(57)【要約】【解決課題】難分解性ハロゲン化物含有ガス発生源の状態及び分解処理中のプラズマ状態を感知して、最適なプラズマ状態を提供する自動制御機構付マイクロ波プラズマ分解装置を提供する。【解決手段】混合気調製部１０と、プラズマ反応管２０と、マイクロ波供給部３０と、可動式放電電極４０と、圧力センサーＳ１、プラズマ状態センサーＳ２及び温度センサーＳ４及びＳ５と、処理対象物発生源の状態を感知するインターフェースＳ３と、各センサーにより検出されたプラズマ状態及び被処理ガス状態の電気信号に基づいて、混合気調製部１０、マイクロ波供給部３０、可動式放電電極４０を制御する制御部５０と、を備える。【選択図】  図１
2004313998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物に、酸素量及び水素量の調整を行うための添加剤を供給して混合気を形成させる混合気調製部と、
該混合気にマイクロ波を作用させてプラズマ化し、ハロゲン化物を分解するプラズマ反応管と、
該混合気に作用させるマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
該プラズマ反応管内におけるマイクロ波が供給される位置とプラズマ反応管外との間で移動可能で、該プラズマ反応管内における該マイクロ波が供給される位置で、該プラズマ反応管内にプラズマの発生を開始させるように放電する可動式放電電極と、
該プラズマ反応管内のプラズマ状態を感知するプラズマ状態センサー及び／又は該マイクロ波供給部の熱状態を感知する温度センサーと、
該プラズマ反応管へのハロゲン化物又は混合気の供給を感知する圧力センサーと、
ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物状態情報を制御部に入力するインターフェースと、
該プラズマ状態センサー及び／又は温度センサー、並びに該圧力センサー及び該インターフェースからの電気信号に基づいて、該混合気調製部、該可動式放電電極、該マイクロ波供給部を制御する制御部と、
を備えるハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置。
【請求項２】
前記マイクロ波供給部は、方形導波管のＨ０１モードによるマイクロ波放電部を有し、
前記プラズマ反応管は、該マイクロ波放電部内のマイクロ波電界強度が最も高い部分と交差して設けられた単管のプラズマ反応管であり、
該プラズマ反応管上部には、前記混合気を旋回流で導入する供給気導入部が設けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可動式放電電極は、同軸二極型放電電極であり、外側電極はマイクロ波供給部と電気的に接続されて、マイクロ波に対してスタブの作用をなすように構成されている請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物供給開始信号又は圧力センサーにより検出されたハロゲン化物発生源からのハロゲン化物のプラズマ反応管への供給開始信号に基づいて、酸素量及び水素量の調整を行うための添加剤の供給量を制御しながら該添加剤を混合気調製部へ供給して、ハロゲン化物及び該添加剤を混合して混合気を調製する工程と、
圧力センサーにより検出されたプラズマ反応管への該ハロゲン化物の供給開始信号又は混合気の供給開始信号に基づいて、マイクロ波供給部を作動させてプラズマ発生部にマイクロ波を供給すると共に可動式放電電極をプラズマ反応管内に移動させて、プラズマ反応管内でプラズマを発生させる工程と、
プラズマ状態センサー及び／又は温度センサーにより検出されたプラズマ反応管内のプラズマ状態又はマイクロ波供給部の熱状態の異常を示す信号に基づいて、混合気調製、可動式放電電極及びマイクロ波供給を制御する工程と、
圧力センサーにより検出されたプラズマ反応管へのハロゲン化物の供給停止信号に基づいて、マイクロ波供給部及び混合気調製部を作動停止させる工程と、
を含むハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置に関し、特に、窒素源が共存するハロゲン化物を窒素酸化物を生成させずに効果的に分解することができるマイクロ波プラズマ分解する分解装置に関する。
【０００２】
本発明のハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置は、特に、半導体製造装置などから排出される難分解性のパーフルオロカーボン、ＮＦ３及びＳＦ６などのフッ素化合物（以下、総称して「パーフルオロ化合物（ＰＦＣ：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）」という）などのハロゲン化物と、窒素源とが共存する処理対象物の分解に適用することができる。
【０００３】
【従来の技術】
分子内にフッ素、塩素、臭素等を含むクロロフルオロカーボン、パーフルオロメタン及びパーフロオロエタンなどのパーフルオロカーボン、三フッ化窒素（ＮＦ３）及び六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのフッ素化合物などに代表されるハロゲン化物は、冷媒、溶剤など幅広い産業用途を有し、特に半導体製造プロセスにおける薄膜形成のための化学蒸着（ＣＶＤ）装置などのドライクリーニングや、ドライエッチング処理に多用されている。
【０００４】
