JP4059216B2 - 表面処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理材の表面をエッチングやアッシングして無機物や有機物を除去したり、改質して濡れ性を改善する表面処理技術に関する。

従来より、半導体技術の発達に伴い、この種の表面処理のために開発された様々な技術が知られている。例えば、基板などの被処理材の表面から有機物を除去する方法として、有機溶剤によるウエット洗浄法や、オゾン・紫外線などを照射して有機物に化学反応を生じさせることにより除去するドライ洗浄法がある。

しかし、上記ウエット洗浄法では、目的とする処理を施す工程に加えて、処理溶剤を除去するリンス工程、及び基板を乾燥させる工程を要するだけでなく、これらの追加工程を実行するために固定された設備が必要であり、製造コストが高くなるという課題があった。

また、従来のドライ洗浄方法においては、分子量の大きい有機物の除去能力が低いため、十分な洗浄効果は期待できない。これを解決するために、真空中で発生させたプラズマを用いて、有機物又は無機物を除去したり、エッチングやアッシングを行う方法が開発されている。しかし、真空チャンバや真空ポンプなどの特別な装置が必要で、設備全体が複雑化し、高価なためにコストが高くなる。また、放電のための減圧に時間がかかるため、処理能力が低い。このため、枚葉処理が困難であり、インライン化できないなどの問題があった。

これに対し、例えば特開平２−２８１７３４号公報、特開平３−２３６４７５号公報、特開平５−２３５７９号公報、特開平５−２７５１９０号公報などに開示されるように、大気圧近傍の圧力下でグロー放電させてプラズマを発生させることにより、被処理材の大面積を均一に又は局所的に表面処理して、エッチングやアッシング、薄膜形成、親水化などの表面改質を行う方法が知られている。この場合は、真空装置を必要としないとはいえ、安定したプラズマを発生させる放電の制御や電極装置が複雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、ウエット法のリンスや乾燥のための追加工程を必要とせず、また真空や減圧のための高価で大型の設備を必要とせず、装置を簡単に構成しかつ小型化でき、濡れ性改善などの表面改質やアッシング、エッチングなどの表面処理を、比較的容易にかつ低コストで行うことができる新規な表面処理方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、かかる表面処理方法を実現するための新規な装置を提供することにある。

本発明は、処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングと、被処理物を加熱する加熱装置とからなり、前記ハウジング内に前記被処理物を配置し、前記被処理物を加熱し、その表面を前記蒸気に曝露して前記被処理物の表面の濡れ性を向上させる工程を有する表面処理方法であって、前記工程において、前記ハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする。

また、処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングと、被処理物を加熱する加熱装置とからなり、前記ハウジング内に前記被処理物を配置し、前記被処理物を加熱し、その表面を前記蒸気に曝露して前記被処理物の表面をアッシングする工程を有する表面処理方法であって、前記工程において、前記ハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする。

また、前記処理液が水、酸性水又はアルカリ水であることを特徴とする。

酸化性液を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気に酸化性気体を混合し、その混合ガスに加熱した被処理物の表面を曝露して、前記被処理物表面を酸化処理する工程を有する表面処理方法であって、前記工程において、前記混合ガスを画定するハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする。

酸化性液を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気に酸化性気体を混合し、その混合ガスに加熱した被処理物の表面を曝露して、前記被処理物表面の濡れ性を向上させる工程を有する表面処理方法であって、前記工程において、前記混合ガスを画定するハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする。

また、前記酸化性気体が、酸素、過酸化水素水又はオゾンであることを特徴とする。

また、被処理物表面をアッシングするために２回以上のアッシング工程を有する表面処理方法であって、少なくとも最後の前記アッシング工程が、請求項２記載の方法からなることを特徴とする。

また、本発明になる表面処理方法は、蒸気が液化しないように加熱される室内に導入し、前記室内で加熱した被処理物の表面を前記蒸気に曝露することを特徴とする。

また、本発明になる表面処理装置は、処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングと、被処理物を赤外線又は紫外線の照射により加熱する加熱装置と、前記被処理物における所定部分に対応する開口を設けたマスクと、を備え、前記ハウジング内に前記被処理物を配置し、前記被処理物の前記所定部分のみが加熱されるように前記赤外線又は紫外線を照射し、その表面を前記蒸気に曝露して表面の前記所定部分を局所的に処理するとき、前記ハウジングを加熱するようにしたことを特徴とする。

