JP2009004719A - Surface processing method and device - Google Patents

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Tetsuya Ishii
徹哉 石井
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power requirements for plasma making and to enable continuous processing. <P>SOLUTION: An object W to be processed is arranged under almost atmospheric pressure. Gas (processing fluid) from a processing fluid source 1 is introduced to a plasma making means 20 with pressure lower than the almost atmospheric pressure to be made plasma under low pressure. A pressurizing means 30 pressurizes the gas after being made plasma to the almost atmospheric pressure to be brought into contact with the object W to be processed under the almost atmospheric pressure from a supplying part 40. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマを用いて処理流体をプラズマ化して被処理物を表面処理する方法及び装置に関し、例えば、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板や半導体ウェハ等の被処理物に反応性ガスなどの処理流体を接触させることにより、エッチング、洗浄、成膜、表面改質等の表面処理を行なう方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for surface-treating an object to be processed by converting plasma into a processing fluid using plasma, for example, processing a reactive gas or the like on an object to be processed such as a glass substrate for a flat panel display or a semiconductor wafer. The present invention relates to a method and an apparatus for performing surface treatment such as etching, cleaning, film formation, and surface modification by bringing a fluid into contact therewith.

近年、半導体の製造などの分野では、略大気圧(大気圧またはその近傍の圧力)下でプラズマ化した処理ガスを基板に接触させる大気圧プラズマ表面処理が行われている。処理能力の高いラジカルや反応性の安定化合物(HF等)の生成も可能になっている。減圧環境を作る必要がないため、被処理物の処理チャンバーへの出し入れをスムーズに行なうことができ、連続的な処理が可能である。大型化傾向にあるLCDの処理にも容易に対応できる等、メリットが大きい(特許文献1参照)。
特許第3147137号公報
In recent years, in the field of semiconductor manufacturing or the like, atmospheric pressure plasma surface treatment is performed in which a processing gas that has been converted to plasma is brought into contact with a substrate at substantially atmospheric pressure (atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof). Generation of radicals with high throughput and reactive stable compounds (such as HF) is also possible. Since it is not necessary to create a reduced pressure environment, the processing object can be smoothly put in and out of the processing chamber, and continuous processing is possible. There is a great merit that it can easily cope with the processing of LCD which tends to be large (see Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3147137

一方、略大気圧の圧力下では、低圧下に比べ放電開始電圧が上昇しプラズマを発生させるのに大きな電力が必要である。これに対応してトランスを大きくする必要があり、装置のコストが上昇する。また、電極間ギャップを小さくして電界強度を高くするのが好ましいが、そうすると、反応に必要なプラズマ体積を確保するために、電極面積を大きくしなければならず、装置コストが更に上昇する。被処理基板が大型になると電源規模がますます大きくなり、装置コストが更に上昇する。投入電力の大部分は最終的に熱に変換されるために、チラーなどの付帯設備も大規模化する。
上記事情に鑑み、発明者は、プラズマ化の圧力と被処理物の配置環境の圧力とを異ならせることを着想した。
On the other hand, under a pressure of about atmospheric pressure, the discharge start voltage rises and a large amount of electric power is required to generate plasma compared with a low pressure. Correspondingly, it is necessary to enlarge the transformer, which increases the cost of the apparatus. In addition, it is preferable to increase the electric field strength by reducing the gap between the electrodes. However, in order to secure the plasma volume necessary for the reaction, the electrode area must be increased, which further increases the cost of the apparatus. As the substrate to be processed becomes larger, the power supply scale becomes larger and the equipment cost further increases. Since most of the input power is finally converted into heat, the incidental facilities such as chillers will also become larger.
In view of the above circumstances, the inventor has conceived that the pressure of plasmatization is different from the pressure of the arrangement environment of the workpiece.

本発明は、上記着想に基づいてなされたものであり、その要旨は、処理流体を、被処理物の配置環境より低圧の環境下においてプラズマ状態にした後、すなわちプラズマ化(分解、励起、ラジカル化、イオン化を含む)した後(プラズマ化工程)、加圧して前記被処理物に接触させるものである(プラズマ化後処理工程)。
本発明に係る表面処理装置は、互いの間が被処理物の配置環境の圧力より低い圧力環境となる一対の電極を含み、前記電極間において処理流体をプラズマ化するプラズマ化手段と、前記プラズマ化後の処理流体を加圧し前記被処理物に供給するプラズマ化後処理手段と、を備えたことを特徴とする。
これによって、プラズマ化の所要電力を、被処理物の配置環境とほぼ同じ圧力にした場合に比べ小さくすることができる。
The present invention has been made on the basis of the above idea, and the gist of the present invention is that the processing fluid is brought into a plasma state under an environment lower in pressure than the environment in which the object is to be processed, that is, converted into plasma (decomposition, excitation, radicals). (Including plasma formation and ionization) (plasma formation step), and then pressurizing to contact the object to be processed (post-plasma treatment step).
The surface treatment apparatus according to the present invention includes a pair of electrodes between which a pressure environment is lower than the pressure of the environment in which the workpiece is disposed, and the plasma processing means for converting the processing fluid into plasma between the electrodes, and the plasma And a post-plasma treatment means that pressurizes the treated fluid and supplies it to the object to be treated.
As a result, the power required for plasmaization can be reduced as compared with the case where the pressure is almost the same as that of the arrangement environment of the object to be processed.

前記プラズマ化工程では、原料ガス(プラズマ化前のガス状の処理流体)をプラズマ状態にして反応ガス(プラズマ照射後のガス状の処理流体)を得ることにしてもよい。
前記プラズマ化後処理工程では、前記反応ガスを前記配置環境以上の圧力まで加圧し(加圧工程)、前記加圧後の反応ガス(加圧後のガス状の処理流体)を前記被処理物に接触させる(接触工程)ことにしてもよい。
前記プラズマ化手段が、前記電極間において原料ガスをプラズマ状態にして反応ガスを生成し、前記プラズマ化後処理手段が、前記反応ガスを前記配置環境以上の圧力まで加圧する加圧手段と、前記加圧後の反応ガスを前記被処理物に供給する供給部と、を含んでいてもよい。
In the plasma process, the source gas (a gaseous processing fluid before the plasma process) may be changed to a plasma state to obtain a reaction gas (a gaseous processing fluid after the plasma irradiation).
In the post-plasma treatment step, the reaction gas is pressurized to a pressure higher than the arrangement environment (pressurization step), and the pressurized reaction gas (a gaseous treatment fluid after pressurization) is treated as the object to be treated. You may make it contact (contact process).
The plasmarization means generates a reaction gas by bringing the raw material gas into a plasma state between the electrodes, and the post-plasmaization processing means pressurizes the reaction gas to a pressure higher than the arrangement environment; and And a supply unit that supplies the pressurized reaction gas to the object to be processed.

前記被処理物の配置環境の圧力は、略大気圧であることが好ましく、プラズマ化の圧力環境は、略大気圧より低圧であることが好ましい。
これによって、プラズマ化の所要電力を確実に小さくでき、電源設備の小型化及びコストの低廉化を図ることができる。しかも、被処理物の処理自体は略大気圧下で行なうものであるため、被処理物の出し入れの度に大気圧に戻したり減圧したりする必要がなく、連続的な処理が可能になる。
ここで、略大気圧とは、大気圧又は大気圧近傍の圧力であり、具体的には大気圧(1.013bar)の±10%以内であるのが好ましい。
The pressure in the environment in which the object is disposed is preferably approximately atmospheric pressure, and the pressure environment for the plasma treatment is preferably lower than approximately atmospheric pressure.
As a result, the power required for plasma generation can be reliably reduced, and the power supply equipment can be reduced in size and cost. In addition, since the processing of the object to be processed is performed under substantially atmospheric pressure, it is not necessary to return to the atmospheric pressure or reduce the pressure every time the object to be processed is taken in or out, and continuous processing becomes possible.
Here, the substantially atmospheric pressure is atmospheric pressure or a pressure in the vicinity of atmospheric pressure, and specifically, preferably within ± 10% of atmospheric pressure (1.013 bar).

前記処理流体は、気体の状態でプラズマ化されるのが好ましいが、霧状等の液体の状態又は粒子状等の固体の状態でプラズマ化されるようになっていてもよい。気体に霧状の液体や粒子状の固体が含まれていてもよい。   The processing fluid is preferably plasmatized in a gaseous state, but may be plasmatized in a liquid state such as a mist or a solid state such as a particle. The gas may contain a mist-like liquid or a particulate solid.

前記プラズマ化後の処理流体の加圧は、気体の状態で行なってもよい。この場合、加圧手段として、例えば圧縮機を用いるとよい。被処理物の配置環境が略大気圧であり。プラズマ化環境が略大気圧より低圧である場合、圧縮機として真空ポンプを用いるとよい。この真空ポンプによって、前記低圧環境が作られるようにするのが好ましい。ガスが腐食性の場合は、テフロン(登録商標)などの耐腐食性材料からなるダイアフラムポンプを用いるのが好ましい。
前記真空ポンプなどの圧縮機の下流側にパーティクルを除去するパーティクルフィルターを設けるのが好ましい。
これによって、圧縮機等においてパーティクルが発生しても、被処理物にパーティクルが付くのを防止することができる。
Pressurization of the processing fluid after the plasma treatment may be performed in a gaseous state. In this case, for example, a compressor may be used as the pressurizing means. The processing environment of the workpiece is approximately atmospheric pressure. When the plasma environment is lower than about atmospheric pressure, a vacuum pump may be used as the compressor. It is preferable that the low-pressure environment is created by the vacuum pump. When the gas is corrosive, it is preferable to use a diaphragm pump made of a corrosion-resistant material such as Teflon (registered trademark).
It is preferable to provide a particle filter for removing particles on the downstream side of the compressor such as the vacuum pump.
Thereby, even if particles are generated in the compressor or the like, it is possible to prevent the particles from being attached to the object to be processed.

前記加圧手段として、エジェクタを用いてもよい。エジェクタは、駆動流体の噴射により、前記プラズマ化後の処理流体を吸い込んで前記被処理物へ導出する。前記吸い込みにより前記低圧環境が形成される。
エジェクタは可動部がないためメンテナンスが容易であり、コストも安価である。
たとえば、処理流体がCFとHOとを含む場合、CFの2倍以上のHOをプラズマに投入することにより、CFをほぼ完全に分解しHFを生成することができる。このとき、エジェクタでプラズマ空間を低圧環境にしておくことにより、HOとHFの凝縮を抑えることができる。それでも凝縮が起きるときは、プラズマ化手段を加熱するとよいが、低圧であるため加熱温度は比較的低温でよく、プラズマ化手段の構成部材の材料選択の自由度が高い。
駆動流体の主成分は、空気でもよく、Nガスでもよく、COガスでもよく、Arガスでもよい。特にCOやArガスは空気やNよりも分子量が大きいため、駆動流体の流量を小さくできる。Nは空気より分子量が小さため、別途、圧縮機で加圧する必要が生じる場合もあるが、非腐食性であるため圧縮機の選定は容易であり、スクロール圧縮機などを用いることもできる。圧縮機の出口にはフィルタを設け、パーティクルを除去するのが好ましい。
An ejector may be used as the pressurizing means. The ejector sucks the processing fluid after being converted into plasma by the ejection of the driving fluid and guides it to the object to be processed. The suction creates the low pressure environment.
Since the ejector has no moving parts, maintenance is easy and the cost is low.
For example, if the process fluid comprises CF 4 and H 2 O, by injecting two-fold or more of H 2 O CF 4 plasma can generate almost completely decompose CF 4 HF. At this time, condensation of H 2 O and HF can be suppressed by setting the plasma space in a low pressure environment with an ejector. If condensation still occurs, the plasmatization means may be heated. However, since the pressure is low, the heating temperature may be relatively low, and the degree of freedom of material selection for the components of the plasmatization means is high.
The main component of the driving fluid may be air, N 2 gas, CO 2 gas, or Ar gas. In particular, CO 2 and Ar gas have a molecular weight greater than that of air or N 2 , so that the flow rate of the driving fluid can be reduced. Since N 2 has a molecular weight smaller than that of air, it may be necessary to separately pressurize it with a compressor. However, since it is non-corrosive, selection of the compressor is easy, and a scroll compressor or the like can be used. It is preferable to provide a filter at the outlet of the compressor to remove particles.

前記プラズマ化後処理工程が、前記プラズマ化後の処理流体を凝縮又は凝固させるとともに加圧して前記低圧環境より高圧の液体又は固体からなる凝結体を得る凝結体生成工程と、前記凝結体を気化させる気化工程とを含むことが好ましい。さらに、前記プラズマ化後処理工程が、前記気化工程で凝結体から気化された処理流体を被処理物に供給する供給工程を含むのが好ましい。
前記プラズマ化後処理手段が、前記プラズマ化後の処理流体を凝縮又は凝固させるとともに加圧して前記低圧環境より高圧の凝結体を得る凝結体生成手段と、前記凝結体を気化させる気化手段とを含んでいてもよい。
前記凝結体生成工程では、前記プラズマ化後の処理流体を、気体の状態から凝結及び加圧して凝結体を得るのが好ましい。
加圧後の凝結体は、前記低圧環境より高圧であればよく、被処理物の配置環境の圧力以上であるのが好ましいが、被処理物の配置環境より低圧であってもよい。
The post-plasmaization treatment step condenses or solidifies the plasma-treated treatment fluid and pressurizes it to obtain a condensate composed of a liquid or solid having a higher pressure than the low-pressure environment, and vaporizes the condensate. It is preferable to include a vaporizing step. Furthermore, it is preferable that the post-plasmaization treatment step includes a supply step of supplying the treatment fluid vaporized from the aggregate in the vaporization step to an object to be treated.
The post-plasmaization processing means condenses or solidifies the plasma-processed processing fluid and pressurizes it to obtain a high-pressure condensate from the low-pressure environment, and a vaporization means for vaporizing the condensate. May be included.
In the aggregate generation step, it is preferable to obtain the aggregate by condensing and pressurizing the processing fluid after the plasma formation from a gaseous state.
The aggregate after pressurization only needs to have a pressure higher than that of the low-pressure environment, and is preferably equal to or higher than the pressure of the environment in which the object is disposed, but may be lower than the environment in which the object is disposed.

前記プラズマ化工程では、原料ガス(プラズマ化前のガス状の処理流体)をプラズマ状態にして一次反応ガス(プラズマ化後のガス状の処理流体)を得ることにし、前記プラズマ化後処理工程では、前記一次反応ガスを凝結及び加圧して前記低圧環境より高圧の凝結体すなわち凝結加圧後の液状又は固体状の処理流体を得(凝結体生成工程)、前記凝結体を気化させて前記配置環境以上の圧力の二次反応ガスすなわち気化後の処理流体を得(気化工程)、前記二次反応ガスを前記被処理物に接触させる(接触工程)ことにしてもよい。
前記プラズマ化手段が、前記電極間において原料ガスをプラズマ状態にして一次反応ガスを生成し、前記プラズマ化後処理手段が、前記一次反応ガスを凝結及び加圧して前記低圧環境より高圧の凝結体を得る凝結体生成手段と、前記凝結体を気化させて前記配置環境以上の圧力の二次反応ガスを得る二次反応ガス生成手段と、前記二次反応ガスを前記被処理物に供給する供給部と、を含んでいてもよい。
これによって、プラズマ化の所要電力を小さくできるのに加えて、凝結により流体の体積を大幅に小さくすることができる。
In the plasma treatment step, the raw material gas (a gaseous processing fluid before the plasma treatment) is changed to a plasma state to obtain a primary reaction gas (a gaseous treatment fluid after the plasma treatment). , Condensing and pressurizing the primary reaction gas to obtain a condensate having a pressure higher than that of the low-pressure environment, that is, a liquid or solid processing fluid after the condensing pressurization (condensate forming step) A secondary reaction gas having a pressure higher than the environment, that is, a treatment fluid after vaporization may be obtained (vaporization step), and the secondary reaction gas may be brought into contact with the object to be treated (contact step).
The plasmarization means generates a primary reaction gas by putting the raw material gas in a plasma state between the electrodes, and the post-plasmaization treatment means condenses and pressurizes the primary reaction gas to condense at a pressure higher than the low pressure environment. A condensate generating means for obtaining a secondary reaction gas generating means for vaporizing the condensate to obtain a secondary reaction gas having a pressure higher than the arrangement environment, and a supply for supplying the secondary reaction gas to the object to be treated May be included.
Thereby, in addition to reducing the power required for plasma formation, the volume of the fluid can be significantly reduced by condensation.

ここで、「凝結」とは、凝縮または凝固を言う。凝固は、気体が液体を経て固体になる場合と、気体から固体に昇華する場合とを含む。
「処理流体の凝結」は、処理流体の構成成分の一部が凝結し、残部が凝結前の気体状態を維持する場合を含む。
Here, “condensation” refers to condensation or solidification. Solidification includes the case where the gas becomes solid through the liquid and the case where the gas sublimes from the gas.
“Condensation of the processing fluid” includes a case where a part of the constituents of the processing fluid condenses and the rest maintains a gas state before the condensing.

前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)を加圧することにより凝結させることにしてもよい。
前記凝結体生成手段が、前記一次反応ガスの加圧手段を含み、前記一次反応ガスを加圧することにより凝結させるようになっていてもよい。
The processing fluid (primary reaction gas) after the plasma may be condensed by pressurization.
The aggregate generation means may include a pressurizing means for the primary reaction gas, and the aggregate may be condensed by pressurizing the primary reaction gas.

前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)を冷却することにより凝結させることにしてもよい。
前記凝結体生成手段が、前記一次反応ガスを冷却する冷却器を含んでいてもよい。
これによって、一次反応ガスを確実に凝結させることができる。
The processing fluid (primary reaction gas) after the plasma treatment may be condensed by cooling.
The aggregate generation means may include a cooler that cools the primary reaction gas.
As a result, the primary reaction gas can be reliably condensed.

前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)と、これを冷却する冷却媒体とを、互いに対向方向へ流すことにより、前記冷却を行なうことにしてもよい。これによって、処理流体(一次反応ガス)を凝固させないように徐々に冷却させ凝縮させることができる。
前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)と冷却媒体を、互いに並行流になるように流通させることにしてもよい。
You may decide to perform the said cooling by flowing the processing fluid (primary reaction gas) after the said plasma-izing, and the cooling medium which cools this in the mutually opposing direction. As a result, the processing fluid (primary reaction gas) can be gradually cooled and condensed so as not to solidify.
You may make it distribute | circulate so that the processing fluid (primary reaction gas) and cooling medium after the said plasma-ization may mutually become a parallel flow.

前記凝結体生成工程が、前記プラズマ化後の処理流体を前記低圧環境下で凝縮又は凝固させ前記加圧前の凝結体を得る凝結工程と、その後、前記凝結体を加圧する加圧工程とを含むことが好ましい。前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)を凝結させた後に加圧することが好ましい。
前記凝結体生成手段が、前記プラズマ化後の処理流体を前記低圧環境下で凝縮又は凝固させ前記加圧前の凝結体を得る凝結手段と、前記凝結手段からの凝結体を加圧する加圧手段とを含んでいてもよい。
前記凝結体生成手段が、前記一次反応ガスを凝縮させる凝縮手段と、凝縮した液状の凝結体を加圧する液体加圧手段とを含んでいてもよい。
これにより、加圧対象の体積を大幅に小さくでき、加圧手段を大幅に小型化でき、低コスト化を図ることができる。前記凝結が凝縮であり、液状の凝結体(反応液)が得られる場合、加圧手段としてチューブポンプやダイヤフラムポンプ等の液体加圧ポンプを用いることができ、耐腐食性の確保が容易になる。また、加圧手段からのパーティクルの発生を抑制することができる。
The condensate generating step includes a condensing step of condensing or solidifying the processing fluid after the plasma formation in the low-pressure environment to obtain the pre-pressurized condensate, and then a pressurizing step of pressurizing the condensate. It is preferable to include. It is preferable to pressurize after condensing the processing fluid (primary reaction gas) after the plasmatization.
Condensate generating means condenses or solidifies the plasma-treated processing fluid in the low-pressure environment to obtain a pre-pressurized aggregate, and pressurizing means for pressurizing the aggregate from the condensing means And may be included.
The aggregate generation means may include condensing means for condensing the primary reaction gas and liquid pressurizing means for pressurizing the condensed liquid aggregate.
As a result, the volume of the pressurization target can be greatly reduced, the pressurizing means can be greatly reduced in size, and the cost can be reduced. When the condensation is condensation and a liquid condensation product (reaction liquid) is obtained, a liquid pressure pump such as a tube pump or a diaphragm pump can be used as the pressure means, and it is easy to ensure corrosion resistance. . Further, the generation of particles from the pressurizing means can be suppressed.

前記凝結体生成手段が、前記プラズマ化前の処理流体(一次反応ガス)を凝縮させて液状の凝結体を得た後、加圧するものである場合、前記液状の凝結体のための液体加圧手段としては、チューブポンプやダイヤフラムポンプを用いるのが好ましい。これによって、耐腐食性の確保が容易になり、メンテナンスの簡易化を図ることができる。また、加圧手段からのパーティクルの発生を抑制することができる。
前記チューブポンプは、例えば、液状の凝結体を通す可撓性のチューブと、このチューブを押し潰して液状凝結体を加圧し圧送するローラなどの押し潰し手段とを有している。
前記チューブポンプのチューブやダイヤフラムポンプのダイヤフラムは、例えばテフロン(登録商標)等の耐腐食性の高い樹脂にて構成するのが好ましい。
In the case where the aggregate generation means is to pressurize after condensing the processing fluid (primary reaction gas) before the plasma formation to obtain a liquid aggregate, liquid pressurization for the liquid aggregate As a means, it is preferable to use a tube pump or a diaphragm pump. As a result, it becomes easy to ensure corrosion resistance, and maintenance can be simplified. Further, the generation of particles from the pressurizing means can be suppressed.
The tube pump includes, for example, a flexible tube through which a liquid aggregate is passed, and crushing means such as a roller that crushes the tube to pressurize and feed the liquid aggregate.
The tube of the tube pump and the diaphragm of the diaphragm pump are preferably made of a highly corrosion-resistant resin such as Teflon (registered trademark).

前記凝縮手段が、前記一次反応ガスを冷却する冷却器を含んでいてもよい。この場合、凝固が起きない程度に冷却するのが好ましい。
前記凝縮手段が、前記一次反応ガスを通す凝縮路と、この凝縮路を冷却する冷媒を前記一次反応ガスと対向する向きに通す冷却路とを有していてもよい。
これによって、一次反応ガスを凝固させないように徐々に冷却させ確実に凝縮させることができる。
The condensing means may include a cooler that cools the primary reaction gas. In this case, it is preferable to cool to such an extent that solidification does not occur.
The condensing means may have a condensing path through which the primary reaction gas passes, and a cooling path through which a refrigerant for cooling the condensing path passes in a direction facing the primary reaction gas.
Thus, the primary reaction gas can be gradually cooled and reliably condensed so as not to solidify.

前記凝結体生成工程において、前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)をそれと反応して前記凝結体を生成可能な反応剤(凝結剤)と接触させることにしてもよい。
前記凝結手段に、前記プラズマ化後の処理流体と反応して前記凝結体を生成可能な反応剤(凝結剤)を添加する反応剤添加手段が接続されていてもよい。前記凝結体生成手段に、前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)と反応して前記加圧前の凝結体を生成可能な反応剤(凝結剤)を添加する凝結剤添加手段が接続されていてもよい。
これによって、前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)を確実に凝結させることができる。
前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)が凝結剤との反応によって反応能力を獲得するようにしてもよい。例えば、後述するように、プラズマ化によって中間物質が生成され、この中間物質と凝結剤との反応により目的物質が生成されるようにしてもよい。
In the aggregate generation step, the plasma-treated processing fluid (primary reaction gas) may react with the reactant (coagulant) that can generate the aggregate.
Reactant addition means for adding a reactive agent (coagulant) capable of generating the aggregate by reacting with the plasma-treated processing fluid may be connected to the condensation means. A coagulant adding means for adding a reactive agent (coagulant) capable of reacting with the plasma-treated processing fluid (primary reaction gas) to generate the aggregate before pressurization is connected to the aggregate generating means. It may be.
Thereby, the processing fluid (primary reaction gas) after the plasma can be reliably condensed.
The processing fluid (primary reaction gas) after being converted to plasma may acquire reaction capability by reaction with a coagulant. For example, as will be described later, an intermediate substance may be generated by plasmatization, and a target substance may be generated by a reaction between the intermediate substance and a coagulant.

前記凝結剤は、気体でもよく、液体(ミスト等)でもよく、固体(粒子等)でもよい。
前記凝結剤としては、例えばHOを用いるとよい。これによって、凝結剤を安価かつ容易に入手でき、取り扱いも容易になる。HOは、水蒸気でもよく、液体の水でもよく、氷でもよい。
或いは、前記凝結剤として、HOに代えて、アルコール等のOH基含有化合物を用いてもよい。前記凝結剤として、HO又はOH基含有化合物を用いることにより、加水分解反応や還元反応等により凝結体を得ることができる。
The coagulant may be a gas, a liquid (mist, etc.), or a solid (particles, etc.).
For example, H 2 O may be used as the coagulant. This makes it possible to obtain the coagulant inexpensively and easily and to handle it easily. H 2 O may be water vapor, liquid water, or ice.
Alternatively, an OH group-containing compound such as alcohol may be used as the coagulant instead of H 2 O. By using an H 2 O or OH group-containing compound as the coagulant, a coagulate can be obtained by a hydrolysis reaction or a reduction reaction.

前記一次反応ガスに前記凝結剤を添加し、添加後の一次反応ガスと、これを冷却する冷却媒体とを、互いに対向方向へ流すことにより、前記凝結体を得ることにしてもよい。
この方法は、前記凝結体の濃度が高まるにしたがって、凝固点が低下していく場合等に有効である。すなわち、凝結剤や凝結体が凝固しないように徐々に冷却しながら、凝結体の濃度を高めたり量を増やしたりすることができる。
The coagulant may be obtained by adding the coagulant to the primary reaction gas and flowing the primary reaction gas after the addition and a cooling medium for cooling the coagulant in directions opposite to each other.
This method is effective when the freezing point is lowered as the concentration of the aggregate is increased. That is, the concentration and the amount of the aggregate can be increased while gradually cooling the coagulant and the aggregate so as not to solidify.