しかし、これらハロゲン化物は、難分解性であり、ひとたび自然環境中に放出されると、長期間にわたり安定に存在し、発ガン性物質の生成、オゾン層の破壊、地球温暖化物質の生成など、自然環境に悪影響を与えることが知られている。特に、パーフルオロカーボンは、非常に安定した物質で、大気中の寿命は２６００〜５００００年と非常に長く、地球温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３：１９９７年１２月）において、ＨＦＣ、ＳＦ６とともに排出抑制対象とされた。パーフルオロカーボンは、二酸化炭素を基準（１）として地球に及ぼす地球温暖化の効果を相対的に示す数値である地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が６５００〜９２００（地球温暖化対策の推進に関する法律施行令第２条）と非常に大きく、排出削減が強く求められている。
【０００５】
これまで、半導体製造プロセスで発生するパーフルオロ化合物（ＰＦＣ）などの排ガス処理方法として、乾式吸着吸収、湿式吸収、加熱分解、触媒による接触転化、触媒酸化燃焼、直接燃焼、プラズマ分解などの処理方法が開発されている。このうち、ＣＦ４などの難分解性ハロゲン化物の分解には、高温燃焼、触媒酸化燃焼又はプラズマ分解が利用されている。しかし、高温燃焼及び触媒酸化燃焼を利用する装置は大型であり、起動及び停止に時間がかかるので、個々の半導体製造装置に対する個別処理には不向きである。
【０００６】
そこで、小型装置として、高周波低圧プラズマ分解装置（除害装置）が開発された。しかし、このような高周波低圧プラズマ分解装置は、装置本体を半導体製造装置とドライポンプとの間に位置づけることが必要であるため、半導体製造装置側に影響を及ぼすおそれがあり、プラズマ分解処理によって発生した腐食性のハロゲン系ガスがドライポンプ内に流入する、という問題がある。
【０００７】
そこで、高周波大気圧プラズマ分解装置が開発された（例えば、静電気学会講演論文集’０２，  （２００２）  ７９参照）。しかし、従来の高周波大気圧プラズマ分解装置では、プラズマの点火があまり容易ではなく、高温のプラズマを反応管の中心に安定して保持させなければならず、プラズマが不意に消火した場合に自動的に再点火しないので高周波電源を停止し手動で再点火する必要があり、プラズマが停止したままの状態で高周波電源を作動させ続けると高周波発生装置を損傷する、などの問題がある。
【０００８】
また、半導体製造プロセスではドライポンプに大量の窒素を使用することから、半導体製造プロセスで発生する排ガス中には窒素を含むことが多く、プラズマの高温条件下では、酸素と反応して多量の窒素酸化物（ＮＯｘ）を生成する、という問題がある。さらに、ハロゲン化物の分解率を高く維持してＮＯｘの発生を抑制させるためには、運転条件を維持するための制御機構が必要となる、という問題がある。さらにまた、個別の半導体製造装置の運転状況に応じた分解処理の適正化を図る、というプラズマ分解装置の可能性も十分に生かされていないのが現状である。
【０００９】
またさらに、マイクロ波プラズマを用いる場合、プラズマの異常時に反射波が増加してマグネトロンが損傷を受けるため、これを防止するための装置構成がやや複雑になり、個別にハロゲン化物を分解処理することはコストが高くなる、という問題もある。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１６７８９７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９６３２６号公報
【非特許文献１】
静電気学会講演論文集’０２，  （２００２）  ７９
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、窒素と共に半導体製造装置などから排出されるパーフルオロ化合物などの難分解性ハロゲン化物（以下、「処理対象物」という）を効率的に分解することができる簡略化されたハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的は、集中処理型の燃焼式分解装置あるいは触媒式分解装置とは異なり、有効な個別処理が可能な簡略化されたハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置を提供することにある。
【００１３】
具体的には、本発明の目的は、処理対象物を排出する半導体製造装置などの運転状態に連動して、最適なマイクロ波プラズマ状態を与えることができる大気圧平衡プラズマを用いるハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、プラズマ状態を検出してマイクロ波の供給を自動的に制御することにより、従来のマイクロ波プラズマ分解装置に必要とされているマイクロ波の整合器、反射波分離器及び無反射終端を不要とする簡略化されたハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、難分解性ハロゲン化物を含有する処理対象物をマイクロ波プラズマ分解する装置であって、処理対象物の供給状態及びプラズマ分解処理中のプラズマ状態を感知して、処理対象物分解に最適なプラズマ状態を維持するように自動制御可能なマイクロ波プラズマ分解装置を提供する。本発明のマイクロ波プラズマ分解装置は、半導体製造装置などの処理対象物発生源に接続して用いることができ、個別のプラズマ分解を可能とする。
【００１６】
本発明によれば、ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物に、酸素量及び水素量の調整を行うための添加剤を供給して混合気を形成させる混合気調製部と、
該混合気にマイクロ波を作用させてプラズマ化し、ハロゲン化物を分解するプラズマ反応管と、
該混合気に作用させるマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
該プラズマ反応管内におけるマイクロ波が供給される位置とプラズマ反応管外との間で移動可能で、該プラズマ反応管内における該マイクロ波が供給される位置で、該プラズマ反応管内にプラズマの発生を開始させるように放電する可動式放電電極と、
