(57)【要約】【課題】            電極の表面上に蓄積された固体堆積物を除去すべく電極の表面を掻き取るスクレーパを有するガス流処理装置を提供することにある。【解決手段】        ガス流（１２）を処理する装置（１０）において、プラズマ発生器（１４）は、高電圧の印加によりプラズマフレア（１６）を発生させるべく源ガスを付勢する電極（２２）を有している。入口（２４）は、ガス流（１２）を装置（１０）内に導入しかつ発生したプラズマ（１６）内に指向させることができる。スクレーパ（２６）は、電極（２２）から引っ込められた第１位置から、電極の表面（２８）上に蓄積された固体堆積物を除去すべく電極（２２）の表面（２８）を掻き取る第２位置まで移動できるように嵌合されている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生器を有し、該プラズマ発生器が、この下流側のリアクタチャンバ内のガス流を処理するプラズマを発生するガス流処理装置において、プラズマ発生器とリアクタチャンバとの間の領域が、固体堆積物が蓄積し易い少なくとも１つの表面を有し、スクレーパが、前記少なくとも１つの表面から引っ込められた第１位置から、蓄積した固体堆積物を除去すべく前記少なくとも１つの表面を掻き取る第２位置まで移動できるように嵌合されていることを特徴とするガス流処理装置。
【請求項２】
前記スクレーパは、前記領域の複数の表面を掻き取って、蓄積した固体堆積物を除去するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のガス流処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生器は、源ガスを付勢してプラズマを発生させる少なくとも１つの電極を有し、スクレーパは、電極の表面を掻き取って、表面上に蓄積した固体堆積物を除去するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のガス流処理装置。
【請求項４】
前記スクレーパの前記移動を付勢するアクチュエータを更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項５】
前記電極の表面上の固体堆積物の蓄積に基づいて、アクチュエータを選択的に付勢させるように構成されたコントローラを更に有することを特徴とする請求項４記載のガス流処理装置。
【請求項６】
前記コントローラは、装置の使用中にアクチュエータを所定間隔で付勢するように構成されていることを特徴とする請求項５記載のガス流処理装置。
【請求項７】
前記スクレーパは貫通ボアを備え、該貫通ボアは、スクレーパの第２位置において電極と整合して、プラズマフレアがボアを通り得るようにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項８】
前記スクレーパは、第２位置において、ガス流がボアを通り得るようにする形状を有していることを特徴とする請求項７記載のガス流処理装置。
【請求項９】
前記スクレーパは、ガス流がボアを通るように指向させるため、ガス流の流れ方向に対して傾斜した表面を有していることを特徴とする請求項８記載のガス流処理装置。
【請求項１０】
前記リアクタチャンバの内面上に液体堰を確立するための手段を更に有し、該手段は、液体を前記内面上に指向させるためのフローディレクタを備え、該フローディレクタは、液体堰を電極から分離させる環状表面を備え、第１位置から第２位置へのスクレーパの移動により環状表面を掻き取るように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項１１】
前記環状表面を通る開口は、スクレーパが第２位置にあるときに、スクレーパの貫通ボアとほぼ整合することを特徴とする請求項１０記載のガス流処理装置。
【請求項１２】
前記スクレーパは、ニッケルを含む材料から作られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマ発生器は、プラズマフレアを形成すべく付勢される源ガスを装置内に導入する第２入口を備えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項１４】