前記凝結剤は、気体、液体、粒子等で構成されて流動性を有しているのが好ましい。前記一次反応ガスと、前記凝結剤とを互いに対向方向へ流すことにより、前記凝結体を得ることにしてもよい。これによって、高濃度の凝結体を得ることができ、反応ガスのロスを低減することができる。   The coagulant is preferably composed of gas, liquid, particles, etc. and has fluidity. The aggregate may be obtained by flowing the primary reaction gas and the coagulant in opposite directions. As a result, a high-concentration aggregate can be obtained, and the loss of reaction gas can be reduced.

前記一次反応ガスと、前記凝結剤とを互いに並行方向へ流すことにより、前記凝結体を得ることにしてもよい。
前記凝結体生成手段が、前記一次反応ガス(プラズマ化後の処理流体)と、この一次反応ガスと反応して凝結可能な凝結剤とを互いに接触可能に収容する凝結容器を有していてもよい。
これによって、一次反応ガスを確実に凝結させることができる。
The aggregate may be obtained by flowing the primary reaction gas and the coagulant in parallel directions.
Even if the said aggregate production | generation means has a condensation container which accommodates the said primary reaction gas (processed fluid after plasma-ized) and the coagulant which can react with this primary reaction gas and can condense so that it can mutually contact. Good.
As a result, the primary reaction gas can be reliably condensed.

前記凝結容器には、前記一次反応ガスと前記凝結剤とを互いに対向する向きに流す対向流空間が形成されていてもよい。
これによって、高濃度の凝結体を得ることができるとともに、反応ガスのロスを低減することができる。
前記凝結体生成手段が、外管と、この外管に挿通され外管との間に環状の外通路を形成する内管を有し、
前記内管には、前記外通路と内管内の内通路とを連ねる微細孔が多数形成され、
前記外通路に前記一次反応ガスと凝結剤の一方が導入され、前記内通路に前記一次反応ガスと凝結剤の他方が導入されるようになっていてもよい。
前記外通路の一端部に前記一次反応ガスと凝結剤の一方が導入され、前記内通路の反対側の端部に前記一次反応ガスと凝結剤の他方が導入されるようになっていてもよい。これによって前記一次反応ガスと前記凝結剤とを互いに対向する向きに流すことができる。
前記外通路に前記一次反応ガスが導入され、前記内通路に前記凝結剤が導入されるようになっているのが好ましい。これによって、外通路の一次反応ガスが微細孔を通って内通路へ入り込むことによって、内管の内壁近傍に半径内側方向へのガス流が形成されるようにすることができ、凝結剤が内管の内壁に付着するのを抑制することができる。
The condensing container may be formed with a counter flow space in which the primary reaction gas and the condensing agent flow in directions facing each other.
As a result, a high-concentration aggregate can be obtained, and the loss of reaction gas can be reduced.
The aggregate generation means has an outer tube and an inner tube that is inserted into the outer tube and forms an annular outer passage between the outer tube,
The inner pipe is formed with a large number of fine holes connecting the outer passage and the inner passage in the inner pipe,
One of the primary reaction gas and the coagulant may be introduced into the outer passage, and the other of the primary reaction gas and the coagulant may be introduced into the inner passage.
One of the primary reaction gas and the coagulant may be introduced into one end of the outer passage, and the other of the primary reaction gas and the coagulant may be introduced into the opposite end of the inner passage. . Accordingly, the primary reaction gas and the coagulant can be caused to flow in directions facing each other.
It is preferable that the primary reaction gas is introduced into the outer passage and the coagulant is introduced into the inner passage. As a result, the primary reaction gas in the outer passage enters the inner passage through the fine holes, so that a gas flow in the radially inward direction can be formed in the vicinity of the inner wall of the inner tube, and the coagulant is contained in the inner passage. It can suppress adhering to the inner wall of a pipe | tube.

前記プラズマ化後の処理流体(一次反応ガス)のうち前記凝結体生成工程で凝縮又は凝固しなかった不凝結ガスなどの不凝結成分を前記プラズマ化工程に戻すことが好ましい。
前記プラズマ化後の処理流体のうち凝縮又は凝固しなかった不凝結成分を搬送する不凝結成分路が、前記凝結手段から延びて前記プラズマ化手段に連なっていてもよい。
前記凝結体生成手段から前記一次反応ガスのうち凝縮しなかった不凝結ガス(不凝結成分)を排出する不凝結ガス路(不凝結成分路)が延び、この不凝結ガス路が、前記プラズマ化手段に連なっていてもよい。
前記不凝結ガスを、前記原料ガスと共に再びプラズマ化することにしてもよい。
これによって、不凝結ガスなどの不凝結成分を再利用でき、原料ガスなどの処理流体の所要量を減少させることができ、低コスト化を図ることができる。
この場合、前記不凝結ガスなどの不凝結成分のうち不要成分を除去したうえで、前記混入を行なうことが好ましい。前記不凝結成分路又は不凝結ガス路に、不凝結ガスなどの不凝結成分のうち不要物質を除去する不要物質除去部が介在されているのが好ましい。
これによって、不要成分がプラズマ化手段に導入されて循環するのを防止することができる。
前記不要物質は、例えば二酸化炭素である。その場合、前記不要物質除去部が、石灰水を含むことが好ましい。
It is preferable that non-condensed components such as uncondensed gas that has not condensed or solidified in the aggregate generation step in the processing fluid (primary reaction gas) after the plasma formation is returned to the plasma formation step.
An uncondensed component path that conveys an uncondensed component that has not condensed or solidified among the processing fluid after the plasma treatment may extend from the condensing means and continue to the plasma forming means.
An uncondensed gas path (non-condensed component path) for discharging the non-condensed gas (non-condensed component) that has not been condensed from the primary reaction gas extends from the aggregate generating means, and this non-condensed gas path is converted into the plasma It may be connected to means.
The non-condensed gas may be converted into plasma together with the raw material gas.
Thereby, non-condensed components such as non-condensed gas can be reused, the required amount of processing fluid such as raw material gas can be reduced, and the cost can be reduced.
In this case, it is preferable to perform the mixing after removing unnecessary components from the non-coagulated components such as the non-coagulated gas. It is preferable that an unnecessary substance removing unit that removes unnecessary substances among non-condensed components such as non-condensed gas is interposed in the non-condensed component path or the non-condensed gas path.
Thus, unnecessary components can be prevented from being introduced into the plasmar and circulated.
The unnecessary substance is, for example, carbon dioxide. In that case, it is preferable that the said unnecessary substance removal part contains lime water.

前記不凝結成分路又は不凝結ガス路から低圧維持路が分岐され、この低圧維持路に前記プラズマ化手段を前記低圧環境に維持する低圧維持手段が設けられていてもよい。
前記不凝結成分路又は不凝結ガス路に前記不要物質除去部を設ける場合、前記低圧維持路は、前記不要物質除去部の上流側の不凝結成分路又は不凝結ガス路から分岐してもよく、不要物質除去部の下流側の不凝結成分路又は不凝結ガス路から分岐してもよい。
A low-pressure maintenance path may be branched from the non-condensation component path or the non-condensation gas path, and low-pressure maintenance means for maintaining the plasmarization means in the low-pressure environment may be provided in the low-pressure maintenance path.
When the unnecessary substance removing unit is provided in the non-condensed component channel or the non-condensed gas channel, the low-pressure maintenance channel may be branched from the non-condensed component channel or the non-condensed gas channel upstream of the unnecessary substance removing unit. Further, it may be branched from an uncondensed component path or an uncondensed gas path on the downstream side of the unnecessary substance removing section.

前記低圧維持手段は、例えば真空ポンプである。真空ポンプの吸引により、不凝結ガスなどとの不凝結成分を適宜排出(排気)し、低圧環境を維持することができる。   The low pressure maintaining means is, for example, a vacuum pump. By sucking the vacuum pump, non-condensed components such as non-condensable gas can be appropriately discharged (exhaust), and a low-pressure environment can be maintained.

前記低圧維持手段が、前記不凝結ガスなどの不凝結成分を極低温まで冷却し液化させる極低温冷却器であってもよい。
不凝結ガスなどとの不凝結成分の液化により体積を大幅に減少させ、これにより、低圧環境を維持できる。
The low-pressure maintaining means may be a cryogenic cooler that cools and liquefies uncondensed components such as the uncondensed gas to a cryogenic temperature.
By liquefying the non-condensable components such as non-condensable gas, the volume can be greatly reduced, thereby maintaining a low-pressure environment.

前記二次反応ガス生成手段は、前記凝結体を気化させる気化手段を含むことが好ましい。
前記気化手段の内圧は、被処理物の配置環境の圧力以上であってもよい。この気化手段と被処理物の配置環境との圧力差によって二次反応ガスを被処理物へ確実に供給することができる。
前記気化手段の内圧は、被処理物の配置環境より低圧であってもよい。これにより、気化が容易になる。この場合、前記二次反応ガス生成手段は、前記気化手段と、その後段に設けられた加圧手段(送風手段)とを含むことが好ましい。この後段の加圧手段によって、気化手段からの二次反応ガスを被処理物の配置環境の圧力以上に加圧でき、その圧力差によって二次反応ガスを被処理物へ確実に供給することができる。
The secondary reaction gas generation means preferably includes a vaporization means for vaporizing the aggregate.
The internal pressure of the vaporizing means may be equal to or higher than the pressure of the environment in which the workpiece is disposed. The secondary reaction gas can be reliably supplied to the object to be processed by the pressure difference between the vaporizing means and the environment in which the object is disposed.
The internal pressure of the vaporization means may be lower than the arrangement environment of the object to be processed. This facilitates vaporization. In this case, it is preferable that the secondary reaction gas generation unit includes the vaporization unit and a pressurizing unit (blower unit) provided in a subsequent stage. By this latter pressurizing means, the secondary reaction gas from the vaporization means can be pressurized to a pressure higher than the pressure of the environment in which the object is disposed, and the secondary reaction gas can be reliably supplied to the object by the pressure difference. it can.

前記気化工程においては、前記凝結体を加熱することにより気化させることしてもよい。
前記気化手段は、前記加圧後の凝結体を加熱する加熱器を含んでいてもよい。
これによって、凝結体を確実に気化させることができ、二次反応ガスを確実に得ることができる。
In the vaporization step, the aggregate may be vaporized by heating.
The vaporization means may include a heater for heating the condensed body after the pressurization.
As a result, the aggregate can be reliably vaporized, and the secondary reaction gas can be reliably obtained.

前記気化は、前記処理流体ないしは加圧後の凝結体の加熱、減圧の他、キャリアガスとの接触によってなされるようになっていてもよい。
前記気化手段が、前記加圧後凝結体とキャリアガスとを互いに接触可能に収容する気化容器を有していてもよい。
これにより、前記二次反応ガスとして、凝結体からの気化成分とキャリアガスとの混合ガスを得ることができ、気化成分をキャリアガスに担持させて被処理物へ供給することができる。
The vaporization may be carried out by contact with a carrier gas in addition to heating and decompression of the processing fluid or the condensed body after pressurization.
The vaporization means may include a vaporization container that accommodates the condensed body after pressurization and the carrier gas so as to be in contact with each other.
As a result, a gas mixture of the vaporized component and the carrier gas from the aggregate can be obtained as the secondary reaction gas, and the vaporized component can be carried on the carrier gas and supplied to the object to be processed.

前記加圧後の凝結体と前記キャリアガスとを互いに対向方向へ流すことにより、前記気化を行なうことにしてもよい。
前記気化容器には、前記加圧後凝結体と前記キャリアガスとを互いに対向する向きに流す対向流空間が形成されていてもよい。この場合の凝結体は、液体や固体粒子等の流動体であるのが好ましい。
これによって、高濃度の二次反応ガスを得ることができる。
The vaporization may be performed by flowing the condensed body after pressurization and the carrier gas in opposite directions.
The vaporizing container may be formed with a counter flow space through which the condensed body after pressurization and the carrier gas flow in directions facing each other. The aggregate in this case is preferably a fluid such as liquid or solid particles.
Thereby, a high concentration secondary reaction gas can be obtained.

前記加圧後の凝結体と前記キャリアガスとを互いに並行方向へ流すことにより、前記気化を行なうことにしてもよい。前記気化手段が、前記加圧後凝結体と前記キャリアガスとは並行流を構成するようになっていてもよい。この場合の凝結体は、液体や固体粒子等の流動体であるのが好ましい。   The vaporization may be performed by flowing the condensed body after pressurization and the carrier gas in parallel directions. The vaporizing means may be configured so that the post-pressurized aggregate and the carrier gas constitute a parallel flow. The aggregate in this case is preferably a fluid such as liquid or solid particles.

前記気化手段が、外管と、この外管に挿通され外管との間に環状の外通路を形成する内管を有し、
前記内管には、前記外通路と内管内の内通路とを連ねる微細孔が多数形成され、
前記外通路に前記加圧後凝結体とキャリアガスの一方が導入され、前記内通路に前記加圧後凝結体とキャリアガスの他方が導入されるようになっていてもよい。
前記外通路の一端部に前記加圧後凝結体とキャリアガスの一方が導入され、前記内通路の反対側の端部に前記加圧後凝結体とキャリアガスの他方が導入されるようになっていてもよい。これによって、前記加圧後凝結体とキャリアガスを互いに対向する向きに流すことができる。
前記外通路にキャリアガスが導入され、前記内通路に前記加圧後凝結体が導入されるようになっているのが好ましい。
これによって、外通路のキャリアガスが微細孔を通って内通路へ入り込むことによって、内管の内壁近傍に半径内側方向へのガス流が形成されるようにすることができ、加圧後凝結体が内管の内壁に付着するのを抑制することができる。
The vaporizing means has an outer tube and an inner tube that is inserted into the outer tube and forms an annular outer passage between the outer tube,
The inner pipe is formed with a large number of fine holes connecting the outer passage and the inner passage in the inner pipe,
One of the post-pressurized aggregate and carrier gas may be introduced into the outer passage, and the other of the post-pressurized aggregate and carrier gas may be introduced into the inner passage.
One of the post-pressurized aggregate and carrier gas is introduced into one end of the outer passage, and the other of the post-pressurized aggregate and carrier gas is introduced into the opposite end of the inner passage. It may be. Accordingly, the condensed body and the carrier gas after pressurization can be caused to flow in directions facing each other.
It is preferable that a carrier gas is introduced into the outer passage and the aggregate after pressurization is introduced into the inner passage.
As a result, the carrier gas in the outer passage enters the inner passage through the fine holes, so that a gas flow in the radially inward direction can be formed near the inner wall of the inner tube. Can be prevented from adhering to the inner wall of the inner tube.

凝結体にキャリアガスをバブリングさせることにしてもよい。
前記加圧後処理流体(凝結体)からの気化成分とキャリアガスとの合計圧が、被処理物の配置環境圧力以上になるようにしてもよい。
A carrier gas may be bubbled through the aggregate.
You may make it the sum total pressure of the vaporization component and carrier gas from the said post-pressurization process fluid (condensate) become more than the arrangement | positioning environmental pressure of a to-be-processed object.

前記凝結体のうち前記気化工程で気化しなかった不気化成分(以下、「不気化体」とも称す)を、前記凝結体生成工程に戻すことが好ましい。前記不気化体を、前記一次反応ガス又は前記加圧前の凝結体に混入することにしてもよい。
前記気化手段には、前記凝結体のうち気化しなかった不気化成分(以下、「不凝結体」とも言う)を前記凝結体生成手段に戻す不気化成分戻し手段(不気化体戻し手段)が接続されていてもよい。不気化体が液状(不気化液)である場合、不気化体戻し手段として、前記気化手段から前記不気化液を排出する不気化液路が延び、この不気化液路が、前記凝結体生成手段(好ましくは前記凝結体生成手段の凝縮手段)に連なっていてもよい。
これによって、不気化液などの不気化の凝結体を凝結体生成手段に戻すことができ、前記凝結剤として用いることができる。
前記不気化液路に、前記凝結剤を添加する凝結剤添加路が接続されていてもよい。
It is preferable to return the vaporization component that has not been vaporized in the vaporization step (hereinafter, also referred to as “devaporized material”) of the aggregate to the aggregate generation step. The deaerator may be mixed into the primary reaction gas or the aggregate before pressurization.
The vaporization means includes a devaporization component return means (devaporization body return means) for returning an unvaporized component (hereinafter also referred to as “non-condensate”) of the aggregate to the aggregate generation means. It may be connected. When the vaporized body is a liquid (vaporized liquid), a vaporized liquid path for discharging the vaporized liquid from the vaporized means extends as the vaporized body returning means, and the vaporized liquid path forms the aggregate. It may be connected to a means (preferably a condensing means of the aggregate generating means).
As a result, the vaporized aggregate such as the vaporized liquid can be returned to the aggregate generation means, and can be used as the coagulant.
A coagulant addition path for adding the coagulant may be connected to the vaporization liquid path.

前記凝結体が前記被処理物と反応可能な目的物質を含み、前記気化工程において、前記凝結体が、前記目的物質が濃縮された気化成分(二次反応ガス)と、前記目的物質が希釈された前記不気化成分とに分離されるようにしてもよい。これによって、被処理物へは高濃度の目的物質を供給でき、目的物質が希釈された不気化成分は、一次反応ガス又は加圧前の凝結体に戻し、循環させることができる。   The aggregate includes a target substance capable of reacting with the workpiece, and in the vaporization step, the aggregate is a vaporized component (secondary reaction gas) in which the target substance is concentrated, and the target substance is diluted. Alternatively, the vaporized component may be separated. Thus, a high concentration target substance can be supplied to the object to be treated, and the vaporized component diluted with the target substance can be returned to the primary reaction gas or the aggregate before pressurization and circulated.

前記プラズマ化前の処理流体が、前記プラズマ化工程又は前記プラズマ化後工程により前記被処理物との反応性を有する目的物質に変化可能な出発物質を含むことが好ましい。
前記目的物質は、プラズマ化時に限られず、凝結時に生成されるようになっていてもよく、気化時に生成されるようになっていてもよい。凝縮相の目的物質は、HO等の溶媒に溶解した状態になっていてもよい。
前記プラズマ化前の処理流体が、プラズマ化により反応剤の成分と反応して目的物質に変化可能な出発物質を含んでいてもよい。
前記プラズマ化前の処理流体が、前記プラズマ化工程により中間物質に変化可能な出発物質を含んでいてもよく、前記中間物質が、前記プラズマ化後工程において前記被処理物との反応性を有する目的物質に変化可能になっていてもよい。
It is preferable that the processing fluid before the plasma treatment includes a starting material that can be changed into a target material having reactivity with the object to be processed by the plasma treatment step or the post-plasma treatment step.
The target substance is not limited to being formed into plasma, but may be generated at the time of condensation, or may be generated at the time of vaporization. The target substance in the condensed phase may be in a state dissolved in a solvent such as H 2 O.
The processing fluid before the plasma treatment may contain a starting material that can be converted into a target material by reacting with a component of the reactant by the plasma treatment.
The processing fluid before the plasma treatment may include a starting material that can be changed into an intermediate material by the plasma treatment step, and the intermediate material has reactivity with the object to be processed in the post-plasma treatment step. The target substance may be changeable.

前記プラズマ化前の処理流体(原料ガス)は、前記出発物質として例えばハロゲン含有化合物を含むことが好ましい。
ハロゲン含有化合物としては、CFをはじめ、CHF、CH、CHF、C、C、c−C、C等のフッ化炭素の他、SF、SiF、NF、ClF等のフッ素系化合物や塩素系化合物が挙げられる。前記プラズマ化前の処理流体が、これらハロゲン含有化合物の複数種を成分として有する混合ガスであってもよい。例えば、前記被処理物が酸化シリコン等のシリコン系物質であり、これをエッチング処理する場合、前記出発物質は、CF等のフッ化炭素であるのが好ましく、前記中間物質は、COFであるのが好ましく、前記目的物質は、HFであるのが好ましい。HFは、酸化シリコンに対するエッチング能力を有する安定的な化合物である。
前記プラズマ化前の処理流体(原料ガス)は、前記ハロゲン含有化合物に加えて、更にHO、OH基含有化合物(アルコール)、炭化水素、水素(H)等の水素含有化合物を含んでいてもよい。これにより、プラズマ化工程ないしはプラズマ化手段によって目的物質としてHF等のハロゲン化水素を得ることができる。
It is preferable that the processing fluid (raw material gas) before the plasma formation includes, for example, a halogen-containing compound as the starting material.
Examples of the halogen-containing compound include CF 4 , fluorocarbons such as CH 3 F, CH 2 F 2 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , c-C 4 F 8 , and C 4 F 6 . Other examples include fluorine compounds such as SF 6 , SiF 4 , NF 3 , and ClF 3 , and chlorine compounds. The processing fluid before the plasma treatment may be a mixed gas having a plurality of these halogen-containing compounds as components. For example, when the object to be processed is a silicon-based material such as silicon oxide, and this is etched, the starting material is preferably a fluorocarbon such as CF 4 , and the intermediate material is COF 2 . Preferably, the target substance is HF. HF is a stable compound having an etching ability for silicon oxide.
The pre-plasmaization treatment fluid (raw material gas) further contains hydrogen-containing compounds such as H 2 O, OH group-containing compounds (alcohols), hydrocarbons, hydrogen (H 2 ), in addition to the halogen-containing compounds. May be. Thus, hydrogen halide such as HF can be obtained as a target substance by the plasma process or plasma process.

前記反応剤は、水素含有化合物であることが好ましい。前記反応剤を構成する水素含有化合物としては、CH等の炭化水素でもよく、水素(H)でもよいが、取り扱い性や安全性を考慮すると、HO又はOH基含有化合物(アルコール等)であることが好ましい。これにより、一次反応ガスと反応剤とを加水分解反応や還元反応させ、二次反応ガスを得ることができる。HO又はOH含有化合物等は、蒸気でもよく液でもよい。前記反応剤としてのHO又はOH含有化合物等をNやArなどの不活性ガスや空気に含ませた湿りガスを、前記処理流体に添加することしてもよい。 The reactant is preferably a hydrogen-containing compound. The hydrogen-containing compound constituting the reactant may be a hydrocarbon such as CH 4 or hydrogen (H 2 ). However, in consideration of handleability and safety, an H 2 O or OH group-containing compound (alcohol or the like) ) Is preferable. Thereby, a primary reaction gas and a reactant can be subjected to a hydrolysis reaction or a reduction reaction to obtain a secondary reaction gas. The H 2 O or OH-containing compound may be vapor or liquid. A wet gas in which an H 2 O or OH-containing compound or the like as the reactant is contained in an inert gas such as N 2 or Ar or air may be added to the processing fluid.

前記プラズマ化前の処理流体が、プラズマ化により前記反応剤の成分と反応して目的物質に変化可能な出発物質を含んでおり、前記プラズマ化工程の前に、前記処理流体に反応剤を添加する添加工程を実行するのが好ましい。また、前記プラズマ化前の処理流体に反応剤を添加する添加手段を、更に備えるのが好ましい。
例えば、前記処理流体中の出発物質が、CF等のハロゲン含有化合物であり、前記反応剤が、HO等の水素含有化合物である場合、プラズマ化工程ないしはプラズマ化手段によって目的物質としてHF等のハロゲン化水素を得ることができる。上述したように、HFは、安定化合物であり、プラズマ化後の加圧工程や搬送工程で分解したり失活したりすることなく、被処理物まで確実に到達させることができる。これにより、酸化シリコンなどのエッチング処理を確実に行なうことができる。
The pre-plasmaization processing fluid contains a starting material that can be converted into a target substance by reacting with the components of the reactant by plasmatization, and the reactant is added to the processing fluid before the plasmatization step. It is preferable to carry out the adding step. Moreover, it is preferable to further comprise an adding means for adding a reactant to the processing fluid before the plasma treatment.
For example, when the starting material in the processing fluid is a halogen-containing compound such as CF 4 and the reactant is a hydrogen-containing compound such as H 2 O, HF is used as the target substance by the plasma forming step or the plasma generating means. Etc. can be obtained. As described above, HF is a stable compound, and can reliably reach the object to be processed without being decomposed or deactivated in the pressurizing step or the conveying step after being plasmatized. Thereby, the etching process of silicon oxide or the like can be reliably performed.

前記プラズマ化前の反応剤添加は、前記被処理物の配置環境より低圧下において行なうことが好ましい。これにより、反応剤として水蒸気(HO)やアルコール蒸気(OH基含有化合物)を用いた場合、添加濃度を高めることができ、プラズマ化により高濃度の目的物質(例えばHF)を得ることができる。また、出発物質(CF等)の投入量を節減することができる。プラズマ化についても低圧環境でなされるので、プラズマ化手段内での凝縮を抑制でき、電極の腐食や目的物質(HFなど)の凝縮相への溶解などを防止することができる。
また、反応剤としてCH等の炭化水素や水素ガス(H)を用いた場合、低圧にすることにより、安全性を確保することができる。
It is preferable to add the reactant before the plasma formation under a lower pressure than the arrangement environment of the object to be processed. As a result, when water vapor (H 2 O) or alcohol vapor (OH group-containing compound) is used as the reactant, the addition concentration can be increased, and a high concentration target substance (for example, HF) can be obtained by plasmatization. it can. In addition, the input amount of the starting material (CF 4 or the like) can be saved. Since the plasma formation is also performed in a low pressure environment, condensation in the plasma conversion means can be suppressed, and corrosion of the electrode and dissolution of the target substance (HF or the like) in the condensed phase can be prevented.
In the case of using a hydrocarbon or hydrogen gas CH 4 or the like as a reaction agent (H 2), by a low pressure, it is possible to ensure safety.

前記プラズマ化前の反応剤添加は、前記被処理物の配置環境より低圧下で行なうのに代えて、或いはそれに加えて、常温より高い温度下で行なうことにしてもよい。これにより、上記と同様に、添加濃度を高めることができ、高濃度の目的物質を得ることができ、出発物質の投入量を節減することができる。   The addition of the reactant prior to the plasma formation may be performed at a temperature higher than room temperature instead of or in addition to being performed at a lower pressure than the arrangement environment of the object to be processed. Thereby, similarly to the above, the concentration of addition can be increased, a high concentration of the target substance can be obtained, and the input amount of the starting material can be reduced.

