KR100932053B1 - 처리장치, 처리방법 및 플라즈마원 - Google Patents

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KR100932053B1
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히데카즈 미야하라
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리버 벨 가부시키가이샤
고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸
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Abstract

리드 타임(lead time)을 단축시키고, 처리성능에 있어서 종래보다도 신뢰성 있는 처리장치 및 처리방법을 제공한다.
챔버(1)와 챔버 내에 설치되어, 피처리물(2)을 유지하는 유지수단(3)과, 챔버 내에 활성원자를 공급하는 활성원자 공급수단(4)과, 챔버 내에 약액을 공급하는 약액 공급수단(5)을 가지며, 피처리물의 표면에 대하여 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(dry)처리 및 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(wet)처리를 실시한다.
활성원자 공급수단, 약액 공급수단, 건식처리, 습식처리

Description

처리장치, 처리방법 및 플라즈마원{PROCESSING DEVICE, PROCESSING METHOD, AND PLASMA GENERATING DEVICE}
본 발명은 피처리물의 표면을 처리하는 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 등의 반도체기판, 반도체기판을 이용한 반도체 메모리나 집적회로 또는 유리기판상에 형성된 표시장치를 피처리물로 하여 그들의 제조공정에 사용되는 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 플라즈마를 발생하는 플라즈마원과, 플라즈마를 이용한 피처리물의 처리장치와 그 처리방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼를 사용한 반도체 메모리나 집적회로의 제조공정에서는 습식(wet)처리에 의하여 기판 표면의 세척, 레지스트의 제거, 피막(被膜)의 에칭 등의 표면처리가 다수 실시된다.
기판 표면의 습식세척은 RCA 세척을 기초로 하여 다음과 같은 약액에 의한 세척공정을 조합하여 실시되는 경우가 많다. NH4OH/H2O2/H2O의 혼합액(Ammonium hydroxide/hydrogen Peroxide/water Mixture, 이하 「APM」이라 약칭한다)은 과산화수소수로 표면을 산화하고, 그 산화막을 암모니아로 제거함으로써 표면의 입자를 제거할 수 있다. HCl/H2O2/H2O의 혼합액(Hydrochloric acid/hydrogen Peroxide/water Mixture, 이하 「HPM」이라 약칭한다)은 표면에 부착된 중금속(Fe, Ni, Cr, Cu etc.) 등을 HCl로 용해하여 제거할 수 있다. H2SO4/H2O2/H2O의 혼합액(Sulfuric acid/hydrogen Peroxide/water Mixture, 이하 「SPM」이라 약칭한다)은 기판 표면에 부착된 유기물을 황산과 과산화수소수의 강력한 산화력에 의하여 제거할 수 있다. HF/H202/H2O의 혼합액(hydroFluoric acid/hydrogen Peroxide/water Mixture, 이하 「FPM」이라 약칭한다) 또는 HF/H2O(Diluted HydroFluoric acid, 이하 「DHF」라 약칭한다)는 실리콘 표면의 불필요한 자연산화막을 제거할 수 있다. 예를 들면 실리콘 표면에 대하여 75 내지 85도로 가열한 APM에 의한 세척공정을 실시하여 표면의 미립자를 제거하고, 그 후 DHF에 의한 세척공정을 실시하여 표면의 불필요한 자연산화막을 제거하는 세척이 이루어진다.
레지스트는 최초에 산소 플라즈마 또는 산소원자를 이용한 건식세척이 실시되고, 그 후 상기 SPM에 의한 습식세척에 의하여 제거된다. 일부에서는 H2SO4 용액에 오존가스 O3를 용존시킨 용액을 이용하여 레지스트를 제거하는 경우도 있다.
또한, 기판 표면에 형성된 피막을 습식 에칭하는 경우로서는 예를 들면 실리콘 질화막을 제거하는 공정이 있다. 반도체 집적회로장치의 제조에서는 MOS 트랜지 스터 사이를 분리하기 위하여 실리콘 질화막을 마스크로서 선택산화하는 방법을 사용하고 있으며, 이 산화공정 후 실리콘 질화막은 불필요하므로 제거된다. 그러나 실리콘 질화막의 표면은 산화공정에서 근소하게 산화되어 있었으며, 그 에칭 처리는 다소 번잡한 것이었다. 먼저, 실리콘 질화막 상의 산화막을 불화수소산 수용액으로 습식 에칭하고, 다음으로 160도의 열인산(H3PO4 수용액)이 들어있는 세척조에 약 40분간 침지시켜서 실리콘 질화막을 제거하고, 마지막으로 실리콘 질화막의 바탕인 산화막을 불화수소산 수용액으로 습식에칭하고 있었다.
