JP5148563B2 - 表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理対象物の表面を処理する装置に関するものである。

処理対象物の表面を処理する装置として特許文献１に開示されたものが知られている。この文献に開示された表面処理装置は、処理対象物の表面に供給された処理溶液に対して電子ビームを照射して該処理溶液を活性化し、この活性化した処理溶液により処理対象物の表面を処理する。ここで、処理溶液を用いた処理対象物の表面処理としては、例えば、ＨＦ溶液を用いて半導体ウェハ表面のＳｉＯ_２膜を除去すること、機能水を用いて半導体ウェハ表面のレジスト膜を除去すること、および、機能水を用いて処理対象物表面の有機物等の不純物を除去すること、等が挙げられる。

処理溶液に対して電子ビームを照射する電子ビーム照射部は、真空に保たれた内部で電子ビームを発生させ、内部から窓を経て外部へ電子ビームを出力させて、処理対象物の表面に供給された処理溶液に対して電子ビームを照射する。この電子ビーム照射部において電子ビームが通過する窓は例えばＢｅ膜からなる。

処理溶液に電子ビームが照射されると、その処理溶液が活性化されるだけでなく、その処理溶液からガスやイオンが発生し、また、雰囲気中の酸素からオゾンが発生する。これらのガス，イオンおよびオゾンは、電子ビーム照射部の窓の腐食の原因となる。また、処理溶液が窓に付着すると、その付着した処理溶液は電子ビームが照射されて活性化され、この活性化した処理溶液が電子ビーム照射部の窓の腐食の原因となる。さらに、電子ビームが窓を通過することにより窓の温度が上昇し、上記のような腐食が加速される。

そこで、窓に対して不活性ガスが吹き付けられ、これらのガス，イオン，オゾンおよび処理溶液が窓に達しないようにされて、窓の腐食が防止される。

特開２００８−０５３６４６号公報

ところが、上記のような表面処理装置を用いて処理対象物の表面を処理する場合に、その表面処理が良好に行われない場合があることを、本発明者は見出した。本発明者は、その原因について鋭意研究したところ、以下のことが原因であることを見出した。

すなわち、良好な表面処理結果を得るには処理対象物の表面に処理溶液が所定厚（例えば１００μｍ程度）で均一に保たれることが必要であるが、電子ビーム照射部の窓に対して不活性ガスが吹き付けられると、その吹き付けられた不活性ガスが処理対象物の表面に達して、処理対象物上の処理溶液の表面が歪められ、処理溶液の厚みが不均一となってしまう。このように処理対象物上の処理溶液の厚みが不均一となることにより、表面処理が良好に行われない場合がある。

本発明は、上記の本発明者の知見に基づいて、上記問題点を解消する為になされたものであり、電子ビーム照射部の窓を保護するとともに良好な表面処理結果を得ることができる表面処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る表面処理装置は、処理対象物の表面を処理する装置であって、(1) 処理溶液を処理対象物の表面に供給する溶液供給部と、(2) 真空に保たれた内部で電子ビームを発生させ、内部から窓を経て外部へ電子ビームを出力させ、溶液供給部により処理対象物の表面に供給された処理溶液に電子ビームを照射して処理溶液を活性化する電子ビーム照射部と、(3) 電子ビーム照射部の窓に対し略平行に不活性ガスを吹き出すガス吹出部と、(4) ガス吹出部から吹き出された不活性ガスを吸引するガス吸引部と、を備えることを特徴とする。

この表面処理装置では、溶液供給部により処理溶液が処理対象物の表面に供給される。電子ビーム照射部により、真空に保たれた内部で電子ビームが発生し、内部から窓を経て外部へ電子ビームが出力される。溶液供給部により処理対象物の表面に供給された処理溶液に電子ビームが照射されて、その処理溶液が活性化されて、この活性化された処理溶液により処理対象物の表面が処理される。また、ガス吹出部から電子ビーム照射部の窓に対し略平行に吹き出された不活性ガスにより窓が保護される。さらに、そのガス吹出部から吹き出された不活性ガスがガス吸引部により吸引されることにより、その不活性ガスが処理対象物表面上の処理溶液に達することが抑制され、処理対象物の表面における処理溶液が所定厚で均一に保たれることとなり、表面処理が良好に行われ得る。