前記プラズマ化前の処理流体(原料ガス)が、酸素(O)又は酸素含有化合物を更に含むことにしてもよい。
これにより、前記プラズマ化工程ないしはプラズマ化手段において、例えばCOF等の酸素を含む中間物質を得ることができる。また、オゾンや酸素ラジカル等の酸素系活性種をも生成できる。処理対象がシリコンで構成されている場合、前記酸素系活性種にてシリコンを酸化でき、この酸化シリコンとHF等の目的物質とを反応させてエッチングすることができる。
The processing fluid (raw material gas) before the plasma treatment may further contain oxygen (O 2 ) or an oxygen-containing compound.
Thereby, an intermediate substance containing oxygen, such as COF 2 , can be obtained in the plasma step or the plasma means. Also, oxygen-based active species such as ozone and oxygen radicals can be generated. When the object to be processed is composed of silicon, silicon can be oxidized by the oxygen-based active species, and etching can be performed by reacting the silicon oxide with a target substance such as HF.

前記被処理物に更にオゾン等の酸化剤を接触させることにしてもよい。
前記プラズマ化手段から前記供給部までの間にオゾンを導入するオゾン導入系を、更に備えることにしてもよい。
これにより、例えば処理対象がシリコンで構成されている場合、これを酸化することができ、この酸化シリコンとHF等の目的物質とを反応させてエッチングすることができる。
オゾンは、略大気圧の処理流体経路に混入してもよく、低圧の処理流体経路に混入してもよい。或いは、処理流体経路とは別途にオゾン供給することにしてもよい。
You may decide to contact oxidizing agents, such as ozone, with the said to-be-processed object further.
You may decide to further provide the ozone introduction system which introduces ozone between the said plasmarization means to the said supply part.
Thereby, for example, when the object to be processed is made of silicon, it can be oxidized, and this silicon oxide and a target substance such as HF can be reacted and etched.
Ozone may be mixed into the processing fluid path at approximately atmospheric pressure or may be mixed into the low-pressure processing fluid path. Alternatively, ozone may be supplied separately from the processing fluid path.

前記プラズマ化工程において、中間物質を含む一次反応ガス(プラズマ化後の処理流体)を得、前記プラズマ化後処理工程における加圧の前に、前記中間物質と反応して目的物質を生成可能な反応剤(添加剤、例えばHO又はOH基含有化合物など)を前記処理流体に添加する添加工程を実行することにしてもよい。
例えば、前記原料ガスが出発物質としてCFを含み、更に酸素単体(O)や酸素含有化合物をも含んでいた場合、プラズマ化により前記中間物質としてCOFを生成できる。このCOFが前記一次反応ガスに含まれるようになる。COFは水(HO)と反応し、これにより目的物質としてHFが生成される。
この場合、前記一次反応ガス若しくは前記加圧前の凝結体、又は前記不気化体にHO又はOH基含有化合物を添加するのが好ましい。これにより、HO又はOH基含有化合物が前記凝結剤として作用する。
In the plasma step, a primary reaction gas (process fluid after plasma) containing an intermediate substance is obtained, and the target substance can be generated by reacting with the intermediate substance before pressurization in the post-plasma process step reactant (additives, such as H 2 O or OH group-containing compound) may be a in the performing the added step of adding to said process fluid.
For example, when the source gas contains CF 4 as a starting material and further contains oxygen alone (O 2 ) or an oxygen-containing compound, COF 2 can be generated as the intermediate substance by plasmatization. This COF 2 comes to be included in the primary reaction gas. COF 2 reacts with water (H 2 O), thereby generating HF as a target substance.
In this case, it is preferable to add H 2 O or an OH group-containing compound to the primary reaction gas, the aggregate before pressurization, or the vaporized body. Thus, H 2 O or OH group-containing compound acts as the coagulant.

前記HO又はOH基含有化合物の添加流量は、前記中間物質と反応する分と、前記二次反応ガスに混じって被処理物へ供給される分とを加味した大きさにするとよい。これによって、系のHO又はOH基含有化合物の量を平衡に保つことができる。
前記二次反応ガス中のHO又はOH基含有化合物の含有量は、ゼロないしは微量であることが好ましい。これにより処理品質を確保することができる。
また、HO又はOH含有化合物の添加により二次反応ガスの湿度を調節でき、これにより、被処理物の表面に凝縮相が確実に形成されるようにしてエッチング等の処理反応が確実に起きるようにすることができる。
The addition flow rate of the H 2 O or OH group-containing compound may be set to a magnitude that takes into account the amount of the H 2 O or OH group-containing compound that reacts with the intermediate substance and the amount of the H 2 O or OH group-containing compound that is mixed with the secondary reaction gas and supplied to the workpiece. This allows the amount of H 2 O or OH group containing compound in the system to be kept in equilibrium.
The content of the H 2 O or OH group-containing compound in the secondary reaction gas is preferably zero or very small. Thereby, processing quality can be ensured.
Moreover, the humidity of the secondary reaction gas can be adjusted by adding H 2 O or an OH-containing compound, thereby ensuring that a condensed phase is formed on the surface of the object to be processed, thereby ensuring a processing reaction such as etching. You can get up.

前記HO又はOH基含有化合物の添加流量と前記プラズマ化による前記中間物質の生成流量との比が、前記HO又はOH基含有化合物と前記中間物質との反応比と略同じになるように設定されていることが好ましい。
これによって、前記プラズマ化によって生成された中間物質と、前記添加したHO又はOH基含有化合物とを無駄なく利用して目的物質を生成できる。
The ratio between the addition flow rate of the H 2 O or OH group-containing compound and the production flow rate of the intermediate substance due to the plasma formation is substantially the same as the reaction ratio between the H 2 O or OH group-containing compound and the intermediate substance. It is preferable that they are set as follows.
Accordingly, the target substance can be generated without waste using the intermediate substance generated by the plasmatization and the added H 2 O or OH group-containing compound.

さらに、前記HO又はOH基含有化合物の添加流量と、前記プラズマ化による前記中間物質の生成流量と、前記目的物質の被処理物への供給流量との比が、前記目的物質の生成反応におけるHO又はOH基含有化合物と中間物質と目的物質のモル比と略同じになるように設定されているのが好ましい。これによって、系を略平衡状態にすることができる。
ここで、中間物質がCOFであり、添加剤が水(HO)であり、目的物質がHFである場合、これらの反応比は、COF:HO:HF=1:1:2である。そこで、(HO又はOH基含有化合物の添加流量):(中間物質の生成流量):(目的物質の被処理物への供給流量)≒1:1:2になるように設定するのが好ましい。
前記二次反応ガスにおける前記目的物質とHO又はOH基含有化合物の合計モル数に対する前記目的物質のモル%が、前記凝結体における前記目的物質とHO又はOH基含有化合物の合計モル数に対する前記目的物質のモル%より大きく、前記不気化体(前記HO又はOH基含有化合物を添加する場合は添加前)における前記目的物質とHO又はOH基含有化合物の合計モル数に対する前記目的物質のモル%が、前記凝結体における前記目的物質とHO又はOH基含有化合物の合計モル数に対する前記目的物質のモル%より小さいことが好ましい。これによって、被処理物へは高濃度の目的物質を供給でき、目的物質が希釈された液は、一次反応ガス又は加圧前の凝結体に戻し、循環させることができる。
Furthermore, the ratio of the addition flow rate of the H 2 O or OH group-containing compound, the production flow rate of the intermediate substance due to the plasma treatment, and the supply flow rate of the target substance to the object to be processed is determined by the production reaction of the target substance. It is preferable that the molar ratio of the H 2 O or OH group-containing compound, the intermediate substance, and the target substance is substantially the same. As a result, the system can be brought into a substantially equilibrium state.
Here, when the intermediate substance is COF 2 , the additive is water (H 2 O), and the target substance is HF, these reaction ratios are COF 2 : H 2 O: HF = 1: 1: 2. Therefore, it is set so that (addition flow rate of H 2 O or OH group-containing compound) :( production flow rate of intermediate substance) :( feed flow rate of target substance to object) ≈1: 1: 2. preferable.
The mol% of the target substance with respect to the total number of moles of the target substance and H 2 O or OH group-containing compound in the secondary reaction gas is the total mole of the target substance and H 2 O or OH group-containing compound in the aggregate. The total number of moles of the target substance and the H 2 O or OH group-containing compound in the vaporized body (before addition when adding the H 2 O or OH group-containing compound) is larger than the mol% of the target substance relative to the number. It is preferable that the mol% of the target substance is less than the mol% of the target substance with respect to the total number of moles of the target substance and H 2 O or OH group-containing compound in the aggregate. Thus, a high concentration target substance can be supplied to the object to be treated, and the liquid in which the target substance is diluted can be returned to the primary reaction gas or the aggregate before pressurization and circulated.

前記加圧手段がエジェクタである場合、前記反応剤を前記駆動流体に添加することにしてもよい。これにより、一次反応ガスをエジェクタで吸い込むとともに反応剤と接触させ、目的物質を生成することができる。
例えば出発物質としてのCFとOをプラズマに導入することにより、前記中間物質としてCOFを生成する。駆動流体には前記反応剤としてHOを添加しておくことにより、中間物質のCOFと反応剤のHOとを反応させ、目的物質としてHFを生成することができる。駆動流体がガスの場合、エジェクタ内の噴射で断熱膨張して温度が下がりHOのミストが発生する。このミストにCOFが溶け込み、HFが生成される。
前記駆動流体を加熱手段にて加熱することにしてもよい。これにより、駆動流体の断熱膨張に伴なう温度低下により、HOなどの反応剤が凝固するのを防止することができる。
When the pressurizing means is an ejector, the reactant may be added to the driving fluid. Thereby, the primary reaction gas can be sucked with the ejector and brought into contact with the reactant to generate the target substance.
For example, by introducing CF 4 and O 2 as starting materials into the plasma, COF 2 is generated as the intermediate material. By adding H 2 O as the reactant to the driving fluid, COF 2 as an intermediate substance reacts with H 2 O as a reactant to generate HF as a target substance. When the driving fluid is gas, the adiabatic expansion is caused by the injection in the ejector, the temperature is lowered, and H 2 O mist is generated. COF 2 dissolves in this mist, and HF is generated.
The driving fluid may be heated by heating means. As a result, it is possible to prevent the reactant such as H 2 O from solidifying due to a temperature drop accompanying adiabatic expansion of the driving fluid.

前記プラズマ化後処理工程における加圧後の処理流体を、化学反応により前記被処理物と反応可能にして前記被処理物に接触させることにしてもよい。
例えば、前記プラズマ化工程において、中間物質を含む一次反応ガス(プラズマ化後の処理流体)を得、前記プラズマ化後処理工程における前記処理流体(一次反応ガス)の加圧の後に、前記中間物質と反応して目的物質を生成可能な反応剤(添加剤)を前記処理流体(一次反応ガス)に添加する(添加工程)ことにしてもよい。これにより、中間物質と反応剤が接触し、前記被処理物と反応可能な目的物質を含む二次反応ガス(反応後のガス状の処理流体)を得、この二次反応ガスを前記被処理物に接触させることにしてもよい。
前記プラズマ化手段が、前記電極間において処理流体(原料ガス)をプラズマ状態にして中間物質(例えばCOF等)を含むプラズマ化後処理流体(一次反応ガス)を生成するようになっており、前記プラズマ化後処理手段が、前記中間物質を含むプラズマ化後処理流体(一次反応ガス)を加圧する加圧手段と、加圧後の処理流体を前記中間物質と反応して目的物質を生成可能な反応剤(例えばHO又はOH含有化合物等)と接触させる反応器と、を含んでいてもよい。この反応器において、前記被処理物と反応可能な目的物質を含む二次反応ガスを生成することができる。さらに、前記プラズマ化後処理手段が、前記二次反応ガスを前記被処理物に供給する供給部を含むのが好ましい。
加圧後に化学反応を行なうものであるので、反応設備を簡素化できる。
The processing fluid after pressurization in the post-plasma treatment process may be allowed to react with the object to be processed by a chemical reaction and brought into contact with the object to be processed.
For example, in the plasma process, a primary reaction gas (processed fluid after plasma) is obtained including an intermediate substance, and after the pressurization of the process fluid (primary reaction gas) in the post-plasma process, the intermediate substance is obtained. A reaction agent (additive) that can generate a target substance by reacting with the reaction fluid (primary reaction gas) may be added (addition step). As a result, the intermediate substance and the reactant come into contact with each other to obtain a secondary reaction gas (a gaseous processing fluid after the reaction) containing the target substance capable of reacting with the object to be processed. You may make it contact a thing.
The plasma generating means is configured to generate a post-plasmaized processing fluid (primary reaction gas) including an intermediate substance (for example, COF 2 ) by bringing the processing fluid (source gas) into a plasma state between the electrodes. The post-plasmaization processing means can generate a target substance by reacting the post-plasmaization processing fluid (primary reaction gas) containing the intermediate substance with the intermediate substance and pressurizing means for pressurizing the post-plasmaization processing fluid (primary reaction gas) A reactor that is brought into contact with a reactive agent (such as a compound containing H 2 O or OH). In this reactor, a secondary reaction gas containing a target substance capable of reacting with the object to be processed can be generated. Furthermore, it is preferable that the post-plasmaization processing means includes a supply unit that supplies the secondary reaction gas to the object to be processed.
Since the chemical reaction is performed after pressurization, the reaction equipment can be simplified.

前記加圧手段において、前記一次反応ガスを被処理物の配置環境以上の圧力まで加圧するのが好ましいが、被処理物の配置環境より低い圧力になるように加圧することにしてもよい。反応器の内圧が被処理物の配置環境より低圧であってもよく、この反応器の後段に送風手段(他の加圧手段)を設け、この送風手段にて、反応器から出た二次反応ガスを被処理物に送風供給するようにしてもよい。   In the pressurizing means, it is preferable to pressurize the primary reaction gas to a pressure equal to or higher than the environment in which the object to be processed is disposed. The internal pressure of the reactor may be lower than the arrangement environment of the object to be treated, and a blowing means (other pressurizing means) is provided at the rear stage of the reactor, and the secondary discharged from the reactor by the blowing means. The reaction gas may be blown and supplied to the object to be processed.

前記加圧後の一次反応ガスと前記反応剤とは、互いに接触し合う状態になればよく、互いに対向流を構成するようにしてもよく、互いに並行流を構成するようにしてもよく、反応器内で一様に混合されるようしてもよく、液状の反応剤に一次反応ガスがバブリングされるようにしてもよく、液又は固体の静止した反応剤の表面に一次反応ガスが接触するようになっていてもよい。   The primary reaction gas after the pressurization and the reactant need only be in contact with each other, and may constitute a counterflow with each other or may constitute a parallel flow with each other. It may be mixed uniformly in the vessel, the primary reactant gas may be bubbled through the liquid reactant, and the primary reactant gas contacts the surface of the liquid or solid stationary reactant. It may be like this.

例えば、前記一次反応ガスと前記反応剤とにより前記目的物質を含む共沸性の凝結体が生成されるようになっていてもよい。
この場合、凝結体が共沸点に達するまでの間は、HO等の反応剤の露点以下になるように反応系を冷却又は温調するのが好ましい。これにより、凝結体を確実に成長させることができる。共沸点を越えた以降もしばらく冷却又は温調するのが好ましい。これにより、共沸点以降も液相がある程度残るようにすることができ、反応を確保することができる。そして、反応が十分に行なわれた以降は、加熱するのが好ましい。これによって、凝結体を最終的に確実に気化させることができ、二次反応ガスの生成量を十分に確保することができる。
For example, an azeotropic aggregate containing the target substance may be generated by the primary reaction gas and the reactant.
In this case, it is preferable to cool or adjust the temperature of the reaction system so as to be below the dew point of the reactant such as H 2 O until the aggregate reaches the azeotropic point. Thereby, the aggregate can be reliably grown. It is preferable to cool or adjust the temperature for a while after exceeding the azeotropic point. Thereby, the liquid phase can remain to some extent even after the azeotropic point, and the reaction can be ensured. And after reaction is fully performed, it is preferable to heat. As a result, the aggregate can be finally vaporized reliably, and a sufficient amount of secondary reaction gas can be secured.

前記反応器が、外管と、この外管に挿通され外管との間に環状の外通路を形成する内管を有し、
前記内管には、前記外通路と内管内の内通路とを連ねる微細孔が多数形成され、
前記外通路に前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の一方が導入され、前記内通路に前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の他方が導入されるようになっていてもよい。
この場合、前記外通路に前記一次反応ガスが導入され、前記内通路に前記反応剤が導入されるのが好ましい。
これによって、一次反応ガスが外通路から内管の微細孔を通って内通路に入るようにでき、この一次応ガスの気流によって反応剤が内管の内周面に結露するのを防止することができる。
The reactor has an outer tube and an inner tube inserted into the outer tube to form an annular outer passage between the outer tube;
The inner pipe is formed with a large number of fine holes connecting the outer passage and the inner passage in the inner pipe,
One of the pressurized primary reaction gas and the reactant may be introduced into the outer passage, and the other of the pressurized primary reaction gas and the reactant may be introduced into the inner passage.
In this case, it is preferable that the primary reaction gas is introduced into the outer passage and the reactant is introduced into the inner passage.
As a result, the primary reaction gas can enter the inner passage from the outer passage through the fine hole of the inner tube, and the reaction of the reactant to the inner peripheral surface of the inner tube due to the air flow of the primary reaction gas is prevented. Can do.

前記外通路の導入端とは反対側の端部は、閉塞されているのが好ましい。これによって、外通路を内通路より高圧にすることができ、外通路に導入した一次反応ガス又は反応剤が微細孔を透過して内通路に確実に入り込むようにすることができる。   The end of the outer passage opposite to the introduction end is preferably closed. Accordingly, the outer passage can be set to a pressure higher than that of the inner passage, and the primary reaction gas or the reactant introduced into the outer passage can be surely penetrated into the inner passage through the fine holes.

前記反応器には、前記加圧後の一次反応ガスと前記反応剤とを互いに同じ向きに流す並行流空間が形成されていてもよく、互いに対向する向きに流す対向流空間が形成されていてもよい。
前記反応器が、前記外管と内管の二重管構造である場合、外通路の一端部に前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の一方(好ましくは前記加圧後の一次反応ガス)を導入し、内通路の同側の端部に前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の一方(好ましくは前記反応剤)を導入することにしてもよい。これによって、並行流を構成できる。或いは、外通路の一端部に前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の一方(好ましくは前記加圧後の一次反応ガス)を導入し、内通路の他端部に前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の一方(好ましくは前記反応剤)を導入することにしてもよい。これによって、対向流を構成できる。
The reactor may be formed with a parallel flow space in which the pressurized primary reaction gas and the reactant are flowed in the same direction, and a counter flow space is formed in a direction facing each other. Also good.
When the reactor has a double tube structure of the outer pipe and the inner pipe, one end of the pressurized primary reaction gas and one of the reactants (preferably the primary reactive gas after the pressurization) are provided at one end of the outer passage. ), And one of the pressurized primary reaction gas and the reactant (preferably the reactant) may be introduced into the end portion on the same side of the inner passage. Thereby, a parallel flow can be constituted. Alternatively, one of the pressurized primary reaction gas and the reactant (preferably the pressurized primary reaction gas) is introduced into one end of the outer passage, and the pressurized primary reaction gas is introduced into the other end of the inner passage. One of the reaction gas and the reactant (preferably the reactant) may be introduced. Thereby, a counterflow can be constituted.

前記反応器には内部を温調する温調器が設けられているのが好ましい。
これによって、前記加圧後の一次反応ガスと反応剤の反応を制御して、高濃度の二次反応ガスが生成されるようにすることができる。
前記反応器の上流側の部分では相対的に冷却し、下流側の部分では相対的に加熱することにしてもよい。
The reactor is preferably provided with a temperature controller for adjusting the temperature inside.
Accordingly, the reaction between the primary reaction gas and the reactant after the pressurization can be controlled so that a high concentration secondary reaction gas can be generated.
The upstream portion of the reactor may be relatively cooled, and the downstream portion may be relatively heated.

本発明によれば、プラズマ化の所要電力を、被処理物の配置環境の圧力時のものに比べ小さくできる。   According to the present invention, the power required for plasmaization can be reduced as compared with that required at the time of the pressure of the arrangement environment of the object to be processed.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1に示すように、この実施形態の被処理物はガラス基板Wである。基板W上には、例えばアモルファスシリコンの膜fが形成されている。本実施形態では、このシリコン膜fをエッチングし除去するものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the workpiece in this embodiment is a glass substrate W. On the substrate W, for example, an amorphous silicon film f is formed. In this embodiment, the silicon film f is removed by etching.

図1は、本発明の基本形態を示したものである。プラズマ表面処理装置Mは、プラズマ化手段20と、真空ホンプ31(加圧手段)と、基板配置部4とを備えている。
基板配置部4は、ステージやローラコンベア等で構成されている。この基板配置部4の上面に、処理すべき基板Wが配置されるようになっている。基板配置部4ひいては被処理基板Wは、大気圧又はその近傍の圧力(略大気圧)下に配置されている。
FIG. 1 shows a basic form of the present invention. The plasma surface treatment apparatus M includes plasmarizing means 20, a vacuum pump 31 (pressurizing means), and a substrate placement unit 4.
The substrate placement unit 4 includes a stage, a roller conveyor, and the like. A substrate W to be processed is arranged on the upper surface of the substrate arrangement unit 4. The substrate placement unit 4 and the substrate W to be processed are placed under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof (substantially atmospheric pressure).

プラズマ化手段20は、減圧チャンバー21と、この減圧チャンバー21内に設けられた一対の電極22,22とを有している。一方の電極22は、電源2に接続され、他方の電極22は電気的に接地されている。一対の電極間に放電通路23が形成されている。電源2からの電圧供給により電極間に電界が形成され、放電通路23内にプラズマ放電が生成されるようになっている。供給電圧はVpp=1〜10kV程度が好ましく、周波数は1〜100kHz程度が好ましい。   The plasma generating means 20 has a decompression chamber 21 and a pair of electrodes 22, 22 provided in the decompression chamber 21. One electrode 22 is connected to the power source 2 and the other electrode 22 is electrically grounded. A discharge passage 23 is formed between the pair of electrodes. An electric field is formed between the electrodes by voltage supply from the power supply 2, and plasma discharge is generated in the discharge passage 23. The supply voltage is preferably about Vpp = 1 to 10 kV, and the frequency is preferably about 1 to 100 kHz.

処理流体源1から原料導入路10が延び、放電通路23の上流端に連なっている。原料導入路10には減圧バルブ10Vが設けられている。後述するように、この減圧バルブ10Vより下流(プラズマ化手段20の側)の原料導入路10は、低圧になっている。   A raw material introduction path 10 extends from the processing fluid source 1 and continues to the upstream end of the discharge path 23. The raw material introduction path 10 is provided with a pressure reducing valve 10V. As will be described later, the raw material introduction path 10 downstream of the pressure reducing valve 10V (on the side of the plasmification means 20) is at a low pressure.

処理流体源1は、出発物質としてのCFをHO(水蒸気)及びキャリアガスと混合し、この混合ガスからなる原料ガス(プラズマ化前の処理流体)を原料導入路10へ送出するようになっている。CFとHOの流量比は、CF:HO=9:1〜999:1程度が好ましい。この実施形態では、例えばCF:HO=98:2となっている。この原料ガスが、放電通路23のプラズマに晒されることにより、COF、HF、F、O等を含む反応ガス(プラズマ化後の処理流体)が生成されるようになっている。 The processing fluid source 1 mixes CF 4 as a starting material with H 2 O (water vapor) and a carrier gas, and sends a raw material gas composed of this mixed gas (a processing fluid before being plasmatized) to the raw material introduction path 10. It has become. The flow rate ratio between CF 4 and H 2 O is preferably about CF 4 : H 2 O = 9: 1 to 999: 1. In this embodiment, for example, CF 4 : H 2 O = 98: 2. When this raw material gas is exposed to the plasma in the discharge passage 23, a reaction gas (processing fluid after being converted to plasma) containing COF 2 , HF, F 2 , O 3 and the like is generated.

図2は、プラズマ圧力に対する単位電力当たりのHF及びCOFの生産量を示したものである。諸条件は下記の通りである。
周波数: 30kHz
電圧波形: パルス幅4μsのパルス波
原料ガス流量: 250scm
原料ガス成分: CF 98vol%
O 2vol%
HFの生産量はプラズマの圧力が低いほど増加し、大気圧に近づくにしたがって減少する。これに対し、COF2の生産量は、0.2〜0.4bar付近でピークをもつ。
FIG. 2 shows the production of HF and COF 2 per unit power with respect to the plasma pressure. Various conditions are as follows.
Frequency: 30kHz
Voltage waveform: Pulse wave with a pulse width of 4 μs Raw material gas flow rate: 250 scm
Raw material gas component: CF 4 98 vol%
H 2 O 2 vol%
The amount of HF produced increases as the plasma pressure decreases, and decreases as it approaches atmospheric pressure. On the other hand, the production amount of COF2 has a peak in the vicinity of 0.2 to 0.4 bar.

HFは、膜fをエッチングするための目的物質を構成する。
COFは、目的物質(HF)を生成する途中の段階の中間物質を構成する。すなわち、下記の反応式(1)に示すように、COFは、HOと反応してHFとなることにより、膜fをエッチング可能になる。
COF+HO→2HF+CO …式(1)
HF constitutes a target substance for etching the film f.
COF 2 constitutes an intermediate substance in the middle of generating the target substance (HF). That is, as shown in the following reaction formula (1), COF 2 reacts with H 2 O to become HF, whereby the film f can be etched.
COF 2 + H 2 O → 2HF + CO 2 Formula (1)

放電通路23の下流端から一次反応ガス路11が延び、真空ホンプ31に連なっている。真空ホンプ31によって、原料導入路10の減圧バルブ10Vから当該真空ホンプ31までの間のガス経路が大気圧より低い圧力に維持されている。したがって、チャンバー21の内部ひいては放電通路23が低圧環境になっている。このチャンバー21内の圧力は、たとえば0.2barに設定されている。
真空ホンプ31の構成部材は、耐腐食性の高い材料を用いるのが好ましい。
The primary reaction gas passage 11 extends from the downstream end of the discharge passage 23 and continues to the vacuum pump 31. The gas path between the pressure reducing valve 10V of the raw material introduction path 10 and the vacuum pump 31 is maintained at a pressure lower than the atmospheric pressure by the vacuum pump 31. Therefore, the inside of the chamber 21 and thus the discharge passage 23 is in a low pressure environment. The pressure in the chamber 21 is set to 0.2 bar, for example.
As a constituent member of the vacuum pump 31, it is preferable to use a material having high corrosion resistance.