그런데 건식 세척 등의 건식처리에서 사용되는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마원에서 종래 플라즈마원을 냉각할 경우 냉각수나 냉각가스를 순환시키는 방법과, 예를 들면 도 24(A)와 같이 냉각가스(70)를 분출하는 방법이 있다. 냉각가스(70)는 플라즈마 발생부(116)의 앞쪽으로 이송된 플라즈마(116)를 둘러싸고 있다. 도 24(B)와 같이 플라즈마(160)의 앞면에 처리하고자 하는 피처리물(144)을 배치한 경우 냉각가스(70)를 분출하면 냉각가스(70)는 펼쳐진 형상으로 되며, 그 속에 플라즈마(160)가 배치된다. 이 경우 냉각가스(70)는 난류(亂流)나 확산으로 인하여 플라즈마(160) 속에 혼합된다. 또한, 냉각가스(70)를 분출하지 않는 경우 또는 다른 방향으로 분출할 경우에는 주위의 대기가스가 플라즈마(160) 속에 혼입되어 플라즈마(160)의 순도를 저하시킨다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
종래 레지스트 제거공정에서는 산소를 사용한 건식세척과 SPM에 의한 습식세척의 2공정이 필요하였으나 먼저 SPM에 의한 습식세척에 장시간이 필요하며, 리드 타임(lead time)이 길어지고 있었다. 특히 반도체 장치의 제조공정에서 레지스트를 이용한 도핑처리가 실시되면 레지스트 표면이 경화되어 버려서 제거하기 위하여 수십 분이나 되는 시간을 필요로 하고 있었다. 또한, 건식 세척장치로부터 습식 세척장치로 피처리물을 반송하는 사이에 피처리물의 표면에 금속원자나 분자성 오염물이 부착되어 오염될 우려가 있었다.
또한, 세척공정에 사용되는 APM, HPM, SPM 및 FPM에는 모두 과산화수소(H2O2)가 혼합되어 있다. 과산화수소는 수용액 속에서 산화제로서 기능하며, 산 또는 알칼리에 의한 세척효과를 높이고 있다. 그러나 과산화수소는 매우 불안정하므로 용이하게 분해되어 버려서 약액 속의 농도를 제어하는 것이 곤란하였다. 특히 이들 약액은 가온하여 사용되는 경우가 많으며, 온도가 높아지면 과산화수소의 분해속도가 빨라지므로 농도의 제어가 더욱 곤란하며, 세척능력의 정밀도가 불안정하게 되어 버린다.
본 발명은 이들 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 리드 타임을 짧게 하며, 처리성능에 있어서 종래보다도 신뢰성이 있는 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 발명은 반도체 장치의 성능 또는 신뢰성을 높일 수 있는 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
또한, 본 발명은 불필요한 가스의 혼입이 적은 플라즈마를 사용한 처리장치 및 처리방법 및 플라즈마원을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 발명은 플라즈마와 가스와 액체와 미스트 전부 또는 2종류 또는 3종류의 상호작용을 이용하는 처리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 본 발명은 플라즈마와 가스와 액체와 미스트를 동시 또는 교대로 이용하는 처리장치 및 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 처리장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 설치되어 피처리물을 유지하는 유지수단과, 상기 챔버 내에 활성원자를 공급하는 활성원자 공급수단과, 상기 챔버 내에 약액(藥液)을 공급하는 약액 공급수단을 가지며, 상기 피처리물의 표면에 대하여 상기 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 처리장치에서 상기 활성원자 공급수단은 대기압 하에서 상기 활성원자를 상기 챔버 내에 공급하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리장치에서 상기 유지수단은 유지한 피처리물을 회전가능하며, 상기 활성원자 공급수단의 공급구는 상기 피처리물의 표면과 마주보도록 배치되며, 상기 피처리물의 회전중심으로부터 반경 방향으로 이동가능하게 설치되어 있어도 된다. 이 경우 상기 활성원자 공급수단의 공급구와 상기 약액 공급수단의 공급구가 일체화되어 있어도 된다.
또한, 상기 처리장치에서 상기 활성원자 공급수단의 공급구는 상기 피처리물의 표면과 마주보며, 상기 피처리물의 크기와 같거나 그 이상의 면적이라도 된다. 또는 상기 유지수단은 복수의 상기 피처리물을 유지가능하게 설치할 수 있으며, 상기 약액 속에 복수의 상기 피처리물을 침지가능하게 설치되어 있어도 된다.
또한, 상기 처리장치에서 상기 약액은 황산을 함유하며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 약액은 수산화 암모늄, 염화수소산, 황산 또는 불화수소산을 함유하며, 상기 활성원자는 산소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 피처리물은 처리표면에 반도체를 포함하며, 상기 활성원자는 수소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 약액은 인산을 함유하며, 상기 활성원자는 불소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 피처리물은 처리표면에 레지스트막을 가지며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하며, 상기 피처리물의 레지스트막을 제거하는 것이라도 된다.