該プラズマ反応管内のプラズマ状態を感知するプラズマ状態センサー及び／又は該マイクロ波供給部の熱状態を感知する温度センサーと、
該プラズマ反応管へのハロゲン化物又は混合気の供給を感知する圧力センサーと、
ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物状態情報を制御部に入力するインターフェースと、
該プラズマ状態センサー及び／又は温度センサー、並びに該圧力センサー及び該インターフェースからの電気信号に基づいて、該混合気調製部、該可動式放電電極、該マイクロ波供給部を制御する制御部と、
を備えるハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置が提供される。
【００１７】
本装置によれば、各種センサーによりプラズマ反応管内のプラズマ状態及びプラズマ反応管へのハロゲン化物を含む処理対象物又は混合気（以下、「供給気」という）の供給状態を検出した電気信号を制御部に送り、制御部からの制御信号に基づいて、混合気調製部、可動式放電電極及びマイクロ波供給部の作動を制御して、処理対象物を分解するに最適なマイクロ波プラズマ状態を提供することができるので、効率的に処理対象物を分解することができる。
【００１８】
プラズマ反応管内のプラズマフレームが異常な状態になると、プラズマ反応管及びマグネトロンが破損することもある。従来のマイクロ波プラズマ装置においては、マイクロ波の電界強度を最適範囲に維持するために、整合器（スリースタブチューナー）、反射波分離器（アイソレーター）及びマイクロ波消費機構（無反射終端）を用いているが、これらを具備することで装置は複雑且つ大型化する。本発明においては、プラズマ反応管内のプラズマ異常状態を検出した場合に、自動的にプラズマ再点火やマグネトロン用電源を切断するなどのマイクロ波供給部の制御を行うことができ、装置の簡略化及び小型化が達成される。また、平常時の反射波のチューニングは装置製造時に行うことができるので、構成部品のレイアウトに自由度をもたせることができ、装置のメンテナンス性及び安全性が向上し、製造コストも削減できる。
【００１９】
また、プラズマ反応管内のプラズマフレームが何らかの理由で一旦消失すると、そのままではプラズマが再点火しないので、処理対象物の分解が進行しない。従来の装置では、プラズマフレームが消失した場合には、マグネトロン用電源を切断し、分解処理を中断していた。本発明においては、プラズマ反応管内でプラズマフレームが消失した場合に、可動式放電電極を作動させて、直ちにプラズマフレームを発生させることができ、装置の運転を停止させる必要がない。
【００２０】
また、本発明においては、プラズマ反応管への処理対象物の供給を検出して、本装置の運転を開始及び停止するように制御することができる。さらに、処理対象物の組成などの情報を制御部に送り、制御部からの制御信号に基づいて混合気調製部の添加剤の組成及び供給量を調整することによって、マイクロ波プラズマ分解に最適な成分比の混合気をプラズマ反応管に供給することができる。
【００２１】
本装置において用いるマイクロ波供給部は、方形導波管のＨ０１モードによるマイクロ波放電部を有し、プラズマ反応管は、マイクロ波放電部内のマイクロ波電界強度が最も高い部分と交差して設けられた単管のプラズマ反応管であり、プラズマ反応管上部には、供給気（処理対象物又は混合気）を旋回流で導入する供給気導入部が設けられていることが好ましい。このように旋回流として供給気を導入することにより、プラズマが中心部に安定して保持されてプラズマ反応管の局所的な過熱を防止すると共に、旋回流により中心部の軸方向の流れが逆流になる現象を利用して、反応管内壁部付近と中心部にある供給気の適当な混合を生じさせプラズマを容易に生成させることができ、プラズマ反応管内の温度分布を最適な条件にすることができ、プラズマによる分解効率を高めることができる。混合気を旋回流でプラズマ反応管に導入してＨ０１モードによる定在波のマイクロ波電界強度が最も高い部分でプラズマを発生させることで、マイクロ波プラズマを安定化させることができるので、マイクロ波のモード変換が不要となり、従来のマイクロ波プラズマ装置で用いられる多重管のプラズマ反応管に代えて、単管のプラズマ反応管を用いることができ、構造が簡略化される。
【００２２】
本装置で用いるプラズマ反応管は、耐食耐熱性のほぼ円筒形の単管であることが好ましい。プラズマ反応管の耐食性は、プラズマ分解処理対象物質によって異なるが、少なくとも塩素やフッ素などの強ハロゲン耐食性を有することが好ましい。また、プラズマ反応管の耐熱性は、プラズマ反応管の内壁付近の温度が１２００℃程度になることから、少なくとも１２００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。さらに、プラズマによる加熱が均一でないことから熱膨張率と熱伝導率とのバランスで熱衝撃に強い材料からなることが好ましい。以上の観点から、プラズマ反応管を構成する材料としては、サファイア（酸化アルミニウム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）などの耐食性耐熱セラミックスや、多孔質体アルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ２Ｏ３）を好ましく挙げることができ、特にサファイアと窒化アルミニウムが好ましい。また、プラズマ反応管の形状は、ほぼ円筒形であることが好ましく、信頼性、部品の加工性及びメンテナンス性から単管であることが好ましい。ただし、管壁を保護する冷却ガスなどの供給機構を必要に応じて追加してもよい。プラズマ反応管の内径は、プラズマの安定性を確保する上で設定する処理能力に応じて変えることができるが、内径１０ｍｍ〜３０ｍｍを有することが好ましい。この内径に応じて、プラズマ反応管内で発生するプラズマフレームの長さが変わるので、プラズマ反応管の長さは１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲で調整することが望ましい。