ガス流の処理を改善すべく、装置内に試薬を導入する試薬入口を更に有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載のガス流処理装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項記載のガス流処理装置に使用するように構成されたことを特徴とするスクレーパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流処理装置に関する。本発明は、半導体またはフラットパネルディスプレイ産業で使用されるプロセスチャンバからの排出ガス流の処理に特別な用途を有する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造の第１段階は、蒸気前駆体の化学反応により半導体基板上に薄膜を形成することである。基板上に薄膜を蒸着させる１つの既知の技術は化学蒸着（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）であり、通常、プラズマ増強化学蒸着である。この技術では、プロセスガスは、基板を収容するプロセスチャンバに供給されかつ基板の表面上に薄膜を形成すべく反応する。薄膜を形成すべくプロセスチャンバに供給されるガスの例として、窒化ケイ素膜を形成するためのシランおよびアンモニア；ＳｉＯＮ膜を形成するためのシラン、アンモニアおよび亜酸化窒素；酸化ケイ素膜を形成するためのＴＥＯＳ、および酸素およびオゾンの一方；および酸化アルミニウム膜を形成するためのＡｌ(ＣＨ３)３および水蒸気があるが、これらに限定されるものではない。
【０００３】
プロセスチャンバから排出されるガスは、プラズマ除去装置（plasma abatement device）を用いて高効率かつ比較的低コストで処理できる。プラズマ除去法では、排出ガス流は、熱大気圧延プラズマ放電（これは、主として熱源となる）中に流入される。プラズマは、ガス流を反応性種に解離し、これにより、酸素または水素と結合して比較的安定した副生物を生成する。
【０００４】
固体副生物（例えば、シラン酸化またはＴＥＯＳ酸化時のシリカ）を生成するガスのプラズマ除去中、プラズマフレアの下流側に位置する反応チャンバ内に閉塞問題が生じる。チャンバは、直径約３０ｍｍ〜５０ｍｍ、長さ９０ｍｍ〜１５０ｍｍのパイプからなる。反応チャンバの目的は、限定体積内に高温ガスを収容して、除去反応を生じさせることにある。しかしながら、チャンバは、例えばシラン、ＴＥＯＳまたは有機シランを除去するときに、その壁に付着した例えばシリカ粒子により閉塞されてしまうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チャンバの壁への粒子の付着を防止する１つの方法は、チャンバの表面上に水堰を形成することにある。しかしながら、それにも係わらず、電極（アノード）と反応チャンバとの間にはプラズマリアクタの「乾燥」領域があり、電極自体は更なるクリーニングを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、源ガスを装置内に導入する第１入口と、プラズマを発生させるべく源ガスを付勢する少なくとも１つの電極と、発生されたプラズマ中にガス流を指向させる第２入口と、電極から引っ込められた第１位置から、電極の表面上に蓄積された固体堆積物を除去すべく電極の表面を掻き取る第２位置まで移動できるように嵌合されたスクレーパとを有するガス流処理装置を提供する。
【０００７】
本発明を良く理解できるようにするため、単なる例示として示す本発明の幾つかの実施形態を、添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガス流を処理する本発明の装置のスクレーパが第１位置にあるところを概略的に示す図面である。
【図２】図１の装置のスクレーパが第２位置にあるところを概略的に示す図面である。
【図３】変更されたスクレーパを示す断面図である。
【図４】図３のスクレーパを示す斜視図である。
【図５】ガス流を処理する変更された装置のスクレーパが第１位置にあるところを示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【図７】他のスクレーパを示す２つの斜視図である。