真空ホンプ31の出口ポートに二次反応ガス路14が連なっている。二次反応ガス路14は、基板配置部4へ向けて延びている。二次反応ガス路14の先端部(下流端)には、供給ノズル40(供給部)が設けられている。この供給ノズル40が、略大気圧下に配置された基板Wの上方に近接して配置されるようになっている。
真空ホンプ31及び供給ノズル40は、プラズマ化後処理手段30を構成している。
The secondary reaction gas path 14 is connected to the outlet port of the vacuum pump 31. The secondary reaction gas path 14 extends toward the substrate placement portion 4. A supply nozzle 40 (supply unit) is provided at the tip (downstream end) of the secondary reaction gas path 14. The supply nozzle 40 is arranged close to the upper side of the substrate W arranged under substantially atmospheric pressure.
The vacuum pump 31 and the supply nozzle 40 constitute a post-plasmaization processing means 30.

上記構成のプラズマ表面処理装置Mを用いて基板Wの膜fをエッチング処理する方法を説明する。
被処理物配置工程
処理すべき基板Wを基板配置部4上にセットする。基板配置部4は、大気圧環境であるので、圧力操作は不要であり、被処理基板Wをスムーズかつ容易に配置することができる。
A method of etching the film f of the substrate W using the plasma surface processing apparatus M having the above configuration will be described.
A substrate W to be processed is set on the substrate placement unit 4. Since the substrate placement unit 4 is in an atmospheric pressure environment, no pressure operation is required, and the substrate W to be processed can be placed smoothly and easily.

低圧維持工程
一方、真空ホンプ31によってバルブ10Vとホンプ31の間のラインを基板配置環境より低圧(0.2bar)に維持する。したがって、チャンバー21の内部ひいては放電通路23内が、低圧環境(0.2bar)に維持される。
プラズマ化工程
そして、電源2からの電力供給により電極22,22間に電界を印加して放電を形成し、放電通路23内にプラズマを生成する。放電通路23は低圧環境であるので、電源2からの供給電力が小さくても十分にプラズマ放電を起こすことができる。したがって、小型電源を用いることができ、発熱対策設備も小規模化でき、コストの低廉化を図ることができる。また、プラズマの電子温度を高くすることができ、良好なプラズマを得ることができる。
この放電通路23に処理流体源1から原料ガス(CF+HO)を導入する。これにより、原料ガスがプラズマ化されて分解し、COF、F、HF、O等を含む低圧の反応ガスが生成される。なお、反応ガスには未反応のHO等も含まれており、このHOがCOFと反応すると、HFが生成される。
On the other hand low pressure maintained process, maintaining the line between the valve 10V and Honpu 31 to a low pressure (0.2 bar) than the substrate placed environment by vacuum Honpu 31. Therefore, the inside of the chamber 21 and thus the inside of the discharge passage 23 is maintained in a low pressure environment (0.2 bar).
Plasma process and, by applying an electric field to form a discharge between the electrodes 22, 22 by the power supply from the power source 2, to generate plasma in the discharge passage 23. Since the discharge passage 23 is in a low pressure environment, plasma discharge can be sufficiently generated even if the power supplied from the power source 2 is small. Therefore, a small power source can be used, the heat generation countermeasure facility can be reduced in size, and the cost can be reduced. In addition, the plasma electron temperature can be increased, and good plasma can be obtained.
A raw material gas (CF 4 + H 2 O) is introduced into the discharge passage 23 from the processing fluid source 1. Thereby, the raw material gas is converted into plasma and decomposed, and a low-pressure reaction gas containing COF 2 , F 2 , HF, O 3 and the like is generated. Incidentally, the reaction gas also contains H 2 O and the like of unreacted this H 2 O reacts with COF 2, HF is produced.

その後、以下のプラズマ化後処理工程が実行される。
加圧工程
上記反応ガスは、一次反応ガス路11を経て真空ホンプ31に吸い込まれ、この真空ホンプ31によって略大気圧まで加圧される。
Thereafter, the following post-plasma treatment process is performed.
Pressurization Step The reaction gas is sucked into the vacuum pump 31 through the primary reaction gas path 11 and is pressurized to approximately atmospheric pressure by the vacuum pump 31.

供給工程
略大気圧になった反応ガスが二次反応ガス路14に送出され、供給ノズル40から吹き出されて基板Wの表面に吹き付けられる。反応ガス中のOがシリコン膜fに接触することによりシリコンが酸化される。この酸化シリコンに凝縮相を介して反応ガス中のHFが接触することにより、次式(2)のようにして、揮発性のSiFが生成される。これによって、膜fをエッチングすることができる。
SiO+4HF→SiF+2HO …式(2)
反応式(2)の右辺第2項の2HOは、酸化シリコン表面の上記凝縮相として提供される。
通常は、上記加圧工程において反応ガスを基板配置部4の圧力より若干高圧になるように加圧し、反応ガスがその圧力差によって基板W上へ供給されるようにする。上記加圧工程において反応ガスを基板配置部4の圧力(略大気圧)以下に加圧することにし、二次反応ガス路14に送風手段を設けることにより、上記反応ガスを基板Wへ向けて送風供給することにしてもよい。この場合、真空ホンプ31と送風手段とが、加圧手段を構成する。
In the supply process, the reaction gas that has become substantially atmospheric pressure is sent to the secondary reaction gas passage 14, blown out from the supply nozzle 40, and blown onto the surface of the substrate W. Silicon is oxidized when O 3 in the reaction gas comes into contact with the silicon film f. When HF in the reaction gas comes into contact with this silicon oxide via a condensed phase, volatile SiF 4 is generated as shown in the following equation (2). Thereby, the film f can be etched.
SiO 2 + 4HF → SiF 4 + 2H 2 O Formula (2)
2H 2 O in the second term on the right side of the reaction formula (2) is provided as the condensed phase on the silicon oxide surface.
Usually, in the pressurizing step, the reaction gas is pressurized so as to be slightly higher than the pressure of the substrate placement portion 4 so that the reaction gas is supplied onto the substrate W by the pressure difference. In the pressurization step, the reaction gas is pressurized below the pressure (substantially atmospheric pressure) of the substrate placement portion 4, and the reaction gas is blown toward the substrate W by providing a blowing means in the secondary reaction gas path 14. You may decide to supply. In this case, the vacuum pump 31 and the blower unit constitute a pressurizing unit.

被処理物取り替え工程
エッチング終了後、処理済みの基板Wを基板配置部4から取り出す。そして、新たに処理すべき基板Wを基板配置部4にセットする。大気圧環境であるので容易に取り出し、セットすることができ、基板配置部4の圧力を大気圧に戻したり低圧化したりする必要がない。したがって、複数の基板W,W…を連続的に処理でき、処理時間の短縮を図ることができる。大型の基板Wにも容易に対応することができる。
After completion of the workpiece replacement process etching, the processed substrate W is taken out from the substrate placement portion 4. Then, the substrate W to be newly processed is set in the substrate placement unit 4. Since it is an atmospheric pressure environment, it can be easily taken out and set, and there is no need to return the pressure of the substrate placement portion 4 to atmospheric pressure or reduce the pressure. Therefore, the plurality of substrates W, W... Can be processed continuously, and the processing time can be shortened. A large substrate W can be easily accommodated.

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を適宜省略する。
図3は、第1実施形態の変形例を示したものである。この装置Mには、オゾン導入系50が付加されている。オゾン導入系50は、オゾナイザー等のオゾン源51と、このオゾン源51から延びるオゾン供給路52とを有している。図3の実線に示すように、オゾン供給路52は、二次反応ガス路14に合流されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, the same reference numerals are given to the drawings for the same configurations as those of the above-described embodiments, and the description thereof is omitted as appropriate.
FIG. 3 shows a modification of the first embodiment. An ozone introduction system 50 is added to the apparatus M. The ozone introduction system 50 includes an ozone source 51 such as an ozonizer and an ozone supply path 52 extending from the ozone source 51. As shown by the solid line in FIG. 3, the ozone supply path 52 is joined to the secondary reaction gas path 14.

これによって、オゾン源51からのオゾンを含有するガスを、二次反応ガス路14に添加し、二次反応ガスと一緒に基板Wに供給することができる。これによって、シリコン膜fを確実に酸化させて酸化シリコンにすることができる。この酸化シリコンと二次反応ガスの主成分のHFとを反応させることにより、膜fを確実にエッチングすることができる。   As a result, a gas containing ozone from the ozone source 51 can be added to the secondary reaction gas path 14 and supplied to the substrate W together with the secondary reaction gas. Thereby, the silicon film f can be reliably oxidized to silicon oxide. By reacting this silicon oxide with HF which is the main component of the secondary reaction gas, the film f can be reliably etched.

図3の二点鎖線に示すように、オゾン供給路52は、二次反応ガス路14に代えて一次反応ガス路11に接続することにしてもよい。
オゾン含有ガスの混合によりガス中のフッ酸濃度を下げることができ、結露を生じにくくすることができる。
As shown by the two-dot chain line in FIG. 3, the ozone supply path 52 may be connected to the primary reaction gas path 11 instead of the secondary reaction gas path 14.
By mixing the ozone-containing gas, the concentration of hydrofluoric acid in the gas can be reduced, and condensation can be made difficult to occur.

図4は、本発明の第2実施形態を示したものである。
この実施形態の表面処理装置は、真空ホンプ31に代えて、凝縮手段(凝結手段)60と液体加圧手段100からなる反応液生成手段(凝結体生成手段)60Xと、二次反応ガス生成手段(気化手段)110とを備えている。凝結体生成手段60Xと気化手段110と供給部40は、プラズマ化後処理手段30を構成している。
処理流体源1からプラズマ化手段20に導入される原料ガス(ガス状の処理流体)としては、CFとOの混合ガスが用いられている。流量比は、たとえばCF:O=3:2程度である。また、後述する不凝縮ガス戻し路15bから上記原料ガス成分の他、HOを含む気体が混入される。これによって、プラズマ化手段20の放電通路23においてCOF、O、F、HF、CO、HO等を含む一次反応ガス(プラズマ化後の低圧の処理流体)が生成される。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
In the surface treatment apparatus of this embodiment, instead of the vacuum pump 31, a reaction liquid generating means (condensate generating means) 60X comprising a condensing means (condensing means) 60 and a liquid pressurizing means 100, and a secondary reaction gas generating means. (Vaporizing means) 110. The aggregate generation unit 60X, the vaporization unit 110, and the supply unit 40 constitute a post-plasmaization processing unit 30.
A mixed gas of CF 4 and O 2 is used as the raw material gas (gaseous processing fluid) introduced from the processing fluid source 1 into the plasmification means 20. The flow rate ratio is, for example, about CF 4 : O 2 = 3: 2. In addition to the raw material gas components, a gas containing H 2 O is mixed from a non-condensable gas return path 15b described later. As a result, a primary reaction gas (a low-pressure processing fluid after being plasmatized) containing COF 2 , O 3 , F 2 , HF, CO 2 , H 2 O and the like is generated in the discharge passage 23 of the plasmarization means 20.

プラズマ化手段20は、たとえば0.3barの低圧環境に維持されている。図5に示すように、上記流量比における単位投入電力あたりのCOFの生成流量は、プラズマ化手段20の圧力が0.3bar程度のとき最も大きくなる。0.3barにおけるプラズマ化手段20出口でのCOF濃度は80000ppmであり、COF分圧は、2400Paである。 The plasmarizing means 20 is maintained in a low pressure environment of 0.3 bar, for example. As shown in FIG. 5, the production flow rate of COF 2 per unit input power at the above flow rate ratio becomes the largest when the pressure of the plasmarizing means 20 is about 0.3 bar. The COF 2 concentration at the outlet of the plasmification means 20 at 0.3 bar is 80000 ppm, and the COF 2 partial pressure is 2400 Pa.

プラズマ化手段20の後段には、一次反応ガス路11を介し凝縮器60(凝縮手段)が設けられている。
凝縮器60は、凝縮容器61と、この容器61内に設けられた凝縮管62及び冷却管66(冷却器)を有している。凝縮管62の上端部に一次反応ガス路11が連なっている。
A condenser 60 (condensing means) is provided in the subsequent stage of the plasmification means 20 via the primary reaction gas path 11.
The condenser 60 has a condensing container 61 and a condensing pipe 62 and a cooling pipe 66 (cooler) provided in the container 61. The primary reaction gas path 11 is connected to the upper end portion of the condensing pipe 62.

一次反応ガス路11と凝縮管62との接続部付近には、水蒸気添加手段70(凝縮剤(凝結剤)添加手段、反応剤添加手段)が接続されている。水蒸気添加手段70は、水蒸気源71と、この水蒸気源71から延びる水蒸気添加路72とを有している。水蒸気添加路72が、一次反応ガス路11の下流端付近または凝縮管62の上流端付近に合流されている。これにより、一次反応ガス路11からの一次反応ガスに水蒸気源71からの水蒸気(凝縮剤(凝結剤)、反応剤)が添加されるようになっている。一次反応ガスを水中でバブリングすることにより水蒸気を添加することにしてもよい。
水蒸気に代えて、液相の水を霧状にする等して一次反応ガスに添加することにしてもよい。
In the vicinity of the connecting portion between the primary reaction gas path 11 and the condensing pipe 62, a water vapor adding means 70 (condensing agent (coagulant) adding means, reactant adding means) is connected. The steam addition means 70 has a steam source 71 and a steam addition path 72 extending from the steam source 71. The steam addition path 72 is joined near the downstream end of the primary reaction gas path 11 or near the upstream end of the condensation pipe 62. Thereby, water vapor (condensation agent (coagulant), reactant) from the water vapor source 71 is added to the primary reaction gas from the primary reaction gas passage 11. Water vapor may be added by bubbling the primary reaction gas in water.
Instead of water vapor, liquid phase water may be added to the primary reaction gas in the form of a mist.

凝縮管62と冷却管66は、共にコイル状をなし、互いに熱交換可能に並設されている。凝縮管62には、水蒸気添加後の一次反応ガスが通される。冷却管66には冷却媒体が通される。凝縮管62内の一次反応ガスの流通方向と、冷却管66内の冷却媒体の流通方向とは、互いに逆方向を向き、対向流を形成している。これによって、凝縮管62の温度は、管62の下流に向かうにしたがって漸次低下していくようになっている。凝縮管62の上流端付近は常温であるのに対し、凝縮管62の下流端付近では例えば−30℃程度になるように設定されている。凝縮器60に導入された一次反応ガスは、凝縮管62を流通する過程で凝縮され、これにより、低圧反応液(加圧前の液状の凝結体(処理流体))が生成されるようになっている。   The condensing pipe 62 and the cooling pipe 66 are both in a coil shape and are arranged side by side so that they can exchange heat with each other. The primary reaction gas after the addition of water vapor is passed through the condenser 62. A cooling medium is passed through the cooling pipe 66. The flow direction of the primary reaction gas in the condensing pipe 62 and the flow direction of the cooling medium in the cooling pipe 66 are opposite to each other to form an opposing flow. As a result, the temperature of the condensing pipe 62 gradually decreases toward the downstream of the pipe 62. The vicinity of the upstream end of the condensing tube 62 is at room temperature, whereas the vicinity of the downstream end of the condensing tube 62 is set to be, for example, about −30 ° C. The primary reaction gas introduced into the condenser 60 is condensed in the process of flowing through the condenser tube 62, and thereby, a low-pressure reaction liquid (liquid condensate (processing fluid) before pressurization) is generated. ing.

凝縮容器61の下側部には、凝縮管62の出口から出た反応液が溜められる液相部が設けられ、上側部には一次反応ガスのうち凝縮(凝結)せずに残った不凝縮ガス(不凝結ガス、不凝結成分)が溜められる気相部が設けられている。気相部から不凝縮ガス送出路15aが延びている。不凝縮ガス送出路15aは、不要物質除去部80に接続されている。   The lower part of the condensing container 61 is provided with a liquid phase part in which the reaction liquid exiting from the outlet of the condensing pipe 62 is stored, and the upper part is non-condensed remaining without being condensed (condensed) in the primary reaction gas A gas phase part in which gas (non-condensable gas, non-condensed component) is stored is provided. A non-condensable gas delivery path 15a extends from the gas phase portion. The non-condensable gas delivery path 15 a is connected to the unnecessary substance removing unit 80.

不要物質除去部80は、不要物除去容器81と、この容器81の一端部に除去媒体導入路82を介して連なる除去媒体源89と、容器81の他端部から延びる除去媒体導出路84に設けられた媒体流通用ポンプ85とを有している。除去媒体源89には、除去媒体として石灰水が蓄えられている。この石灰水が、導入路82を経て容器81に導入されるようになっている。導入路82には減圧弁83が設けられており、この減圧弁83の二次圧が0.3bar程度の低圧に維持されている。
上記凝縮器60からの不凝縮ガス送出路15aが、容器81の下端部に連なっている。
The unnecessary substance removing unit 80 includes an unnecessary material removing container 81, a removing medium source 89 connected to one end of the container 81 via a removing medium introduction path 82, and a removing medium outlet path 84 extending from the other end of the container 81. And a medium distribution pump 85 provided. The removal medium source 89 stores lime water as a removal medium. The lime water is introduced into the container 81 through the introduction path 82. The introduction passage 82 is provided with a pressure reducing valve 83, and the secondary pressure of the pressure reducing valve 83 is maintained at a low pressure of about 0.3 bar.
A non-condensable gas delivery path 15 a from the condenser 60 is connected to the lower end of the container 81.

不要物質除去容器81から不凝縮ガス戻し路15bが延びている。不凝縮ガス戻し路15bには、気体循環ポンプ15Pが設けられている。不凝縮ガス戻し路15bは、バルブ10Vより低圧側(下流側)の原料導入路10に合流されている。
不凝縮ガス送出路15aと不凝縮ガス戻し路15bとによって、不凝縮ガス路(不凝結成分路)15が構成されている。
An uncondensed gas return path 15 b extends from the unnecessary substance removal container 81. A gas circulation pump 15P is provided in the non-condensable gas return path 15b. The non-condensable gas return path 15b is joined to the raw material introduction path 10 on the lower pressure side (downstream side) than the valve 10V.
The non-condensable gas delivery path 15a and the non-condensed gas return path 15b constitute a non-condensable gas path (non-condensed component path) 15.

不要物質除去部80と気体循環ポンプ15Pとの間の不凝縮ガス戻し路15bから低圧維持路16が分岐されている。低圧維持路16に減圧用真空ポンプ90(低圧維持手段)が設けられている。この減圧用真空ポンプ90によって、プラズマ化手段20と、凝縮器60と、不要物質除去部80を被処理物Wの配置環境の圧力(大気圧)より低圧の環境(本実施形態では0.3bar)に維持することができる。   A low-pressure maintenance path 16 is branched from a non-condensable gas return path 15b between the unnecessary substance removing unit 80 and the gas circulation pump 15P. A vacuum pump 90 for reducing pressure (low pressure maintaining means) is provided in the low pressure maintaining path 16. By this vacuum pump 90 for reducing pressure, the plasma generating means 20, the condenser 60, and the unnecessary substance removing unit 80 are placed in an environment (0.3 bar in this embodiment) lower than the pressure (atmospheric pressure) of the environment in which the workpiece W is arranged. ) Can be maintained.

不要物質除去部80を省き、これによって除外されなくなったCOの流量分だけ減圧用真空ポンプ90の排気流量を増やすことにしてもよい。 The unnecessary substance removing unit 80 may be omitted, and the exhaust flow rate of the vacuum pump 90 for decompression may be increased by the amount of CO 2 that is no longer excluded.

図7に示すように、低圧維持手段として、減圧用真空ポンプ90に代えて、極低温冷却器91を設けることにしてもよい。極低温冷却器91は、不凝縮ガスを例えば極低温まで冷却して液化させて排出する。液化に伴なう体積減少によって、低圧が維持される。   As shown in FIG. 7, a cryogenic cooler 91 may be provided as a low pressure maintaining means instead of the vacuum pump 90 for decompression. The cryogenic cooler 91 cools the non-condensable gas to a cryogenic temperature, for example, liquefies it, and discharges it. The low pressure is maintained by the volume reduction associated with liquefaction.

図4に示すように、凝縮容器61の液相部には、低圧反応液路12を介して液体加圧手段100が接続されている。
液体加圧手段100は、チューブポンプにて構成されている。チューブポンプ100は、周知の構造をなしており、例えばチューブ101とローラ102を有している。チューブ101は、テフロン(登録商標)等の耐腐食性の可撓性樹脂にて構成されている。チューブ101の上流端に低圧反応液路12が連なっている。これにより、凝縮器60で凝縮した反応液がチューブ101に送られるようになっている。
As shown in FIG. 4, the liquid pressurizing means 100 is connected to the liquid phase portion of the condensing container 61 via the low-pressure reaction liquid path 12.
The liquid pressurizing means 100 is constituted by a tube pump. The tube pump 100 has a known structure and includes, for example, a tube 101 and a roller 102. The tube 101 is made of a corrosion-resistant flexible resin such as Teflon (registered trademark). A low-pressure reaction channel 12 is connected to the upstream end of the tube 101. Thereby, the reaction liquid condensed by the condenser 60 is sent to the tube 101.

ローラ102は、チューブ101を外側から押し潰しながらチューブ101の下流方向に相対移動されるようになっている。これにより、チューブ101内の反応液が下流方向へ押し出されながら加圧されるようになっている。   The roller 102 is relatively moved in the downstream direction of the tube 101 while crushing the tube 101 from the outside. Thereby, the reaction liquid in the tube 101 is pressurized while being pushed out in the downstream direction.

チューブ101の下流端から加圧反応液路13が延びている。反応液路13は、容器状の気化器110(気化手段)に連なっている。これにより、チューブポンプ100で加圧後の反応液(加圧後凝結体)が、流路13を経て気化器110内に供給されるようになっている。   A pressurized reaction liquid path 13 extends from the downstream end of the tube 101. The reaction liquid path 13 is connected to a container-like vaporizer 110 (vaporization means). Thereby, the reaction liquid (condensed substance after pressurization) pressurized by the tube pump 100 is supplied into the vaporizer 110 via the flow path 13.

気化器110には、加熱温調器115が組み込まれている。加熱温調器115は、気化器110内を、好ましくは0〜100℃、より好ましくは15℃程度に温調するようになっている。   A heating temperature controller 115 is incorporated in the vaporizer 110. The heating temperature controller 115 adjusts the temperature of the vaporizer 110 to preferably 0 to 100 ° C., more preferably about 15 ° C.

さらに、気化器110にはキャリアガス導入系120が接続されている。キャリアガス導入系120は、アルゴン、窒素、空気等のキャリアガスを蓄えたキャリア源121を有している。このキャリア源121からキャリアガス路122が延び、気化器110の一端部に連なっている。
気化器110内において、キャリアガス導入系120からのキャリアガス中に、反応液が気化されるようになっている。これにより、反応液の気化成分とキャリアガスとの混合ガスからなる二次反応ガス(低圧環境より高圧の気化後の処理流体)が生成されるようになっている。
Further, a carrier gas introduction system 120 is connected to the vaporizer 110. The carrier gas introduction system 120 has a carrier source 121 that stores a carrier gas such as argon, nitrogen, and air. A carrier gas path 122 extends from the carrier source 121 and continues to one end of the vaporizer 110.
In the vaporizer 110, the reaction liquid is vaporized in the carrier gas from the carrier gas introduction system 120. As a result, a secondary reaction gas (a processing fluid after vaporization having a higher pressure than the low-pressure environment) made of a mixed gas of the vaporized component of the reaction liquid and the carrier gas is generated.

気化器110の他端部(キャリアガス路122との接続端とは反対側の端部)から二次反応ガス路14が基板配置部4へ向けて延びている。二次反応ガス路14の先端部(下流端)には、供給ノズル40(供給部)が設けられている。この供給ノズル40が、略大気圧下に配置された基板Wの上方に近接して配置されるようになっている。   The secondary reaction gas path 14 extends from the other end of the vaporizer 110 (the end opposite to the connection end with the carrier gas path 122) toward the substrate placement section 4. A supply nozzle 40 (supply unit) is provided at the tip (downstream end) of the secondary reaction gas path 14. The supply nozzle 40 is arranged close to the upper side of the substrate W arranged under substantially atmospheric pressure.

プラズマ化工程
第2実施形態において、プラズマ化手段20で分圧2400PaのCOFを含む一次反応ガスが生成される。
In the second plasma forming step , the plasma generating means 20 generates a primary reaction gas containing COF 2 having a partial pressure of 2400 Pa.

その後、以下のプラズマ化後処理工程が実行される。プラズマ化後処理工程は、凝結体生成工程と気化工程を含む。凝結体生成工程は、反応剤添加工程と、凝縮工程と、加圧工程を含む。
凝縮剤添加工程(凝結剤添加工程、反応剤添加工程)
この一次反応ガスに水蒸気源71からの水蒸気(凝縮剤(凝結剤)、反応剤)が添加される。添加量は、例えば、一次反応ガス中の水蒸気分圧が4600Paとなる量とする。
Thereafter, the following post-plasma treatment process is performed. The post-plasmaization process includes an aggregate generation process and a vaporization process. The aggregate generation process includes a reactant addition process, a condensation process, and a pressurization process.
Condensant addition process (coagulant addition process, reactant addition process)
Water vapor (condensing agent (coagulant), reactant) from the water vapor source 71 is added to the primary reaction gas. The amount added is, for example, such that the water vapor partial pressure in the primary reaction gas is 4600 Pa.