【００２３】
本装置で用いる可動式放電電極は、大気圧下でプラズマを安定に且つ確実に発生させるように放電することができるように構成されていることが好ましい。可動式放電電極は、中空金属管（外側電極）の中心部に、金属棒材（内側電極）が挿入されてなる同軸二極型放電電極であることが好ましい。この場合、外側電極及び内側電極の寸法は特に限定されるものではないが、例えば、外径５ｍｍ、内径４ｍｍの金属管（外側電極）の中心部に、直径１ｍｍの金属棒材（内側電極）が挿入されてなる同軸二極型可動式放電電極を好ましく用いることができる。このような同軸二極型放電電極を用いることで、電極を小型化することができ、可動式としてのメリットを十分に活用することができる。ここで、外側電極及び内側電極を構成する金属は特に限定されるものではないが、プラズマ反応管内部が高温雰囲気になることを考慮すれば耐熱性の金属が好ましく、チタン、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどを好ましく用いることができる。また、外側電極を構成する中空金属管と内側電極を構成する金属棒材との間には、セラミックスやガラスなどの絶縁性物質が充填されていることが好ましい。
【００２４】
さらに、可動式放電電極は、プラズマ反応管内のプラズマによる熱や発生する腐食性ガスなどの雰囲気から放電電極先端部を保護する位置に待避させるかあるいは保護部材を備えていてもよい。この保護部材は、プラズマ反応管外に待避した可動式放電電極の先端部をプラズマ雰囲気から遮断することができるものであれば特に制限されず、例えば、電極の径と同程度かもしくは若干大きい放射状の切れ込みを施したフッ素樹脂製等のシートを電極の挿入口に配置し、電極挿入時にはシートの切れ込み部が開き、待避時にはシートの復元力によって切れ込み部が閉じる構成のもの、あるいは電極の挿入口の内側（プラズマ反応管側）に、一部に蝶番状の可動式接続部を有しバネなどの弾性体の復元力によって挿入口を閉じることのできる耐腐食性ガス材料製の保護壁（蓋）を有し、電極挿入時には電極の先端周辺が保護壁（蓋）を押し開ける構成のものなどを挙げることができる。
【００２５】
本装置において用いる可動式放電電極は、外側電極はマイクロ波供給部（マイクロ波導波管）と電気的に接続されて、マイクロ波に対してスタブの作用をなすように構成されていることが好ましい。スタブとは、棒状の導電性物質を導波管内に挿入することによってマイクロ波を調整する機能を奏するものであり、棒状の導電性物質の先端から導波管内壁までの間で、マイクロ波の電界強度が圧縮される形で高くなる。このため、放電電極先端部の電界強度がさらに高められ、微小な放電により容易にプラズマを発生させることができる。
【００２６】
本発明で用いるプラズマ状態センサーとしては、プラズマ反応部内でのプラズマの発する光の変化によってプラズマ状態を感知する光センサー、プラズマからの反射波を検出する反射波検出器、その他同様の機能を奏する任意のセンサーを好ましく用いることができる。光センサーとしては、保護膜、減光フィルター及びカラーフィルターを適宜使用したフォトトランジスタ又はフォトダイオードなどの光検出素子を好ましく用いることができ、例えば東芝製ＴＰＳ６０１、Ｓ７００２などの市販品を好ましく挙げることができる。光センサーは、プラズマ反応管に設置することが好ましい。特に不透明なプラズマ反応管を用いる場合にも確実にプラズマ状態を検出することができるように、プラズマ反応管上部の供給気導入部に設置することが好ましい。光センサーを用いる場合には、プラズマ反応部内でのプラズマの発する光（可視光）を検出することにより、直接的にプラズマ状態を知ることができる。反射波検出器としては、通常のマイクロ波パワーモニターを好ましく用いることができ、例えば日本高周波製ＷＤＫ−Ｃ−０２９などの市販品を好ましく挙げることができる。反射波検出器は、導波管のマグネトロンとプラズマ反応管との間の位置に配置することが好ましい。反射波検出器を用いる場合には、検出されたマイクロ波の強度からプラズマ状態を知ることができる。
【００２７】
温度センサーとしては、通常の温度センサーを好ましく用いることができ、例えばキーエンス製Ｋ型熱電対温度計などの市販品を好ましく挙げることができる。温度センサーは、マグネトロンの陽極及び導波管に配置されることが好ましい。プラズマの異常等による反射波の増加はマグネトロンの陽極温度を上昇させ、導波管内での異常放電などは導波管の温度を上昇させるので、これらの温度からプラズマの異常とマイクロ波回路の異常を検知することができる。
【００２８】
インターフェースは、ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物状態情報、例えばガス組成情報、ガス圧力情報及びガス量情報などを制御部に入力することができる任意のインターフェースを用いることができる。さらに、補足すべき情報、例えば、インターフェースでの情報入手ができない被処理対象物の組成（構成成分の種類、量など）、酸素濃度、運転の経時変化（運転パターンなど）、被処理対象物発生装置の運転パターンとシンクロするための運転時間など、をマニュアル入力操作できるように構成されていることが好ましい。
【００２９】
本発明で用いる制御部は、電気信号を受信することができ、受信した電気信号に基づいて演算処理を行い、所定の制御信号を発信することができるものであれあれば特に限定されない。
【００３０】