【図８】処理装置のプラズマ発生器をより詳細に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１および図２を参照すると、ガス流１２を処理する装置１０が示されている。装置１０は、プラズマフレア１６を発生するプラズマ発生器１４を有している。図１および図２には、プラズマ発生器１４が概略的に示されている。プラズマ発生器１４は、図７に関連してより詳細に後述する。プラズマ発生器１４は、源ガスを付勢して高電圧を印加することによりプラズマを発生させる電極２２を有する。入口２４は、ガス流１２を装置１０内に導き、かつ該ガス流１２を、発生されたプラズマ中に指向させる。スクレーパ２６は、電極２２から引っ込められた第１位置（図１）から、電極２２の表面２８上に蓄積した固体堆積物を除去すべく電極２２の表面２８を掻き取る第２位置（図２）まで往復動できるように嵌合される。後述の本発明の他の実施形態では、スクレーパ２６は、この代わりにまたはこれに加えて、プラズマ発生器１４の他の乾燥表面またはプラズマ発生器１４の下流側の処理装置１０の表面を掻き取るように配置される。
【００１０】
プラズマ発生器１４は、プラズマフレアを形成すべく付勢される源ガスを装置１０内に導入するための第２入口（図示せず）を有している。装置１０には、ガス流１２の処理を改善する試薬（reagent）を装置１０内に導入するための試薬入口（図示せず）を設けるのが好ましい。
【００１１】
装置１０は、電極２２の下流側にリアクタチャンバ３０を有し、該リアクタチャンバ３０内でガス流１２が処理される。固体堆積物は、或るプロセスガス、例えばシランを除去するときのシリカ粒子、ＴＥＯＳまたは有機シランを処理するときに発生され、かつ堆積物はリアクタチャンバの壁に付着するので、壁上には水堰が形成される。水３２が、水入口３４を通ってリアクタチャンバ３０内に入り、チャンバ３０の壁上には水層３６が形成される。水層３６は、粒子が付着することを防止し、もしも付着した場合には粒子を除去する。殆どのガスはリアクタチャンバ３０内で処理されるが、幾分かの処理はリアクタチャンバの上流側で行われ、このため粒子が電極２２の表面２８上に堆積してしまう。
【００１２】
装置１０内で発生されるプラズマは、一般に、１０００℃より高温である。図７を参照してより詳細に説明するように、電極はノズルまたは開口を有し、該ノズルまたは開口を通ってプラズマがリアクタチャンバ内に導かれる。ノズル領域内での堆積物は、プラズマの高温により除去されるであろう。しかしながら、電極の比較的温度の低い領域またはプラズマ発生器はノズルを包囲し、特に電極が別々に冷却される場合には、一般的には高温プラズマに直接露出されることはない。したがって、プラズマ発生器の温度の低い領域に堆積物が蓄積し、これにより装置の適正機能が損なわれる。温度の低い領域が水フラッシングを受けると必ず損傷が生じ、したがって、プラズマ発生器の温度が低く乾燥した領域にはスクレーパが配置され、該領域から堆積物を掻き取る。
【００１３】
アクチュエータ３８は、スクレーパ２６を第１位置と第２位置との間で往復動させる。この例では、アクチュエータ３８は、加圧流体により作動される。流体は液体とすることができ、この場合には油圧アクチュエータとなり、或いは液体がガスの場合には空気圧アクチュエータとなる。便宜上、以下油圧アクチュエータと呼ぶことにするが、例えば、アクチュエータにより発生すべき力の必要性に基づいて、空気圧アクチュエータと互換性をもつものと理解されたい。
【００１４】
油圧アクチュエータ３８は、スクレーパ２６に連結されたピストン４２を受入れる油圧シリンダ４０を有している。しかしながら、他の装置、例えば電気モータを使用することもできる。例えばプログラム可能な論理コントローラ（programmable logic control：ＰＣＬ）４４は、電極２２の表面２８上の固体堆積物の蓄積に基づいて、アクチュエータ３８を選択的に付勢するように構成されている。例えば、コントローラ４４は、特定プロセスガスの処理中に堆積物が電極２２上に蓄積したことを如何に迅速に確認したかに基づいて、所定間隔、例えば３０秒毎または５分毎に掻き取りを行わせる。或いは、コントローラに接続されたプローブ（図示せず）を設けて、堆積物の蓄積を検出し、選択された量を超えた蓄積を検出したときに、コントローラがアクチュエータを付勢するように構成できる。
【００１５】
変更例では、スクレーパ２６は、例えばこれにボア（このボアを通ってフレアが通ることができる）を設けるか、ほぼＣ型のスクレーパを設けて、Ｃ型の形状により形成された空間をフレアが通り得るようにして、スクレーパ２６が第２位置にあってもプラズマフレアが消止されないように構成できる。これらのスクレーパ形態により、スクレーパの材料がプラズマの高温に直接露出される時間が短縮される。第２位置にあるとき、スクレーパの材料がプラズマに直接露出されることはなく、第１位置と第２位置との間を移動中に露出されるに過ぎない。更に、スクレーパが第２位置に突然停止するようなことがあっても、プラズマは依然としてリアクタチャンバ内に導かれ、小さい損傷がスクレーパに生じるに過ぎない。