凝縮工程(凝結工程)
水蒸気添加後の一次反応ガスが凝縮管62に導入され、凝縮管62内を流れる。これと対向流をなすようにして、冷却管66内を冷却媒体が流れる。これにより、一次反応ガスが、凝縮管62の下流に向かうにしたがって漸次冷却される。そして、先ず、一次反応ガス中の水蒸気(HO)が凝縮し水滴が出来る。この水滴にCOFが溶け込んで、上記反応式(1)の反応が起き、COFの分解量の2倍のモル数のHFが生成される。これにより、フッ酸水(HF水溶液)の液滴が出来る。この液滴の凝固点は0℃を下回る。したがって、凝縮管62温度が0℃以下になっても液滴が凍ることはない。液滴は、凝縮管62を流れて行くにしたがって更にCOFを吸収してHF濃度を上げていく。したがって、液滴の凝固点がますます低下する。これによって、液滴を凝固させることなく、設定温度のー30℃まで冷却することができる。こうして、COFをほぼ100%近く分解することができる。これにより、高濃度HFの反応液(凝結体)が、凝縮管62の出口(下流端)から出て凝縮容器61の下側部の液相部に溜まる。
Condensation process (condensation process)
The primary reaction gas after the addition of water vapor is introduced into the condensation tube 62 and flows through the condensation tube 62. A cooling medium flows in the cooling pipe 66 so as to make a counter flow with the cooling medium. Thereby, the primary reaction gas is gradually cooled toward the downstream of the condensing pipe 62. First, water vapor (H 2 O) in the primary reaction gas is condensed to form water droplets. COF 2 dissolves in the water droplets, the reaction of the above reaction formula (1) occurs, and HF having a mole number twice the amount of decomposition of COF 2 is generated. Thereby, droplets of hydrofluoric acid water (HF aqueous solution) are formed. The freezing point of this droplet is below 0 ° C. Therefore, even if the temperature of the condensing tube 62 becomes 0 ° C. or lower, the droplets do not freeze. Droplets, gradually increasing the HF concentration further by absorbing the COF 2 according to flows the condensation tube 62. Accordingly, the freezing point of the droplet is further lowered. As a result, the droplet can be cooled to a set temperature of −30 ° C. without solidifying the droplet. Thus, COF 2 can be decomposed by almost 100%. As a result, the high-concentration HF reaction liquid (condensate) exits from the outlet (downstream end) of the condensing pipe 62 and accumulates in the liquid phase portion on the lower side of the condensing container 61.

プラズマ化手段20の出口で2400PaであったCOFをほぼ100%分解したとき、添加HOの4600Paのうち、2400PaがCOFとの反応式(1)の反応に消費され、残りは2200Paになる。また、HFの生成量は、COFの消費量の2倍の4800Paになる。HOの残量とHFの生成量を合計すると7000Paであり、そのうちHFの占める割合は、
HF/(HO+HF)=4800/7000=0.69
である。
一次反応ガスは、0.3bar(=30000Pa)であるから、その約24%(=7000/30000)が反応液(HO+HF)になったことになる。残りの約76%は不凝縮ガスとなる。
When COF 2 which was 2400 Pa at the outlet of the plasmarization means 20 is decomposed almost 100%, 2400 Pa of 4600 Pa of added H 2 O is consumed for the reaction of the reaction formula (1) with COF 2, and the rest is 2200 Pa. become. In addition, the amount of HF produced is 4800 Pa, twice the amount of COF 2 consumed. The total of the remaining amount of H 2 O and the amount of HF produced is 7000 Pa, of which the proportion occupied by HF is
HF / (H 2 O + HF) = 4800/7000 = 0.69
It is.
Since the primary reaction gas is 0.3 bar (= 30000 Pa), about 24% (= 7000/30000) of the primary reaction gas became the reaction liquid (H 2 O + HF). The remaining 76% is non-condensable gas.

図6は、−30℃におけるHFとHOの圧力−組成図を示したものであり、実太線が液相線を示し、二点鎖線が気相線を示す。実細線は、不凝縮成分を76%含む場合のHFとHOの圧力−組成線である。
同図に示すように、一次反応ガスすなわち不凝縮成分76%のガスを−30℃で凝縮させた場合、液相のHF濃度はHF/(HO+HF)=0.66になる。また、気相の不凝縮成分を除くHOとHFの2成分のみのHF濃度はHF/(HO+HF)≒1、すなわち略100%HFになる。この略100%のHFガスの分圧は650Paになる。したがって、4800PaのHFのうち4150Paが反応液の構成成分として液化されたことになる。
よって、HFの液化効率は、4150/4800=86%となる。
また、添加HOのうちの残量2200Paの略全量が反応液の構成成分となり、凝縮管62出口からの不凝縮ガスにはHOが殆ど含まれない。不凝縮ガスの主な構成成分は、CF、O、CO等である。出発物質のCFは、−30℃では凝縮することがない。これによって、一次反応ガスないしは反応液からCFを容易かつ確実に抽出、分離することができる。不凝縮ガス中のCOは、上記凝縮器60におけるCOFとHOによるHF生成反応に伴なって生成されたものである。
FIG. 6 shows a pressure-composition diagram of HF and H 2 O at −30 ° C., a solid line indicates a liquidus line, and a two-dot chain line indicates a gas phase line. A solid thin line is a pressure-composition line of HF and H 2 O when 76% of non-condensable components are contained.
As shown in the figure, when the primary reaction gas, that is, the gas having 76% of the non-condensable component is condensed at −30 ° C., the HF concentration in the liquid phase is HF / (H 2 O + HF) = 0.66. Further, the HF concentration of only the two components H 2 O and HF excluding the non-condensed components in the gas phase is HF / (H 2 O + HF) ≈1, that is, approximately 100% HF. The partial pressure of this nearly 100% HF gas is 650 Pa. Therefore, 4150 Pa out of 4800 Pa HF is liquefied as a component of the reaction solution.
Therefore, the liquefaction efficiency of HF is 4150/4800 = 86%.
In addition, substantially the entire amount of the remaining 2200 Pa of the added H 2 O becomes a component of the reaction solution, and the non-condensable gas from the outlet of the condensing tube 62 hardly contains H 2 O. The main components of the non-condensable gas are CF 4 , O 2 , CO 2 and the like. The starting CF 4 does not condense at -30 ° C. Thereby, CF 4 can be easily and reliably extracted and separated from the primary reaction gas or reaction solution. CO 2 in the non-condensable gas is generated along with the HF generation reaction by COF 2 and H 2 O in the condenser 60.

不要物質除去工程
上記のCFやCOを含む不凝縮ガスは、凝縮器60から不凝縮ガス送出路15aを経て不要物質除去容器81の石灰水中に導入される。この石灰水に不凝縮ガス中のCO(不要物質)が溶け、炭酸カルシウムと水が生成される。これによって、不凝縮ガスから不要物質のCOを除去することができる。また、炭酸カルシウム液はHFを吸収し、フッ化カルシウムを生成する。これにより、不凝縮ガス中のHFを除去することができ、後段のポンプ15P,90等の腐食を防止することができる。したがって、不凝縮ガスの主成分は、CF、HO等になる。上記炭酸カルシウムやフッ化カルシウムは、容器81から導出路84へ導出される。
Unnecessary Substance Removal Step The non-condensable gas containing CF 4 and CO 2 is introduced from the condenser 60 into the lime water of the unnecessary substance removal container 81 through the non-condensable gas delivery path 15a. CO 2 (unnecessary substance) in the non-condensable gas dissolves in the lime water, and calcium carbonate and water are generated. As a result, it is possible to remove the unnecessary substance CO 2 from the non-condensable gas. In addition, the calcium carbonate solution absorbs HF and generates calcium fluoride. Thereby, HF in the non-condensable gas can be removed, and corrosion of the pumps 15P, 90, etc. at the subsequent stage can be prevented. Therefore, the main component of the non-condensable gas is CF 4 , H 2 O, or the like. The calcium carbonate and calcium fluoride are led out from the container 81 to the lead-out path 84.

不凝縮ガス戻し工程
不要物質除去部80からの不凝縮ガスは、循環ポンプ15Pによって、戻し路15bから原料導入路10の原料ガスに混合される。これによって、出発物質のCF等を含む不凝縮ガスをプラズマ化手段20に再投入することができる。ひいては、処理流体源1からの原料ガス流量を減らすことができ、原料のロスを防止することができ、コストの低減を図ることができる。また、CFをプラズマ化手段20と凝縮器60と不要物質除去容器81との間で循環させて閉じ込めることができ、CFが系外に漏れるのを確実に防止することができる。
Non-condensable gas return step The non-condensable gas from the unnecessary substance removing unit 80 is mixed with the raw material gas in the raw material introduction passage 10 from the return passage 15b by the circulation pump 15P. As a result, a non-condensable gas containing CF 4 or the like as a starting material can be reintroduced into the plasmification means 20. As a result, the raw material gas flow rate from the processing fluid source 1 can be reduced, the loss of the raw material can be prevented, and the cost can be reduced. In addition, CF 4 can be circulated and confined among the plasmarization means 20, the condenser 60, and the unnecessary substance removal container 81, and the CF 4 can be reliably prevented from leaking out of the system.

加圧工程
凝縮器60で生成された高濃度フッ酸水からなる反応液は、低圧反応液路12を経て、チューブポンプ100へ送られ、大気圧相当の圧力まで加圧される。
耐腐食性の樹脂チューブ101を用いることにより、ポンプの腐食、損傷を防止でき、耐久性を向上させることができ、メンテナンスを容易化することができる。
凝縮によって流体の体積が非常に小さくなるので、ポンプを大幅に小型化することができ、コストの大幅な低廉化を図ることができる。
The reaction liquid made of high-concentration hydrofluoric acid water generated in the pressurization process condenser 60 is sent to the tube pump 100 through the low-pressure reaction liquid passage 12 and pressurized to a pressure corresponding to atmospheric pressure.
By using the corrosion-resistant resin tube 101, pump corrosion and damage can be prevented, durability can be improved, and maintenance can be facilitated.
Since the volume of the fluid becomes very small due to the condensation, the pump can be greatly reduced in size, and the cost can be greatly reduced.

気化工程
チューブポンプ100にて加圧後の反応液は、加圧反応液路13を経て気化器110へ送られる。そして、温調器115により−30℃から例えば15℃程度まで加熱される。これによって、フッ酸水からなる反応液(凝結体)からHFを選択的に(HOよりも多く)気化させることができ、高濃度のHF蒸気を得ることができる。このHF蒸気が、キャリアガス導入系120からのキャリアガスに混合される。これにより、全体として1barの二次反応ガスを得ることができる。
The reaction liquid pressurized by the vaporization process tube pump 100 is sent to the vaporizer 110 via the pressurized reaction liquid path 13. And it is heated from -30 degreeC to about 15 degreeC by the temperature controller 115, for example. As a result, HF can be selectively vaporized (more than H 2 O) from a reaction solution (condensate) made of hydrofluoric acid water, and high-concentration HF vapor can be obtained. This HF vapor is mixed with the carrier gas from the carrier gas introduction system 120. Thereby, a secondary reaction gas of 1 bar as a whole can be obtained.

供給工程
この二次反応ガスが、ガス路14を通って供給ノズル40から吹き出され、基板Wに吹き付けられる。併行して、オゾン導入系50からのオゾンが、二次反応ガス路14に合流し、二次反応ガスと混合されて基板Wに吹き付けられる。これによって、シリコン膜fを効率的にエッチングし、除去することができる。
Supply Process The secondary reaction gas is blown from the supply nozzle 40 through the gas passage 14 and blown to the substrate W. At the same time, ozone from the ozone introduction system 50 merges into the secondary reaction gas path 14, is mixed with the secondary reaction gas, and is sprayed onto the substrate W. Thereby, the silicon film f can be efficiently etched and removed.

図8は、第3実施形態を示したものである。この実施形態は、図4の第2実施形態における凝縮及び気化の構造を改変したものである。
凝縮器60Aは、気体路と液体路が対向流になるように構成されている。
詳述すると、凝縮器60Aの一端の上側部に、プラズマ化手段20からの一次反応ガス路11が連なっている。凝縮器60Aの他端(一次反応ガス路11との接続端とは反対側)の上側部には、不凝縮ガス送出路15aが連なっている。 これによって、凝縮器60Aの上側部には、一端側(一次反応ガス路11との接続側)から他端側(不凝縮ガス送出路15aとの接続側)へ向かう一次反応ガスの流れが形成されるようになっている。
FIG. 8 shows a third embodiment. In this embodiment, the condensation and vaporization structure in the second embodiment of FIG. 4 is modified.
The condenser 60A is configured such that the gas path and the liquid path are opposed to each other.
More specifically, the primary reaction gas path 11 from the plasmarization means 20 is connected to the upper part of one end of the condenser 60A. A non-condensable gas delivery path 15a is connected to the upper side of the other end of the condenser 60A (the side opposite to the end connected to the primary reaction gas path 11). Thereby, the flow of the primary reaction gas from the one end side (the connection side with the primary reaction gas path 11) to the other end side (the connection side with the non-condensable gas delivery path 15a) is formed in the upper part of the condenser 60A. It has come to be.

なお、プラズマ化手段20の圧力条件は、第2実施形態と同様に例えば0.3barとする。したがって、一次反応ガス路11から凝縮器60Aの一端部に導入される一次反応ガスには、分圧2400PaのCOFが含まれている。 The pressure condition of the plasmification means 20 is, for example, 0.3 bar as in the second embodiment. Therefore, the primary reaction gas introduced from the primary reaction gas path 11 to one end of the condenser 60A contains COF 2 having a partial pressure of 2400 Pa.

凝縮器60Aの他端(不凝縮ガス送出路15aの接続部と同じ側の端部)の下側部には、不気化液路(不気化成分戻し手段)17が連なっている。後述するように、不気化液路17は、気化器110から引き出されたものであり、気化器110で気化しなかった不気化成分(不気化体、低HF濃度のフッ酸水)が通されるようになっている。不気化液路17の中途部には減圧バルブ17Vが設けられている。この減圧バルブ17Vの一次側の不気化液路17は、略大気圧になっており、二次側の不気化液路17は0.3bar相当の低圧になっている。   A degassing liquid path (degasification component return means) 17 is connected to the lower side of the other end of the condenser 60A (the end on the same side as the connection portion of the noncondensable gas delivery path 15a). As will be described later, the vaporization liquid passage 17 is drawn from the vaporizer 110, and passes through the vaporized components that have not been vaporized by the vaporizer 110 (devaporized material, hydrofluoric acid water having a low HF concentration). It has become so. A decompression valve 17 </ b> V is provided in the middle of the degassing liquid passage 17. The degassing liquid passage 17 on the primary side of the pressure reducing valve 17V is substantially at atmospheric pressure, and the degassing liquid passage 17 on the secondary side is at a low pressure equivalent to 0.3 bar.

凝縮器60Aの一端(一次反応ガス路11の接続部と同じ側の端部)の下側部から低圧反応液路12が延び、チューブポンプ100に連なっている。
これによって、凝縮器60Aの下側部には、他端側(不気化液路17との接続側)から一端側(低圧反応液路12との接続側)へ向かう反応液の流れが形成されるようになっている。
The low-pressure reaction liquid path 12 extends from the lower side of one end of the condenser 60 </ b> A (the end on the same side as the connection part of the primary reaction gas path 11) and is connected to the tube pump 100.
As a result, the flow of the reaction liquid from the other end side (the connection side with the deaeration liquid path 17) to the one end side (the connection side with the low pressure reaction liquid path 12) is formed in the lower part of the condenser 60A. It has become so.

凝縮器60Aには冷却器65が組み込まれている。この冷却器65によって凝縮器60A内が−30℃に維持されている。   A condenser 65 is incorporated in the condenser 60A. The inside of the condenser 60A is maintained at −30 ° C. by the cooler 65.

第3実施形態においては、水添加手段70A(凝結剤添加手段)が、凝縮器60Aの気体路にではなく、液体路の上流端に接続されている。この水添加手段70Aの水供給源71Aは、水蒸気ではなく液体の水を供給するようになっている。水供給源71Aからの水添加路72Aが、不気化液路17の下流端付近に接続されている。これによって、水が不気化液路17の不気化体に添加され、凝縮器60Aの液体路に導入されるようになっている。   In the third embodiment, the water addition means 70A (coagulant addition means) is connected not to the gas path of the condenser 60A but to the upstream end of the liquid path. The water supply source 71A of the water adding means 70A supplies liquid water instead of water vapor. A water addition path 72 </ b> A from the water supply source 71 </ b> A is connected near the downstream end of the degassing liquid path 17. Thereby, water is added to the vaporized body of the vaporized liquid path 17 and introduced into the liquid path of the condenser 60A.

水添加手段70Aの水添加量は、プラズマ化手段20でのCOFの生成流量に対し、HOとCOFの反応モル比(1:1)と略同じ流量とする。すなわち、水添加量は、COFの生成量(分圧2400Pa)と略同じモル数になるようにする。 The amount of water added by the water addition means 70A is set to be substantially the same as the reaction molar ratio (1: 1) of H 2 O and COF 2 with respect to the production flow rate of COF 2 in the plasmification means 20. That is, the amount of water added is set to be approximately the same number of moles as the amount of COF 2 produced (partial pressure 2400 Pa).

ここで、気化器110から不気化液路17へ送出される不気化体(フッ酸水)のHF濃度は60mol%になるように設定されている。このHF濃度は、上記の水添加により例えば50mol%になる。要するに、気化器110出口でのフッ酸水中のHF量の3分の1の水を添加する。このHF濃度が50mol%になったフッ酸水からなる反応液が、不気化液路17から凝縮器60Aに導入される。   Here, the HF concentration of the vaporized body (hydrofluoric acid water) sent from the vaporizer 110 to the vaporization liquid path 17 is set to 60 mol%. This HF concentration becomes, for example, 50 mol% by the above water addition. In short, water of one third of the amount of HF in hydrofluoric acid water at the outlet of the vaporizer 110 is added. The reaction liquid composed of hydrofluoric acid water having an HF concentration of 50 mol% is introduced into the condenser 60A from the vaporization liquid passage 17.

これにより、凝縮器60A内において、COFを含む一次反応ガスと、フッ酸水からなる反応液とが、互いに対向方向に流れながら接触する。これにより、一次反応ガス中のCOFが、順次、反応液に溶け込み、反応液中のHOと反応して、HFが生成される。したがって、一次反応ガスのCOF濃度は下流(凝縮器60Aの他端側)へ向かうにしたがって低下し、反応液のHF濃度は下流(凝縮器60Aの一端側)へ向かうにしたがって上昇していく。 Thereby, in the condenser 60A, the primary reaction gas containing COF 2 and the reaction liquid made of hydrofluoric acid water come into contact with each other while flowing in opposite directions. As a result, COF 2 in the primary reaction gas sequentially dissolves in the reaction solution and reacts with H 2 O in the reaction solution to generate HF. Therefore, the COF 2 concentration of the primary reaction gas decreases as it goes downstream (the other end side of the condenser 60A), and the HF concentration of the reaction solution increases as it goes downstream (one end side of the condenser 60A). .

凝縮器60Aの長さや温度を適切に設定しておくことにより、一次反応ガス中のCOFの略全てが上記HF生成反応に消費されるようにすることができる。これにより、反応液中のHOが、水添加手段70Aからの添加分に相当する量だけ消費される。HFの生成量は、上記COF又はHOの消費量の2倍になる。
要するに、凝縮器60Aにおいて、気化器110出口での反応液中のHF量の(2/3)倍のHFが新たに生成され、トータルのHF量は気化器110出口の(5/3)倍になる。したがって、凝縮器60Aの液入口(不気化液路17との接続端)で50mol%であった反応液(フッ酸水)のHF濃度が、液出口(低圧反応液路12との接続端)では71mol%に濃縮されている。
この高濃縮反応液が、低圧反応液路12を経てチューブポンプ100へ送られる。
By appropriately setting the length and temperature of the condenser 60A, almost all of the COF 2 in the primary reaction gas can be consumed in the HF production reaction. As a result, H 2 O in the reaction solution is consumed by an amount corresponding to the amount added from the water addition means 70A. The amount of HF produced is twice the amount of COF 2 or H 2 O consumed.
In short, in the condenser 60A, HF that is (2/3) times the amount of HF in the reaction liquid at the outlet of the vaporizer 110 is newly generated, and the total amount of HF is (5/3) times that of the outlet of the vaporizer 110. become. Therefore, the HF concentration of the reaction liquid (hydrofluoric acid water), which was 50 mol% at the liquid inlet of the condenser 60A (connection end with the degassing liquid path 17), is the liquid outlet (connection end with the low-pressure reaction liquid path 12). Is concentrated to 71 mol%.
This highly concentrated reaction liquid is sent to the tube pump 100 via the low-pressure reaction liquid path 12.

一方、図6のグラフに示すように、50mol%のフッ酸水における蒸気圧は110Paであり、そのときの蒸気のHF分圧は110×0.93=102Paである。すなわち、凝縮器60Aのガス出口(液入口と同じ側)における一次反応ガスのHF分圧は、102Paであり、極めて小さい。これによって、不凝縮ガス送出路15aへ排出されるHF量を極めて少量にすることができる。ひいては、HFの利用効率を大幅に向上させることができる。   On the other hand, as shown in the graph of FIG. 6, the vapor pressure in 50 mol% hydrofluoric acid water is 110 Pa, and the HF partial pressure of the vapor at that time is 110 × 0.93 = 102 Pa. That is, the HF partial pressure of the primary reaction gas at the gas outlet (the same side as the liquid inlet) of the condenser 60A is 102 Pa, which is extremely small. Thereby, the amount of HF discharged to the non-condensable gas delivery path 15a can be made extremely small. As a result, the utilization efficiency of HF can be significantly improved.

気化器110は、凝縮器60Aと類似の構造をなし、気体路と液体路が対向流になるように構成されている。
気化器110の一端部の下側部に、チューブポンプ100からの加圧反応液路13が連なっている。気化器110の他端部(加圧反応液路13との接続端とは反対側)の下側部には、不気化液路17が連なっている。この不気化液路17が、凝縮器60Aへ向けて延びている。
The vaporizer 110 has a structure similar to that of the condenser 60A, and is configured such that the gas path and the liquid path are opposed to each other.
The pressurized reaction liquid path 13 from the tube pump 100 is connected to the lower side of one end of the vaporizer 110. A degassing liquid path 17 is connected to the lower side of the other end of the vaporizer 110 (the side opposite to the connection end with the pressurized reaction liquid path 13). The evacuation liquid path 17 extends toward the condenser 60A.

気化器110の他端(不気化液路17の接続部と同じ側の端部)の上側部には、キャリアガス導入系120のキャリアガス路122が連なっている。気化器110の一端(加圧反応液路13の接続部と同じ側の端部)の上側部には二次反応ガス路14が連なっている。この二次反応ガス路14が、略大気圧下の基板Wへ向けて延びている。   The carrier gas passage 122 of the carrier gas introduction system 120 is connected to the upper side of the other end of the vaporizer 110 (the end on the same side as the connection portion of the degassing liquid passage 17). The secondary reaction gas path 14 is connected to the upper part of one end of the vaporizer 110 (the end on the same side as the connection part of the pressurized reaction liquid path 13). The secondary reaction gas path 14 extends toward the substrate W under substantially atmospheric pressure.

気化器110には温調器116が組み込まれている。この温調器116によって気化器110の内部が、例えば25℃程度の常温に維持されている。   A temperature controller 116 is incorporated in the vaporizer 110. The inside of the vaporizer 110 is maintained at a room temperature of, for example, about 25 ° C. by the temperature controller 116.

凝縮器60Aから出た反応液(HF濃度71mol%のフッ酸水)は、チューブポンプ100で大気圧相当の圧力まで加圧された後、加圧反応液路13を経て気化器110の一端部に導入される。一方、キャリアガス導入系120のキャリアガスが、気化器110の他端部に導入される。これにより、気化器110内において、反応液とキャリアガスとが、互いに対向方向に流れながら接触する。この流通過程で反応液中のHFが順次気化し、キャリアガスに混入され、HFを含有する反応ガスが生成される。反応ガスのHF分圧は、下流へ向かうにしたがって上昇する。逆に、反応液のHF濃度は、下流(二次反応ガスの流れの上流側)へ向かうにしたがって減少する。上述したように、気化器110における液入口でのHF濃度は71mol%であり、液出口でのHF濃度は、60mol%になるように設定されている。   The reaction liquid (hydrofluoric acid water having an HF concentration of 71 mol%) exiting from the condenser 60A is pressurized to a pressure corresponding to atmospheric pressure by the tube pump 100, and then passes through the pressurized reaction liquid path 13 to one end of the vaporizer 110. To be introduced. On the other hand, the carrier gas of the carrier gas introduction system 120 is introduced into the other end of the vaporizer 110. Thereby, in the vaporizer | carburetor 110, a reaction liquid and carrier gas contact, flowing in the mutually opposing direction. In this flow process, HF in the reaction solution is sequentially vaporized and mixed in the carrier gas, and a reaction gas containing HF is generated. The HF partial pressure of the reaction gas increases as it goes downstream. Conversely, the HF concentration of the reaction solution decreases as it goes downstream (upstream of the secondary reaction gas flow). As described above, the HF concentration at the liquid inlet in the vaporizer 110 is 71 mol%, and the HF concentration at the liquid outlet is set to be 60 mol%.

気化器110における同じ位置での二次反応ガスのHF分圧と反応液のHF濃度とは、近似的にリニアな関係になる。
図9に示すように、気化器110のガス出口は、フッ酸水のHF濃度が71mol%の位置に対応し、そこでのHF分圧は15500Paになる。したがって、高濃度のHFを含む二次反応ガスを得ることができる。この高濃度HFガスからなる二次反応ガスが、気化器110のガス出口から二次反応ガス路14を経て基板Wに供給される。これにより、エッチング効率を高めることができる。
The HF partial pressure of the secondary reaction gas and the HF concentration of the reaction liquid at the same position in the vaporizer 110 have an approximately linear relationship.
As shown in FIG. 9, the gas outlet of the vaporizer 110 corresponds to a position where the HF concentration of hydrofluoric acid water is 71 mol%, where the HF partial pressure is 15500 Pa. Accordingly, a secondary reaction gas containing a high concentration of HF can be obtained. The secondary reaction gas composed of the high-concentration HF gas is supplied from the gas outlet of the vaporizer 110 to the substrate W through the secondary reaction gas path 14. Thereby, etching efficiency can be improved.

