(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に導入された、基板上に薄膜を形成させる際に用いられる気体である薄膜構成原料を処理して薄膜構成材料とし、この薄膜構成材料を前記反応炉内に配置させた基板上に堆積させて薄膜を形成させる薄膜形成手段、及び前記反応炉内の雰囲気を吸引し当該反応炉内を減圧環境に保つ真空排気手段を備えたＣＶＤ装置の、前記薄膜形成手段で前記基板上に前記薄膜を形成しているときに前記真空排気手段で吸引された雰囲気中の前記薄膜構成原料及び薄膜構成材料を含んでなる薄膜形成残渣を処理する薄膜形成残渣処理装置であって、
前記反応炉の排気口と、前記真空排気手段内のポンプの吸入口に接続された配管との間に設けられており、
前記ＣＶＤ装置の前記薄膜形成手段で前記基板上に前記薄膜を形成しているときに前記真空排気手段で吸引された前記薄膜形成残渣に、前記反応炉の排気口と当該薄膜形成残渣処理装置とを接続する配管内にて、前記反応炉のクリーニングに用いられる気体である処理剤を混合して混合物とする導入部と、
前記混合物をプラズマ処理して、当該混合物中に含まれる薄膜構成材料を非堆積性物質に変換すると共に、当該混合物中に含まれる薄膜構成原料を易処理気体に変換する処理手段と
を備えたことを特徴とする薄膜形成残渣処理装置。
【請求項２】
前記導入部は、
フッ素（Ｆ2）、塩素（Ｃｌ2）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、四フッ化メタン（ＣＦ4）、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）、八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）、五フッ化塩化エタン（Ｃ2ＣｌＦ5）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）、三フッ化塩化メタン（ＣＣｌＦ3）若しくは六フッ化硫黄（ＳＦ6）である複数の気体の中から選択された、フッ素またはフッ素化合物である一種類の気体からなる処理剤、あるいは、前記複数の気体の中からフッ素またはフッ素化合物を含めて選択された複数種類の気体を混合してなる処理剤を前記薄膜形成残渣に混合することを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成残渣処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧環境下で基板上へ薄膜を形成させるＣＶＤ装置の反応炉から吸出される薄膜形成残渣を無害化処理する薄膜形成残渣処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ（大規模集積回路）を始めとする各種半導体デバイスやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の作製に際し、基板上に所定の薄膜を作製する方法のｌつとして化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition，以下、ＣＶＤという）法が広く用いられている。
【０００３】
このＣＶＤ法とは、気体として供給された薄膜構成原料に対して熱・光・電磁波などのエネルギーを印加して中間生成物（薄膜構成材料）とし、当該中間生成物（薄膜構成材料）を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。
【０００４】
一般に、このＣＶＤ法は、処理温度の低温度化、希薄気体中における反応促進といった効果を利用するために、減圧環境下で行われる。
図５に示すように、このＣＶＤ法を用いる従来の装置（以下、従来のＣＶＤ装置という）１００は、下記工程（１）〜（３）を順次経ることで基板上に薄膜を形成させている。
（１）真空ポンプ１０１などの真空排気手段により反応炉１０２内の雰囲気を強制的に排出して、反応炉１０２内に減圧環境（希薄気体濃度環境）を作り出す。
（２）減圧環境が形成された反応炉１０２内に供給された気体状の原料ガス（薄膜構成原料）に熱処理やプラズマ処理などを行い、各種活性種（薄膜構成材料）を生成させる。
（３）生成した活性種（薄膜構成材料）を基板Ｗ（ウエハ）上に堆積させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＣＶＤ装置１００では、反応炉１０２内に減圧環境を形成させるために真空排気手段を稼動させると、活性種と成らなかった薄膜構成原料や基板Ｗ上に堆積できなかった薄膜構成材料などからなる薄膜形成残渣を、真空排気手段内に吸出することになる。よって、この従来のＣＶＤ装置１００は次のような問題を内包していた。
【０００６】
