約８０％少なかった。
【０１４３】この残留物の堆積の原子濃度を測定した結
果を、下の表３に要約する。この表から明白なように、
この実験による残留物は、第１実験からの残留物よりか
なり高い濃度のフッ素が含まれていた。このフッ素濃縮
残留物から、プラズマのためにより多くのフッ素核種が
得られ、したがって、その後のＤＰＡの起動中に残留物
を容易に除去することができる。また、この実験による
残留物内のケイ素の圧倒的大部分はケイ素酸化物の形で
含まれ、窒素の圧倒的大部分はアンモニアの形で存在し
た。
【０１４４】第３実験は、第１及び第２実験中に残留物
が集まりやすかった角フランジ及びＤＰＡの両方から、
残留物を完全に除去できることを実証した。この第３実
験では、フッ素クリーニング・シーケンスの長さは１２
０秒とし、ＤＰＡを駆動する電圧は５００Ｗに増加し
た。ＣＦ4を処理チャンバに導入する速度は２５００scc
mに増加し、５００sccmの速度で反応チャンバに導入さ
れるＮ2Ｏと混合した（５：１の割合）。１００回の堆
積／クリーニング・シーケンスの後、ＤＰＡ及び角フラ
ンジを検査し、両方とも残留物及び堆積物が全然残って
いないことが分かった。
【０１４５】残留物の有無及び組成について、これらの
実験の結果を以下の表３に要約する。
【０１４６】
【表３】 Ｂ．ＰＦＣ削減のために最適化されたＤＰＡ４０の特定
の実施形態本発明の一部の実施形態は、ＰＦＣガスを放
出する任意の処理工程から放出されるＰＦＣガスを削減
するように構成され、最適化されている。そのように構
成したＤＰＡのことを、ＰＦＣ削減反応装置と呼ぶこと
がある（以下「ＰＲ2」という）。簡便さと参照のため
に、ＰＲ2装置として構成し最適化したＤＰＡ４０のこ
とを、本明細書の以下の部分ではＰＲ2 ２４０と記載す
る。ＰＲ2 ２４０が、図３に示すＤＰＡ４０の場合と同
様に、反応チャンバに接続できることは理解されるはず
である。
【０１４７】本発明を使用してＰＦＣの放出を削減する
ことのできる処理工程の例として、ケイ素酸化物の堆積
／クリーニング・シーケンスを使用する。ただし、本発
明は以下の典型的なプロセス・シーケンスにおけるＰＦ
Ｃ放出の削減のみに限定されず、ＰＦＣガスを反応チャ
ンバ１５に導入するいかなる処理工程にも、また反応チ
ャンバ１５で行われる処理作業の副生物としてＰＦＣガ
スが発生するいかなる処理工程にも適用できることを、
理解する必要がある。さらに、本発明は、ハイドロフル
オロカーボン（ＨＦＣ）など他の物質、又は同様のガス
の放出を削減するためにも、使用することができる。
【０１４８】典型的な堆積／クリーニング・シーケンス
では、ケイ素酸化物の薄膜は、シラン（ＳｉＨ4）及び
亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）などの気体前駆物質をはじめとす
るプロセス・ガスから基板上に堆積する。堆積の完了
後、基板を反応チャンバから取り出し、反応チャンバの
クリーニング作業を実行し、反応チャンバの壁から望ま
しくないケイ素酸化物の堆積を食刻し除去する。クリー
ニング作業は、ＣＦ4及びＮ2Ｏのプラズマを衝突させる
ことから成る。
【０１４９】上述の通り、クリーニング作業中に反応チ
ャンバに導入したＣＦ4のうち、反応チャンバの壁に堆
積した物質と実際に反応するのは、ごく一部分である。
反応しなかった残りのＣＦ4は、他の成分、反応の生成
物及び副生物と一緒に、反応チャンバからフォアライン
を介して排気される。
【０１５０】この例では、本発明のＰＲ2は、排気され
たＣＦ4からプラズマを形成する。プラズマから生じる
成分は、ＰＲ2内の固体ケイ素酸化物などのケイ素源と
反応し、ＣＦ4ガスを、ＰＦＣの潜在的危険性の無い低
害のガス状生成物及び副生物に変換する。ＰＲ2の内部
で行われる反応の一部を、次に列挙する。
【０１５１】 ＣＦx ＋ ＳｉＯ2 → ＳｉＦx ＋ ＣＯ2 ＣＦ4 ＋ Ｏ2 → ＣＯ2 ＋ ２Ｆ2 ２ＣＦ4 ＋ Ｏ2 → ２ＣＯＦ2 ＋ ２Ｆ2 Ｃ ＋ ＳｉＯ2 → ＣＯ ＋ ＳｉＯ ＳｉＯ ＋ Ｆ2 → ＳｉＯＦ2 いうまでもなく、厳密な反応及び反応シーケンスはもっ
と複雑であり、核種の電子衝突解離や気相自由基の再結
合などの元素反応が起こる。ＰＲ2 から放出されること
が知られている、上記の生成物及び副生物はどれもＰＦ
Ｃではない。実際、上記の生成物及び副生物は全て水溶
性である。したがって、ＰＦＣ変換反応が１００％の効
率で行なわれた場合、本発明のＰＲ2 から放出されるガ
スは、ＰＦＣを含まないガスである。
【０１５２】上記説明は典型的な例示の目的だけであ
り、ＣＦ4以外のＰＦＣガスを本発明のＰＲ2 に導入し
てプラズマを形成すると、これらのＰＦＣガスのプラズ
マもまた、ケイ素酸化物源と反応して、ＰＦＣ以外のＰ
ＦＣほど有害ではないガス状生成物を発生する。
【０１５３】動作中、ＰＦＣガスを真空チャンバ１５か
ら真空管路３１に排気するときに、これらのガスはＰＲ
2 ４０を通過する。ＰＲ2 ４０の内部で排ガスは電界に
さらされ、プラズマを形成及び／又は維持する。プラズ
マから生じた成分は、ＰＲ2４０内のケイ素及び／又は
酸素化合物などのＰＦＣ酸化剤と反応し、放出ＰＦＣを
ＰＦＣ以外の低害ガス状生成物に変換し、これらの生成
物はフォアラインを介してポンプで排気することができ
る。放出ＰＦＣガスはクリーニング作業中に排気流に存
在するので、一般に、プラズマの形成が行なわれる（Ｐ
Ｒ2 ４０を起動する）のは、堆積／クリーニング・シー
ケンスのうち、クリーニング作業中だけである。したが
って、堆積シーケンス中には、ＰＲ2 ４０内でプラズマ
は一般に形成されない。ただし、堆積又はその他の処理
段階（例えば、フッ素ガスが炭素包含フォトレジストと
反応してＣＦ4副生物を生じるエッチング段階）で、特
定の処理工程からＰＦＣガスが放出される場合には、Ｐ
Ｒ2 ２４０を起動して、その期間のＰＦＣ放出を削減す
ることができる。
【０１５４】ＰＦＣプラズマと反応するＰＲ2 ２４０内
のケイ素及び酸素は、様々な供給源から供給することが
できる。本発明の幾つかの実施形態では、特別設計のフ
ィルタに、プラズマ反応用の砂又は石英など、固体の酸
化ケイ素化合物を包含する。ケイ素フィルタは、ＰＲ2
２４０のプラズマが形成される領域内に配置する。本発
明の他の実施形態では、堆積／クリーニング・シーケン
スのケイ素酸化物、窒化ケイ素、シリコン・オキシニト
リド（silicon oxynitride）、炭化ケイ素、又は同様の
堆積段階から排出される残留物を、ＤＰＡ４０に関連し
て説明したのと同様の方法で、ＰＲ2 ２４０内で捕捉及
び補集する。こうした堆積工程中に捕捉できる一般的な
残留生成物として、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｃなどの化合物がある。いうまでもなく、補集される実
際の残留物は、堆積又はその他の処理工程中に導入され
るガスによって異なる。補集された残留物は、プラズマ