また、本発明になる表面処理装置は、処理液の蒸気に混合する酸化性気体を供給するためのガス供給装置を更に備えることを特徴とする。

本発明の或る側面によれば、処理液を加熱して蒸気を発生させ、加熱した被処理物の表面を前記蒸気に曝露することを特徴とする表面処理方法が提供される。被処理物の表面は、処理液の蒸気によりドライで処理されるので、被処理物の形状や材質に制限されることなく、使用する液を適当に選択することにより、濡れ性の向上などの表面改質、エッチング、アッシング、ドライ洗浄の各種表面処理を広い範囲の分野で効果的に行うことができる。また、通常のウエット処理に必要なリンス・乾燥などの処理後の追加工程を何ら必要とせず、また従来のドライ処理における大型の真空設備を必要としないので、処理液や被処理材の取扱い及び処理作業が比較的簡単であり、そのための装置及び設備を簡単に構成し、小型化することができ、処理コストを大幅に低減できる。また、処理作業のインライン化や現場における処理も容易に行うことができる。

被処理物は、その表面の温度が処理液の沸点以上になるように加熱すると、処理液が被処理物表面で冷却されて液化する虞が無いので、有効に表面処理することができ、好都合である。

被処理物表面は、これを全面的に加熱することにより、該表面全体を処理することができ、又は部分的にのみ加熱することにより、所望の部分のみを選択的に表面処理することができる。

また、被処理物は、処理液の蒸気を含む雰囲気内に配置することにより、その表面を容易に前記蒸気に曝露させ、所望の表面処理を行うことができる。

或る実施例によれば、前記処理液に純水、酸性水又はアルカリ水を使用し、その蒸気に曝露することにより、被処理物表面を改質してその濡れ性を向上させ、又は該表面をアッシングすることができる。

別の実施例によれば、前記処理液に酸を使用し、その蒸気に曝露することにより、被処理物表面をエッチングすることができる。また、別の実施例では、前記処理液に有機溶剤を使用することにより、被処理物表面の濡れ性を向上させることができる。更に別の実施例では、前記処理液に酸化性液を使用し、被処理物表面をアッシングすることができる。

また、本発明によれば、処理液の蒸気に補助ガスを混合し、その混合ガスに加熱した被処理物の表面を曝露することができ、それにより所望の表面処理をより効果的に行うことができる。

或る実施例によれば、処理液に純水、酸性水又はアルカリ水を使用し、かつ補助ガスに酸化性気体を用い、該処理液の蒸気と酸化性気体との混合ガスに曝露させることにより、被処理物表面の濡れ性を向上させることができる。

別の実施例によれば、処理液に酸化性液を用い、かつ補助ガスに酸化性気体を使用することにより、被処理物表面を酸化処理し、又は該被処理物表面の濡れ性を向上させることができる。

更に別の実施例では、処理液に有機溶剤を用い、かつ補助ガスに非酸化性気体を使用することにより、被処理物表面の濡れ性を向上させることができる。

また、本発明によれば、被処理物の表面をアッシングするために、２回以上のアッシング工程からなり、その少なくとも最後のアッシング工程が、処理液を加熱して蒸気を発生させ、加熱した前記被処理物の表面を前記蒸気に曝露する過程からなることを特徴とする表面処理方法が提供される。これにより、先にアッシングレートの高い方法を用いて被処理物表面を処理し、後で適当に選択した処理液の蒸気を用いてドライ処理することにより、該表面に残存した有機物残渣を比較的容易にかつ効率よく完全にアッシングすることができ、その結果、全体としてアッシングの処理効率を向上させることができる。

本発明の別の側面によれば、処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、被処理物を加熱する加熱装置とからなり、加熱した前記被処理物の表面を前記蒸気に曝露させるようにしたことを特徴とする表面処理装置が提供される。これにより、本発明の表面処理方法を容易に実現することができる。

前記表面処理装置が、処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングを更に備え、該ハウジング内に被処理物を配置すると、容易に被処理物表面を前記蒸気に曝露できるので、好都合である。

加熱装置として、被処理物を載置する加熱プレートを使用し、被処理物を直接加熱することができる。別の実施例では、加熱装置として被処理物表面に温風を送るための温風送風器を用いることができ、それにより多数の被処理物全体を略均一に加熱して、同時に表面処理することができる。

また別の実施例では、加熱装置に赤外線又は紫外線を照射する装置を使用することができ、更に被処理物表面に赤外線又は紫外線を部分的に照射するためのマスクを備えることにより、所望の部分を選択的にかつ局所的に表面処理することができる。