一方、気化器110においては、反応液中のHOもHFと共にキャリアガス中に気化していく。しかし、図9に示すように、ガス出口におけるHO分圧は20Pa未満であり、極めて微量である。すなわち、ガス流と液流を対向流にすることにより、ガス出口におけるHO分圧を十分に小さくすることができる。これによって、基板Wに供給される水の量を大幅に減少させることができる。この結果、エッチング速度の低下を避けることができるとともに、エッチング表面の荒れ等が起きるのを防止でき、良好な処理品質を確保することができる。 On the other hand, in the vaporizer 110, H 2 O in the reaction solution is also vaporized into the carrier gas together with HF. However, as shown in FIG. 9, the H 2 O partial pressure at the gas outlet is less than 20 Pa, which is extremely small. That is, the H 2 O partial pressure at the gas outlet can be made sufficiently small by making the gas flow and the liquid flow counter flow. Thereby, the amount of water supplied to the substrate W can be greatly reduced. As a result, it is possible to avoid a decrease in the etching rate, to prevent the etching surface from being roughened, and to ensure good processing quality.

図10は、第3実施形態の気化器の改変例を示したものである。
気化器130は、外管131(気化容器)と、この外管131の内部に同軸をなすように設けられた内管132とを有し、二重管状をなしている。
FIG. 10 shows a modification of the vaporizer of the third embodiment.
The vaporizer 130 has an outer tube 131 (vaporization container) and an inner tube 132 provided coaxially inside the outer tube 131, and has a double tubular shape.

これら管131,132は、テフロン(登録商標)等の耐腐食性材料で構成されている。さらに、内管132は、多数の微細孔133を有するフィルターチューブ(多孔質部材)にて構成されている。
外管131と内管132との間に環状の外通路134が形成されている。外通路134と、内管132の内部の内通路135とは、内管132の管壁(隔壁)によって隔てられるとともに微細孔133を介して互いに連通している。
These tubes 131 and 132 are made of a corrosion-resistant material such as Teflon (registered trademark). Further, the inner tube 132 is configured by a filter tube (porous member) having a large number of fine holes 133.
An annular outer passage 134 is formed between the outer tube 131 and the inner tube 132. The outer passage 134 and the inner passage 135 inside the inner tube 132 are separated from each other by the tube wall (partition wall) of the inner tube 132 and communicate with each other through the fine holes 133.

内管132の一端部に加圧反応液路13が連なり、他端部から不気化液路17が延びている。これによって、内通路135は、反応液(フッ酸水)を一端側から他端側へ流す液体路になっている。   The pressurized reaction liquid path 13 is connected to one end of the inner tube 132, and the degassing liquid path 17 extends from the other end. As a result, the inner passage 135 is a liquid passage through which the reaction solution (hydrofluoric acid water) flows from one end side to the other end side.

外通路134の一端部(内管132の加圧反応液路13との接続端と同じ側の端部)には二次反応ガス路14が連なっている。外通路134の他端部(内管132の不気化液路17との接続端と同じ側の端部)には、キャリアガス路122が連なっている。これによって、外通路134は、キャリアガスを他端側から一端側へ流すガス路になっている。   The secondary reaction gas passage 14 is connected to one end portion of the outer passage 134 (the end portion on the same side as the connection end of the inner tube 132 with the pressurized reaction liquid passage 13). The carrier gas passage 122 is connected to the other end portion of the outer passage 134 (the end portion on the same side as the connection end of the inner tube 132 with the degassing liquid passage 17). As a result, the outer passage 134 is a gas path through which the carrier gas flows from the other end side to the one end side.

内通路135の反応液と外通路134のキャリアガスは、互いに対向方向に流れる。この流通過程で、反応液中のHFが気化し、内管132の微細孔133を通って、外通路134のキャリアガスに混入され、HFを含む二次反応ガスが生成される。
内通路135にキャリアガスを通し、外通路134に反応液を通すことにしてもよい。
The reaction liquid in the inner passage 135 and the carrier gas in the outer passage 134 flow in directions opposite to each other. In this flow process, HF in the reaction solution is vaporized, passes through the fine holes 133 of the inner tube 132, is mixed into the carrier gas in the outer passage 134, and a secondary reaction gas containing HF is generated.
The carrier gas may be passed through the inner passage 135 and the reaction solution may be passed through the outer passage 134.

図11は、第3実施形態の凝縮器の改変例を示したものである。この凝縮器140は、図10の気化器130と同様の構成になっている。すなわち、凝縮器140は外管141(凝縮容器)及び内管142を有している。これら管141,142は、テフロン(登録商標)等の耐腐食性材料で構成されている。さらに、内管142は、多数の微細孔143を有するフィルターチューブ(多孔質部材)にて構成されている。   FIG. 11 shows a modification of the condenser of the third embodiment. The condenser 140 has the same configuration as the vaporizer 130 of FIG. That is, the condenser 140 has an outer tube 141 (condensation container) and an inner tube 142. These tubes 141 and 142 are made of a corrosion-resistant material such as Teflon (registered trademark). Furthermore, the inner tube 142 is configured by a filter tube (porous member) having a large number of fine holes 143.

外通路144の一端部に一次反応ガス路11が連なり、他端部から不凝縮ガス送出路15aが延びている。これによって、外通路144は、一次反応ガスを一端側から他端側へ流すガス路になっている。   The primary reaction gas passage 11 is connected to one end portion of the outer passage 144, and the non-condensable gas delivery passage 15a extends from the other end portion. As a result, the outer passage 144 is a gas passage through which the primary reaction gas flows from one end side to the other end side.

内管142の一端部(外通路144の一次反応ガス路11との接続端と同じ側の端部)から低圧反応液路12が延びている。内管142の他端部(外通路144の不凝縮送出路15aとの接続端と同じ側の端部)には、不気化液路17が連なっている。これによって、内通路145は、反応液を他端側から一端側へ流す液体路になっている。   The low-pressure reaction liquid passage 12 extends from one end portion of the inner pipe 142 (the end portion on the same side as the connection end with the primary reaction gas passage 11 of the outer passage 144). The degassing liquid passage 17 is connected to the other end portion of the inner pipe 142 (the end portion on the same side as the connection end of the outer passage 144 with the non-condensing delivery passage 15a). As a result, the inner passage 145 is a liquid passage that allows the reaction liquid to flow from the other end side to the one end side.

外通路144の一次反応ガスと内通路145の反応液とは、互いに対向方向に流れる。この流通過程で、反応ガス中の一部が内管142の微細孔143を通って、外通路144の反応液に混入され、この混入ガス中のCOFが反応液中のHOと反応してHFが生成され、反応液のHF濃度が高められる。
内通路145に一次反応ガスを通し、外通路144に反応液を通すことにしてもよい。
The primary reaction gas of the outer passage 144 and the reaction liquid in the inner passage 145 flow in directions opposite to each other. In this flow process, a part of the reaction gas passes through the fine hole 143 of the inner tube 142 and is mixed into the reaction liquid in the outer passage 144, and COF 2 in the mixed gas reacts with H 2 O in the reaction liquid. Thus, HF is generated, and the HF concentration of the reaction solution is increased.
The primary reaction gas may be passed through the inner passage 145 and the reaction solution may be passed through the outer passage 144.

図12は、第4実施形態を示したものである。
この実施形態では、第1実施形態と同様に、プラズマ化手段20の後段に真空ポンプ31が設けられている。この真空ホンプ31によって、プラズマ化手段20内が例えば0.2〜0.4bar、好ましくは0.3barの低圧環境に維持されている。
FIG. 12 shows a fourth embodiment.
In this embodiment, as in the first embodiment, a vacuum pump 31 is provided at the subsequent stage of the plasmification means 20. By means of this vacuum pump 31, the inside of the plasmification means 20 is maintained in a low pressure environment of, for example, 0.2 to 0.4 bar, preferably 0.3 bar.

処理流体源1は、第2、第3実施形態と同様に、CFとOを混合してプラズマ化手段20に供給するようになっている。これによって、プラズマ化手段20においてCOF、O、F、CO等を含む一次反応ガスが生成される。0.3barの圧力下における一次反応ガス中のCOF濃度は、上述した通り、80000ppm(=8%)である。 As in the second and third embodiments, the processing fluid source 1 mixes CF 4 and O 2 and supplies them to the plasmarization means 20. As a result, a primary reaction gas containing COF 2 , O 3 , F 2 , CO 2 and the like is generated in the plasmification means 20. The COF 2 concentration in the primary reaction gas under a pressure of 0.3 bar is 80000 ppm (= 8%) as described above.

一次反応ガスは、一次反応ガス路11を経て真空ホンプ31に吸い込まれ、略大気圧まで加圧される。これにより、真空ホンプ31から出る加圧後一次反応ガス中のCOFの分圧が8000Pa(=1bar×8%)になる。 The primary reaction gas is sucked into the vacuum pump 31 through the primary reaction gas passage 11 and pressurized to approximately atmospheric pressure. As a result, the partial pressure of COF 2 in the primary reaction gas after pressurizing from the vacuum pump 31 becomes 8000 Pa (= 1 bar × 8%).

真空ホンプ31の出口ポートから中間ガス13Aが延びている。中間ガス路13Aには、パーティクル除去フィルター150が介在されている。これによって、真空ホンプ31からパーティクルが発生して反応ガス中に混入したとしても、フィルターによって該パーティクルを除去することができる。   An intermediate gas 13 </ b> A extends from the outlet port of the vacuum pump 31. A particle removal filter 150 is interposed in the intermediate gas path 13A. Thereby, even if particles are generated from the vacuum pump 31 and mixed into the reaction gas, the particles can be removed by the filter.

パーティクル除去フィルター150より下流側の中間ガス路13Aには、反応器160が設けられている。反応器160は、上記真空ポンプ3とともにプラズマ化後処理手段31を構成する。
反応器160は、図10、図11に示す気化器130及び凝縮器140と類似した構造になっている。詳述すると、反応器160は、外管161(反応器本体)と、この外管161の内部に同軸をなすように設けられた内管162とを有し、二重管状をなしている。
A reactor 160 is provided in the intermediate gas passage 13 </ b> A on the downstream side of the particle removal filter 150. The reactor 160 constitutes the post-plasmaization processing means 31 together with the vacuum pump 3.
The reactor 160 has a structure similar to the vaporizer 130 and the condenser 140 shown in FIGS. More specifically, the reactor 160 has an outer tube 161 (reactor body) and an inner tube 162 provided coaxially inside the outer tube 161, and has a double tubular shape.

これら管161,162は、テフロン(登録商標)等の耐腐食性材料で構成されている。さらに、内管162は、多数の微細孔163を有するフィルターチューブ(多孔質部材)にて構成されている。
外管161と内管162との間に外通路164が形成されている。外通路164と、内通路165とは、内管162の管壁(隔壁)によって隔てられるとともに微細孔163を介して互いに連通している。
These tubes 161 and 162 are made of a corrosion-resistant material such as Teflon (registered trademark). Further, the inner tube 162 is configured by a filter tube (porous member) having a large number of fine holes 163.
An outer passage 164 is formed between the outer tube 161 and the inner tube 162. The outer passage 164 and the inner passage 165 are separated from each other by the tube wall (partition wall) of the inner tube 162 and communicate with each other through the fine hole 163.

外通路164の一端部に中間ガス路13Aが連なっている。外通路164の他端部は、閉塞されている。   An intermediate gas passage 13 </ b> A is connected to one end of the outer passage 164. The other end of the outer passage 164 is closed.

反応器160には、水蒸気添加手段170(反応剤添加手段)が接続されている。水蒸気添加手段170は、水蒸気源171と、この水蒸気源171から延びる水蒸気添加路172とを有している。水蒸気添加路172が、内管162の一端部(外通路164における中間ガス路13Aとの接続端と同じ側の端部)に連なっている。
内管162の他端部(外通路164の閉塞端と同じ側の端部)には二次反応ガス路14が接続され、この二次反応ガス路14が基板Wへ向けて延びている。
The reactor 160 is connected with water vapor addition means 170 (reactant addition means). The water vapor addition means 170 has a water vapor source 171 and a water vapor addition path 172 extending from the water vapor source 171. The water vapor addition path 172 is continuous with one end of the inner pipe 162 (the end on the same side as the connection end of the outer passage 164 with the intermediate gas path 13A).
A secondary reaction gas path 14 is connected to the other end of the inner tube 162 (the end on the same side as the closed end of the outer passage 164), and the secondary reaction gas path 14 extends toward the substrate W.

反応器160には、温調器166が組み込まれている。この温調器166によって、外通路164及び内通路165が設定温度に維持されるように調整されている。反応器160の設定温度は、20〜40℃が好ましく、例えば30℃程度が好ましい。   A temperature controller 166 is incorporated in the reactor 160. The temperature adjuster 166 adjusts the outer passage 164 and the inner passage 165 to be maintained at a set temperature. The set temperature of the reactor 160 is preferably 20 to 40 ° C., for example, about 30 ° C. is preferable.

真空ホンプ31にて加圧後の一次反応ガス(COF分圧:8000Pa)が、中間ガス路13Aを経て、外通路164の一端部に導入される。外通路164には、一端部から他端部へ向かう一次反応ガスの流れが形成される。 The primary reaction gas (COF 2 partial pressure: 8000 Pa) after being pressurized by the vacuum pump 31 is introduced into one end portion of the outer passage 164 through the intermediate gas passage 13A. In the outer passage 164, a flow of the primary reaction gas from one end to the other end is formed.

反応剤添加工程
一方、水蒸気添加手段170の水蒸気源171が、窒素等のキャリアガスに水蒸気を含ませて水蒸気含有気体(反応剤)を生成する。水蒸気含有気体中の水分の分圧は、上記一次反応ガスのCOFと同じ分圧(8000Pa)になるようにする。この水蒸気含有気体が、水蒸気添加路172を介して内管162の一端部に導入される。これにより、内通路165には一端部から他端部へ向かう水蒸気含有気体の流れが形成される。この水蒸気含有気体の流れ方向は、外通路164の一次反応ガスと同じ方向を向き、並行流を構成している。
Reagent addition step Meanwhile, steam source 171 of steam adding means 170, moistened with water vapor to produce a steam-containing gas (reactant) in a carrier gas such as nitrogen. The partial pressure of water in the steam-containing gas is set to the same partial pressure (8000 Pa) as that of the primary reaction gas COF 2 . This water vapor-containing gas is introduced into one end portion of the inner pipe 162 through the water vapor addition path 172. As a result, a flow of water vapor-containing gas from one end to the other end is formed in the inner passage 165. The flow direction of the water vapor-containing gas faces the same direction as the primary reaction gas of the outer passage 164 and constitutes a parallel flow.

内通路165は、水蒸気含有気体の露点(例えば42℃)より低温(例えば30℃)になっている。したがって、水蒸気含有気体中の水分が凝縮し、水滴が形成される。   The inner passage 165 has a temperature (for example, 30 ° C.) lower than the dew point (for example, 42 ° C.) of the water vapor-containing gas. Therefore, moisture in the water vapor-containing gas is condensed and water droplets are formed.

一方、外通路164の一次反応ガスが、下流に向かうにしたがって順次、内管162の微細孔163を通って内通路165に入って来る。したがって、内管162の内周面の近傍には半径内側方向への気流が形成される。この気流によって、水滴が内管162の内周面に接触するのを妨げることができ、内管162の内周面に結露が出来るのを防止することができる。   On the other hand, the primary reaction gas of the outer passage 164 sequentially enters the inner passage 165 through the fine hole 163 of the inner pipe 162 as it goes downstream. Therefore, an air flow in the radially inner direction is formed in the vicinity of the inner peripheral surface of the inner tube 162. This air flow can prevent water droplets from coming into contact with the inner peripheral surface of the inner tube 162, and can prevent condensation from forming on the inner peripheral surface of the inner tube 162.

内通路165に浸入した一次反応ガスは、水蒸気含有気体と混合される。この一次反応ガス中のCOFが、水蒸気含有気体中の液滴(凝縮相)に溶け込んでHOと反応する。これにより、液滴中にHFが生成され、液滴がフッ酸水(HF水溶液)となる。 The primary reaction gas that has entered the inner passage 165 is mixed with the water vapor-containing gas. The COF 2 in the primary reaction gas dissolves in the droplets (condensed phase) in the water vapor-containing gas and reacts with H 2 O. Thereby, HF is generated in the droplet, and the droplet becomes hydrofluoric acid water (HF aqueous solution).

図13は、内通路165における凝縮相のモル濃度(液/(液+気))、凝縮相中のHFのモル比率(HF/(HF+HO))に対応する湿り度、気相のHFの分圧、水蒸気の分圧の変化を示したものである。
同図に示すように、内通路165の一端部から下流側に向かうにしたがって、COFとHOの反応が進み、これにより凝縮相(フッ酸水の液滴)が成長していくとともに該凝縮相中のHF濃度が増大する。内通路165の上流側の部分では、HF濃度の増大によって水蒸気の凝縮が促進され、凝縮相が更に成長する。水蒸気分圧は低下する。
FIG. 13 shows the concentration of the condensed phase in the inner passage 165 (liquid / (liquid + gas)), the wetness corresponding to the molar ratio of HF in the condensed phase (HF / (HF + H 2 O)), and the HF in the gas phase. This shows changes in the partial pressure of water vapor and the partial pressure of water vapor.
As shown in the figure, the reaction between COF 2 and H 2 O proceeds from one end portion of the inner passage 165 toward the downstream side, and thereby a condensed phase (hydrofluoric acid water droplets) grows. The HF concentration in the condensed phase increases. In the upstream portion of the inner passage 165, the condensation of water vapor is promoted by the increase of the HF concentration, and the condensed phase further grows. The water vapor partial pressure decreases.

内通路165の中間位置において、凝縮相中のHF濃度が共沸点に達する。これにより、凝縮相の成長が止まる。この凝縮相に更にCOFが溶け込み、HF濃度が共沸点を越えて上昇する。内通路165の上記中間位置より下流側では、高HF濃度の凝縮相の気化(二次反応ガスの生成)が促進される。これによって、気相(二次反応ガス)のHF分圧が、顕著に上昇していく。 At an intermediate position of the inner passage 165, the HF concentration in the condensed phase reaches an azeotropic point. This stops the growth of the condensed phase. COF 2 further dissolves in this condensed phase, and the HF concentration rises above the azeotropic point. On the downstream side of the intermediate position of the inner passage 165, vaporization of the condensed phase having a high HF concentration (generation of secondary reaction gas) is promoted. As a result, the HF partial pressure of the gas phase (secondary reaction gas) increases significantly.

やがて、凝縮相が消滅し、反応が止まる。
このようにして、高濃度のHFを含む二次反応ガスを得ることができ、これを基板Wに供給することにより、エッチングを効率的に行なうことができる。二次反応ガスのHOの残量は1〜2%程度であり、エッチングの質を確保することができる。
図14に示すように、温調器166の設定温度を30℃に代えて0℃にすると、HOのほぼ全量を反応に消費して二次反応ガスのHOの残量を殆どゼロにすることができ、エッチングの質を一層高めることができる。
反応器160の下流側の部分に加熱器を設け、内通路165の反応液を加熱して確実に気化させることにしてもよい。
Eventually, the condensed phase disappears and the reaction stops.
In this manner, a secondary reaction gas containing a high concentration of HF can be obtained, and by supplying this to the substrate W, etching can be performed efficiently. The remaining amount of H 2 O of the secondary reaction gas is about 1 to 2%, and the etching quality can be ensured.
As shown in FIG. 14, when the 0 ℃ instead the set temperature of the temperature controller 166 to 30 ° C., H 2 O almost all the consumed in the reaction almost of H 2 O remaining in the secondary reaction gas It can be made zero, and the etching quality can be further improved.
A heater may be provided on the downstream side of the reactor 160 so that the reaction liquid in the inner passage 165 is heated and vaporized reliably.

図15は、プラズマ化手段20の変形態様を示したものである。このプラズマ化手段20には、減圧チャンバー21が設けられておらず、これに代えて、一対の電極22,22の対向面にそれぞれ固体誘電体板24,24設けられ、これら固体誘電体板24,24によって略大気圧より低圧の減圧室23(低圧環境)が画成されている。減圧室23の一端部に原料ガス路10が連なり、他端部から一次反応ガス路11が延びている。電極22は、減圧室23の外側に配置されている。この減圧室23が、プラズマ放電空間となる。   FIG. 15 shows a modification of the plasmarization means 20. The plasma generating means 20 is not provided with the decompression chamber 21, and instead, solid dielectric plates 24, 24 are provided on the opposing surfaces of the pair of electrodes 22, 22, respectively. , 24 define a decompression chamber 23 (low pressure environment) having a pressure lower than approximately atmospheric pressure. The source gas passage 10 is connected to one end of the decompression chamber 23, and the primary reaction gas passage 11 extends from the other end. The electrode 22 is disposed outside the decompression chamber 23. This decompression chamber 23 becomes a plasma discharge space.

図16は、本発明の第5実施形態を示したものである。
プラズマ表面処理装置Mは、処理流体源1と、加湿器(添加手段)180と、プラズマ化手段20と、真空ホンプ31(加圧手段)と、供給ノズル40とを順次連ねることにより構成されている。真空ホンプ31と供給ノズル40は、プラズマ化後処理手段30を構成している。
FIG. 16 shows a fifth embodiment of the present invention.
The plasma surface processing apparatus M is configured by sequentially connecting a processing fluid source 1, a humidifier (adding means) 180, a plasma generating means 20, a vacuum pump 31 (pressurizing means), and a supply nozzle 40. Yes. The vacuum pump 31 and the supply nozzle 40 constitute a post-plasmaization processing means 30.

処理流体源1には、原料ガス(処理流体)としてCFとArの混合ガスが蓄えられている。CFは、プラズマ化により被処理物(シリコン)との反応性を有する目的物質(フッ化水素)に変化可能な出発物質を構成する。出発物質として、CFに代えて、CHF、CH、CHF、C、C、c−C、C等の他のフッ化炭素を用いてもよく、SF、SiF、NF、ClF等の他のフッ素系化合物や塩素系化合物を用いてもよい。 The processing fluid source 1 stores a mixed gas of CF 4 and Ar as a source gas (processing fluid). CF 4 constitutes a starting material that can be changed into a target material (hydrogen fluoride) having reactivity with the object to be processed (silicon) by plasmatization. As starting material in place of the CF 4, CH 3 F, CH 2 F 2, CHF 3, C 2 F 6, C 3 F 8, c-C 4 F 8, other fluorocarbons such as C 4 F 6 May be used, and other fluorine compounds and chlorine compounds such as SF 6 , SiF 4 , NF 3 , and ClF 3 may be used.

原料ガス中のArは、出発物質のキャリアを構成する。キャリアとしてArに代えて、Nなどの他の不活性ガスを用いてもよい。
CFとArの混合比は、例えばCF:Ar=1:10であり、CFの濃度は、(CF/(CF+Ar))=9vol%であるが、これに限定されるものではない。
処理流体源1における原料ガス(CF+Ar)の圧力は、大気圧以上であるのが好ましく、例えば2barになっている。
Ar in the source gas constitutes a carrier of the starting material. Instead of Ar as the carrier, other inert gas such as N 2 may be used.
The mixing ratio of CF 4 and Ar is, for example CF 4: Ar = 1: is 10, the concentration of CF 4 is, (CF 4 / (CF 4 + Ar)) = ones is a 9 vol%, which is limited to is not.
The pressure of the source gas (CF 4 + Ar) in the processing fluid source 1 is preferably equal to or higher than atmospheric pressure, for example, 2 bar.

処理流体源1から原料供給路10Aが延びている。供給路10Aの中途部には、電磁制御式の減圧バルブ10Vaが設けられている。供給路10Aは、加湿器180に接続されている。   A raw material supply path 10 </ b> A extends from the processing fluid source 1. An electromagnetically controlled pressure reducing valve 10Va is provided in the middle of the supply path 10A. The supply path 10 </ b> A is connected to the humidifier 180.

加湿器180は、例えばバブリングタンクならなり、その内部には、反応剤(添加剤)として液相の水(HO)が蓄えられている。水温は、常温(一定温度)になっている。水の内部に供給路10Aの下流端が差し入れられている。 The humidifier 180 is a bubbling tank, for example, in which liquid phase water (H 2 O) is stored as a reactant (additive). The water temperature is normal temperature (constant temperature). The downstream end of the supply path 10A is inserted into the water.

加湿器180内は、処理流体源1より低圧になっており、さらには大気圧(被処理物の配置環境)より低圧かつ減圧チャンバー21の内圧以上の範囲内の圧力に設定されている。
加湿器180の水面より上側から加湿原料導入路10Bが延びている。加湿原料導入路10Bの中途部には、電磁制御式の減圧バルブ10Vbが設けられている。
The inside of the humidifier 180 is at a lower pressure than the processing fluid source 1, and is set at a pressure lower than the atmospheric pressure (arrangement environment of the object to be processed) and within a range equal to or higher than the inner pressure of the decompression chamber 21.
A humidifying raw material introduction path 10 </ b> B extends from the upper side of the water surface of the humidifier 180. An electromagnetically controlled decompression valve 10Vb is provided in the middle of the humidified raw material introduction path 10B.

加湿原料路10Bは、プラズマ化手段20の減圧チャンバー21に差し入れられ、一対の電極22,22間の放電通路23の上流端に連なっている。
減圧チャンバー21内ひいては放電通路23内は、大気圧(被処理物の配置環境)より低い圧力になっており、さらには、加湿器180より低圧になっており、例えば22kPa程度に維持されている。
The humidified raw material path 10B is inserted into the decompression chamber 21 of the plasmarization means 20, and is connected to the upstream end of the discharge path 23 between the pair of electrodes 22,22.
The inside of the decompression chamber 21 and the inside of the discharge passage 23 are at a pressure lower than the atmospheric pressure (environment of the object to be processed), and are further lower than the humidifier 180, and are maintained at, for example, about 22 kPa. .