反応のケイ素源として作用する。捕捉は、図７に関連し
て先に説明したように、伝熱力と共に、機械的トラップ
及び／又は静電トラップ機構を用いて行われる。これに
ついては、本発明の様々な実施形態に関連して、以下で
さらに詳しく説明する。いったん捕捉されたケイ素残留
物又はその他の粉粒体は、ＰＦＣプラズマ内の活性種と
反応してガス状生成物を形成し、真空管路３１を通して
排気されるまで、ＰＲ2 ２４０内に残る。本発明のさら
に別の実施形態では、特に放出ＰＦＣガスの分解を強化
するため、ケイ素包含ガス及び／又は酸素包含ガスをＰ
Ｒ2 ２４０内に導入する。これらのケイ素及び／又は酸
素包含ガスの導入は、ケイ素フィルタ及び／又は静電ト
ラップ及び／又は機械的トラップ機構の使用に追加し
て、又はそれらの代わりとして用いることができる。
【０１５５】プラズマを形成するためにＰＲ2 ２４０内
で形成される電界は、容量結合電極、ホロー（中空）陰
極リアクタ、又は誘導結合コイルにＲＦ電力（好適な幾
つかの実施形態においては、設備コスト及び運転コスト
を最小化するためにＲＦ電力の代りに、ＨＦ電力（＜３
５０ｋＨｚ）が用いられる）を印加するなど、周知の様
々な方法を使用して発生することができる。マイクロ波
装置やＥＣＲ技術を使用することもできる。しかし、Ｐ
ＦＣ変換は形成されるプラズマの密度に直接関係するの
で、一部の実施形態では、誘導コイルやホロー陰極リア
クタなど、高密度のプラズマを形成する装置が望まし
い。ＰＦＣ変換は、プラズマが形成される電力にも直接
関係するが、ＰＲ2 ４０装置内のＰＦＣガスの滞留時間
には反比例する。したがって、電源装置の実際の電力出
力は、とりわけ、ＰＲ2 を使用する適用用途、プラズマ
の密度、ＰＲ2 ２４０で処理するＰＦＣガスの量、及び
ＰＦＣガスの滞留時間などによって異なる。ＰＲ2 ２４
０は、ＰＲ2 を通過する実質的に全てのＰＦＣガスをそ
の他のガスに変換するのに充分なプラズマを発生するこ
とが、理想である。
【０１５６】また、ＰＲ2 ２４０は、その使用が実行さ
れるプロセスに透過的になるように設計する必要があ
る。つまり、クリーニング・シーケンスでＰＲ2 ２４０
を作動する場合、ＰＲ2 ２４０は、クリーニング・シー
ケンス中に、クリーニング・シーケンスの実行時間を延
長することなく、排ガス流内の実質的に全てのＰＦＣガ
スを非ＰＦＣガスに変化するように、設計する必要があ
る。このような場合、ＰＲ2 ２４０はウェハのスループ
ットに悪影響を及ぼさない。
【０１５７】ＲＦ電力はＲＦ電源装置２５から駆動する
ことができ、また、ＰＲ2 ２４０だけを駆動する別個の
ＲＦ電源装置から供給することもできる。大抵の実施形
態では、マイクロ波ＥＣＲ実施形態を際だった例外とし
て、周波数の低いＲＦ電力を用いてＰＲ2 ２４０を駆動
することが望ましい。約５０ＫＨｚ〜２ＭＨｚのＲＦ電
力を供給する周波数の低いＲＦ電源装置を使用すると、
１３．５６ＭＨｚなどの高いＲＦ周波数の場合より、運
転経費がかなり安価になる。クリーン・ルームに複数の
処理チャンバが存在すると仮定した場合、処理チャンバ
に接続した複数のＰＲ2 は全て、適切な数のＲＦ電力ス
プリッタに接続された別個のＰＲ2 専用ＲＦ電源装置に
よって駆動することができる。
【０１５８】ＰＲ2 ２４０の長さ及び大きさは変化させ
ることができる。適用用途によっては、ＰＲ2 ２４０は
わずか４〜６インチ又はそれ以下の長さとすることがで
き、また別の適用用途では、ＰＲ2 ２４０は真空管路３
１の全長（４〜５フィート以上）にわたるものとし、し
たがって管路に置き換えることができる。一般に、個々
の分子の滞留時間は、ＰＲ2 の長さ及び容量の増加と共
に増加する。ＰＲ2 の設計は、空間の問題と残留物補集
効率のバランスを取らなければならない。しかし、適切
に設計された微粒子トラップ機構又はフィルタを含むＰ
Ｒ2 ４０は長さが短くあるいは容積が小さくても、処理
チャンバから排出される実質的に全てのＰＦＣガスを、
低害のガスに変換することができ、長さや量席はあまり
重要な要因にならない。
【０１５９】本発明の装置は様々な実施形態を構成する
ことができる。そうした実施形態の幾つかを、模範例と
して以下で説明する。なお、いかなる形でも、本発明が
こうした特定の実施形態に制限されると解釈すべきでは
ない。
【０１６０】１．ケイ素包含フィルタ（Silicon-Filled
Filter）の実施形態 ａ）単管、螺旋共振器の実施形態 図２１は、ＰＲ2 ２４０の第１実施形態の断面図であ
る。図２１のＰＲ2 ２４０は、処理チャンバ１５からの
排ガスがＰＲ2 ２４０内を通過するときに流れる管２５
０を含む。管２５０は、セラミック、ガラス又は石英な
どの絶縁材で形成した円筒管である。好適な実施形態で
は、管２５０は、クリーニング段階で使用するフッ素な
どのエッチング・ガスと反応しないセラミック材で形成
する。また、管２５０は、真空管路３１の内径とほぼ同
一の内径を持つ。他の実施形態では、管２５０は必ずし
も円筒形である必要は無く、その代わりに角がある形、
平面形、又は楕円形、又は同様の湾曲した内部表面を持
つことができる。これら及びその他の実施形態では、管
２５０の内径も、真空管路２３１の内径より大きくある
いは小さくすることができる。
【０１６１】管２５０の内部にはフィルタ２５１があ
る。フィルタ２５１は多孔フィルタであり、プラズマ条
件下でＰＦＣガスと反応してガスを非ＰＦＣガスに変換
することのできる固体ケイ素源を含む。フィルタ２５１
は管２５１内に挿入できる消耗部品であってもよく、ケ
イ素化合物を使用し終わったら交換することができる。
フィルタ２５１内のケイ素源は、多数のケイ素を包含す
る材料のどれでもよい。望ましくは、ケイ素源は、砂や
ガラス、石英、フリント、又はオニキスなどのケイ素酸
化物材とする。また、フィルタは、ポンプ速度やフォア
ラインのコンダクタンスに著しい影響が出ないように充
分多く孔を有することも望ましい。
【０１６２】ケイ素酸化物材を使用することにより、Ｐ
ＦＣプラズマが反応するケイ素と酸素の両方が得られ
る。好適な実施形態では、ケイ素源として粉砕石英（cr
ushedquartz）を使用する。石英を粉砕することで総表
面積が増大し、より多くのケイ素を反応に利用すること
ができる。さらに、粉砕石英は、堆積工程で発生する固
体残留物の機械的フィルタとしても機能し、したがっ
て、ケイ素残留物を発生する処理工程でそうした材料が
反応チャンバ１５から排出されるときに、反応のために
さらにケイ素材を追加的に捕捉することができる。
【０１６３】管２５２の外側の周囲にコイル２５２を巻
き付け、点２５６でＲＦ電源に接続し、点２５７で接地
電位に接続する。管２５０内を通過するＰＦＣ排ガス
は、ＲＦ電源からコイル２５２への電圧の印加によっ
て、プラズマ状態に励起する。プラズマ状態で、排気物
質から生じる成分は、フィルタ２５１内の反応物質の固
体ケイ素酸化物と反応し、ＰＦＣではないガス状生成物
を形成する。この生成物は次に、上述の通りポンプ・シ