また、本発明によれば、ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物供給開始信号又は圧力センサーにより検出されたハロゲン化物発生源からのハロゲン化物のプラズマ反応管への供給開始信号に基づいて、酸素量及び水素量の調整を行うための添加剤の供給量を制御しながら該添加剤を混合気調製部へ供給して、ハロゲン化物及び該添加剤を混合して混合気を調製する工程と、
圧力センサーにより検出されたプラズマ反応管への該ハロゲン化物の供給開始信号又は混合気の供給開始信号に基づいて、マイクロ波供給部を作動させてプラズマ発生部にマイクロ波を供給すると共に可動式放電電極をプラズマ反応管内に移動させて、プラズマ反応管内でプラズマを発生させる工程と、
プラズマ状態センサー及び／又は温度センサーにより検出されたプラズマ反応管内のプラズマ状態又はマイクロ波供給部の熱状態の異常を示す信号に基づいて、混合気調製、可動式放電電極及びマイクロ波供給を制御する工程と、
圧力センサーにより検出されたプラズマ反応管へのハロゲン化物の供給停止信号に基づいて、マイクロ波供給部及び混合気調製部を作動停止させる工程と、
を含むハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解方法が提供される。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態において、制御部が各種センサーからの電気信号に基づいて、添加剤の流量制御、可動式放電電極及びマイクロ波供給部の作動を自動制御することによって、ハロゲン化物の最適なプラズマ分解条件を提供する。具体的には、図１に示すように、処理対象物発生源（半導体製造装置）から、処理対象物の供給を表す電気信号（処理ガス排出信号Ｓ３）を受信すると、制御部５０は、添加剤の流量を制御しながら、添加剤の供給を開始し、ハロゲン化物と添加剤の混合気の調製を開始させる制御信号を供給量調整信号Ｃ３として発し、混合気を調製する。また、それと共に、制御部５０は、マイクロ波供給部３０のマグネトロン電源をＯＮにしてプラズマ発生部２１にマイクロ波を供給すると共に、可動式放電電極４０をプラズマ反応管２０内に進行させて混合気中にプラズマを発生させ、次いで、該可動式放電電極４０をプラズマ反応管２０から待避させる制御信号（マイクロ波出力調整信号Ｃ２及び点火信号Ｃ１）を発する。圧力センサーＳ１又は処理ガス排出信号Ｓ３から、処理対象物の供給停止を表す電気信号を受信すると、制御部５０は、添加剤の供給を停止させ、マイクロ波供給部３０のマグネトロン電源をＯＦＦにして、装置の運転を停止させる制御信号（マイクロ波出力調整信号Ｃ２）を発する。圧力センサーＳ１から、混合気供給を表す電気信号を受信し、且つプラズマ状態センサー（光センサーＳ２、温度センサーＳ４）から、プラズマが消えている状態を表す電気信号を受信すると、制御部５０は、可動式放電電極４０をプラズマ反応管２０内に進行させてプラズマを再度発生させる制御信号（点火信号Ｃ１）を発する。プラズマ状態センサー（光センサーＳ２、温度センサーＳ４）からプラズマ状態の異常あるいは導波管内の異常放電を表す電気信号を受信した場合、又は温度センサーＳ５から反射波の増加によるマグネトロンの異常昇温を表す電気信号を受信した場合には、制御部５０は、マイクロ波供給部３０のマグネトロン電源をＯＦＦにし、添加剤の供給を停止させて、装置の運転を停止させる制御信号（供給量調整信号Ｃ３及びマイクロ波出力調整信号Ｃ２）を発する。このとき、同時に、警報を発する制御信号を発してもよい。インターフェースから、処理対象物の組成の変化、例えば、窒素、ＣＦ４、酸素など共存化合物の量が変化した電気信号（処理ガス排出信号Ｓ３）を受信した場合には、制御部５０は、添加剤の供給量を制御して最適な組成の混合気を供給させる制御信号（供給量調整信号Ｃ３）、あるいはマイクロ波供給部３０を制御して最適なプラズマ状態を発生させる制御信号（マイクロ波出力調整信号Ｃ２）を発する。
【００３２】
このように、本方法においては、各種センサーからの電気信号に基づいて、装置の運転の開始及び停止、添加剤の供給量、マイクロ波出力、可動式放電電極を制御することにより、プラズマ処理の自動制御（開始及び停止を含む）が可能となり、半導体製造装置などのハロゲン化物発生源の運転状況に応じた最適運転を行うことができる。
【００３３】
なお、本発明において分解処理することができるハロゲン化物としては、化学蒸着（ＣＶＤ）装置やドライエッチング装置などの半導体製造装置から排出される難分解性ハロゲン化物を好ましく挙げることができ、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８，Ｃ４Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ６、ＨＦＣ、ＣＦＣ、ＨＣＦＣなどの分解に特に有用である。また、本発明の装置及び方法は、このような半導体製造装置から排出される難分解性ハロゲン化物を含むガスに、ドライポンプなどで窒素ガスを添加して大気圧としたものをプラズマ分解する際に特に有用である。
【００３４】
また、本発明においては、処理対象であるハロゲン化物に、パーフルオロ化合物などのハロゲン化物中の炭素を酸化させるための酸素源、及びハロゲンをハロゲン化水素に還元させるための水素源を所定割合で添加して混合気を調製する。添加剤の存在下でプラズマを作用させることにより、ハロゲン化物を一酸化炭素、二酸化炭素及びハロゲン化水素に効率よく分解すると共に、窒素酸化物の生成を抑制できる。酸素源としては、酸素、空気、水又はこれらの混合物を好ましく挙げることができる。特に、安価であり入手しやすいことから、空気又は水を用いることがより好ましい。水素源としては、水素、アンモニア、炭化水素、アルコール、エーテル、エステル、ケトン、カルボン酸、アミン又はこれらの混合物を好ましく挙げることができる。炭化水素としては、炭素数１〜８の直鎖、分枝、環状又は芳香族炭化水素をより好ましく挙げることができ、メタン、プロパンなどがさらに好ましい。アルコールとしては、炭素数１〜５のアルコールをより好ましく挙げることができ、メタノール、エタノール、２−プロパノールなどがさらに好ましい。