また、本発明によれば、所望の表面処理をより効果的に行うために、処理液の蒸気に混合する補助ガスを供給するためのガス供給装置を更に備えると好都合である。

図１には、本発明による表面処理方法を実施するための好適な装置の第１実施例の構造が概略的に示されている。この表面処理装置は、その内部に処理室１を画定するハウジング２を備え、該処理室には搬送テーブル３上にセットされた加熱プレート４が配置され、その上に被処理物５を載置するようになっている。ハウジング２は、処理液６を入れた容器７と該容器を加熱するヒータ８とからなる蒸気発生装置に接続されている。容器７内の上部は、導入バルブ９を設けた管路１０を介して処理室１内に連通している。また前記ハウジングは、排気バルブ１１を介して外部に連通している。

処理液６には、目的とする表面処理に応じて水（純水、水道水を含む）、酸性水、アルカリ水、酸化性液、有機溶剤、酸などの様々な液種を用いることができる。具体的には、取扱いの容易さ及び環境への影響などを考慮すると、処理液として水が最も好ましいが、それ以外に過酸化水素水、エチルアルコール、フッ化水素などが使用される。

容器７内部の処理液６をヒータ８により加熱して蒸発させ、その蒸気を管路１０を介して処理室１内に送給する。処理室１内の被処理物５は、加熱プレート４により適当な温度に加熱されている。前記被処理物は、その露出面が処理室１内に導入された処理液６の蒸気に曝露されることにより、所望の表面処理が行われる。処理済みの被処理物５は、搬送テーブル３を駆動して処理室１から取り出され、次に新たな被処理物を搬入して、上記表面処理工程を繰り返し行う。

処理室１内部の蒸気量は、処理室の容積、被処理物の設置の仕方、表面処理の種類・速度などの処理条件に応じて、導入バルブ９による供給量と排気バルブ１１による排出量とを調整することによって制御される。

加熱プレートの温度は、被処理物５の表面で処理液６の蒸気が液化しないように調整される。例えば、前記被処理物の表面温度が前記処理液の沸点以上に加熱すると、前記蒸気の液化を確実に防止できる。また、良好な表面処理を行うためには、処理室１内の蒸気が少なくとも表面処理の間は蒸気相を維持し、またハウジング２内面で冷却されて液化しないようにすることが好ましい。そのため、別個の加熱手段を設けて、又は前記加熱プレート若しくはヒータを利用してハウジング２自体をも加熱するように構成すると、表面処理の効率が上がり、好都合である。

更に本発明の表面処理を効率良く行うために、ハウジング２をできる限り小型化して処理室１の容積を小さくしたり、処理室内における被処理物の配置を高くすると効果的である。

図１の表面処理装置を使用し、処理液６として様々な液種を用いて実験を行ったところ、以下のような結果が得られた。
（実施例１）
処理液６として純水を用い、水蒸気を発生させて処理室１内に導入した。被処理物５として酸化アルミニウムの薄板を加熱プレート４上に載置し、該薄板の表面温度を約２００℃として５分間処理を行った。前記酸化アルミニウム薄板表面の接触角を接触角計によって測定した結果、処理前は６４°であったが、処理後に６°となり、水に対する濡れ性を向上させることができた。
更に処理液６をエチルアルコールに変えて同様の実験を行ったところ、同様に酸化アルミニウム薄板表面の濡れ性を向上させる表面改質を行うことができた。

（実施例２）
上記実施例１と同様に、処理液６として純水を用い、水蒸気を発生させて処理室１内に導入した。被処理物５として有機物であるレジストを塗布したシリコン板を加熱プレート４上に載置し、該レジスト板の表面温度を約２００°として１０分間処理した。その結果、前記シリコン板表面からレジストを除去することができた。
更に処理液６を過酸化水素水に変えて同様の実験を行ったところ、同様にシリコン板のレジストを除去するアッシングを行うことができた。

（実施例３）
処理液６としてフッ化水素を用い、その蒸気を発生させて処理室１内に導入した。被処理物５として水晶板を加熱テーブル４上に載置し、その表面温度を１００℃として６０分間処理した。その結果、前記水晶板の表面をエッチングすることができた。
図２には、図１の表面処理装置の変形例の構造が概略的に示されている。この変形例は、被処理物５を加熱する手段として、加熱プレートに変えて温風送風器１２が被処理室１の上部に下向きに温風を吹き出すように設けられている。
複数の板状の被処理物５が、温風が当たり易くなるように、搬送テーブル３上の取付台１３に垂直に配列されている。このように温風送風器１２を用いることにより、複数の被処理物５及び処理室１内部の全体を略均等に加熱することができるので、バッチ処理に有利である。