ステム３２によってＰＲ2 ２４０及び真空管路３１から
排気される。
【０１６４】ガス供給管路２５３は、ＰＦＣ変換反応を
強化するために、酸素及び／又はケイ素の源となる追加
ガスを供給することができる。使用できる典型的なガス
として、Ｏ2 、Ｏ3 、Ｎ2Ｏ、ＳｉＨ4などがある。いう
までもなく、テトラエチルオルソシリケート（tetraeth
ylorthosilicate 、ＴＥＯＳ）などの液体源を蒸気に
し、管路５３から導入することもできる。追加反応強化
ガスをＰＲ2 ４０に導入する速度は、バルブ２５５を制
御するプロセッサ３４によって設定される。プロセッサ
３４は、制御ライン（図示せず）によって通信可能に
（communicatively）バルブ２５５に結合する。
【０１６５】コイル２５２は、螺旋共振器コイルなどの
誘導コイルである。このようなコイルは当業者によく知
られており、Michael A. Lieberman and Allan J. Lich
tenberg, "Principles of Plamsa Discharges and Mate
rials Processing," pp.404-410 John Wiley & Sons (1
994)など、多数の周知の教科書のどれにでも記載された
基準に従って設計することができる。なお、これを引用
によって本明細書に組み込む。螺旋共振器コイルは、導
電性の高い銅やニッケル、金などの金属、又は同様の導
電性材料から形成することができる。コイルを適切に共
振するには、コイルの長さが印加するＲＦ信号の波長の
ほぼ１／４又はそれよりわずかに長いことが重要であ
る。この長さのコイルはより強い電圧電界を形成し、そ
れが今度はＰＦＣガスの分解を高める。コイル２５２
は、管の外側ではなく、管２５０の内部に巻き付けるこ
とができる。
【０１６６】外部容器２５４で管２５０を取り囲む。容
器２５４には、少なくとも２つの目的がある。第１に、
これはファラデー・ケージとして作用し、ＣＶＤ処理装
置１０やその他の機器を、コイル２５２によって生じる
電磁放射から遮蔽する。第２に、セラミック管２５０が
破損するか亀裂が入った場合、又は別の方法で管２５０
の真空密閉が破れたとき、容器２５４は第２密閉を提供
し、排ガスが漏出するのを防止する。容器２５４は、ア
ルミニウムや鋼、又はその他の化合物など様々な金属か
ら形成することができ、遮蔽効果のために接地すること
が望ましい。上部フランジ２５９及び下部フランジ２５
８は、真空密閉を維持したまま、ＰＲ2２４０をそれぞ
れ真空マニホルド２４及び真空管路３１に接続する。
【０１６７】標準ＲＦ電源装置は、出力インピーダンス
が５０Ωとなるように設計される。したがって、コイル
２５２のインピーダンスが５０Ωとなるように、ＲＤ電
源装置のコイル２５２への接点（点２５６）を選択しな
ければならない。電源装置に別のインピーダンス・レベ
ルが必要な場合には、点２５６をそれに従って選択する
必要がある。
【０１６８】コイル２５２はＲＦ電源装置により５０Ｗ
以上の電力レベルで駆動する。コイル２５２によって発
生する実際の電圧は、ＲＦ電源装置によって使用される
電力、コイル２５２の長さ及び巻線間隔、コイルの抵抗
など、多数の要素によって異なる。電圧はコイルに沿っ
て均等に展開するので、コイル全体の電圧レベルは、コ
イルを大地に接続する位置（点２５５）とＲＦ電源装置
に接続する位置（点２５６）との間のレベルを求めるこ
とによって決定することができる。例えば、特定のコイ
ルが点２５５と２５６の間のコイル部分の４倍の長さで
ある場合、コイルの総電圧は、点２５５と２５６の間の
電圧レベルの４倍となる。
【０１６９】コイル、電力レベル、及び印加ＲＦ周波数
は、管２５０内で強いプラズマが形成されるように、選
択する必要がある。ただし、そのときに、コイル２５２
によって生じる電圧が、コイルから容器２５４へ電流が
放電するレベルを超えないことを確保することも必要で
ある。特定のＰＲ2 で放電が問題になる場合は、容器２
５４とコイル２５２との間に絶縁材を挟むことが可能で
ある。しかし、設計を簡素化するために、容器２５４と
コイル２５２の間の空間には空気を満たしておくことが
望ましい。
【０１７０】ｂ）単管マイクロ波の実施形態 図２２は、ＰＲ2 ２４０の第２実施形態の断面図であ
る。図２２に示すＰＲ2２４０の実施形態は、図２１に
示す実施形態と多くの同一要素を含む。したがって、簡
便さのために、図２２及び本願の他の図面では、同様の
要素を参照するために同様の参照番号を使用する。ま
た、簡便さのために、図２２及び他の図面における新し
い要素についてのみ、以下で、適宜詳しく説明する。
【０１７１】図２２において、マイクロ波発生装置２６
０及び導波管２６２は、ＰＲ2 ２４０に流入する放出Ｐ
ＦＣガスから高密度のプラズマを発生させるために使用
されている。電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）装置の
場合と同様に、管２５０の外部の周囲に磁石２６４を配
置し、管２５０内の気体分子をさらに活性化し、プラズ
マの形成を増強する。プラズマから生じる成分は、フィ
ルタ２５１内のケイ素酸化物材と反応し、ＰＦＣガスを
非ＰＦＣガスに変換する。上述の実施形態の場合と同様
に、この変換工程を強化するために、ガス管路２５３か
らＰＲ2 ２４０に追加ガスを加えることができる。
【０１７２】図２２に示すＰＲ2 ２４０の実施形態は、
図には示さないが、容器２５４のような外部ケーシング
内に収容することが望ましい。外部ケーシングは第２密
閉を維持するので、管２５０に漏れやその他の欠陥が生
じた場合に、管２５０内を通過するＰＦＣやその他のガ
スがＰＲ2 ２４０から漏出するのを防止する。
【０１７３】ｃ）螺旋コイル・ホロー陰極リアクタ 図２３は、ＰＲ2 ２４０の第３実施形態の断面図であ
る。図２３の螺旋共振器コイル２６６は円筒形金属管２
６８内に配置し、ＰＲ2 ２４０の実施形態である螺旋コ
イル・ホロー陰極リアクタを形成する。コイル２６６は
ＨＦ又はＲＦ電源装置２６９に結合し、管２６８は接地
する。ＰＲ2 ２４０のこの実施形態のその他の応ぞう
は、図２３に示されていない。こうした構造は、例えば
ガス管路２５３、バルブ２５５、フランジ２５８、２５
９、容器２５４等を含むが、これらは図１７に示すＰＲ
2 ２４０の場合と同様である。
【０１７４】ＨＦ又はＲＦ電力をコイル２６６に印加す
ると、コイルに印加されたＲＦ電力からコイル内に誘導
結合プラズマが形成され、またコイルと管２６８の間に
容量結合プラズマが形成される。コイル２６６及び管２
６８は、プラズマから生じる非常に反応性の高いフッ素
核種にさらされるので、これらの部品はそうした核種と
反応しない、ニッケルなどの適切な導電性材料で形成す
る必要がある。ケイ素フィルタ（図示せず）をコイル２
６６内及び／又はコイル２６６の周囲に配置し、ＰＦＣ
プラズマと反応するケイ素及び酸素を供給することがで