【００１６】
これに代えて、好ましくはこれに加えて、スクレーパ２６は、第２位置にあるときに、装置１０内へのプロセスガスの流入を大きく損なうことがないように構成されている。この点に関し、スクレーパには、第２位置にあるときに、プロセスガスがスクレーパを通ってまたはスクレーパの周囲を通って導かれるようにする手段を設けるのが好ましい。
【００１７】
図３および図４には、スクレーパが第２位置にあるときでも、プラズマおよびプロセスガスが連続的に流れることができるように構成されたスクレーパの一例を示すものである。図３および図４を説明する前に、図１および図２では、プロセスガス１２が、スクレーパ２６の往復動方向に対してほぼ平行な方向で装置１０内に流入することに留意されたい。しかしながら、好ましくかつより一般的な構成では、図４に示すように、プロセスガスの入口は、プロセスガス１２を往復動方向に対してほぼ垂直な方向で装置内に導入できるように構成される。
【００１８】
ここで図３および図４をより詳細に説明すると、スクレーパ５０は貫通ボア４６を有し、該ボアはスクレーパ５０の第２位置において電極２２と整合し、プラズマフレア１６がボア４６を通り得るようにしている。図３には、スクレーパ５０が第２位置にあり、貫通ボア４６が破線で示されている。この状態では、スクレーパ５０は、第２位置にあるときでも電極２２の少なくとも一部を覆うに過ぎず、プラズマを連続的に発生させることができる。当業者ならば、他の形状のスクレーパ、例えば前述のＣ型スクレーパもプラズマを連続的に発生させることができることは明白であろう。
【００１９】
スクレーパ５０はまた、第２位置にあるときに、プロセスガス流１２が矢印１２で示すようにボア４６を通ることができる形状を有している。スクレーパ５０は、ガス流がボア４６を通るように指向させるため、ガス流の流れ方向に対して傾斜した表面４８（図３に破線で示す）を有している。したがって、スクレーパ５０が第２位置にあるときでも、ガス流の流れが大きく制限されることはなく、このため、処理装置１０の上流側の背圧が増大することはない。この構成は、スクレーパが不意に第２位置に停止してしまうような場合に特に有効である。また、スクレーパが第２位置にあるときでも、ガス流の連続的プラズマ処理を行うことができる。
【００２０】
図４には、ピストン４２の位置が破線で示されている。ピストン４２はテーパ状の閉ボア５８と係合し、好ましくは、ピストン４２を所定位置に固定するクランピングスクリュウを受入れる他のボア６０を有している。スクレーパ５０は双頭矢印で示す方向に往復動するように配置されていることは理解されよう。この場合、ガス流１２は、往復動方向に対してほぼ垂直な方向で装置１０内に流入する。第１位置から第２位置への移動中、スクレーパ５０の表面５２は電極２２の表面２８に対してほぼ平行である。この移動の少なくとも一部の間で、表面５２が表面２８と接触するのが好ましい。移動の最終部分の間、反対側表面５３は、堰６４（図５）の上面と接触するのが好ましい。図４に示すように湾曲している先導縁５４が、電極表面２８から固体堆積物を掻き取る。先導縁は、プラズマ発生器１４に強固に付着した堆積物中にスクレーパが一層容易に食い込むことができるように、鋭い点または線にテーパさせることができる。
【００２１】
図５には、変更された処理装置が示されている。この装置では、リアクタチャンバ３０の壁上に堰を確立しかつリアクタチャンバ３０をプラズマ発生器１４から分離して、水しぶきが電極２２上にかかるのを防止する堰ガイド６２が示されている。この堰ガイド６２は、本特許出願と同じ優先日を有する本件出願人による別の特許出願の主題である。
【００２２】
堰ガイド６２の上面６４は乾燥しており、水が流れることはない。また、上面６４がプラズマフレア１６と直接接触することはない。したがって、上面６４は堆積物が蓄積し易く、このため、この装置のスクレーパ２６は、第１位置と第２位置との間を往復動する間に上面６４を掻き取るように配置されている。すなわち、スクレーパ２６の第１先導縁すなわち上方の先導縁６６は、電極２から堆積物を掻き取り、第２先導縁すなわち下方の先導縁６８は、堰ガイド６２の上面６４から堆積物を掻き取る。
【００２３】