本発明に係る表面処理装置では、溶液供給部は、機能水，酸性溶液またはアルカリ性溶液を処理溶液として処理対象物の表面に供給するのが好適である。また、本発明に係る表面処理装置は、ガス吹出部におけるガス吹出量またはガス吸引部におけるガス吸引量を調整するガス量調整部を更に備えるのが好適である。

本発明に係る表面処理装置では、ガス吹出部は、電子ビーム照射部の窓に対し垂直な方向に積層された複数の吹出口を有するのが好適である。また、ガス吹出部は、電子ビーム照射部の窓に対し略平行な方向に広がった吹出口を有し、その吹出口におけるガス吹出量分布を均一化する手段を含むのも好適である。

本発明に係る表面処理装置は、電子ビーム照射部の窓を保護するとともに良好な表面処理結果を得ることができる。

第１実施形態に係る表面処理装置１の構成を示す図である。 第２実施形態に係る表面処理装置２の構成を示す図である。 第３実施形態に係る表面処理装置に含まれるガス吹出管３１Ｂおよびガス吸引管４１Ｂの断面図である。 第３実施形態に係る表面処理装置に含まれるガス吹出管３１Ｂの斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）

図１は、第１実施形態に係る表面処理装置１の構成を示す図である。この図に示される表面処理装置１は、処理溶液８１により処理対象物９０の表面を処理するものであって、電子ビーム照射部１０，溶液供給部２０，ガス吹出部３０，ガス吸引部４０，ガス量調整部５０および回転部６０を備える。

電子ビーム照射部１０は、真空容器１１，カソード１２，高電圧発生部１３および窓１４を含む。電子ビーム照射部１０では、真空容器１１内に入れられたカソード１２に対して高電圧発生部１３により負の高電圧が印加されて、カソード１２から電子Ｅが放出される。そのカソード１２から放出された電子Ｅのうち窓１４を通過して外部に出たものは、電子ビームとして処理対象物９０表面上の処理溶液８１に照射される。窓１４は、電子ビーム照射部１０の下面に設けられていて、Ｂｅ，Ｓｉ，Ｔ１，Ａｌなどの薄い箔で構成されている。

溶液供給部２０は、処理溶液８１を処理対象物９０の表面に供給するものであって、溶液供給管２１および溶液タンク２２を含む。溶液供給部２０は、溶液タンク２２に容れられた処理溶液を、溶液供給管２１を介して処理対象物９０の表面に供給する。供給される処理溶液８１は、機能水，酸性溶液またはアルカリ性溶液である。機能水は、電解生成水（純水、水素水、イオン水、酸化還元水、各種ガス（窒素ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、酸素ガス等）を含む水）およびオゾン水を含む概念のものである。酸性溶液は、例えば、弗酸、塩酸、硫酸および蟻酸などの溶液である。また、アルカリ性溶液は、例えば、アンモニアや水酸化ナトリウムなどの溶液である。

回転部６０は、処理対象物９０を載置して回転させることで、溶液供給部２０により処理対象物９０の表面に供給された処理溶液８１を所定厚（例えば１００μｍ程度）で均一な膜とする。この処理対象物９０の表面に供給された処理溶液８１に対して電子ビーム照射部１０から電子ビームが照射されると、その処理溶液８１は活性化され、この活性化した処理溶液８１により処理対象物９０の表面が処理される。

ガス吹出部３０は、電子ビーム照射部１０の窓１４に対し略平行に不活性ガス８２を吹き出すものであって、ガス吹出管３１およびガスタンク３２を含む。ガス吹出部３０は、ガスタンク３２に容れられた不活性ガス８２を、ガス吹出管３１を介して電子ビーム照射部１０の窓１４に対し略平行に吹き出す。ガス吹出管３１の吹出口付近の部分は、電子ビーム照射部１０の下面に接するように設けられている。ガス吹出管３１の吹出口から不活性ガス８２をやや上向きに（窓１４に向けて）吹き出すように、吹出口付近の部分の下辺がやや上向きになっているのが好適である。ここで用いられる不活性ガス８２は例えば窒素ガスである。

ガス吸引部４０は、ガス吹出部３０から吹き出された不活性ガス８２を吸引するものであって、ガス吸引管４１および排気部４２を含む。ガス吸引部４０は、ガス吹出部３０のガス吹出管３１の吹出口から吹き出された不活性ガス８２を、ガス吸引管４１を介して排気部４２により吸引する。ガス吸引管４１の吸引口は、ガス吹出管３１の吹出口と対向している。