きる。さらに、ケイ素及び／又は酸素包含ガスを、ガス
管路２５３からプラズマに供給することもできる。
【０１７５】ｄ）多段ホロー陰極リアクタ 図２４は、ＰＲ2 ２４０の第４の、より好適な実施形態
の断面図である。図２４では、円筒形の陽極２７２、陰
極２７４、及び絶縁バリア２７５によって、円筒形のガ
ス流路が形成されている。陰極２７４はＨＦ又はＲＦ電
源装置２６９に接続し、陽極２７２は接地する。絶縁バ
リア２７５は陽極２７２を陰極２７４から絶縁する。こ
の交互電極／陰極構成により、高密度のプラズマ（１０
12イオン／ｃｍ3 規模）を発生できる多段ホロー陰極リ
アクタが形成される。リアクタの各段階（陽極／陰極
対）は、領域２７６として示す流路内の陰極に近接する
領域で、高密度プラズマを発生する。
【０１７６】ホロー陰極構成及び高プラズマ密度を維持
すると共に、この実施形態のＰＲ2２４０内の分子の滞
留時間を延ばすために、流路２７０内の圧力を、フォア
ラインのＰＲ2 ２４０の直後に配置した別個のスロット
ルバルブ（図示せず）により、制御することができる。
制御圧力は、１００〜５００mtorr（フォアラインの基
本圧力）から処理チャンバ内の圧力（ＰＥＣＶＤプロセ
スの場合は４〜２０torr、ＳＡＣＶＤ又はＡＰＣＶＤプ
ロセスの場合は７００torr又はそれ以上）までの範囲と
することができ、実際の圧力はＰＦＣ変換が最大限に行
われるように設定する。
【０１７７】この多段ホロー陰極リアクタ設計の別の実
施形態では、ＨＦ又はＲＦ電力ではなく、ＤＣ電力を陰
極２７４に供給することができる。しかし、ＤＣ電源か
らの方向性ＤＣ電流は電極を食刻する場合があるので、
ＨＦ又はＲＦ電力を供給することが望ましい。ＨＦ又は
ＲＦ電源を使用すると、このスパッタ・エッチング効果
は著しく改善されるか、全く存在しなくなる。大抵の好
適な実施形態では、機器購入費及び運転経費を軽減する
ために、ＨＦ電力を使用する。
【０１７８】図２３のホロー陰極リアクタ設計の場合と
同様に、ＰＦＣ変換プロセスを適宜強化するために、ケ
イ素フィルタ（図示せず）又はガス管路２５３から供給
されるケイ素及び／又は酸素包含ガスを使用することが
できる。また、図１７に示すＰＲ2 ２４０の場合と同様
のガス管路２５３、バルブ２５５、フランジ２５８、２
５９、容器２５４等の構造も、図２０には示されていな
い。
【０１７９】２．ケイ素微粒子トラップの実施形態 ＰＦＣクリーニング・シーケンスの前に処理チャンバ１
５で行われる堆積、エッチング、又はその他の処理工程
でケイ素包含残留物が生じる場合、本発明の装置の特定
の実施形態によりそうした残留物を捕捉及び補集し、ケ
イ素源として使用することができる。したがって、これ
らの実施形態では、特別設計のケイ素フィルタを必ずし
も必要としないが、使用してもかまわない。
【０１８０】ケイ素残留物を発生する堆積工程の例とし
て、ＴＥＯＳやシランケイ素酸化物堆積工程、シラン窒
化ケイ素堆積工程などがあるが、これだけに限定されな
い。そうした工程で排出され、ＰＦＣ変換反応のために
捕捉することのできるケイ素残留物としては、Ｓｉ
Ｏ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、非晶質ケイ素、及び
同様の化合物が挙げられる。いうまでもなく、補集され
る実際の残留物は、使用される堆積、エッチング、又は
その他の工程に導入されるガスによって異なる。
【０１８１】これらの堆積又はその他の処理作業から排
出される残留物は一般に、補集され、したがって最終的
に処理チャンバの壁からきれいに掃除されるのと同じ残
留物である。したがって、これらの実施形態におけるＰ
ＦＣガスから非ＰＦＣガスへの変換は、クリーニング作
業中に処理チャンバ内で行われる反応と同一の反応によ
って達成される。
【０１８２】ａ）単管螺旋共振器の実施形態 図２５は、ＰＲ2 ２４０の第５実施形態の断面図であ
る。図２５に示すＰＲ2２４０の実施形態は、ＰＦＣプ
ラズマから生じる成分が反応するケイ素源が、挿入フィ
ルタ内の固体ケイ素化合物ではなく、相対する電極２８
０、２８２を含む静電集塵機によって捕捉されたケイ素
包含残留物であるという点を除いては、図２１に示す実
施形態と同様である。ケイ素包含残留物は、ＤＣ電源装
置２８４から電極２８０と２８２の間に印加される電圧
によって、堆積又はその他の処理段階中に捕捉又は補集
される。印加電圧は、電極２８２を電極２８０に比べて
正に荷電させる（又はその逆）。残留微粒子がＰＲ2 ２
４０を通過すると、正に荷電した微粒子が負に荷電した
電極２８０の方向に引きつけられて補集され、負に荷電
した粒子は正に荷電した電極２８２の方向に引きつけら
れて補集される。使用する堆積プロセス及びプロセスの
長さによって、電極２８０、２８２に数ミリ又はそれ以
上のケイ素包含残留物が堆積することがある。
【０１８３】堆積シーケンスが完了し、クリーニング・
シーケンスが開始した後、図２１に関連して説明したの
と同様の方法で、ＰＲ2 ２４０に排出されたＰＦＣガス
からプラズマが形成される。プラズマから生じる成分
は、電極２８０、２８２で補集されたケイ素残留物と反
応し、非ＰＦＣ生成物及び副生物を生じる。電極２８０
と２８２の間の電圧（電位差）は、電極に沿って補集さ
れた微粒子がＰＦＣプラズマと反応するまでそこに維持
されるように、クリーニング・シーケンス中、維持する
ことができる。しかし、特定の処理工程に使用するクリ
ーン・ガス又はその他のガスが電極を食刻する場合に
は、クリーニング・シーケンス中に電圧を切ることが望
ましい。電極２８０、２８２は、管２５０の内部に配置
されているので、フッ素など非常に反応性の高い様々な
核種と接触する。したがって、電極２８０、２８２は、
そうした核種と反応しないニッケルなどの適切な導電性
材料で形成することが重要である。
【０１８４】本発明のこの実施形態及びその他の実施形
態に、様々な静電トラップ装置を使用することができ
る。例えば、正のＤＣ電圧ではなく、負のＤＣ又はＡＣ
電圧を電極２８２に印加するとことができる。さらに別
の実施形態では、電極２８０及び２８２を両方とも、電
極２８２に大使電極２８０から正又は負の電圧を形成す
る電圧源に接続する。本発明は、特定の静電集塵機に限
定されない。
【０１８５】ｂ）単管マイクロ波の実施形態 図２６は、ＰＲ2 ２４０の第６実施形態の断面図であ
る。図２６では、逆の極性を持つ電極（電極２８６、２
８８）を円筒形の管２５０内に交互に配置し、上述の静
電集塵機を形成する。堆積シーケンス中に、ケイ素包含
又は酸素包含残留物又は同様の物質を、電極２８６、２
８８の表面上に補集する。
【０１８６】図２２に示すＰＲ2 ２４０の実施形態の場
合と同様に、図２６の実施形態は、マイクロ波発生装置
２６０及び導波管２６２からマイクロ波電力を印加する
ことにより、装置内を通過するＰＦＣガスから高密度プ
ラズマを発生する。電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）