【００３５】
酸素源の添加量は、処理対象物含有混合ガス中における酸素原子数と炭素原子数とがほぼ等しくなるような量であり、水素源の添加量は処理対象物含入混合ガス中における水素原子数がハロゲン原子数と同数以上になるような量であることが好ましい。
【００３６】
【好ましい実施形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
図１は、本発明のハロゲン化物マイクロ波プラズマ分解装置の概略構成を示す模式図であり、図２は、本発明のハロゲン化物マイクロ波プラズマ分解装置における制御部とその制御項目を示す説明図である。
【００３８】
本装置は、ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物に、添加剤を供給して混合気を形成させる混合気調製部１０と、該混合気にマイクロ波を作用させてプラズマ化し、ハロゲン化物を分解するプラズマ反応管２０と、該混合気に作用させるマイクロ波を供給するマイクロ波供給部３０と、プラズマ反応管２０内におけるマイクロ波が供給される位置とプラズマ反応管２０外の位置との間で移動可能で該プラズマ反応管２０内におけるマイクロ波が供給される位置（プラズマ発生部２１）において該プラズマ反応管２０内にプラズマを発生させるように放電する可動式放電電極４０と、プラズマ反応管２０内のプラズマ状態を感知するプラズマ状態センサーＳ２及び／又はマイクロ波供給部３０の導波管３１内の熱状態を感知する温度センサーＳ４と、該プラズマ反応管２０へのハロゲン化物又は混合気の供給、すなわち供給気導入部７０へのハロゲン化物又は混合気の供給を感知する圧力センサーＳ１と、ハロゲン化物発生源からのハロゲン化物状態を表す排ガス情報を制御部に入力するインターフェースＳ３と、該プラズマ状態センサーＳ２及び／又は温度センサーＳ４、並びに該圧力センサーＳ１及び該インターフェースＳ３からの電気信号に基づいて、該混合気調製部１０、該可動式放電電極４０、該マイクロ波供給部３０を制御する制御部５０とを備える。図示した実施形態においては、さらに、ハロゲン化物発生源としての半導体製造装置及び窒素ガスを添加する真空ポンプ、並びに分解ガス後処理装置６１及び排気ファン６２を具備する排気処理部６０を含む。排気処理部６０は、プラズマ反応管２０からの排気を冷却すると共に、有害成分を除去する。排気成分のモニターを必要とする場合には、プラズマ反応管２０から分解ガス後処理装置６１に至るライン又は分解ガス後処理装置６１から排気ファン６２に至るラインのいずれか又は双方に、分析機器への分岐ラインを設けてもよい。排気中の有害成分は、湿式又は乾式の捕捉器によって除去することができる。
【００３９】
図３に、添加剤として液体を用いる場合の本装置の概略構成図を示す。本装置は、ハロゲン化物（処理対象物）、添加剤を混合する混合気調製部１０、混合気調製部１０からの供給気の供給状態を検出する圧力センサーＳ１と、供給気導入部７０と、可動式放電電極４０と、プラズマ反応管２０と、マイクロ波供給部３０と、排気処理部６０と、を備える。
【００４０】
混合気調製部１０には、半導体製造装置などの被処理ガス発生部１１と、添加剤の供給部１２〜１４と、混合器１５が含まれる。本実施形態における添加剤の供給は、液体状態の酸素源及び水素源すなわち添加剤１２を、プランジャーポンプ１３で流量を制御しながら気化器１４に送り、気化後、混合器１５に送るように構成されている。気化器１４出口から混合器１５入口までのラインには、保温材又はヒーター（図示せず）を巻いて、結露を防止するようにしてもよい。
【００４１】
混合器１５と供給気導入部７０との間に、供給気の供給を検出する圧力センサーＳ１が設けられている。
供給気導入部７０は、図４に拡大して示すように、プラズマ反応管２０の上方に設けられており、ブロック７１のような構造体で形成されている。プロック７１は、ブロック７１を貫通してプラズマ反応管２０の上端付近まで延在する可動式放電電極４０を通過させるためのほぼ円筒形の竪穴７３と、該竪穴７３を画定する略円筒形肉厚壁７４と、ブロック７１の内部に形成された円筒壁７６で画定される環状の中空部を有する。また、該円筒壁７６は、略円筒形肉厚壁７４及びプラズマ反応管２０の内周壁に符合する位置に形成されている。該中空部内にブロック７１で形成された供給気導入部７０のプラズマ反応管２０の上端部よりも上方の位置に、供給気（処理対象物及び／又は混合気）を導入するように、ブロック７１内の円筒壁７６に対して接線方向に貫通するように供給気導入ノズル７２が設けられている。供給気導入ノズル７２からブロック７１の中空部に接線方向から供給された供給気は、ブロック７１の円筒壁７６に衝突して、略円筒形肉厚壁７４及びブロック７１内の円筒壁７６に沿った旋回流として中空部を流れながら、プラズマ反応管２０に導入される。図示した実施形態において、２本の供給気導入ノズル７２がプラズマ反応管２０を中心として対向する位置に設けられている。本実施形態では２本の供給気導入ノズル７２を示すが、ノズルの本数は限定されない。しかし、旋回流をより均一化するために、複数本の供給気導入ノズルを設けることが好ましく、２〜４本であることがより好ましい。
【００４２】
さらに、ブロック７１には、供給気導入ノズル７２よりも上方の位置に、中空部に通じる穴がプラズマ反応部２１に向かう方向に貫通して設けられており、この穴の上部に光センサーＳ２が組み込まれている。
【００４３】