ガス量調整部５０は、ガス吸引管４１の途中に設けられたバルブを含み、このバルブの開度に応じてガス吸引部４０におけるガス吸引量を調整する。ガス量調整部は、ガス吹出管３１に途中に設けられたバルブの開度に応じてガス吹出部３０におけるガス吹出量を調整してもよい。

本実施形態に係る表面処理装置１の動作の一例は以下のとおりである。溶液タンク２２に容れられていた処理溶液８１は、溶液供給管２１を経て、回転部６０により回転されている処理対象物９０の表面に連続的に供給される。処理対象物９０の表面における処理溶液８１は所定厚の膜となる。

電子ビーム照射部１０では、真空容器１１内に入れられたカソード１２に対して高電圧発生部１３により負の高電圧が印加されて、カソード１２から電子Ｅが放出される。そのカソード１２から放出された電子Ｅのうち窓１４を通過して外部に出たものは、電子ビームとして処理対象物９０表面上の処理溶液８１に照射される。

例えば、カソード１２に印加される負の高電圧が１００ｋＶ〜１５０ｋＶであるとする。カソード１２から発生した電子ビームは、窓１４により減速され、また、窓１４の外部の雰囲気ガスにより減速されて、処理対象物９０表面上の処理溶液８１に照射される。この照射時の電子のエネルギは８０ｋＶ〜１４０ｋＶとなる。

処理対象物９０表面の処理溶液８１に対して電子ビーム照射部１０から電子ビームが照射されると、その処理溶液８１は活性化されて、溶液種類に応じたラジカルやイオンが発生する。この活性化した処理溶液８１により処理対象物９０の表面が処理される。処理対象物９０表面の処理溶液８１の厚みが１００μｍ程度であると、到達した電子ビームの殆どは処理溶液８１により吸収され、処理溶液８１は高効率に活性化される。処理対象物９０表面の処理溶液８１の厚みが５０μｍ程度であると、電子ビーム照射により処理溶液８１が活性化されるだけでなく、処理対象物９０表面近傍の数十μｍの範囲に電子ビームが照射されることによっても表面処理が行われる。

ガスタンク３２に容れられていた不活性ガス８２は、ガス吹出管３１を経て、電子ビーム照射部１０の窓１４に対し略平行に吹き出される。このガス吹出管３１の吹出口から吹き出された不活性ガス８２は、この吹出口と対向して配置される吸引口を有するガス吸引管４１を経て、排気部４２により吸引される。

このとき、ガス量調整部５０により、ガス吸引管４１の途中に設けられたバルブの開度に応じてガス吸引部４０におけるガス吸引量が調整されて、ガス吹出管３１から吹き出された不活性ガス８２の殆どがガス吸引管４１により吸引されるように設定され、また、他のガスがガス吸引管４１により出来る限り吸引されないように設定される。

処理対象物９０表面上の処理溶液８１に電子ビームが照射されると、その処理溶液８１が活性化されるだけでなく、その処理溶液８１からガスやイオンが発生し、また、雰囲気中の酸素からオゾンが発生する。これらのガス，イオン，オゾンおよび処理溶液８１は電子ビーム照射部１０の窓１４の腐食の原因となる。

しかし、ガス吹出部３０により窓１４に対して不活性ガスが吹き付けられるので、これらのガス，イオン，オゾンおよび処理溶液８１が窓に達しないようにされて、窓１４の腐食が防止される。また、このガス吹出部３０による不活性ガス８２の吹き付けにより窓１４が冷却される効果もある。

また、ガス吹出部３０から吹き出された不活性ガス８２は、ガス吸引部４０により吸引されるので、処理対象物９０表面上の処理溶液８１に達することが抑制される。これにより、処理対象物９０表面における処理溶液８１が所定厚で均一に保たれることとなり、表面処理が良好に行われ得る。このように、本実施形態に係る表面処理装置１は、電子ビーム照射部１０の窓１４を保護するとともに、良好な表面処理結果を得ることができる。

さらに、電子ビーム照射部１０と処理対象物９０との間の距離を短くすることができるので、勝利対象物９０表面上の処理溶液８１に照射される電子ビームの強度を大きくすることができ、これにより表面処理効率を向上させることができる。