（１）薄膜形成残渣に含まれる薄膜構成原料には、モノシランガス（ＳｉＨ4）のように人体に有害（許容濃度５ｐｐｍ）なものや、地球温暖化ガスとして作用するものが多く、そのまま大気中に放出できない。
よって、このような薄膜構成原料を分解処理するために、ポンプ１０１の後流側に燃焼管１０４の設置が必要である。
（２）薄膜形成残渣に含まれる薄膜構成材料（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化ケイ素（ＳｉＮ））は一般に固体物であり、真空排気手段内に吸引された薄膜構成材料が配管１０３やポンプ１０１内に堆積する。
よって、堆積した薄膜構成材料を除去するためにＣＶＤ装置１００を頻繁に止める必要が生じ、装置１００の稼働率が悪くなる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、減圧環境下で基板上へ薄膜を形成させるＣＶＤ装置の反応炉から吸出される薄膜形成残渣を無害化処理する薄膜形成残渣処理装置を提供することである。
より具体的には、ＣＶＤ装置の反応炉内より真空排気手段内に吸引された薄膜形成残渣（薄膜構成原料や薄膜構成材料）に含まれる未反応の薄膜構成原料を易分解性の物質に変換処理すると共に、装置内に堆積する薄膜構成材料を非堆積性物質に変換処理する薄膜形成残渣処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意検討を重ねた結果、次のように構成することで上記課題を解決するに至った。すなわち、反応炉内に導入された、基板上に薄膜を形成させる際に用いられる気体である薄膜構成原料を処理して薄膜構成材料とし、この薄膜構成材料を前記反応炉内に配置させた基板上に堆積させて薄膜を形成させる薄膜形成手段、及び前記反応炉内の雰囲気を吸引し当該反応炉内を減圧環境に保つ真空排気手段を備えたＣＶＤ装置の、前記薄膜形成手段で前記基板上に前記薄膜を形成しているときに前記真空排気手段で吸引された雰囲気中の前記薄膜構成原料および薄膜構成材料を含んでなる薄膜形成残渣を処理する薄膜形成残渣処理装置であって、前記反応炉の排気口と、前記真空排気手段内のポンプの吸入口に接続された配管との間に設けられており、前記ＣＶＤ装置の前記薄膜形成手段で前記基板上に前記薄膜を形成しているときに前記真空排気手段で吸引された前記薄膜形成残渣に、前記反応炉の排気口と当該薄膜形成残渣処理装置とを接続する配管内にて、前記反応炉のクリーニングに用いられる気体である処理剤を混合して混合物とする導入部と、前記混合物をプラズマ処理して、当該混合物中に含まれる薄膜構成材料を非堆積性物質に変換すると共に、当該混合物中に含まれる薄膜構成原料を易処理気体に変換する処理手段とを備えた構成とした（請求項１）。
【０００９】
かかる構成によると、真空排気手段側に吸引された薄膜構成原料は前記処理手段においてプラズマ処理され、簡便な処理法がすでに確立されている易処理気体に変換される。よって、薄膜構成原料をそのままの状態で装置外に排出させることがない。
また、基板上に堆積せずに真空排気手段内に吸引された固体状の薄膜構成材料は、薄膜形成残渣処理装置において非堆積性の気体状物質に変換されるので、真空排気手段内、すなわち真空排気手段の配管やポンプ内に、薄膜構成材料が堆積することがない。
また、前記導入部は、フッ素（Ｆ2）、塩素（Ｃｌ2）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、四フッ化メタン（ＣＦ4）、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）、八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）、五フッ化塩化エタン（Ｃ2ＣｌＦ5）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）、三フッ化塩化メタン（ＣＣｌＦ3）若しくは六フッ化硫黄（ＳＦ6）である複数の気体の中から選択された、フッ素またはフッ素化合物である一種類の気体からなる処理剤、あるいは、前記複数の気体の中からフッ素またはフッ素化合物を含めて選択された複数種類の気体を混合してなる処理剤を前記薄膜形成残渣に混合することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を適宜参照しながら本発明の一実施の形態を説明する。
ここで、薄膜構成原料とは、基板上に薄膜を形成させる際に用いられる一般的な原料ガスのことである。この原料ガスとしては、（１）シランガス（ＳｉＨ4）、及び酸素、（２）シランガス（ＳｉＨ4）、ホスフィン（ＰＨ3）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、及びジボラン（Ｂ2Ｈ6）、（３）シランガス（ＳｉＨ4）、テトラエトキシジシラン（ＴＥＯＳ）、一酸化二窒素、及び酸素、（４）シランガス（ＳｉＨ4）、及びアンモニアといった各種組み合わせが一例としてあげられる。