装置の場合と同様に、管２５０の外部の周囲に磁石２６
４を配置し、管２５０内の気体分子をさらに活性化さ
せ、プラズマの形成を増強する。プラズマから生じる成
分は、電極２８６、２８８で補集されたケイ素及び／又
は酸素残留物と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに変
換する。変換工程を増強するために、ガス管路２５３
（図示せず）からＰＲ2 ２４０に追加ガスを加えること
ができる。
【０１８７】また、図２６に示したＰＲ2 ２４０の実施
形態には、管の漏れ又はその他の欠陥が発生したとき
に、管２５０内を通過するＰＦＣ又はその他のガスがＰ
Ｒ2 ２４０から漏出できないように第２の密閉を形成す
る、管容器２５４又は同様のケーシング機構も示されて
いない。
【０１８８】ｃ）内部及び外部円筒管の実施形態 図２７は、ＰＲ2 ２４０の第７実施形態の断面図であ
る。図２７に示すＰＲ2２４０の実施形態は、第１内部
セラミック管２９０及び第２外部セラミック管２９２を
有する。管２９０の端部は管２９２の円筒形の空間内に
あるので、ＰＲ2２４０内のガスの流れは、矢印２９３
で示すようになる。
【０１８９】螺旋共振器コイル２９４は管２９２の外側
の周囲に巻き付けられ、図２１の実施形態に関連して述
べたように、ＲＦ電源装置２６９に接続される。コイル
２９４は、管９２の内側か、あるいは管９０の外側の周
囲又は内側に巻き付けることもできる。
【０１９０】上記の容器２５４と同様のシェル２９７
で、内管２９０及び外管２９２を閉囲する。外管２９２
は、内管２９０又はシェル２９７のいずれかへの接続に
よって支持することができる。いずれの場合も、外管２
９２の支持構造により、放出ガス流がＰＲ2 ２４０内を
通過できるようにすることが重要である。この目的のた
めに、支持構造は、複数の貫通穴を有する管２９０と２
９２の間の平面状のセラミック材とするか、管２９０と
２９２の間に伸長するわずか４つの細長い接続部又はフ
ィンガのうち３つだけにより構成するか、あるいは多く
のその他の同様の方法で設計することができる。貫通穴
を有する構造は、以下で説明する補集領域２９５内で粉
粒体を補集及び捕捉するのに役立てることができる。し
かし、この構造は、ＰＲ2 ２４０を介して排出されるガ
スの流速を低下させないために、穴が充分な大きさとな
るように設計する必要がある。
【０１９１】この実施形態のＰＲ2 ２４０の設計によ
り、堆積段階中に排出されるケイ素残留物やそのたの粉
粒体の捕捉や補集が強化される。この設計は、排ガス流
内の残留物や微粒子を補集及び保持する機械的トラップ
として作用する管２９２の補集領域２９５を含む。残留
物及び微粒子はトラップ内に保持され、したがって、ク
リーニング・シーケンス中に形成されるＰＦＣプラズマ
の成分と反応するために利用することができる。
【０１９２】本実施形態のＰＲ2 ２４０のトラップ部の
動作は部分的に重力に依存し、微粒子をＰＲ2 装置から
真空管路内に掃引しようとする放出ガスの流路にも拘ら
ず、粉粒体をトラップ内に保持するように作用する。し
たがって、部分的に、ＰＲ2２４０の有効性は、微粒子
が反応してガス状生成物になるまで微粒子が管２９２か
ら流出するのを防止することに依存する。この目的のた
めに、補集領域２９５がＰＲ2 の入口から下向きにな
り、かつ、外管２９２が重力の作用と共にこのトラップ
を形成するのに充分な長さとなるように、ＰＲ2 ２４０
を配置することが重要である。
【０１９３】ＰＲ2 ２４０内の面ＡＡにおけるガス流路
の断面積を増加すると、粉粒体の捕捉にさらに役立つ。
任意の堆積工程における放出ガス流の流速は、一般に一
定である。したがって、１つ又はそれ以上の流路の断面
積を増加すると、ガス流の微粒子の速度が低下し、これ
に相応して微粒子に対する中性抵抗力が低下する。微粒
子に対する重力が中性抵抗力を超えると、その微粒子は
重力によってＰＲ2 ２４０の重力トラップ内に捕捉され
る。
【０１９４】機械的トラップの効果をさらに高めるため
に、図２５に関連して述べたように、ＤＣ電源２８４に
接続した電極２９６、２９８を含む静電集塵機２７２を
配置することができる。
【０１９５】ｄ）機械的トラップ及び静電トラップ機構
を含む複雑な実施形態 図２８（ａ）は、本発明のＰＦＣ削減装置の他の好適な
実施形態に使用するガス流路モジュール３１０の側面斜
視断面図である。図２８（ａ）では、１対の相対する電
極３２０、３２２がガス流路（流体導管）を画成し、処
理チャンバ１５から排出されたガスはその中を通過す
る。モジュール３１０は、処理チャンバ１５から排出さ
れた粉粒体が全部モジュール内で捕捉され補集されるの
を確実にするために、静電トラップ機構及び機械的トラ
ップ機構の両方を含む。
【０１９６】静電トラップは、図２５に関連して上述し
た通り、電極の１つにＤＣ電圧を印加することによって
形成する。この方法により、正に荷電した粒子は１つの
電極の補集され、負に荷電した粒子はもう１つの電極に
補集される。
【０１９７】機械的トラップは、部分的に重力に頼って
微粒子を補集領域３２４に補集することによって、ケイ
素微粒子及び残留物をさらに捕捉する。各補集領域３２
４はガス流路のＵ字形の部分を含み、微粒子をＰＲ2 装
置から真空管路内に掃引しようとする放出ガスの流路に
も拘らず、このＵ字形の部分をその底部に微粒子が補集
され維持されるように配置する。いうまでもなく、モジ
ュール３１０は、補集領域３２４がモジュールの反対側
に配置されていもよいように、上下をさかさまにするこ
とができる。
【０１９８】クリーニング・シーケンス中、電極の１つ
にＲＦ電力を印加し、モジュール内を通過するＰＦＣガ
スの容量結合プラズマを発生させる。電極３２０、３２
２は、実質的に同一表面積を持つように設計することが
望ましい。そうした設計により、電極によって画成され
る領域／流路全体に均等なプラズマを形成することがで
きる。上記実施形態の場合と同様に、プラズマから生じ
る成分は、補集されたケイ素微粒子や残留物と反応し、
ＰＦＣガスを非ＰＦＣガスに変換する。
【０１９９】静電集塵機及び機械的トラップを結合する
ことにより、反応チャンバ１５から排出されるケイ素残
留物を補集するために特に有効な機能が達成される。実
際、そうした結合により、１００％に近い補集効率が得
られ、真空管路３３１内の堆積を除去又は防止するとい
う追加的利点も達成される。先に図６及びＤＰＡ４０に
関連して述べたように、放出ガス流内に存在する比較的
大きい微粒子は、重力によって補集チャンバ３２４内に
維持されやすいので、機械的トラップ部はこうした比較
的大きい微粒子を捕捉するのに、特に効果的である。一
方、静電トラップは、放出ガス流内に含まれるが機械的
トラップだけでは捕捉できないような小さい微粒子を補
集及び捕捉するのに特に効果的である。また、前に述べ
た通り、電極間の温度勾配による伝熱力を利用して、微
粒子を捕捉することもできる。