なお、図示した実施形態において、供給気導入部７０を形成するブロック７１は、上部ブロック７１ａ、下部ブロック７１ｂ及びベースブロック７１ｃからなり、上部ブロック７１ａの上にはガスケット７１ｄを介してブロックキャップ７１ｅを載置し、上部ブロック７１ａと下部ブロック７１ｂとプラズマ反応管２０との間にはｏ−リング７５を介在させ、供給気の漏洩を防止するようになされている。また、図５に示すように、供給気導入部７０全体を収容するハウジング４６をマイクロ波シールドボックスとして構成してもよい。
【００４４】
可動式放電電極４０は、図５に拡大して示すように、駆動源（モーター）４２と、該駆動源４２と接続されており可動式放電電極４０の移動をガイドして可動式放電電極４０の移動距離を規定する駆動機構４３と、によってプラズマ反応管２０に進退可能に駆動される。可動式放電電極４０は、電力を供給する放電電源４４（２〜３ｋＶ）と接続されており、放電電源４４は放電電源スイッチ４５と接続されている。駆動源４２及び放電電源スイッチ４５は、ハウジング４６の外側上面に載置されている。
【００４５】
可動式放電電極４０は、ハウジング４６及び供給気導入部７０のブロック７１の竪穴７３を貫通して、プラズマ反応管２０内に進行し、且つプラズマ反応管２０から後退することができるように、位置づけられている。可動式放電電極４０は、プラズマ反応管２０内に進行する可動式放電電極４０の先端にある放電部４０ａと、中空金属管である外側電極４０ｂと、中空金属管の中心部にある金属棒材である内側電極４０ｃと、を有する同軸二極型放電電極である。
【００４６】
可動式放電電極４０の外側電極４０ｂには駆動機構４３が接続しており、駆動源４２の駆動力を伝達する。さらに、外側電極４０ｂには、放電スイッチ４５と係合可能な作動片４５ａが取り付けられており、駆動源４２及び駆動機構４３により駆動される可動式放電電極４０の放電部４０ａがプラズマ反応管２０内で、プラズマ反応管２０と方形導波管３１とが交差する最もマイクロ波電界強度の高い部分であるプラズマ発生部２１に到達する際に、放電スイッチ４５と係合するように構成されている（図５（ｂ））。よって、放電部４０ａがプラズマ反応管２０から待避すると、直ちに、作動片４５ａは放電スイッチ４５から離れて、可動式放電電極４０はＯＦＦ状態になる（図５（ａ））。また、外側電極４０ｂは、マイクロ波供給部３０の方形導波管３１と電気的に接続しており、可動式放電電極４０がプラズマ発生部２１に到達する際に、マイクロ波に対してスタブを形成する。
【００４７】
プラズマ発生部２１は、図４に拡大して示すように、方形導波管３１がプラズマ反応管２０と交差する領域であり、プラズマ反応管２０内に形成される。方形導波管３１とプラズマ反応管２０との交差は、プラズマ反応管２０の中心線が、方形導波管３１の閉鎖端部３１ａから１／４λの距離に位置するようになされ、Ｈ０１モードによるマイクロ波定在波の電界強度が最大となる場所である。プラズマ反応管２０にマイクロ波を作用させることにより、プラズマ発生部２１を中心として符号２２で示すプラズマフレーム領域が出現する。なお、プラズマ反応管２０の外周にはマイクロ波シールド２３が取り付けられ、マイクロ波の漏洩を防止する。
【００４８】
マイクロ波供給機構３０は、図３に示すように、方形導波管３１と、方形導波管３１に取り付けられたマグネトロン３２（マイクロ波出力０．５〜５ｋＷ）と、マグネトロン３２に接続されているマグネトロン用電源３３と、を含む。方形導波管３１に温度センサーＳ４を取り付け、また図示しないがマグネトロン３２の陽極にも温度センサーを取り付けた。
【００４９】
排気処理部６０は、図３に示すように、プラズマ反応管２０の下端部に設けられている。プラズマ反応管２０の下流で排気の上流に分岐を設けて、排気を成分分析用機器によるモニターに供する。
【００５０】
なお、図３には、プラズマ反応管２０に隣接して、ブロワーが設置されている。このブロワーは、プラズマ反応管２０により熱せられた導波管やマイクロ波シールドなどの金属部を強制冷却するものである。よって、ブロワーが不要となる場合もある。
【００５１】
本発明の別の実施形態としては、以下のような実施形態を挙げることができる。
（１）気化器１４と混合器１５との間に、ノズルやバッファー（共に図示せず）を設けて、プランジャーポンプの脈流により生じた気体状態の酸素源及び水素源の脈動を平滑化する。
（２）酸素源及び水素源が気体である場合には、プランジャーポンプに代えて、例えば、レギュレーター、マスフローコントローラ、定流量ポンプなどを流量調整に用いる。
（３）可動式放電電極の駆動源として、エアシリンダー、各種アクチュエータなどを用いる。プラズマによる温度変化によって動作不良を起こさない駆動源であることが好ましい。
（４）駆動機構として、電極と平行に紐などのガイド部材を取り付けてモーターのプーリに巻き付けることにより駆動させるように構成したものを用いる。
（５）マイクロ波の漏洩を感知するセンサーをマイクロ波シールドの外側に設ける。
（６）半導体製造装置などの処理対象物発生源の運転モードにより窒素ガスの流量が変化したり、ＣＦ４や酸素などの含有量が変化したりする場合に、インターフェースからの情報に基づいて、マイクロ波出力や添加剤供給量を制御する。
【００５２】
【実施例】
実施例１
図３に示す構成のハロゲン化物プラズマ分解装置を製作し、運転試験を行った。
【００５３】
マイクロ波放電部３１として、超扁平方形導波管３１（内側サイズ：９ｍｍ×９６ｍｍ）、標準ランチャーに取り付けたマグネトロン３２（松下電子工業製；２Ｍ２５９−Ｍ１１）及びマグネトロン用電源３３（日本高周波製；ＭＫＮ−１５２−３Ｓ）を用いた。超扁平方形導波管３１の一端３１ａを閉じて、そこから１／４λの距離だけ離れた場所にＨ面と垂直に、プラズマ反応管２０としての放電管（外径２０ｍｍ、内径１３ｍｍ、窒化アルミニウム管）を挿入した。
【００５４】
マイクロ波用整合器（チューナー）を省略し、マイクロ波出力モニターがない状態で、プラズマ発生時にマイクロ波の反射が０となるようにするため、以下の方法で調整を行った。