また、図２の表面処理装置を用いて、上記実施例１乃至実施例３と同様に濡れ性向上、アッシング、エッチングの各表面処理について実験を行ったところ、同様に良好な結果を得ることができた。

図３には、図１の表面処理装置の別の変形例の構造が概略的に示されている。この変形例では、被処理物５を加熱する手段として、加熱プレートに変えて反射板付き赤外線ランプのような赤外線照射装置１４が、被処理室１の上部に下向きに設けられている。搬送テーブル３上に水平に載置された板状の被処理物５の直ぐ上方には、該被処理物の所望の処理部分に対応する開口を設けたマスク１５を配置する。

このようにして前記所望の処理部分のみが加熱されるように赤外線を照射しつつ、前記蒸気発生装置から処理液６の蒸気を処理室１内に導入する。被処理物５は、その露出する面全体が前記蒸気に曝露されるが、加熱された前記処理部分のみに局所的に所望の表面処理が行われる。

赤外線照射装置１４に変えて、紫外線照射装置のような他の熱放射装置を用いることができる。紫外線照射装置は、照射された部分とそうでない部分との温度差が赤外線照射装置の場合より大きい特徴があるので、局所的な表面処理をより精密に行うことができる。

図３の表面処理装置を用いて、上記実施例１乃至実施例３と同様の実験を行ったところ、濡れ性向上、アッシング、エッチングの各表面処理について被処理物のマスク１５で選択した部分のみに同様に良好な結果を得ることができた。

図４には、本発明による表面処理装置の第２実施例の構造が概略的に示されている。この表面処理装置は、管路１０に分岐したガス導入口１６が設けられており、バルブ１７を調整することによって外部から選択したガスを補助的に供給し、処理液６の蒸気と混合して処理室１内に導入できる点において、図１示の第１実施例の装置と異なる。

本実施例によれば、処理液６と補助ガスとをそれぞれ適当に組み合わせ、それらの混合ガスに加熱した被処理物を曝露することによって、より効果的に所望の表面処理を行うことができる。処理液には、上記第１実施例について記載した様々な液種を用いることができる。補助ガスとしては、処理の目的に応じて酸化性の気体又は非酸化性の気体を選択することができる。

例えば、水又は過酸化水素水と酸素ガスとの組み合わせ、過酸化水素水又はエチルアルコールと窒素ガスとの組み合わせにより、濡れ性を向上させることができる。また、過酸化水素水と酸素ガス又は窒素ガスとの組み合わせにより、アッシングを行うことができる。更に、補助ガスとしてオゾンを用いることにより、アッシングの効果を高めることができる。

図４の表面処理装置を使用し、いくつかの処理液６と補助ガスとを組み合わせて実験を行ったところ、以下のような結果が得られた。

（実施例４）
処理液６として純水を、補助ガスとして酸素ガスをそれぞれ使用し、それらの混合ガスを処理室１に導入した。被処理物５として酸化アルミニウムの薄板を加熱プレート４上に載置し、前記混合ガスに曝露して表面処理を行った。これにより、前記酸化アルミニウム薄板表面の濡れ性を向上させることができた。
処理液６を過酸化水素水に変えて、かつ同様に酸素ガスを用いて同様の実験を行ったところ、同様に濡れ性を向上させる表面改質を行うことができた。
また、処理液６をエチルアルコールに、かつ補助ガスを窒素ガスに変えて同様の実験を行った場合にも、同様に濡れ性を向上させることができた。

（実施例５）
処理液６として過酸化水素水を、補助ガスとして酸素ガスをそれぞれ使用し、それらの混合ガスを処理室１に導入した。被処理物５として有機物であるレジストを塗布したシリコン板を加熱プレート４上に載置し、表面処理を行った。その結果、前記シリコン板表面からレジストが除去され、アッシングを行うことができた。
図５には、本発明による表面処理装置の第３実施例の構造が概略的に示されている。この表面処理装置は、処理液６を入れた容器７が処理室１内に加熱プレート４上に配置され、かつ外部から選択したガスを補助的に供給するためのガス導入口１６がハウジング２に直接接続されている点において、上記第１及び第２実施例の装置と異なる。本実施例によれば、このように構成して処理液６の蒸気を処理室１内で直接発生させることにより、上記第１及び第２実施例のように前記蒸気が管路１０を通過する間に冷却される虞が無いので、より効率的な表面処理が可能になる。