放電通路23の下流端から一次反応ガス路11が延び、真空ホンプ31に連なっている。この真空ホンプ31によって、上記減圧チャンバー21内が低圧環境(例えば22kPa)に維持され、さらには加湿器180内が低圧環境(例えば51kPa〜99kPa)に維持されている。
加湿器180内の圧力は、バルブ10Vbの開度によって調節することができる。
加湿器180内の温度は、一定(たとえば25度)になるようにコントロールされている。
一方、減圧チャンバー21の内圧を圧力センサ(図示省略)で検出して真空ポンプ31の出力をフィードバック制御することにより、減圧チャンバー21の内圧ひいては放電通路23の圧力を一定(例えば22kPa)に維持することができる。
The primary reaction gas passage 11 extends from the downstream end of the discharge passage 23 and continues to the vacuum pump 31. The vacuum pump 31 maintains the inside of the decompression chamber 21 in a low pressure environment (for example, 22 kPa), and further maintains the inside of the humidifier 180 in a low pressure environment (for example, 51 kPa to 99 kPa).
The pressure in the humidifier 180 can be adjusted by the opening degree of the valve 10Vb.
The temperature in the humidifier 180 is controlled to be constant (for example, 25 degrees).
On the other hand, the internal pressure of the decompression chamber 21 is detected by a pressure sensor (not shown) and the output of the vacuum pump 31 is feedback-controlled, so that the internal pressure of the decompression chamber 21 and thus the pressure of the discharge passage 23 are maintained constant (for example, 22 kPa). be able to.

真空ポンプ31から二次反応ガス路11が延び、供給ノズル40に接続されている。供給ノズル40が、大気圧環境の基板配置部(被処理物配置部)4上に位置し、ガラス基板Wと対向されるようになっている。   The secondary reaction gas path 11 extends from the vacuum pump 31 and is connected to the supply nozzle 40. The supply nozzle 40 is positioned on the substrate placement portion (processed matter placement portion) 4 in an atmospheric pressure environment and is opposed to the glass substrate W.

第5実施形態の装置Mによって、基板Wの表面の酸化シリコン膜fをエッチングする方法を説明する。
被処理物配置工程
処理すべき基板Wを基板配置部4上にセットする。
低圧維持工程
真空ポンプ31を駆動し、減圧チャンバー21内を基板配置環境(大気圧)より低圧(22kPa)に維持し、さらには加湿器180内を大気圧より低圧(51kPa〜99kPa)に維持する。
A method for etching the silicon oxide film f on the surface of the substrate W by the apparatus M of the fifth embodiment will be described.
A substrate W to be processed is set on the substrate placement unit 4.
Low pressure maintenance process The vacuum pump 31 is driven to maintain the inside of the decompression chamber 21 at a lower pressure (22 kPa) than the substrate arrangement environment (atmospheric pressure), and further maintain the inside of the humidifier 180 at a lower pressure (51 kPa to 99 kPa) than the atmospheric pressure. .

添加工程(加湿工程)
処理流体源1からの原料ガス(CF+Ar)を、供給路10Aを経て加湿器180に導入し、加湿器180内の水の中でバブリングする。これにより、原料ガスに水(蒸気)が添加され、加湿原料ガス(CF+HO+Ar、反応剤添加後の処理流体)が形成される。
加湿器180内は大気圧より低圧になっているので、加湿原料ガス中に添加される水蒸気の相対モル濃度を十分に高めることができる。この水蒸気濃度は、加湿器180の内圧を例えば51kPa〜99kPaの範囲で変えることにより、任意に調節することができる。
Addition process (humidification process)
The raw material gas (CF 4 + Ar) from the processing fluid source 1 is introduced into the humidifier 180 through the supply path 10A and is bubbled in the water in the humidifier 180. Thereby, water (steam) is added to the raw material gas, and a humidified raw material gas (CF 4 + H 2 O + Ar, processing fluid after addition of the reactant) is formed.
Since the inside of the humidifier 180 is at a pressure lower than atmospheric pressure, the relative molar concentration of water vapor added to the humidified raw material gas can be sufficiently increased. The water vapor concentration can be arbitrarily adjusted by changing the internal pressure of the humidifier 180 within a range of 51 kPa to 99 kPa, for example.

プラズマ化工程
加湿器180からの加湿原料ガスは、導入路10Bを経て放電通路23に導入される。
併行して、電源2からの電力供給により電極22,22間に電界を印加し、放電通路23内にプラズマを生成する。放電通路23は低圧環境であるので、電源2からの供給電力が小さくても十分にプラズマ放電を起こすことができ、良好なプラズマを得ることができる。これにより、加湿原料ガスのCFやHOがそれぞれ分解され、目的物質のHFなどを含む反応ガスが生成される。
加湿原料ガス中の水蒸気濃度が十分大きいため、CFからHFへの変換割合を高くでき、処理流体源1からのCFの投入量が小さくても高濃度のHFを得ることができる。
The humidified raw material gas from the plasma process humidifier 180 is introduced into the discharge passage 23 through the introduction path 10B.
In parallel, an electric field is applied between the electrodes 22 and 22 by supplying power from the power source 2, and plasma is generated in the discharge passage 23. Since the discharge passage 23 is in a low pressure environment, plasma discharge can be sufficiently generated even when the power supplied from the power source 2 is small, and good plasma can be obtained. As a result, the humidified raw material gas CF 4 and H 2 O are respectively decomposed, and a reaction gas containing the target substance HF and the like is generated.
Since the water vapor concentration in the humidified raw material gas is sufficiently high, the conversion ratio from CF 4 to HF can be increased, and a high concentration of HF can be obtained even if the input amount of CF 4 from the processing fluid source 1 is small.

加圧工程
上記放電空間23で生成された高濃度HFを含む反応ガスは、一次反応ガス路11を経て真空ホンプ31に吸い込まれ、この真空ホンプ31によって略大気圧まで加圧される。
Pressurization Step The reaction gas containing high-concentration HF generated in the discharge space 23 is sucked into the vacuum pump 31 through the primary reaction gas path 11 and is pressurized to approximately atmospheric pressure by the vacuum pump 31.

供給工程
略大気圧になった反応ガスが二次反応ガス路14に送出され、供給ノズル40から吹き出されて基板Wの表面に吹き付けられる。これにより、酸化シリコン膜fをエッチングすることができる。反応ガスは高濃度のHFを含んでいるので、エッチング効率を十分に高めることができる。
In the supply process, the reaction gas that has become substantially atmospheric pressure is sent to the secondary reaction gas passage 14, blown out from the supply nozzle 40, and blown onto the surface of the substrate W. Thereby, the silicon oxide film f can be etched. Since the reaction gas contains a high concentration of HF, the etching efficiency can be sufficiently increased.

エッチングすべき膜fが酸化シリコンではなくシリコンである場合、図3の実施形態と同様にオゾン導入系50を設けるとよい。高濃度のHFを生成できるため、処理ガス源1からの原料ガスの流量を小さくでき、したがって、オゾン導入系50からのオゾンが必要以上に希釈されないようにすることができる。これにより、高い効率でエッチングを行うことができる。   When the film f to be etched is not silicon oxide but silicon, an ozone introduction system 50 may be provided as in the embodiment of FIG. Since high-concentration HF can be generated, the flow rate of the raw material gas from the processing gas source 1 can be reduced, and therefore ozone from the ozone introduction system 50 can be prevented from being diluted more than necessary. Thereby, etching can be performed with high efficiency.

図16の装置において、加湿器180からの加湿原料ガス中の水蒸気濃度に対する放電通路23出口での一次反応ガス中のHF濃度を調べたところ、図17に示す結果が得られた。
加湿原料ガス中の水蒸気濃度が約4vol%のとき、生成されるHFの濃度はほぼ2倍の8vol%程度になった。したがって、加湿器180で添加した水のほぼ全量がHF生成に消費されたものと考えられる。また、処理流体源1からの原料ガス中のCF濃度は9vol%であり、少量のCF投入で高濃度(4vol%以上)のHFを得ることができた。(ちなみに、加湿器180内が大気圧かつ常温であった場合、HFの生成濃度は4vol%が理論限界であり、通常は1〜2vol%程度である。)
In the apparatus of FIG. 16, when the HF concentration in the primary reaction gas at the outlet of the discharge passage 23 with respect to the water vapor concentration in the humidified raw material gas from the humidifier 180 was examined, the result shown in FIG. 17 was obtained.
When the water vapor concentration in the humidified raw material gas was about 4 vol%, the concentration of HF produced was approximately doubled to about 8 vol%. Therefore, it is considered that almost all of the water added by the humidifier 180 was consumed for HF generation. Further, the CF 4 concentration in the raw material gas from the processing fluid source 1 was 9 vol%, and a high concentration ( 4 vol% or more) of HF could be obtained with a small amount of CF 4 input. (By the way, when the inside of the humidifier 180 is at atmospheric pressure and normal temperature, the production concentration of HF is a theoretical limit of 4 vol%, and is usually about 1 to 2 vol%.)

図18は、第5実施形態の変形例を示したものである。加湿器180に温調器181が組み込まれている。温調器181によって加湿器180の内部の水温が調節されるようになっている。
水温を高くすることにより、原料ガスに添加される水蒸気濃度を増大させることができる。この態様では、加湿器180内が低圧になっている必要はなく、大気圧であってもよく、大気圧より高圧であってもよい。加湿器180内が大気圧のとき、その水温は、30〜45℃程度にするのが好ましい。これによって、図16の態様と同程度の水蒸気添加濃度にすることができる。
加湿器180とバルブ10Vbとの間の導入路10Bには、内部を加湿器180と同程度の温度にするための温調器(図示せず)を設けることが好ましい。これにより、導入路10B内での結露を防止することができる。
なお、プラズマ化手段20の放電通路23内では水の結露条件よりも厳しい温度条件を必要とする。HFが生成され始め、かつHOがまだ残っている段階では、露点が上がりフッ酸水の凝縮が起きる可能性があるからである。
たとえば、放電通路23に入るガスの露点が20℃であり、放電通路23内の圧力が0.2barであるとすると、放電通路23内の温度は30℃以上とすることが好ましい。
FIG. 18 shows a modification of the fifth embodiment. A temperature controller 181 is incorporated in the humidifier 180. The water temperature inside the humidifier 180 is adjusted by the temperature controller 181.
By increasing the water temperature, the concentration of water vapor added to the raw material gas can be increased. In this aspect, the humidifier 180 does not need to be at low pressure, and may be atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure. When the humidifier 180 is at atmospheric pressure, the water temperature is preferably about 30 to 45 ° C. As a result, it is possible to achieve a water vapor addition concentration similar to that in the embodiment of FIG.
It is preferable to provide a temperature controller (not shown) for bringing the inside of the introduction path 10 </ b> B between the humidifier 180 and the valve 10 </ b> Vb to the same temperature as the humidifier 180. Thereby, dew condensation in the introduction path 10B can be prevented.
In the discharge passage 23 of the plasmification means 20, a temperature condition that is stricter than the water condensation condition is required. This is because at the stage where HF starts to be generated and H 2 O still remains, the dew point increases and condensation of hydrofluoric acid water may occur.
For example, when the dew point of the gas entering the discharge passage 23 is 20 ° C. and the pressure in the discharge passage 23 is 0.2 bar, the temperature in the discharge passage 23 is preferably 30 ° C. or higher.

図19は、第6実施形態を示したものである。この実施形態は、加圧手段として真空ポンプ31に代えてエジェクタ190を用いた点で図18の実施形態と異なっている。
エジェクタ190は、噴射ノズル191と、吸い込み口192と、導出口193とを有している。駆動流体源200から延びる駆動流体路201が噴射ノズル191の基端部に連なっている。駆動流体源200には、駆動流体として例えばCO、Ar、N、空気等の圧縮ガスが蓄えられている。駆動流体としては、分子量の大きなCOガスやArガスを用いるのが好ましい。
FIG. 19 shows a sixth embodiment. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 18 in that an ejector 190 is used instead of the vacuum pump 31 as the pressurizing means.
The ejector 190 has an injection nozzle 191, a suction port 192, and a lead-out port 193. A driving fluid path 201 extending from the driving fluid source 200 is connected to the base end portion of the ejection nozzle 191. The driving fluid source 200 stores compressed gas such as CO 2 , Ar, N 2 , and air as the driving fluid. As the driving fluid, it is preferable to use CO 2 gas or Ar gas having a large molecular weight.

プラズマ化手段20からの一次反応ガス路11が吸い込み口192に連なっている。
導出口193から二次反応ガス路14が基板Wへ延びている。
The primary reaction gas path 11 from the plasmification means 20 is connected to the suction port 192.
A secondary reaction gas path 14 extends from the outlet 193 to the substrate W.

駆動流体源200からの駆動流体が駆動流体路201を経て噴射ノズル191から噴射される。これにより、噴射ノズル191のノズル孔周辺が低圧になり、一次反応ガスが吸い込み口191からエジェクタ190内に吸込まれるようになっている。さらには、プラズマ化手段20の放電通路23内を低圧環境にすることができる。
エジェクタ190内に吸込まれた一次反応ガスは、駆動流体と混合され、全体圧が大気圧以上の二次反応ガスが生成される。この二次反応ガスが導出口193から導出され、二次反応ガス路14によって基板Wに導かれ、表面処理に供される。
The driving fluid from the driving fluid source 200 is ejected from the ejection nozzle 191 through the driving fluid path 201. Thereby, the nozzle hole periphery of the injection nozzle 191 becomes a low pressure, and the primary reaction gas is sucked into the ejector 190 from the suction port 191. Furthermore, the inside of the discharge passage 23 of the plasmification means 20 can be in a low pressure environment.
The primary reaction gas sucked into the ejector 190 is mixed with the driving fluid, and a secondary reaction gas having an overall pressure equal to or higher than atmospheric pressure is generated. This secondary reaction gas is led out from the outlet 193, led to the substrate W by the secondary reaction gas path 14, and subjected to surface treatment.

第6実施形態の具体的仕様の一例を説明する。
例えば、原料ガスをCF 50sccmとし、加湿器180においてHOを約56℃にしてCFをバブリングする。これにより、CFにその2倍のモル数のHO(水蒸気)を添加でき、0.2barの加湿原料ガス(CF+HO)を生成できる。この加湿原料ガスをプラズマ化手段20に導入してプラズマ化する。これにより、次式の反応が起き、50sccmのCOと200sccmのHFを含む250sccmの一次反応ガスが生成される。
CF+2HO→CO+4HF …式(3)
プラズマ化手段20内の温度は、80℃程度とするのが好ましい。これによって、以下に述べるように、プラズマ化手段20内で凝縮が起きるのを確実に防止することができる。
An example of specific specifications of the sixth embodiment will be described.
For example, CF 4 is bubbled by setting the source gas to CF 4 50 sccm and setting the H 2 O to about 56 ° C. in the humidifier 180. This allows addition of the CF 4 twice the number of moles of H 2 O (water vapor) can generate the humidified feed gas 0.2bar (CF 4 + H 2 O ). This humidified raw material gas is introduced into the plasma generating means 20 to be converted into plasma. As a result, a reaction of the following formula occurs, and a primary reaction gas of 250 sccm containing 50 sccm of CO 2 and 200 sccm of HF is generated.
CF 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4HF Formula (3)
The temperature in the plasmification means 20 is preferably about 80 ° C. As a result, as described below, it is possible to reliably prevent condensation from occurring in the plasmarization means 20.

上記式(3)において、HFの分圧をPHFとし、HOの分圧をPH2Oとし、CFの初期分子数をNCF4とし、HOの初期分子数をNH2Oとすると、HOとHFの分圧の時間変化の比は下式のように定数になる。
dPH2O/dPHF=−(NH2O+(1/2)×NCF4)/(NH2O+NCF4) …式(4)
上の例では、NH2Oを100とするとNCF4は50であるから、
dPH2O/dPHF=−5/6 …式(4a)
となる。
In the above formula (3), the partial pressure of HF and P HF, the partial pressure of H 2 O and P H2 O, the number of initial molecules of CF 4 and N CF4, and the number of initial molecules of H 2 O and N H2 O The ratio of the time variation of the partial pressure of H 2 O and HF becomes a constant as shown in the following equation.
dP H2O / dP HF = − (N H2O + (1/2) × N CF4 ) / (N H2O + N CF4 ) (4)
In the above example, if N H2O is 100, NCF4 is 50.
dP H2O / dP HF = −5 / 6 Formula (4a)
It becomes.

図20は、HF及びHOの温度ごとの凝縮条件(実線)と、式(4a)で与えられた組成変化(二点鎖線)を示したものである。同図に示すように、プラズマ化手段20内の温度が60℃のときは凝縮が起きるが、70℃以上では凝縮が起きない。プラズマ化手段20内の温度は、凝縮を確実に防ぐために、80℃程度にするのが好ましい。 FIG. 20 shows the condensation conditions (solid line) for each temperature of HF and H 2 O and the composition change (two-dot chain line) given by equation (4a). As shown in the figure, condensation occurs when the temperature in the plasmification means 20 is 60 ° C., but condensation does not occur at 70 ° C. or higher. The temperature in the plasmification means 20 is preferably about 80 ° C. in order to reliably prevent condensation.

エジェクタ190は、例えばSMC株式会社製の型式ZH05BS(ノズル径0.5mm)を用いる。このエジェクタ190に駆動流体源200から駆動流体として例えば4.5bar、9.2slmの圧縮空気を導入し、エジェクタ190の吸い込み圧力を0.2barに保つと、250sccmの吸い込み流量が得られる。これにより、プラズマ化手段20から250sccmの一次反応ガスを吸い込むことができる。この一次反応ガスと駆動流体とを混合してなる二次反応ガス中のHF濃度は、約2%となる。このHFにて基板Wの酸化シリコン膜fをエッチングすることができる。   As the ejector 190, for example, model ZH05BS (nozzle diameter 0.5 mm) manufactured by SMC Corporation is used. For example, when compressed air of 4.5 bar and 9.2 slm is introduced as a driving fluid from the driving fluid source 200 to the ejector 190 and the suction pressure of the ejector 190 is maintained at 0.2 bar, a suction flow rate of 250 sccm is obtained. Thereby, the primary reaction gas of 250 sccm can be sucked from the plasmification means 20. The HF concentration in the secondary reaction gas obtained by mixing the primary reaction gas and the driving fluid is about 2%. With this HF, the silicon oxide film f on the substrate W can be etched.

図21は、加圧手段としてエジェクタ190を用いた他の実施形態を示したものである。この実施形態では、加湿器180(添加手段)が、原料導入路10にではなく駆動流体路201に設けられている。駆動流体源200からの駆動流体が加湿器180に導入されて水中にバブリングされる。これにより、駆動流体に反応剤として水(HO)が添加される。水添加後の駆動流体が、エジェクタ190の噴射ノズル191から噴射される。噴射によって駆動流体が断熱膨張し、温度が下がる。これにより、駆動流体中の水が凝縮しミスト状になる。 FIG. 21 shows another embodiment using an ejector 190 as the pressurizing means. In this embodiment, the humidifier 180 (adding means) is provided not in the raw material introduction path 10 but in the driving fluid path 201. Driving fluid from the driving fluid source 200 is introduced into the humidifier 180 and bubbled into the water. As a result, water (H 2 O) is added as a reactant to the driving fluid. The driving fluid after the addition of water is ejected from the ejection nozzle 191 of the ejector 190. The drive fluid adiabatically expands due to the injection, and the temperature decreases. As a result, the water in the driving fluid is condensed to form a mist.

原料ガスにはCFとOが含まれている。この原料ガスがプラズマ化手段20に導入されてプラズマ化され、中間物質のCOFやFを含む一次反応ガスが生成される。この一次反応ガスが、吸い込み口191からエジェクタ190内に吸込まれ、加湿された駆動流体と混合される。これにより、COFやFがHOのミストに溶け込み、目的物質のHFが生成される。このHFを含む二次反応ガスが基板Wへ導出され、表面処理に供される。 The source gas contains CF 4 and O 2 . This raw material gas is introduced into the plasmification means 20 to be converted into plasma, and a primary reaction gas containing intermediate substances COF 2 and F 2 is generated. The primary reaction gas is sucked into the ejector 190 from the suction port 191 and mixed with the humidified driving fluid. As a result, COF 2 and F 2 are dissolved in the H 2 O mist, and the target substance HF is generated. The secondary reaction gas containing HF is led to the substrate W and subjected to surface treatment.

図21に示す第7実施形態の具体的仕様の一例を説明する。
原料ガスの各成分の流量は、CF 125sccm、O 62.5sccmとする。プラズマ化手段20はエジェクタ190により0.2barの低圧環境にし、かつ80℃に維持する。このプラズマ化手段20において次式の反応が起きる。
2CF+O→2COF+2F …式(5)
これにより、COF 125sccmと、F 125sccmからなるトータル250sccmの一次反応ガスが生成される。
An example of specific specifications of the seventh embodiment shown in FIG. 21 will be described.
The flow rate of each component of the source gas is CF 4 125 sccm and O 2 62.5 sccm. Plasmaizing means 20 is brought to a low pressure environment of 0.2 bar by an ejector 190 and maintained at 80 ° C. In the plasma generating means 20, the following reaction occurs.
2CF 4 + O 2 → 2COF 2 + 2F 2 (5)
As a result, a total of 250 sccm primary reaction gas composed of COF 2 125 sccm and F 2 125 sccm is generated.

加湿器180は50℃に保ち、この加湿器180に駆動流体源200から例えば空気を導入し、駆動流体として4.5bar、9.2slmの加湿空気を得る。この加湿空気中の水蒸気量は250sccmであり、一次反応ガス(COF+F)のトータル流量と等しい。 The humidifier 180 is kept at 50 ° C., for example, air is introduced into the humidifier 180 from the driving fluid source 200, and humidified air of 4.5 bar and 9.2 slm is obtained as the driving fluid. The amount of water vapor in the humidified air is 250 sccm, which is equal to the total flow rate of the primary reaction gas (COF 2 + F 2 ).

エジェクタ条件は第6実施形態の具体例と同様とする。すなわち、エジェクタ190としてSMC株式会社製の型式ZH05BSを用いる。このエジェクタ190の噴射ノズル191から4.5bar、9.2slmの駆動流体を噴射し、吸い込み圧を0.2barに保つ。これにより、250sccmの一次反応ガスをエジェクタ190内に吸い込むことができる。   The ejector conditions are the same as in the specific example of the sixth embodiment. That is, model ZH05BS manufactured by SMC Corporation is used as the ejector 190. A drive fluid of 4.5 bar and 9.2 slm is injected from the injection nozzle 191 of the ejector 190, and the suction pressure is kept at 0.2 bar. Thereby, the primary reaction gas of 250 sccm can be sucked into the ejector 190.

駆動流体(加湿空気)は、噴射ノズル191からの噴射により2.92倍に断熱膨張し、温度が50℃から−60℃程度まで低下する。したがって、加湿空気中の水分はほとんど凝縮する。この凝縮水(ミスト)に一次反応ガスのCOFやFが溶け込み、以下の反応が起きる。
COF+HO→2HF+CO …式(6)
+HO→2HF+1/2O …式(7)
これにより、HFを含む二次反応ガスが生成される。この二次反応ガス中のHF濃度は、図19の実施形態の約2倍(4〜5%)になる。これにより、酸化シリコン膜fのエッチング効率を高めることができる。
The driving fluid (humidified air) undergoes adiabatic expansion 2.92 times as a result of injection from the injection nozzle 191, and the temperature drops from about 50 ° C. to about −60 ° C. Therefore, most of the moisture in the humidified air is condensed. The primary reaction gases COF 2 and F 2 are dissolved in this condensed water (mist), and the following reaction occurs.
COF 2 + H 2 O → 2HF + CO 2 Formula (6)
F 2 + H 2 O → 2HF + 1 / 2O 2 Formula (7)
Thereby, the secondary reaction gas containing HF is produced | generated. The HF concentration in the secondary reaction gas is about twice (4 to 5%) that of the embodiment of FIG. Thereby, the etching efficiency of the silicon oxide film f can be increased.

図22は、図21に示す第7実施形態の変形例を示したものであり、駆動流体路201にはコイルヒータ等の加熱手段210が設けられている。この加熱手段210によって、駆動流体を加熱する。これにより、エジェクタ190の噴射ノズル191から噴射された駆動流体が断熱膨張して温度低下しても、駆動流体中の水分が結氷するのを防止することができる。   FIG. 22 shows a modification of the seventh embodiment shown in FIG. 21, and the driving fluid path 201 is provided with heating means 210 such as a coil heater. The driving fluid is heated by the heating means 210. Thereby, even if the driving fluid injected from the injection nozzle 191 of the ejector 190 adiabatically expands and the temperature is lowered, it is possible to prevent moisture in the driving fluid from freezing.