図６には、本発明の他の実施形態が概略的に示されている。プラズマ発生器１４とリアクタチャンバ３０との間には領域７０が配置されており、該領域７０の少なくとも１つの表面は固体堆積物が蓄積し易い。スクレーパ７２は、蓄積された固体堆積物を除去すべく、少なくとも１つの表面から引っ込められた第１位置から、表面を掻き取る第２位置まで往復動（双頭矢印で示す）できるように嵌合されている。図６に示す例では、固体堆積物が蓄積することがある４つの表面７４、７６、７８、８０が示されている。表面1７４はプラズマ発生器１４の電極２２の表面であると考えることができ、表面７８は堰ガイド６２の表面であると考えることができる。表面７６、８０は、処理装置１０のハウジングの一部を形成すると考えることができる。一般に、これらの表面がプラズマフレア１６に露出されることはなく、比較的温度が低い。また、液体による洗浄は損傷を引き起こすことがあり実用的ではない。図示のように、スクレーパ７２は、複数の表面、好ましくは全ての表面を掻き取って、領域７０から堆積物を除去するように構成される。例えば、スクレーパ７２の表面８２は表面７４を掻き取る形状、表面８４は表面７６を掻き取る形状、以下、他の表面も同様な関係の形状を有する。図示のように、スクレーパ７２は全体として直方体の形状を有するが、領域７０の種々の表面を補完できる他の形状も好ましい。
【００２４】
図７には他のスクレーパ９０が示されている。図７には、スクレーパ９０が２つの斜視図で示されており、スクレーパが処理装置に組込まれたときの往復動方向が双頭矢印で示されている。スクレーパ９０は、上方セクション９２と下方セクション９４とからなる。上方セクション９２は右向き爪形状を有し、下方セクション９４は左向き爪形状を有している。両爪は協働して、スクレーパ９０が第２位置にあるときの貫通ボア９６を形成している。上方爪には開口９８が形成され、該開口９８は、例えば処理用ガス流を貫通ボア９６内に導入できる。下方爪には開口１００が形成され、該開口１００は、他のガス、例えば装置のパージングのためのパージガスを貫通ボア９６内に導入できる。上方爪は、ほぼ移動方向に延びている第１部分１０４と、移動方向に対して横方向に延びている第２部分１０４とを有し、該第２部分１０４には、例えば電極表面を掻き取る先導縁１０６が形成されている。下方爪は、ほぼ移動方向に延びている第１部分１０８と、移動方向に対して横方向に延びている第２部分１１０とを有し、該第２部分１１０には、例えば堰ガイド表面を掻き取る先導縁１１２が形成されている。
【００２５】
プラズマ発生器１４は、一例では、図８に示すＤＣプラズマトーチで形成できる。トーチは、カソード装置１およびアノード装置２を有している。カソード装置１は、実質的に円筒状の本体１ａおよびボタン型カソード１ｂからなる。冷却型（例えば水冷型）カソード本体１ａは、高い熱伝導率を有する導電率性金属で形成され、ボタン型カソード１ｂの熱電子材料以外の機能を有しており、例えば銅のカソード本体およびハフニウムのボタン型カソードを使用するのが一般的である。アノード装置２は、通常銅で形成される中空本体２ａを有し、該中空本体２ａは更に、アノードのど部２ｂと、該のど部２ｂに向かって収斂し、かつのど部２ｂに終端している截頭円錐状内面部２ｃとを有している。組立てられたとき、カソード装置１はその少なくとも一部が銅製アノード２内にかつ同心状に配置されている。アノード２とカソード１との間にはギャップを設けなくてはならない。これにより、アノード装置２の外面とカソード装置１の内面との間に導管３が形成され、該導管３を通って、プラズマを発生させる源ガスが搬送される。カソード１は円錐状部分２ｃ内に終端し、該円錐状部分２ｃ内にプラズマ発生領域４を形成する。図７に示したプラズマ発生器の電極の掻き取り面は、表面２８である。
【００２６】
本願で説明したスクレーパは、フッ素のようなハロゲンの存在下で有利な耐食性および優れた機械的強度を有している。また、スクレーパは、プラズマフレアとの短時間相互作用の間の局部的加熱（したがって、破壊）を最小にすべく、高い熱伝導率を有することが好ましい。ニッケル２０１合金の特性は、７９．３Ｗ／ｍＣの熱伝導率（これは、例えばステンレス鋼合金の熱伝導率の数倍高い）を有するスクレーパを作るのに適した材料である。ニッケル２０１はまた、装置内に存在することがある腐食性ガスに対する耐性および優れた機械的強度を有している。
【符号の説明】
【００２７】
１  カソード装置
２  アノード装置
２ｃ  截頭円錐状内面部
１０  ガス流処理装置
１４  プラズマ発生器
１６  プラズマフレア
２２  電極
２６、５０、７２、９０  スクレーパ
４６、９６  貫通ボア
６２  堰ガイド
９２  上方セクション
９４  下方セクション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2014529680.tif 000011
2014529680.tif 000012
2014529680.tif 000013