【０２００】図２８（ａ）に示すモジュールは、ＰＲ2
３４０の他の様々な実施形態の一部として使用すること
ができる。そうした実施形態の一例を図２８（ｂ）に示
す。これは、図２８（ａ）のガス流路モジュール設計の
一部を使用し、１つのそうしたモジュールの上にもう１
つのモジュールを積み重ねた、本発明のＰＦＣ削減装置
の実施形態の側面斜視断面図である。いうまでもなく、
図２８（ａ）に示すモジュール又は同様のモジュールを
使用した他の設計も可能である。例えば、３つ、４つ、
又はそれ以上のモジュールを次々と配置し、微粒子補修
用の電極の表面積を増大しながら、比較的長いガス流路
を形成することができる。モジュール３１０は、ＰＦＣ
プラズマからの成分と反応できる追加ケイ素源を包含す
るフィルタ要素を装備することもできる。モジュール３
１０を使用した他の設計のバリエーションの可能性は無
尽蔵である。
【０２０１】図２８（ｂ）で、反応チャンバ１５からの
放出ガスは入口３３０からＰＲ2 ３４０に流入し、出口
３３２から流出する。分流器３３４は、電極３２０、３
２２によって定義される複雑な流路を、ガスが矢印３２
３に従って流れることを確実にする。ＰＲ2 ３４０を縦
に配向すると、入口３３０が軸ＡＡに沿って上を向き、
流路内を排出される大きい微粒子が、重力により補集領
域３２４内に補集される。ＰＲ2 ３４０を縦方向に配向
すると、入口３４０が軸ＢＢに沿って上を向き、流路内
の排出される大きい微粒子が、補集領域３２５内に補集
される。
【０２０２】ＤＣ発電機３３８は、堆積及びクリーニン
グ・シーケンスの両方の作業中に、正のＤＣ電圧を電極
３２２に供給し、電極３２０は接地される。したがっ
て、負の荷電粒子は電極３２２の表面に補集され、正の
荷電粒子は電極３２０の表面に補集される。
【０２０３】他の実施形態の場合と同様に、ＲＦ発生器
３３６はクリーニング・シーケンス中に電極にＲＦ電力
を供給し、流路内の放出ＰＦＣガスから電極３２０と３
２２の間にプラズマを形成する。プラズマは、補集領域
３２４又は３２５及び電極３２０及び３２２に沿って補
集されたケイ素と反応し、ＰＦＣガスを非ＰＦＣガス状
生成物及び副生物に変換する。ＤＣ／ＲＦフィルタ３４
０は、ＲＦ電源がＤＣ発電機３３８と干渉するのを防止
する。ＤＣ及びＲＦ電力は、電極３２２ではなく、電極
３２０に印加するしてもよいが、安全性及び電磁放射の
問題を考慮して、電極３２０は接地することが望まし
い。
【０２０４】３．ＰＦＣ削減ＤＰＡに関連する実験的使
用及び試験結果 本発明の有効性を実証するために、８インチのウェハ様
に装備したPrecision5000型反応チャンバにプロトタイ
プのＰＲ2 ３４０を取り付けて、実験を実施した。Prec
ision 5000型反応チャンバは、本発明の譲受人であるア
プライド・マテリアルズ・インコーポレイテッドが製造
したものである。
【０２０５】実験に使用したプロトタイプのＰＲ2 は、
フィルタ３５１がセラミック管３５０内に含まれず、か
つ、追加ガス供給管路３５３が存在しないことを除く
と、図２１のＰＲ2 ３４０と同様であった。ＰＲ2 の全
長は約２５インチであり、管３５０の直径は約１．５イ
ンチであった。ＰＲ2 は、Precision 5000型反応チャン
バの下流のスロットルバルブの直後に取り付けた。
【０２０６】実験では、ＣＦ4 及びＮ2Ｏクリーニング
・シーケンスから放出されたガスを３段階で分析した。
放出ガスを各段階で、ＭＳＫコーポレーションによって
製造されたＭＳＫ３００シリーズ残留ガス分析装置（Ｒ
ＧＡ）を用いて監視した。測定は、真空ポンプ直前、反
応チャンバから約２０フィート下流で行なった。したが
って、ＲＧＡでは安定した種だけが検出されると考えら
れた。質量分光分析計は非常に複雑なので、クリーニン
グ・シーケンス前に堆積段階が実行しなかった。
【０２０７】実験の条件は以下の通りであった。反応チ
ャンバ内の圧力は２torrに設定し、維持した。この結
果、ＰＲ2 内はそれに相応して０．５torrの圧力になっ
た。反応チャンバ内に各々５００sccmの速度でＣＦ4及
びＮ2Ｏを導入した。反応チャンバ内に形成するプラズ
マは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（ＲＦ１）によって
１０００Ｗで駆動し、ＰＲ2 に形成するプラズマは、１
３．５６ＭＨｚのＲＦ電源（ＲＦ２）によって９００Ｗ
で駆動した。
【０２０８】実験の第１段階として、反応チャンバ内に
クリーン・ガスを導入し、プラズマを形成せずに、反応
チャンバ及びＰＲ2 内を流動させた。第２段階として、
Precision 5000反応チャンバ内にプラズマを形成させた
が、ＰＲ2 では形成させなかった。第３段階では、反応
チャンバ及びＰＲ2 の両方でプラズマを形成させた。第
１段階は、プロセスから放出されるスペクトルを決定
し、ＣＦ4 の放出の相対的分析の基礎を設定するのに役
立った。
【０２０９】図２９（ａ）は、反応チャンバ及びＰＲ2
の両方でクリーン・ガスからプラズマを形成させたとき
に得た質量スペクトルを示す。ＲＧＡ装置がガスをイオ
ン化することによって、これらを検出することに留意す
ることが重要である。したがって、ＣＦ3 +、ＣＦ2 +、及
びＣＦ+イオンの検出は、放出ＣＦ4ガスを表わしてい
る。図２９（ａ）で、Ｃ+（１２）、Ｎ+（１４）、Ｏ+
（１６）、Ｆ+（１９）、ＣＦ+（３１）、Ｏ2 +（３
２）、Ｆ2 +（３８）、Ｎ2Ｏ+（４４）、ＣＦ2 +（５０）
及びＣＦ3 +（６９）に対応するピーク（括弧内に示す）
が検出された。各ピークは、初期ガス反応物質すなわち
ＣＦ4及びＮ2Ｏの分解生成物である。ＣＯ+（２８）、
ＣＯ2 +（４４）、ＣＯＦ+（４７）、ＣＯＦ2 +（６
６）、及びＣＯＦ3 +（８５）に対応するピークは、反応
チャンバ及びＰＲ2 内で発生した反応の副生物に対応す
る。ＣＯ2 +及びＮ2Ｏ+（線４４）は重なっているので、
解釈を誤るおそれがあった。しかし、ＣＦ4及びＮ2Ｏだ
けのスペクトルを記録し、かつプラズマが発生しない状
態とＲＦ１及びＲＦ２が起動しているときの応答を記録
することにより、線４４のピークは９０％ＣＯ2 +及び１
０％Ｎ2Ｏ+を表わすことを突き止めることができる。
【０２１０】定性的には、ＣＦ3 +（６９）、ＣＦ2 +（５
０）、ＣＦ+（３１）のピークの応答が低下するとき
に、ＣＦ4の削減が観察される。分解のさらなる証拠
は、Ｎ2Ｏに対応するピークの応答が低下するときに観
察される。ＣＯ+（２８）、ＣＯ2 +（４４）、ＣＯＦ
+（４７）、ＣＯＦ2 +（６６）及びＣＯＦ3 +（８５）の
反応のガス状副生物の応答は、ＣＦ4の削減に比例して
増加する。
【０２１１】図２９（ｂ）は、３段階の実験の各段階で
ＲＧＡによって測定された特定のガスの発生ピークを示
す。特に、図１２（ｂ）は、ピーク４４（Ｎ2Ｏ+）、６
９（ＣＦ3 +）、及び２８（ＣＯ+）の応答を示す。図２
９（ｂ）に示す最初の８０秒は、反応チャンバ内又はＰ
Ｒ2 内にプラズマが形成されていないときのこれらのガ