（第２実施形態）

図２は、第２実施形態に係る表面処理装置２の構成を示す図である。この図に示される表面処理装置２は、処理溶液８１により処理対象物９０の表面を処理するものであって、電子ビーム照射部１０，溶液供給部２０，ガス吹出部３０Ａ，ガス吸引部４０，ガス量調整部５０および回転部６０を備える。

図１に示された第１実施形態に係る表面処理装置１の構成と比較すると、この図２に示される第２実施形態に係る表面処理装置２は、ガス吹出部３０に替えてガス吹出部３０Ａを備える点で相違する。

ガス吹出部３０Ａは、電子ビーム照射部１０の窓１４に対し略平行に不活性ガス８２を吹き出すものであって、ガス吹出管３１Ａおよびガスタンク３２を含む。ガス吹出部３０Ａは、ガスタンク３２に容れられた不活性ガス８２を、ガス吹出管３１Ａを介して電子ビーム照射部１０の窓１４に対し略平行に吹き出す。ガス吹出管３１Ａの吹出口付近の部分は、電子ビーム照射部１０の下面に接するように設けられている。

ガス吹出部３０Ａのガス吹出管３１Ａは、電子ビーム照射部１０の窓１４に対し垂直な方向に積層された複数の吹出口３３，３４を有する。ガス吹出管３１Ａの吹出口３３，３４から不活性ガス８２をやや上向きに（窓１４に向けて）吹き出すように、吹出口３３，３４付近の部分の下辺がやや上向きになっているのが好適である。

第２実施形態に係る表面処理装置２は、第１実施形態に係る表面処理装置１と同様に動作し同様の効果を奏することができる。加えて、第２実施形態に係る表面処理装置２は、ガス吹出管３１Ａの複数の吹出口３３，３４から不活性ガス８２を吹き出すことにより、以下のような効果をも奏することができる。

第２実施形態では、ガス吹出管３１の吹出口３３，３４からガス吸引管４１の吸引口まで複数層の不活性ガス８２の流れができる。処理溶液８１や雰囲気中の酸素に電子ビームが照射されて生じるガス，イオンおよびオゾンは、窓１４から遠い吹出口３４から吹き出された不活性ガス８２の流れに混入したとしても、窓１４に近い吹出口３３から吹き出された不活性ガス８２の流れには入らない。したがって、より確実に窓１４の腐食が防止され得る。

（第３実施形態）

第３実施形態に係る表面処理装置は、図１に示された第１実施形態に係る表面処理装置１の構成と略同様の構成を有するが、電子ビーム照射部１０の窓１４が一方向に長い矩形の形状を有していて、ガス吹出管３１に替えてガス吹出管３１Ｂを備える点で相違し、また、ガス吸引管４１に替えてガス吸引管４１Ｂを備える点で相違する。

図３は、第３実施形態に係る表面処理装置に含まれるガス吹出管３１Ｂおよびガス吸引管４１Ｂの断面図である。図３は、ガス吹出管３１Ｂおよびガス吸引管４１Ｂに加えて窓１４も示している。また、図４は、第３実施形態に係る表面処理装置に含まれるガス吹出管３１Ｂの斜視図である。なお、説明の便宜のために図３および図４それぞれにおいてｘｙｚ直交座標系が示されている。

窓１４は、電子ビーム照射部１０の下面に設けられていて、ｙ方向に長い矩形の形状を有している。この窓１４に対して−ｘ側にガス吹出管３１Ｂが設けられ、＋ｘ側にガス吸引管４１Ｂが設けられている。ガス吹出管３１Ｂの吹出し付近およびガス吸引管４１Ｂの吸引口付近は、電子ビーム照射部１０の下面に接合されている。

ガス吹出管３１Ｂは、ｙ方向に広がった吹出口３５を有する。吹出口３５は、窓１４のｙ方向幅と同程度のｙ方向幅を有する。吹出口３５は、ｙ方向に連続する１つの吹出口であってもよいし、図示のようにｙ方向に断続的に設けられた複数の吹出口であってもよい。また、ガス吸引管４１Ｂは、ｙ方向に広がった吸引口を有する。この吸引口は、窓１４のｙ方向幅と同程度のｙ方向幅を有し、或いは、より広いｙ方向幅を有するのも好適である。