なお、本実施の形態では、原料ガスとして、シランガス（ＳｉＨ4）と酸素との混合気体を用いている。
【００１１】
薄膜構成材料とは、前記薄膜構成原料の処理により生じた中間体、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのことである。
なお、本実施の形態では、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）がこれに該当する。
反応炉内の雰囲気とは、反応炉内に存在する物質、すなわち、気体成分（薄膜構成原料及びその処理により生じた中間体、二次生成物）、及び固体成分（薄膜構成材料）のことをいう。
薄膜形成残渣とは、ＣＶＤ装置の反応炉から吸出された薄膜構成原料、薄膜構成材料のことをいう。
【００１２】
処理剤とは、従来のＣＶＤ装置の反応炉内のクリーニングに用いられる一般的な処理剤または処理剤と処理助剤との混合物のことである。なお、本実施の形態では、この処理剤として三フッ化窒素（ＮＦ3）を用いている。
また、処理助剤とは、処理反応効率の向上を目的として添加されるものであり、このようなものとして、酸素、水などが挙げられる。
【００１３】
図１は、本発明の薄膜形成残渣処理装置１を備えたＣＶＤ装置２００の概略説明図、図２は、本発明の薄膜形成残渣処理装置１の概略図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の薄膜形成残渣処理装置１を備えたＣＶＤ装置２００は、反応炉２、真空排気手段３、薄膜形成残渣処理装置１より構成されている。
【００１５】
このＣＶＤ装置２００の反応炉２とは、反応炉２内に供給された薄膜構成原料に、熱、光、電磁波などのエネルギーを印加して薄膜構成材料とし、当該薄膜構成材料を反応炉２内に配置した基板上に堆積させる工程を行う炉である。
【００１６】
この反応炉２は、この分野において一般的に用いられる構成を備えた反応炉であれば特に限定されるものではなく、適宜選択可能である。また、薄膜構成原料から薄膜構成材料に変換する方法も、熱方式、プラズマ方式など適宜選択可能である。
なお、本実施の形態で用いる反応炉２は、低温で緻密な薄膜が基板上に形成されるなどの理由により、プラズマ方式を採用している。
よって、この反応炉２は、反応炉２内に導入された薄膜構成原料をプラズマ処理するために高周波電源を備え、当該高周波電源に接続された高周波コイルにより薄膜構成原料を加熱してプラズマが生じるように構成されている。
【００１７】
ＣＶＤ装置２００の真空排気手段３とは、前記反応炉２内に減圧環境を作り出すために、当該反応炉２内の雰囲気を強制的に吸引する装置である。
【００１８】
この真空排気手段３は、ポンプ２０と、配管２１、２２とを備えている。
この真空排気手段３の配管２１は、一端が前記反応炉２に接続された薄膜形成残渣処理装置１に接続され、他端がポンプ２０の吸入口（図示せず）に接続されている。
一方、前記配管２２は、一端が前記ポンプ２０の排出口（図示せず）に接続され、他端側には、後述する薄膜形残渣処理装置１から排出された処理後の気体を大気中に排出する排出口が設けられている。
この真空排気手段３のポンプ２０は、この分野において一般的に使用されるドライポンプであれば適宜選択可能である。このようなポンプとして、例えば、メカニカルブースタポンプ、ドライポンプなどが挙げられる。また、これらポンプは単一で用いる構成に限定されるものではなく、各ポンプを組み合わせて用いる構成とすることも可能である。
【００１９】
ＣＶＤ装置２００の薄膜形成残渣処理装置１とは、前記真空排気手段３のポンプ２０の稼動により、前記反応炉２内より吸出された薄膜形成残渣（薄膜構成原料及び薄膜構成材料が含まれている）に処理剤を混合してなる混合物を、プラズマ処理して前記薄膜形成残渣を無害化処理する装置である。
【００２０】
この薄膜形成残渣処理装置１は、前記反応炉２と、前記真空排気手段３の配管２１との間に設けられており、前記真空排気手段３のポンプ２０の稼動により反応炉２内から吸引された雰囲気は、必ずこの薄膜形成残渣処理装置１内を通って真空排気手段３に導かれるように構成されている。
【００２１】
この薄膜形成残渣処理装置１は、導入部３０とプラズマ処理部３１を備えている。
薄膜形成残渣処理装置１の導入部３０は、処理剤を配管３２内に導入して配管３２内を前記反応炉２からポンプ２０方向に向かって挿通する薄膜形成残渣に混合する。
前記配管３２の外周面上には、前記処理剤を配管３２内に導くための導入管３８が接続されている。この導入管３８の配管３２に接続されていない他端は、処理剤が充填されたボンベ等（図示せず）と接続され、この配管３２の前記配管３２とボンベとの間に設けられたバルブ３９により、配管３２内に導かれる処理剤の流量が調節自在となるように構成されている。
【００２２】