【００５５】
まず、本装置のランチャーとプラズマ反応管２０との間に、スリースタブチューナー（日本高周波製）と反射波計測用メーターを内蔵するマグネトロン用電源３３を置き、プラズマ発生状態で整合をとってマイクロ波の反射が０となるようにした。このときのマグネトロン３２の陽極温度を計測して定常値となった温度を求めた（１０５℃）。次に、マグネトロン３２の温度が反射波０で得られた温度と同じ値となるように超扁平方形導波管３１の長さを調整した。マグネトロン３２の温度は、マイクロ波の反射量に対して非常に鋭敏であるから、このときのマイクロ波の反射は０であると推定できる。よって、マグネトロン３２の温度を計測することによって、反射波計測用メーターを利用しなくても、マイクロ波の反射量を知ることができ、厳密な整合をとることができる。
【００５６】
図３に示す装置を用いて、下記表１に示す運転条件で、半導体製造装置のドライエッチング装置から排出されるガスを模した模擬ガスの分解処理を行った。プラズマ状態のモニターには、供給気導入部７０の上部ブロック７１ａの竪穴７３に設置したフォトトランジスタＳ２を用いて、プラズマの発する可視光を検出した。供給気流量のモニターには、供給気導入部７０の前段に設けた圧力センサーＳ１を用いて、この部分の圧力値で流量を求めた。温度モニターとして、マグネトロンの陽極温度と方形導波管３１とにキーエンス製Ｋ型熱電対温度計を設置して、異常高温状態を検出するようにした。装置の運転制御は、良好に行われた。
【００５７】
【表１】
2004313998.tif 000003
【００５８】
ＳＣＣＭは、標準状態気体として１分間あたありの流量体積ｃｍ３、ＳＬＭは標準状態気体として１分間当たりの流量体積ｄｍ３を表す。
ＣＦ４の分解率は、９９．４％であった。
【００５９】
実施例２
実施例１で用いた装置を使用し、Ｎ２ガスの流量のみを変化させて、ＣＦ４の分解率を測定した。図６は、ＣＦ４の分解率のＮ２ガスの流量依存性を示すグラフである。図６から、Ｎ２ガス流量が増加するとＣＦ４の分解率が低下することがわかる。これは、ＣＦ４の分解がプラズマ温度に大きく影響されることによるものである。このことから、被処理ガスの流量に応じて、最適なマイクロ波出力を維持することが重要であることがわかる。
【００６０】
実施例３
実施例１で用いた装置を使用し、添加剤として用いる水の供給量を変化させて、ＣＦ４の分解率を測定した。図７は、水の供給量とＣＦ４の分解率及びＮＯの生成量を表すグラフである。図７から、水の供給が過剰であるとＮＯｘが発生しやすくなることがわかる。このことから、被処理ガスの組成に対して最適な添加剤の供給量を維持することで、ＮＯｘの発生を阻止することができることがわかる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明のハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置によれば、窒素と共に半導体製造装置などから排出されるパーフルオロ化合物などの難分解性ハロゲン化物を効率的に分解することができる。
【００６２】
本発明のハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置は、集中処理型の燃焼式分解装置あるいは触媒式分解装置とは異なり、有効な個別処理が可能な簡略化されたハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置である。
【００６３】
また、本発明のハロゲン化物のマイクロ波プラズマ分解装置は、処理対象物を排出する半導体製造装置などの運転状態に連動して、最適なマイクロ波プラズマ状態を与えることができ、大気圧平衡プラズマを用いてハロゲン化物を効率よく分解することができる。
【００６４】
また、本発明のハロゲン化物マイクロ波プラズマ分解装置は、プラズマ状態を検出してマイクロ波の供給を自動的に制御することにより、従来のマイクロ波プラズマ分解装置に必要とされているマイクロ波の整合器、反射波分離器及び無反射終端を不要とする簡略化された装置である。
【００６５】
さらに、本発明のハロゲン化物マイクロ波プラズマ分解装置は、半導体製造装置の運転状況に応じた最適運転が可能であり、個別処理の利用に有用であり、メンテナンス性及び安全性が向上され、製造コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のハロゲン化物マイクロ波プラズマ分解装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明のハロゲン化物マイクロ波プラズマ分解装置に用いる制御項目の説明図である。
【図３】図３は、添加剤として液体を用いる場合の本装置の概略構成図である。
【図４】図４は、図３に示す供給気導入部及びプラズマ反応管を拡大して示す概略図である。
【図５】図５は、図３に示す装置の可動式放電電極及びその駆動機構を拡大して示す概略図である。
【図６】図６は、ＣＦ４の分解率のＮ２ガス流量依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、水の供給量とＣＦ４の分解率及びＮＯの生成量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：混合気調製部
２０：プラズマ反応管
２１：プラズマ発生部
３０：マイクロ波供給部
３１：方形導波管
４０：可動式放電電極
５０：制御部
６０：排気処理部
７０：供給気導入部
【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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