ガス吹出管３１Ｂは、吹出口３５におけるガス吹出量分布を均一化する手段として、その内部に、ｙ方向に配列された３個の阻止部７１、ｙ方向に配列された８個の阻止部７２、ｙ方向に配列された１５個の阻止部７３、および、ｙ方向に配列された１５個の仕切部７４を含む。

３個の阻止部７１それぞれのｘ方向幅は同一である。８個の阻止部７２それぞれのｘ方向幅は同一である。１５個の阻止部７３それぞれのｘ方向幅は同一である。１５個の仕切部７４それぞれのｘ方向幅は同一である。３個の阻止部７１と８個の阻止部７２との間にはｙ方向に連なる空間が存在する。８個の阻止部７２と１５個の阻止部７３との間にはｙ方向に連なる空間が存在する。１５個の阻止部７３と１５個の仕切部７４との間にはｙ方向に連なる空間が存在する。

３個の阻止部７１のうち、隣り合う２つの阻止部７１の間にはｘ方向に不活性ガス８２の流れを導く空間が存在し、両端の阻止部７１の外側にもｘ方向に不活性ガス８２の流れを導く空間が存在する。８個の阻止部７２のうち、隣り合う２つの阻止部７２の間にはｘ方向に不活性ガス８２の流れを導く空間が存在し、両端の阻止部７２の外側にもｘ方向に不活性ガス８２の流れを導く空間が存在する。１５個の阻止部７３のうち、隣り合う２つの阻止部７３の間にはｘ方向に不活性ガス８２の流れを導く空間が存在し、両端の阻止部７３の外側にもｘ方向に不活性ガス８２の流れを導く空間が存在する。また、１５個の仕切部７４のうち隣り合う２つの仕切部７４の間が吹出口３５となっている。

このガス吹出管３１Ｂは、吹出口３５におけるガス吹出量分布を均一化する手段として、阻止部７１〜７３からなるラビリンス構造を有している。すなわち、ガスタンク３２から送られて来た不活性ガス８２は、３個の阻止部７１により４個の流れに分配され、８個の阻止部７２により９個の流れに分配され、１５個の阻止部７３により１６個の流れに分配されて、１５個の仕切部７４により区分される１６個の引出口３５から吹き出される。これにより、ガス吹出管３１Ｂの吹出口３５における不活性ガス８２のｙ方向吹出量分布は均一化され、ｙ方向に長い窓１４の全体が保護され得る。

１，２…表面処理装置、１０…電子ビーム照射部、１１…真空容器、１２…カソード、１３…高電圧発生部、１４…窓、２０…溶液供給部、２１…溶液供給管、２２…溶液タンク、３０，３０Ａ…ガス吹出部、３１，３１Ａ，３１Ｂ…ガス吹出管、３２…ガスタンク、３３〜３５…吹出口、４０…ガス吸引部、４１，４１Ｂ…ガス吸引管、４２…排気部、５０…ガス量調整部、６０…回転部、８１…処理溶液、８２…不活性ガス、９０…処理対象物。

Claims (5)

1. 処理対象物の表面を処理する装置であって、
   処理溶液を前記処理対象物の表面に供給する溶液供給部と、
   真空に保たれた内部で電子ビームを発生させ、前記内部から窓を経て外部へ前記電子ビームを出力させ、前記溶液供給部により前記処理対象物の表面に供給された処理溶液に前記電子ビームを照射して前記処理溶液を活性化する電子ビーム照射部と、
   前記電子ビーム照射部の前記窓に対し略平行に不活性ガスを吹き出すガス吹出部と、
   前記ガス吹出部から吹き出された不活性ガスを吸引するガス吸引部と、
   を備えることを特徴とする表面処理装置。
2. 前記溶液供給部が、機能水，酸性溶液またはアルカリ性溶液を前記処理溶液として前記処理対象物の表面に供給する、ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記ガス吹出部におけるガス吹出量または前記ガス吸引部におけるガス吸引量を調整するガス量調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
4. 前記ガス吹出部が、前記電子ビーム照射部の前記窓に対し垂直な方向に積層された複数の吹出口を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
5. 前記ガス吹出部が、前記電子ビーム照射部の前記窓に対し略平行な方向に広がった吹出口を有し、その吹出口におけるガス吹出量分布を均一化する手段を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。

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