なお、この配管３２の長さが長くなると、前記反応炉から吸出される薄膜形成残渣がこの配管３２内に堆積し易くなる。よって、この配管３２の長さは、導入部において導入される処理剤と薄膜形成残渣とが良好に混合される最低限の長さであることが好ましい。また、本発明の薄膜形成残渣処理装置１の配設位置も前記反応炉の直近の後流側であることが好ましい。
【００２３】
この処理剤は、ＣＶＤ装置の反応炉のクリーニングに用いられる気体であれば特に限定されるものではなく適宜選択可能である。このような処理剤として、使用可能なものとしては、フッ素（Ｆ2）、塩素（Ｃｌ2）、三フッ化窒素（ＮＦ3）、四フッ化メタン（ＣＦ4）、六フッ化エタン（Ｃ2Ｆ6）、八フッ化プロパン（Ｃ3Ｆ8）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）、五フッ化塩化エタン（Ｃ2ＣｌＦ5）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）、三フッ化塩化メタン（ＣＣｌＦ3）若しくは六フッ化硫黄（ＳＦ6）などが挙げられる。
なお、本実施の形態では、この処理剤として三フッ化窒素（ＮＦ3）を用いているが、この代わりに上記した気体の中から選択された一種類の気体や、複数種類の気体を混合して使用する構成としても良い。
また、上記気体の他に、酸素、水などの助剤を導入部３０より添加する構成としても良い。
【００２４】
薄膜形成残渣処理装置１のプラズマ処理部３１は、前記導入部３０で処理剤が混入されてなる混合物（処理剤と前記薄膜形成残渣との混合物）をプラズマ処理して、混合物中に含まれる有害成分を無害化処理する。
【００２５】
このプラズマ処理部３１は、アルミナセラミックチャンバ３４と、高周波コイル３５、高周波電源３６、変換アダプタ３７等より構成される。
プラズマ処理部３１のアルミナセラミックチャンバ３４は、前記混合物を挿通させるために円筒形状を有しており、その円筒を形成する壁の内部には、冷却水を挿通させる冷却路３３が形成されている。
【００２６】
プラズマ処理部３１の前記高周波コイル３５は、当該高周波コイル３５に高周波電流を流すことで生じる磁場により、前記アルミナセラミックチャンバ３４内にプラズマを発生させ、混合物をプラズマ処理する。
この高周波コイル３５は、前記アルミナセラミックチャンバ３４の外周面から所定距離離間した位置に、前記アルミナセラミックチャンバ３４の上流から下流に向かってアルミナセラミックチャンバ３４の外周面上に沿って螺旋状に巻き付けられている。
なお、本実施の形態ではこの高周波コイル３５は銅線である。
【００２７】
プラズマ処理部３１の高周波電源３６は、マッチングボックスを介して前記高周波コイル３５と接続され、前記高周波コイル３５に流される電流の制御を行う。
また、プラズマ処理部３１の前記変換アダプタ３７は、交流電源を直流電源に変換し、前記高周波電源３６に供給する。
【００２８】
＜動作＞
次に、本発明の薄膜形成残渣処理装置１の動作を、この薄膜形成残渣処理装置１を備えたＣＶＤ装置２００を用いて説明する（図１乃至図２参照）。
ＣＶＤ装置２００の真空排気手段３のポンプ２０が稼動すると、前記ＣＶＤ装置２００の反応炉２内の雰囲気が反応炉２に接続された薄膜形成残渣処理装置１内に吸引される。
そして、薄膜形成残渣処理装置１内に吸引された雰囲気中の薄膜形成残渣は、導入部３０において、処理剤と混合され薄膜形成残渣と処理剤との混合物となる。
ついで、この混合物が前記真空排気手段３のポンプ２０の吸引によりアルミナセラミックチャンバ３４内に導かれると、当該アルミナセラミックチャンバ３４の外周面に巡らせた高周波コイル３５による加熱により、アルミナセラミックチャンバ３４内にプラズマが発生する。そして、発生したプラズマにより混合物中に含まれる薄膜形成残渣が処理される。
【００２９】
この際、分解ガス中のフッ素の存在により、前記薄膜形成残渣に含まれる薄膜構成原料のモノシランガス（ＳｉＨ4）は、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）に変換される。
一方、前記薄膜形成残渣に含まれる薄膜構成材料である二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）は、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）に変換される。
ここで、この四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）は気体成分であるので、プラズマ処理部３１の後流からは、固体状のものは放出されない。
なお、このプラズマ処理部３１の後流から排出される四フッ化ケイ素は水スクラバー法による容易な処理法が確立されているものである。
【００３０】
＜実施例＞
本発明の薄膜形成残渣処理装置１を利用して、薄膜形成残渣の処理試験を行った。