スのピークの応答を示す。次の８０秒間に、反応チャン
バ内のみにプラズマが形成され、最後に始点から１６０
秒から２４０秒までの期間に、反応チャンバ及びＰＲ2
の両方にプラズマが形成される。
【０２１２】図２９（ｂ）から明らかなように、反応チ
ャンバ内でプラズマが発生すると、放出されるＣＦ4及
びＮ2Ｏの量は減少し、放出されるＣＯ（ＣＦ4の変換プ
ロセスの主要副生物）の量は増加する。ＰＲ2 ４０が起
動すると（したがってＰＲ2４０内にプラズマが発生す
ると）、ＣＦ4の放出はさらに減少し、全体で約３０％
のＣＦ4の削減が達成される。
【０２１３】結果は示さないが、別の実験では、ＰＲ2
内の圧力を約２torrに増加することによって、全体で約
５０％の削減が達成された。このように、これらの予備
実験は、本発明の装置がＰＦＣの削減に成功することを
示している。本願で述べたＰＲ2 の１つ以上の追加機能
を組み込むことによって、さらに高い削減を達成するこ
とができる。また、ＣＦ4は一般に変換するのが最も困
難なＰＦＣガスの１つと認識されているので、今後の実
験の結果から、他の多くのＰＦＣガスの変換について
も、さらによい結果が得られるはずである。
【０２１４】本発明の幾つかの実施形態について詳しく
説明したが、本発明に従って真空管路から粉粒体を除去
するための数多くの他の同等又は代替的な装置及び方法
が、当業者には明白であろう。また、本発明に従って処
理チャンバからのＰＦＣの放出を削減するための数多く
の他の同等又は代替的な装置及び方法も、当業者には明
白であろう。さらに、明瞭さと理解のために図を示し実
施形態を挙げて、本発明を詳しく説明したが、特定の変
化や修正を加えることができることは明白である。例え
ば、１つの実施形態で、本発明の機械的微粒子トラップ
について、内部流路を外部流路で取り囲まれむと説明し
たが、そうしたトラップは、第１流路の周囲を第２流路
内で取り囲まず、第２流路が第１流路から離れる方向又
は第１流路から上に向かって伸長するように作成するこ
とができる。別の例として、開示した実施形態のいずれ
かにおけるガス流路は、図２８（ａ）及び図２８（ｂ）
に示しそれに関して説明した流路と同様の方法、又はそ
の他の方法で、複雑な形状に設計することができる。ケ
イ素微粒子捕捉の実施形態は、電極で補集されるケイ素
残留物の量が不十分である場合には、ＰＦＣ分解を増強
するために、石英又はその他のケイ素包含化合物を充満
した別個のフィルタ要素を含めることができる。また、
ケイ素フィルタを使用せず、微粒子捕捉システムも使用
しない実施形態も可能である。これらの実施形態では、
ＰＦＣ変換反応のためにＳｉＨ4又はＯ2などのガスを、
管路２５３などのガス供給管路を通してＰＲ2 ３４０に
導入する。さらに、ＰＲ2 ４０の様々な実施形態に、図
１７（ａ）、（ｂ）、及び図１９（ａ）、（ｂ）に示す
ＤＰＡ４０の実施形態で使用したようなマグネトロンを
使用することもできる。これらの同等例や変化例は、理
解のために示した明らかな変更や修正などと共に、本発
明の範囲内に含めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を取り付けることができる簡素化
した化学気相堆積装置の１つの実施形態を示す図であ
る。
【図２】図１の化学気相堆積装置に本発明を接続する１
つの方法を示す図である。
【図３】図１の化学気相堆積装置に本発明を接続する第
２の方法を示す図である。
【図４】（ａ）は微粒子の削減（真空管路のクリーニン
グ）のために最適化された本発明の装置の好適な実施形
態の扉が無い状態の斜視図である。（ｂ）は、図４
（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の扉が無い状態
の正面図である。（ｃ）は、図４（ａ）に示す真空管路
クリーニング装置の中心面における正面斜視断面図であ
る。（ｄ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング
装置の中心面における側面斜視断面図である。（ｅ）
は、図４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の電源
貫通接続部（power feed through connection ）の断面
図である。（ｆ）は、図４（ａ）に示す真空管路クリー
ニング装置の扉を含む状態の斜視図である。
【図５】図４（ａ）に示す電極及びこれに接続される回
路の電気図である。
【図６】典型的窒化ケイ素堆積段階によって発生する微
粒子に対する、本発明の真空管路クリーニング装置の一
実施形態における静電集塵機の効果を示すグラフであ
る。
【図７】本発明の真空管路クリーニング装置の一実施形
態内の微粒子に対する中性抵抗力の効果を、静電力、重
力、及び伝熱力（thermophoretic force）の効果と比較
して示すグラフである。
【図８】１５秒の窒化ケイ素堆積工程後の真空フォアラ
イン内部のケイ素片上の残留物堆積量を示す顕微鏡写真
である。
【図９】図８に示した残留物の１粒子の基本粒径（elem
entary grain size ）を示す顕微鏡写真である。
【図１０】本発明の試験前に実施した実験中に真空フォ
アライン内部のケイ素片に堆積した粉粒体の大きさを示
す顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の真空管路クリーニング装置の第２実
施形態の側面断面図である。
【図１２】本発明の真空管路クリーニング装置の第３実
施形態の側面断面図である。
【図１３】（ａ）は、本発明の真空管路クリーニング装
置の第４実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１
３（ａ）の装置に排出される微粒子に対する、図１３
（ａ）の装置に使用した静電トラップの効果を示す線図
である。（ｃ）は、図１３（ａ）の装置に排出される微
粒子に対する、図１３（ａ）の装置に使用した静電トラ
ップの効果を示す線図である。
【図１４】（ａ）は、本発明の真空管路クリーニング装
置のさらに別の実施形態の側面断面図である。（ｂ）
は、図１４（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の実
施形態における一方の電極に対する他方の電極の表面積
比率を示す線図である。
【図１５】図１４（ａ）に示す真空管路クリーニング装
置の実施形態の電気図である。
【図１６】（ａ）は、本発明の真空管路クリーニング装
置の別の実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１
６（ａ）に示す真空管路クリーニング装置の斜視図であ
る。
【図１７】（ａ）は、マイクロ波の力を利用してプラズ
マを発生させる本発明の真空管路クリーニング装置の一
実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１７（ａ）