以上、本発明について好適な実施例を用いて詳細に説明したが、本発明は、処理液を蒸発させかつその蒸気を加熱した被処理物にさらすことにより、比較的簡単な工程及び装置を用いて目的とした表面処理を行うことを要旨とするものであり、上記各実施例以外にもそれらに様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、液化しないようにヒータを取り付けたノズルを用いて処理液の蒸気を噴射することにより、被処理物の所望の部分を局所的に表面処理することができる。また、第２又は第３実施例の表面処理装置に、加熱プレート５に代えて図２又は図３に示す加熱装置を用いることができる。
また、特に被処理物表面に除去すべき有機物が多量に付着している場合には、２回以上のアッシング工程を行うことが好ましい。このとき、最初の方のアッシング工程ではアッシングレートの高い方法を使用して、大部分の有機物を短時間で取り除き、かつ少なくとも最後のアッシング工程で上述した本発明のいずれかの表面処理方法を採用することにより、除去しきれなかった有機物残渣を被処理物表面から完全に取り除くことができる。これにより、全体として被処理物表面を比較的簡単にかつ効率よく完全にアッシングすることが可能になる。

また、本発明による表面処理の過程で処理液を変更することにより、同じ被処理物について異なる表面処理を連続的に行うこともできる。更に、図２の装置においてマスクを変更することにより、同じ被処理物の異なる部分に同じ又は異なる表面処理を連続的に行うこともできる。

本発明を適用した表面処理装置の第１実施例の構成を示す概略断面図である。 第１実施例の変形例を示す断面図である。 第１実施例の別の変形例を示す断面図である。 本発明を適用した表面処理装置の第２実施例の構成を示す概略断面図である。 本発明を適用した表面処理装置の第３実施例の構成を示す概略断面図である。

Claims (10)

1. 処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングと、被処理物を加熱する加熱装置とからなり、
   前記ハウジング内に前記被処理物を配置し、前記被処理物を加熱し、その表面を前記蒸気に曝露して前記被処理物の表面の濡れ性を向上させる工程を有する表面処理方法であって、
   前記工程において、前記ハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする表面処理方法。
2. 処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングと、被処理物を加熱する加熱装置とからなり、
   前記ハウジング内に前記被処理物を配置し、前記被処理物を加熱し、その表面を前記蒸気に曝露して前記被処理物の表面をアッシングする工程を有する表面処理方法であって、
   前記工程において、前記ハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする表面処理方法。
3. 前記処理液が、水、酸性水又はアルカリ水であることを特徴とする請求項１または、請求項２記載の表面処理方法。
4. 酸化性液を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気に酸化性気体を混合し、その混合ガスに加熱した被処理物の表面を曝露して、前記被処理物表面を酸化処理する工程を有する表面処理方法であって、
   前記工程において、前記混合ガスを画定するハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする表面処理方法。
5. 酸化性液を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気に酸化性気体を混合し、その混合ガスに加熱した被処理物の表面を曝露して、前記被処理物表面の濡れ性を向上させる工程を有する表面処理方法であって、
   前記工程において、前記混合ガスを画定するハウジングを加熱すると共に、前記被処理物の所定部分を部分的に加熱することにより当該所定部分に局所的に処理を行うことを特徴とする表面処理方法。
6. 前記酸化性気体が、酸素、過酸化水素水又はオゾンであることを特徴とする請求項４または請求項５記載の表面処理方法。
7. 被処理物表面をアッシングするために２回以上のアッシング工程を有する表面処理方法であって、少なくとも最後の前記アッシング工程が、請求項２記載の方法からなることを特徴とする表面処理方法。
8. 請求項１、請求項２、請求項４または請求項５いずれかに記載の表面処理方法において、蒸気が液化しないように加熱される室内に導入し、前記室内で加熱した被処理物の表面を前記蒸気に曝露することを特徴とする表面処理方法。
9. 処理液を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、前記処理液の蒸気を含む雰囲気を画定するハウジングと、被処理物を赤外線又は紫外線の照射により加熱する加熱装置と、前記被処理物における所定部分に対応する開口を設けたマスクと、を備え、
   前記ハウジング内に前記被処理物を配置し、前記被処理物の前記所定部分のみが加熱されるように前記赤外線又は紫外線を照射し、その表面を前記蒸気に曝露して表面の前記所定部分を局所的に処理するとき、前記ハウジングを加熱するようにしたことを特徴とする表面処理装置。
10. 請求項９記載の表面処理装置において、処理液の蒸気に混合する酸化性気体を供給するためのガス供給装置を更に備えることを特徴とする表面処理装置。

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