ＣＶＤ装置２００の反応炉２から真空排気手段３へ吸出される薄膜形成残渣として、モノシランガス（ＳｉＨ4）及び酸素を、導入部３０から導入される処理剤として、三フッ化窒素（ＮＦ3）を用い、モノシランガス及び酸素の流量を２００ｍｌ／分に固定し、三フッ化窒素（ＮＦ3）（処理剤）の流量を０〜６００ｍｌ／分まで変化させて薄膜形成残渣処理装置１の後流より排出される気体成分の定量分析をＦＴ−ＩＲ（ＭＩＤＡＣ社製、ＩＧＡ−２０００Ｖ（セル長１ｃｍ））を用いて行った。
なお、この薄膜構成残渣処理装置１のプラズマ処理部３１での処理は、次の条件で行った。
ＲＦ出力：１２００Ｗ、周波数：１．８−２．２ＭＨｚ、冷却水流量：４Ｌ／ｍｉｎ
【００３１】
なお、含ケイ素成分（ＳｉＯ2）が配管やポンプ内に堆積すると定量ができなくなるので、排出ガス中におけるケイ素のマスバランスを確認することで、堆積物の量を推定した。図４はその結果を示す図である。
【００３２】
図４に示すように、処理剤である三フッ化窒素（ＮＦ3）の流量を０ｍｌ／分に設定すると、排出ガス中のケイ素（Ｓｉ）分のマスバランスは５０．１４％となった。この結果より、薄膜形成残渣処理装置１内に供給されたケイ素（Ｓｉ）分の約半分が固体状のケイ素となり、薄膜形成残渣処理装置１内に堆積したことが判る。
【００３３】
一方、三フッ化窒素（ＮＦ3）の流量を１００〜４００ｍｌ／分の間に設定すると、排出ガス中のモノシランガス（ＳｉＨ4）の量は減少したが、ケイ素（Ｓｉ）分のマスバランスは、１８．５９〜５４．１８％であった。
これは、三フッ化窒素（ＮＦ3）の分解により生ずるフッ素活性種（フッ素ラジカルなど）の絶対量が少ないために、発生したフッ素活性種のほとんどが、モノシランガスの分解により生じた水素活性種（水素ラジカルなど）と結合しフッ化水素（ＨＦ）となったためである。
【００３４】
また、三フッ化窒素の（ＮＦ3）の流量を５００ｍｌ／分以上に設定すると、排出ガス中に含まれる四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）の量が増加し、かつ、ケイ素（Ｓｉ）分のマスバランスが９１．０８〜９７．６７％となった。すなわち、この薄膜形成残渣処理装置１に供給されたケイ素（Ｓｉ）分のほとんど総てが気体状態で排出されたことになる。
これは、三フッ化窒素（ＮＦ3）の流量の増加により、三フッ化窒素（ＮＦ3）の分解により生ずるフッ素活性種の絶対量も増加し、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）の生成量が増加したためである。
【００３５】
よって、本発明の薄膜形成残渣処理装置１は、薄膜形成残渣に含まれる固体状のケイ素分（ＳｉＯ2）を、気体状の四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）に変換すると共に、モノシランガス（ＳｉＨ4）を容易な処理法の確立されている四フッ化ケイ素（ＳｉＦ4）に変換することが確認された。
また、本発明の薄膜形成残渣処理装置１を備えたＣＶＤ装置では、従来のＣＶＤ装置のように、薄膜形成残渣が真空排気手段とその配管内に堆積することが無くなるので、装置の稼働率の改善がもたらされる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、真空排気手段の吸引により、薄膜形成残渣処理装置内に供給された薄膜形成残渣の中の薄膜構成原料は、処理手段においてプラズマ処理され、簡便な処理法がすでに確立されている気体に変換される。よって、薄膜構成原料をそのままの状態で装置外に排出させない。
また、真空排気手段により、薄膜形成残渣処理装置内に供給された薄膜形成残渣の中の薄膜構成材料も、同様に処理手段においてプラズマ処理され、非堆積性の物質に変換されるので、真空排気手段内、すなわち真空排気手段の配管やポンプ内に薄膜構成材料が堆積することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜形成残渣処理装置を備えたＣＶＤ装置の概略構成を説明する概略説明図である。
【図２】本発明の薄膜形成残渣処理装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の薄膜形成残渣処理装置の斜視図である。
【図４】本発明の薄膜形成残渣処理装置を用いた実験結果を表す図である。
【図５】従来のＣＶＤ装置の概略を説明する概略説明図である。
【符号の説明】
１・・・薄膜形成残渣処理装置
３０・・導入部
３１・・プラズマ処理部
３２・・配管
３４・・アルミナセラミックチャンバ
【図１】
0004707262.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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