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、プラズマ化手段20を冷却したり、放電通路23内に多量のHOを添加したりすることにより、プラズマ化手段20の内部で反応ガスの凝縮が起きるようにしてもよい。
各実施形態の構成を組み合わせてもよい。例えば、第3、第4実施形態においても、低圧維持手段として真空ポンプ90に代えて極低温冷却器91を用いてもよい。
第2、第3実施形態において、凝縮剤(凝結剤、反応剤)としてのHOは、水蒸気や液体の水に限られず、氷を用いてもよい。凝結剤として、HOに代えてアルコール等のOH基含有化合物を用いてもよく、その他の水素含有化合物を用いてもよい。
液体加圧手段として、チューブポンプ100に代えて、ダイヤフラムポンプやレシプロポンプ等を用いてもよい。ダイヤフラムポンプのダイヤフラムは、テフロン(登録商標)等の耐腐食性の高い弾性材料にて構成するのが好ましい。液体加圧手段としてレシプロポンプ等を用いてもよい。
一次反応ガスが、凝結体生成手段60Xの冷却や加圧や凝結剤添加により固化され、固体の凝結体が得られるようになっていてもよい。一次反応ガスから反応液(液体の凝結体)を経て固体の凝結体が生成されるようになっていてもよく、一次反応ガスが昇華して固体の凝結体が生成されるようになっていてもよい。
第4実施形態において、反応剤としてのHOは、水蒸気や液体の水に限られず、氷を用いてもよい。反応剤として、HOに代えてアルコール等のOH基含有化合物を用いてもよく、その他の水素含有化合物を用いてもよい。外通路164に反応剤を導入し、内通路165に一次反応ガスを導入することにしてもよい。外通路164の流れと内通路165の流れが互いに対向流になるようになるようにしてもよい。
第2〜第4実施形態において、オゾン導入系50の接続位置を、二次反応ガス路14に代えて、加圧反応液路13、中間ガス路13A、低圧反応液路12、一次反応ガス路11等にしてもよく、これら処理流体供給ライン11〜14とは別途に基板Wに供給することにしてもよい。
被処理物Wの配置環境の圧力に対し、プラズマ化手段20の少なくとも電極間空間23の内圧が低圧であればよい。被処理物Wの配置環境は、略大気圧に限られず、略大気圧より低圧でもよく(その場合、電極間空間23は更に低圧にする)、略大気圧より高圧でもよい。被処理物Wの配置環境を略大気圧より高圧にし、電極間空間23を略大気圧にしてもよい。
二次反応ガス路14に送風手段(二次反応ガス加圧手段)を設け、この送風手段より上流側では被処理物Wの配置環境より低圧にし、送風手段によって二次反応ガスを被処理物Wの配置環境以上に加圧し、被処理物に送風供給することにしてもよい。
二次反応ガス路14に水添加手段を接続し、二次反応ガスの湿度を調節することにしてもよい。これにより、基板表面に凝縮相が確実に形成されるようにすることができ、エッチング反応を確実に起こすことができる。
原料ガスに含まれる出発物質は、CFに限られず、CHF、Cの等の他のフッ化炭素でもよく、その他のハロゲン含有化合物でもよく、複数種のハロゲン含有化合物の混合物であってもよい。
第5実施形態において、反応剤として、水(HO)に代えてアルコール(OH基含有化合物)を用いてもよい。さらには、反応剤として、水やアルコールに代えて、その他の水素含有化合物、例えばメタン(CH)等の炭化水素や水素ガス(H)を用いてもよい。
本実施形態の圧力、流量、濃度等の設定値は例示であって、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。
本発明は、エッチング、アッシング、成膜、洗浄、表面改質等の種々のプラズマ表面処理に適用可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, the reaction gas may be condensed inside the plasma generating means 20 by cooling the plasma generating means 20 or adding a large amount of H 2 O into the discharge passage 23.
You may combine the structure of each embodiment. For example, also in the third and fourth embodiments, a cryogenic cooler 91 may be used as a low pressure maintaining unit instead of the vacuum pump 90.
In the second and third embodiments, H 2 O as a condensing agent (coagulant, reactant) is not limited to water vapor or liquid water, and ice may be used. As the coagulant, an OH group-containing compound such as alcohol may be used instead of H 2 O, and other hydrogen-containing compounds may be used.
Instead of the tube pump 100, a diaphragm pump, a reciprocating pump, or the like may be used as the liquid pressurizing means. The diaphragm of the diaphragm pump is preferably made of an elastic material having high corrosion resistance such as Teflon (registered trademark). A reciprocating pump or the like may be used as the liquid pressurizing means.
The primary reaction gas may be solidified by cooling or pressurization of the aggregate generation means 60X or addition of a coagulant to obtain a solid aggregate. A solid aggregate may be generated from the primary reaction gas via a reaction liquid (liquid aggregate), and a solid aggregate may be generated by sublimation of the primary reaction gas. Also good.
In the fourth embodiment, H 2 O as a reactant is not limited to water vapor or liquid water, and ice may be used. As a reactive agent, an OH group-containing compound such as alcohol may be used instead of H 2 O, and other hydrogen-containing compounds may be used. The reactant may be introduced into the outer passage 164 and the primary reaction gas may be introduced into the inner passage 165. The flow of the outer passage 164 and the flow of the inner passage 165 may be opposed to each other.
In the second to fourth embodiments, the connection position of the ozone introduction system 50 is replaced with the secondary reaction gas path 14, the pressurized reaction liquid path 13, the intermediate gas path 13 </ b> A, the low pressure reaction liquid path 12, and the primary reaction gas path. 11 or the like, and these processing fluid supply lines 11 to 14 may be supplied to the substrate W separately.
The internal pressure of at least the interelectrode space 23 of the plasmification means 20 may be low with respect to the pressure of the arrangement environment of the workpiece W. The arrangement environment of the workpiece W is not limited to substantially atmospheric pressure, and may be lower than substantially atmospheric pressure (in this case, the interelectrode space 23 is further reduced in pressure), or may be higher than substantially atmospheric pressure. The arrangement environment of the workpiece W may be set to a pressure higher than approximately atmospheric pressure, and the interelectrode space 23 may be set to approximately atmospheric pressure.
A blowing means (secondary reaction gas pressurizing means) is provided in the secondary reaction gas passage 14, and the upstream side of the blowing means is set to a pressure lower than the environment in which the workpiece W is disposed, and the secondary reaction gas is treated by the blowing means. You may decide to pressurize more than W arrangement | positioning environment and to supply blast to a to-be-processed object.
A water addition means may be connected to the secondary reaction gas path 14 to adjust the humidity of the secondary reaction gas. Thereby, a condensed phase can be reliably formed on the substrate surface, and an etching reaction can be reliably caused.
The starting material contained in the source gas is not limited to CF 4 but may be other fluorocarbons such as CHF 3 and C 2 F 6 , other halogen-containing compounds, and a mixture of a plurality of types of halogen-containing compounds. There may be.
In the fifth embodiment, alcohol (OH group-containing compound) may be used as the reactant instead of water (H 2 O). Furthermore, instead of water or alcohol, other hydrogen-containing compounds such as hydrocarbons such as methane (CH 4 ) or hydrogen gas (H 2 ) may be used as the reactant.
Needless to say, the set values such as pressure, flow rate, concentration, and the like of this embodiment are examples, and the present invention is not limited thereto.
The present invention is applicable to various plasma surface treatments such as etching, ashing, film formation, cleaning, and surface modification.

本発明は、例えば半導体基板の製造やフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造に利用可能である。   The present invention can be used for manufacturing a semiconductor substrate and a flat panel display (FPD), for example.

本発明の第1実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a surface treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. 原料ガスをCF:HO=98:2としたときの、プラズマ化手段の圧力に対する単位電力あたりのHFとCOFの生成流量の一例を示すグラフである。The raw material gas CF 4: H 2 O = 98 : 2 and the case is a graph showing an example of a production flow of HF and COF 2 per unit electric power to the pressure of the plasma unit. 第1実施形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 原料ガスをCF:O=3:2としたときの、プラズマ化手段の圧力に対する単位電力あたりのCOFの生成流量を示すグラフである。The raw material gas CF 4: O 2 = 3: 2 and the case is a graph showing a generation rate of COF 2 per unit electric power to the pressure of the plasma unit. −30℃におけるフッ酸水(HF水溶液)の圧力組成図である。It is a pressure composition figure of hydrofluoric acid water (HF aqueous solution) in -30 ° C. 第2実施形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態の気化器における気相と液相の成分変化を示すグラフである。It is a graph which shows the component change of the gaseous phase in the vaporizer | carburetor of 3rd Embodiment, and a liquid phase. 第3実施形態の気化器の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the vaporizer | carburetor of 3rd Embodiment. 第3実施形態の凝縮器の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the condenser of 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態の反応器(反応温度:30℃)における気相と液相の成分変化を示すグラフである。It is a graph which shows the component change of the gaseous phase in a reactor (reaction temperature: 30 degreeC) of 4th Embodiment, and a liquid phase. 図13において、反応温度を0℃としたときの気相と液相の成分変化を示すグラフである。In FIG. 13, it is a graph which shows the component change of a gaseous phase when a reaction temperature is 0 degreeC, and a liquid phase. プラズマ化手段の変形態様を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the deformation | transformation aspect of a plasma-izing means. 本発明の第5実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 図16の装置において、加湿器で添加した水蒸気の濃度に対するプラズマ化手段で生成されたHFの濃度の実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the density | concentration of HF produced | generated by the plasma-izing means with respect to the density | concentration of the water vapor | steam added with the humidifier in the apparatus of FIG. 第5実施形態の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of 5th Embodiment. 本発明の第6実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. HF及びHOの凝縮条件(実線)と組成変化(二点鎖線)を示すグラフである。HF and H 2 O condensation conditions (solid line) and the composition change is a graph showing a (two-dot chain line). 本発明の第7実施形態に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 第7実施形態の変形例に係る表面処理装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the surface treatment apparatus which concerns on the modification of 7th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

M 表面処理装置
W ガラス基板(被処理物)
1 処理流体源
2 電源
11 一次反応ガス路
12 低圧反応液路(低圧凝結体流路)
13 加圧反応液路(加圧後凝結体流路)
14 二次反応ガス路
15 不凝縮ガス路(不凝結ガス路、不凝結成分路)
16 低圧維持路
17 不気化液路(不気化体戻し手段、不気化成分戻し手段)
20 プラズマ化手段
21 減圧チャンバー
22 電極
23 放電通路
30 プラズマ化後処理手段
31 真空ポンプ(加圧手段)
40 供給ノズル(供給部)
50 オゾン導入系
60,60A 凝縮器(凝縮手段(凝結手段))
60X 反応液生成手段(凝結体生成手段)
62 凝縮管(凝縮路)
65 冷却器
66 冷却管(冷却器)
70 水蒸気添加手段(凝結剤添加手段、反応剤添加手段)
70A 水添加手段(凝結剤添加手段)
80 不要物質除去部
90 減圧用真空ポンプ(低圧維持手段)
91 極低温冷却器(低圧維持手段)
100 チューブポンプ(液体加圧手段)
110 気化器(気化手段、二次反応ガス生成手段)
115 加熱器
120 キャリアガス導入系
130 気化器
140 凝縮器
150 パーティクル除去フィルター
160 反応器
161 外管(反応器本体)
162 内管
163 微細孔
164 外通路
165 内通路
166 温調器
170 水蒸気添加手段(反応剤添加手段)
180 加湿器(反応剤添加手段)
190 エジェクタ
200 駆動流体源
210 駆動流体の加熱手段
M Surface treatment equipment W Glass substrate (object to be treated)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing fluid source 2 Power supply 11 Primary reaction gas path 12 Low pressure reaction liquid path (low pressure condensate flow path)
13 Pressurized reaction channel (condensate channel after pressurization)
14 Secondary reaction gas path 15 Non-condensable gas path (non-condensing gas path, non-condensing component path)
16 Low-pressure maintenance path 17 Degassing liquid path (devaporized body returning means, degassed component returning means)
20 Plasmaizing means 21 Depressurizing chamber 22 Electrode 23 Discharge passage 30 Plasmaizing post-processing means 31 Vacuum pump (pressurizing means)
40 Supply nozzle (supply unit)
50 Ozone introduction system 60, 60A condenser (condensing means (condensing means))
60X reaction liquid generating means (condensate generating means)
62 Condensation tube (condensation path)
65 Cooler 66 Cooling pipe (cooler)
70 Water vapor addition means (coagulant addition means, reactant addition means)
70A Water addition means (coagulant addition means)
80 Unnecessary substance removal unit 90 Vacuum pump for pressure reduction (low pressure maintenance means)
91 Cryogenic cooler (low pressure maintenance means)
100 Tube pump (liquid pressurizing means)
110 Vaporizer (vaporizer, secondary reaction gas generator)
115 Heater 120 Carrier Gas Introduction System 130 Vaporizer 140 Condenser 150 Particle Removal Filter 160 Reactor 161 Outer Tube (Reactor Body)
162 Inner pipe 163 Fine hole 164 Outer passage 165 Inner passage 166 Temperature controller 170 Water vapor addition means (reactant addition means)
180 Humidifier (reactant addition means)
190 Ejector 200 Driving fluid source 210 Driving fluid heating means

Claims (37)

プラズマを用いて被処理物の表面を処理する方法であって、
処理流体を、前記被処理物の配置環境より低圧の環境下においてプラズマ化するプラズマ化工程と、
前記プラズマ化後の処理流体を加圧し前記被処理物に接触させるプラズマ化後処理工程と、
を含むことを特徴とする表面処理方法。
A method of processing the surface of an object to be processed using plasma,
A plasma forming step of converting the processing fluid into plasma in an environment at a pressure lower than the environment in which the workpiece is disposed;
A post-plasma treatment step of pressurizing the post-plasma treatment fluid and bringing it into contact with the workpiece;
A surface treatment method comprising:
前記プラズマ化後処理工程が、前記プラズマ化後の処理流体を凝縮又は凝固させるとともに加圧して前記低圧環境より高圧の凝結体を得る凝結体生成工程と、前記凝結体を気化させる気化工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。   The post-plasmaization treatment step condenses or solidifies the plasma-treated treatment fluid and pressurizes it to obtain a high-pressure condensate from the low-pressure environment, and a vaporization step vaporizes the condensate. The surface treatment method according to claim 1, further comprising: 前記凝結体生成工程において、前記プラズマ化後の処理流体をそれと反応して前記凝結体を生成可能な反応剤と接触させることを特徴とする請求項2に記載の表面処理方法。   3. The surface treatment method according to claim 2, wherein, in the aggregate generation step, the plasma-treated processing fluid reacts with the reaction fluid to contact the reactant capable of generating the aggregate. 前記プラズマ化後の処理流体のうち前記凝結体生成工程で凝縮又は凝固しなかった不凝結成分を前記プラズマ化工程に戻すことを特徴とする請求項2又は3に記載の表面処理方法。   4. The surface treatment method according to claim 2, wherein uncondensed components that have not condensed or solidified in the aggregate generation step in the plasma-treated processing fluid are returned to the plasmaization step. 5. 前記凝結体のうち前記気化工程で気化しなかった不気化成分を、前記凝結体生成工程に戻すことを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 2 to 4, wherein the vaporized component that has not been vaporized in the vaporization step of the aggregate is returned to the aggregate generation step. 前記プラズマ化前の処理流体が、前記プラズマ化工程又は前記凝結体生成工程により前記被処理物との反応性を有する目的物質に変化可能な出発物質を含み、
前記気化工程において、前記凝結体が、前記目的物質が濃縮された気化成分と、前記目的物質が希釈された前記不気化成分とに分離されることを特徴とする請求項5に記載の表面処理方法。
The processing fluid before plasma formation includes a starting material that can be changed into a target material having reactivity with the object to be processed by the plasma formation step or the aggregate generation step,
6. The surface treatment according to claim 5, wherein in the vaporization step, the aggregate is separated into a vaporized component in which the target substance is concentrated and an invaporized component in which the target substance is diluted. Method.
前記プラズマ化前の処理流体が、前記プラズマ化工程により中間物質に変化可能な出発物質を含み、
前記プラズマ化後処理工程における加圧の前又は後に、前記中間物質と反応して目的物質を生成可能な反応剤を前記処理流体に添加する添加工程を実行することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の表面処理方法。
The pre-plasmaization treatment fluid includes a starting material that can be converted into an intermediate material by the plasmatization step;
2. The addition step of adding a reactive agent capable of reacting with the intermediate substance to generate a target substance before or after pressurization in the post-plasma treatment step is added to the processing fluid. 7. The surface treatment method according to any one of 6 above.
駆動流体の噴射により、前記プラズマ化後の処理流体を吸い込んで前記被処理物へ導出するエジェクタを用意し、このエジェクタの前記吸い込みにより前記低圧環境を形成することを特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。   2. The ejector for sucking in the processing fluid after being converted to plasma and ejecting it to the object to be processed by jetting the driving fluid is prepared, and the suction of the ejector forms the low-pressure environment. Surface treatment method. 前記プラズマ化前の処理流体が、前記プラズマ化工程により中間物質に変化可能な出発物質を含み、
前記駆動流体に前記中間物質と反応して前記被処理物との反応性を有する目的物質に変化可能な反応剤を添加したうえで前記噴射を行なうことを特徴とする請求項8に記載の表面処理方法。
The pre-plasmaization treatment fluid includes a starting material that can be converted into an intermediate material by the plasmatization step;
9. The surface according to claim 8, wherein the jetting is performed after adding a changeable reactant to a target substance that reacts with the intermediate substance and reacts with the workpiece to the driving fluid. Processing method.
前記駆動流体を加熱することを特徴とする請求項9に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 9, wherein the driving fluid is heated. 前記駆動流体が、COガスまたはArガスを主成分として含むことを特徴とする請求項8〜10の何れか1項に記載の表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 8, wherein the driving fluid contains CO 2 gas or Ar gas as a main component. 前記プラズマ化工程の前に、前記処理流体に反応剤を添加する添加工程を実行し、
前記プラズマ化前の処理流体が、プラズマ化により前記反応剤の成分と反応して目的物質に変化可能な出発物質を含むことを特徴とする請求項1〜11の何れか1項に記載の表面処理方法。
Before the plasma step, perform an addition step of adding a reactant to the processing fluid,
The surface according to any one of claims 1 to 11, wherein the pre-plasmaization treatment fluid includes a starting material that can be converted into a target substance by reacting with a component of the reactant by plasmatization. Processing method.
前記添加工程を前記被処理物の配置環境より低圧下において行なうことを特徴とする請求項12に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 12, wherein the adding step is performed under a lower pressure than an arrangement environment of the object to be treated. 前記反応剤が、水素含有化合物であることを特徴とする請求項13に記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to claim 13, wherein the reactant is a hydrogen-containing compound. 前記反応剤が、HO又はOH含有化合物であることを特徴とする請求項3、7、9、12〜14の何れか1項に記載の表面処理方法。 The surface treatment method according to any one of claims 3,7,9,12~14 said reactant, characterized in that it is a H 2 O or OH-containing compounds. 前記プラズマ化前の処理流体が、出発物質として1又は複数種のハロゲン含有化合物を含むことを特徴とする請求項1〜15の何れかに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 1 to 15, wherein the treatment fluid before the plasma treatment includes one or a plurality of halogen-containing compounds as a starting material. 前記ハロゲン含有化合物が、CF、CHF、Cからなる群から選択される1又は複数であることを特徴とする請求項16に記載の表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 16, wherein the halogen-containing compound is one or more selected from the group consisting of CF 4 , CHF 3 , and C 2 F 6 . 前記被処理物の配置環境の圧力が、略大気圧であることを特徴とする請求項1〜17の何れかに記載の表面処理方法。   The surface treatment method according to any one of claims 1 to 17, wherein the pressure of the environment in which the object is disposed is substantially atmospheric pressure. プラズマを用いて被処理物の表面を処理する装置であって、
互いの間が被処理物の配置環境より低い圧力環境となる一対の電極を含み、前記電極間において処理流体をプラズマ化するプラズマ化手段と、
前記プラズマ化後の処理流体を加圧し前記被処理物に供給するプラズマ化後処理手段と、
を備えたことを特徴とする表面処理装置。
An apparatus for processing the surface of an object to be processed using plasma,
Including a pair of electrodes between which the pressure environment is lower than the environment in which the object to be processed is disposed, and plasmaizing means for converting the processing fluid into plasma between the electrodes;
Post-plasma treatment means for pressurizing the post-plasma treatment fluid and supplying it to the object to be treated;
A surface treatment apparatus comprising:
前記プラズマ化後処理手段が、前記プラズマ化後の処理流体を凝縮又は凝固させるとともに加圧して前記低圧環境より高圧の凝結体を得る凝結体生成手段と、前記凝結体を気化させる気化手段とを含むことを特徴とする請求項19に記載の表面処理装置。   The post-plasmaization processing means condenses or solidifies the plasma-processed processing fluid and pressurizes it to obtain a high-pressure condensate from the low-pressure environment, and a vaporization means for vaporizing the condensate. The surface treatment apparatus according to claim 19, further comprising: 前記凝結体生成手段には、前記プラズマ化後の処理流体と反応して前記凝結体を生成可能な反応剤を添加する反応剤添加手段が接続されていることを特徴とする請求項20に記載の表面処理装置。   21. Reactant adding means for adding a reactant capable of generating the aggregate by reacting with the processing fluid after being plasmatized is connected to the aggregate generating means. Surface treatment equipment. 前記プラズマ化後の処理流体のうち凝縮又は凝固しなかった不凝結成分を搬送する不凝結成分路が、前記凝結体生成手段から延びて前記プラズマ化手段に連なっていることを特徴とする請求項20又は21の何れかに記載の表面処理装置。   The non-condensed component path that conveys the non-condensed component that has not condensed or solidified among the processing fluid after the plasma treatment extends from the aggregate generating unit and is connected to the plasma generating unit. The surface treatment apparatus according to any one of 20 and 21. 前記不凝結成分路に、不凝結成分のうち不要物質を除去する不要物質除去部が介在されていることを特徴とする請求項22に記載の表面処理装置。   The surface treatment apparatus according to claim 22, wherein an unnecessary substance removing unit that removes unnecessary substances from the non-condensed components is interposed in the non-condensed component path. 前記不凝結成分路から低圧維持路が分岐され、この低圧維持路に前記プラズマ化手段を前記低圧環境に維持する低圧維持手段が設けられていることを特徴とする請求項22又は23に記載の表面処理装置。   24. The low pressure maintaining path is branched from the non-condensing component path, and the low pressure maintaining path is provided with low pressure maintaining means for maintaining the plasmarization means in the low pressure environment. Surface treatment equipment. 前記気化手段には、前記凝結体のうち気化しなかった不気化成分を前記凝結体生成手段に戻す不気化成分戻し手段が接続されていることを特徴とする請求項19〜24の何れか1項に記載の表面処理装置。   25. The vaporization means is connected to a vaporization component return means for returning the vaporized component that has not been vaporized in the aggregate to the aggregate generation means. The surface treatment apparatus according to item. 前記プラズマ化前の処理流体が、プラズマ化により中間物質に変化可能な出発物質を含み、
前記プラズマ化後処理手段が、前記プラズマ化後の処理流体を加圧する加圧手段と、加圧後の処理流体を前記中間物質と反応して目的物質を生成可能な反応剤と接触させる反応器と、を含むことを特徴とする請求項19に記載の表面処理装置。
The pre-plasmaization treatment fluid includes a starting material that can be converted into an intermediate material by plasmatization,
The post-plasmaization processing means pressurizes the plasma-processed processing fluid, and a reactor in contact with a reactant capable of reacting the pressurized processing fluid with the intermediate substance to generate a target substance The surface treatment apparatus according to claim 19, comprising:
前記プラズマ化後処理手段が、前記プラズマ化後の処理流体を加圧する加圧手段として、駆動流体の噴射により前記プラズマ化後の処理流体を吸い込んで前記被処理物へ導出するエジェクタを含むことを特徴とする請求項19に記載の表面処理装置。   The post-plasmaization processing means includes, as pressurizing means for pressurizing the post-plasmaization processing fluid, an ejector that sucks in the processing fluid after plasmaization by jetting a driving fluid and guides it to the object to be processed. The surface treatment apparatus according to claim 19. 前記プラズマ化前の処理流体が、前記プラズマ化工程により中間物質に変化可能な出発物質を含み、
前記駆動流体に前記中間物質と反応して前記被処理物との反応性を有する目的物質に変化可能な反応剤を添加する添加手段を、更に備えたことを特徴とする請求項27に記載の表面処理装置。
The pre-plasmaization treatment fluid includes a starting material that can be converted into an intermediate material by the plasmatization step;
The addition means for adding a reactive agent that reacts with the intermediate substance to the driving fluid and that can change the target substance having reactivity with the object to be processed is further provided. Surface treatment equipment.
前記駆動流体を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項28に記載の表面処理装置。   The surface treatment apparatus according to claim 28, further comprising a heating unit that heats the driving fluid. 前記駆動流体が、COガスまたはArガスを主成分として含むことを特徴とする請求項27〜29の何れか1項に記載の表面処理装置。 It said driving fluid is a surface treatment apparatus according to any one of claims 27 to 29, characterized in that it comprises a CO 2 gas or Ar gas as a main component. 前記プラズマ化前の処理流体に反応剤を添加する添加手段を、更に備え、
前記プラズマ化前の処理流体が、プラズマ化により前記反応剤の成分と反応して目的物質に変化可能な出発物質を含むことを特徴とする請求項19に記載の表面処理装置。
An addition means for adding a reactant to the processing fluid before the plasma treatment is further provided,
The surface treatment apparatus according to claim 19, wherein the treatment fluid before the plasma treatment includes a starting material that can be changed into a target material by reacting with a component of the reactant by the plasma treatment.
前記添加手段が、前記被処理物の配置環境より低圧下において前記添加を行なうことを特徴とする請求項31に記載の表面処理装置。   32. The surface treatment apparatus according to claim 31, wherein the addition means performs the addition under a lower pressure than an environment in which the workpiece is disposed. 前記反応剤が、水素含有化合物であることを特徴とする請求項32に記載の表面処理装置。   The surface treatment apparatus according to claim 32, wherein the reactant is a hydrogen-containing compound. 前記反応剤が、HO又はOH含有化合物であることを特徴とする請求項21、26、28、29、31〜33の何れか1項に記載の表面処理装置。 The reactant, a surface treatment apparatus according to any one of claims 21,26,28,29,31~33, characterized in that the H 2 O or OH-containing compounds. 前記プラズマ化前の処理流体が、出発物質として1又は複数種のハロゲン含有化合物を含むことを特徴とする請求項19〜34の何れか1項に記載の表面処理装置。   The surface treatment apparatus according to any one of claims 19 to 34, wherein the treatment fluid before plasma formation includes one or a plurality of halogen-containing compounds as a starting material. 前記ハロゲン含有化合物が、CF、CHF、Cからなる群から選択される1又は複数であることを特徴とする請求項35に記載の表面処理装置。 The halogen-containing compound, CF 4, CHF 3, a surface treatment apparatus according to claim 35, characterized in that from the group consisting of C 2 F 6 is one or more selected. 前記被処理物の配置環境の圧力が、略大気圧であることを特徴とする請求項19〜36の何れか1項に記載の表面処理装置。   The surface treatment apparatus according to any one of claims 19 to 36, wherein the pressure of the environment in which the object is disposed is substantially atmospheric pressure.
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