の真空管路クリーニング装置の正面図である。
【図１８】（ａ）は、図１７（ａ）の装置のマイクロ波
電源によって生じる電圧波形を示すグラフである。
（ｂ）は、図１７（ａ）の装置のマイクロ波電源によっ
て生じる電圧波形を示すグラフである。（ｃ）は、図１
７（ａ）の装置のマイクロ波電源によって生じる電圧波
形を示すグラフである。
【図１９】（ａ）は、マイクロ波の力を利用してプラズ
マを発生させる本発明の真空管路クリーニング装置の第
２実施形態の側面断面図である。（ｂ）は、図１９
（ａ）の真空管路クリーニング装置の正面図である。
【図２０】本発明の効果を評価する試験の実施に使用し
た、本発明の真空管路クリーニング装置の一実施形態の
原型の側面断面図である。
【図２１】ＰＦＣ削減のために最適化した本発明の装置
の一実施形態の側面断面図である。
【図２２】本発明のＰＦＣ削減装置の第２実施形態の側
面断面図である。
【図２３】本発明のＰＦＣ削減装置の第３実施形態の側
面断面図である。
【図２４】本発明のＰＦＣ削減装置の第４の好適な実施
形態の側面断面図である。
【図２５】本発明のＰＦＣ削減装置の第５実施形態の側
面断面図である。
【図２６】本発明のＰＦＣ削減装置の第６実施形態の側
面断面図である。
【図２７】本発明のＰＦＣ削減装置の第７実施形態の側
面断面図である。
【図２８】（ａ）は、本発明のＰＦＣ削減装置の他の実
施形態で使用するガス流路モジュールの側面斜視断面図
である。（ｂ）は、図２８（ａ）のガス流路モジュール
設計を採用した本発明のＰＦＣ削減装置の実施形態の側
面斜視断面図である。
【図２９】（ａ）は、ＣＦ4及びＮ2Ｏのクリーン・ガス
からのプラズマ形成後に得た質量スペクトル・データを
示すグラフである。（ｂ）は、本発明の一実施形態を試
験するために設計された実験中に測定された特定のガス
の発生ピークを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…平行平板型化学気相堆積システム（反応チャン
バ）、１１…ガス分配マニホルド、１２…サセプタ、１
５…真空チャンバ、２５…ＲＦ電源装置、３１…真空管
路（フォアライン）、３２…真空ポンプ・システム、３
４…プロセッサ、３８…メモリ、４０…ＤＰＡ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ムクル ケルカー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ペイン アヴェニュー 3200， ナンバー29 (72)発明者 ハリ ポンネカンティ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， グラナダ アヴェニュ ー 3480， アパートメント ナンバー 143 (72)発明者 ケヴィン フェアベアン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， スカリー アヴェニュー 12138 (72)発明者 デイヴィッド チュン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティー， ビリングスゲー ト レーン 235 (72)発明者 ツトム タナカ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， モンロー ストリート 3301， ナンバー５

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体導管を画成する相対する表面を有す
    る第１及び第２部材であって、前記流体導管は入口、出
    口、及び前記入口と前記出口の間の集塵チャンバを有
    し、前記流体導管内を流動する粉粒体を前記集塵チャン
    バで補集しかつ前記粉粒体が集塵チャンバから流出する
    のを防止するように、前記集塵チャンバを構成及び配列
    して成る前記第１及び第２部材と、 前記流体導管内のエッチング・ガスからプラズマを形成
    又は維持するように適応させたマイクロ波プラズマ発生
    システムと、を備える基板処理チャンバの排気管路内の
    堆積を最小化する装置。
  2. 【請求項２】 前記第１部材が第１電極を備え、前記第
    ２部材が第２電極を備えており、 荷電された粉粒体を相対する電極表面に補集するために
    前記電極間に電圧を印加するために前記電極に動作可能
    に結合された手段を有する微粒子捕捉システムをさらに
    備えている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記基板処理チャンバのクリーニング作
    業中に、前記エッチング・ガスを基板処理チャンバから
    前記排気管路を介して排出するようになっている、請求
    項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記エッチング・ガスの少なくとも一部
    を、前記装置の上流であって前記基板処理チャンバの下
    流に位置する前記排気管路に導入するようになってい
    る、請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記エッチング・ガスの少なくとも一部
    を、前記流体導管に直接導入するようになっている、請
    求項２記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１及び第２電極によって画成さ
    れ、前記集塵チャンバをそれぞれ前記入口及び出口と連
    絡し、粉粒体が集塵チャンバから流出するのを防止する
    ために少なくとも部分的に垂直の流路を有する前記第１
    及び第２流路を前記流体導管に設けてなる、請求項２記
    載の装置。
  7. 【請求項７】 相対する電極表面の間に形成された流体
    導管が、前記入口と前記出口との間の流体導管内に連続
    的に形成された複数の集塵チャンバを画成している、請
    求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記相対する電極表面が蛇行流体導管を
    画成している、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも部分的に垂直の第１及び
    第２流路が前記流体導管の長さに沿って伸長し、前記流
    体導管が前記装置の相対する側面間にわたる幅を有して
    いる、請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記マイクロ波プラズマ発生システム
    が第１及び第２マグネトロンを備える、請求項９記載の
    装置。
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