또한, 상기 처리장치에서 상기 활성원자 공급수단은 유도결합 플라즈마법 또는 마이크로파 플라즈마법을 이용하여 상기 활성원자를 생성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 처리방법은 챔버 내에 유지된 피처리물의 표면에 대하여 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 동시에 또는 연속적으로 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 처리방법에서 상기 건식(DRY)처리는 대기압 하에서 실시되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 처리방법에서 상기 피처리물의 표면 전체에 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액을 공급하면서 상기 피처리물의 표면의 일부에 대하여 상기 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자를 공급하여도 된다.
또한, 상기 처리방법에서 상기 피처리물을 회전시키면서 상기 활성원자 공급수단의 공급구를 상기 피처리물의 회전중심으로부터 반경 방향으로 이동시키면서 상기 활성원자를 공급하여도 된다.
또한, 상기 처리방법에서 상기 챔버 내에서 상기 피처리물을 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 침지시키고, 상기 약액을 배출하면서 상기 챔버 내의 분위기 속에 상기 활성원자를 공급하여도 된다.
또한, 상기 처리방법에서 상기 약액은 황산을 함유하며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 약액은 수산화 암모늄, 염화수소산, 황산 또는 불화수소산을 함유하며, 상기 활성원자는 산소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 피처리물은 처리표면에 반도체를 포함하며, 상기 활성원자는 수소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 약액은 인산을 함유하며, 상기 활성원자는 불소원자를 포함하고 있어도 되며, 상기 피처리물은 처리표면에 레지스트막을 가지며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하며, 상기 피처리물의 레지스트막을 제거하는 것이라도 된다.
또한, 본 발명의 플라즈마원은 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생부와, 액체커튼을 형성하는 액체공급부를 구비하며, 상기 액체공급부는 상기 플라즈마 발생부에 의하여 발생한 플라즈마의 적어도 일부를 액체커튼으로 덮는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 처리장치는 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생부와, 상기 플라즈마 발생부에서 발생한 플라즈마의 적어도 일부를 액체커튼으로 덮는 액체공급부와, 상기 액체공급부와 마주보게 배치되어 피처리물을 유지하는 유지부를 구비하며, 액체커튼으로 덮인 플라즈마로 상기 유지부에 유지된 피처리물을 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 처리방법은 상기 액체커튼 내에 액체 또는 미스트를 공급하고, 상기 액체커튼 내에 플라즈마를 형성하여 피처리물을 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 처리방법은 액체커튼으로 덮인 플라즈마에 의하여 피처리물을 건식처리하고, 액체 또는 미스트로 상기 피처리물을 습식처리하는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면 건식처리와 습식처리를 동시에 실시할 수 있으므로, 리드 타임을 단축시킬 수 있다. 또한, 피처리물 상의 오염을 저감시켜 반도체 장치의 성능 또는 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 피처리물의 표면을 정밀도 높게 제어할 수 있으므로 제조정밀도를 높임으로써 신뢰성 향상 및 제조수율을 향상시킬 수 있다. 기타 본 발명은 아래의 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 항에서 서술하는 것과 같은 효과를 거두는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면 액체커튼에 의하여 플라즈마를 둘러싸고 기체를 차단하므로 순도 높은 처리가 가능해진다. 또한, 시료를 용이하고 간단하게 냉각할 수 있으며, 또한, 피처리물에 대하여 습식처리와 건식처리를 연속적으로 동시에 또는 시계열적으로 실시할 수 있으며, 또한 사용하는 플라즈마 가스를 저감시킬 수 있으며, 또한, 플라즈마를 안정화할 수 있으며, 또한, 플라즈마 토치를 길게 할 수 있으며, 또한, 냉각 토치부의 형상을 단순하고 염가로 할 수 있는 등 유용한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 처리장치의 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 유지수단의 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 3은 유지수단의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 4는 활성원자 공급수단 및 약액 공급수단의 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 5는 활성원자 공급수단 및 약액 공급수단의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 처리장치의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 처리장치의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 처리장치의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 처리장치의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 10은 활성산소원자에 의한 레지스트 제거효과를 설명하는 도면이다.
도 11은 활성산소원자에 의한 레지스트 제거효과를 설명하는 도면이다.
도 12는 활성산소원자에 의한 레지스트 제거효과를 설명하는 도면이다.
도 13은 활성수소원자에 의한 레지스트 제거효과를 설명하는 도면이다.
도 14(a)는 활성수소원자를 사용한 경우의 레지스트의 에칭속도를 도시하는 도면이며, (b)는 활성산소원자를 사용한 경우의 레지스트의 에칭속도를 도시하는 도면이다.
도 15는 액체커튼을 형성하는 플라즈마원의 개략도이다.
도 16은 액체의 배출구와 마주보도록 배치된 대향부재를 구비하는 플라즈마원의 설명도이다.
도 17은 액체공급부의 끝부의 개략도이다.
도 18은 다른 플라즈마원의 개략도이다.
도 19는 다른 플라즈마원의 개략도이다.
도 20은 플라즈마 발생부로부터 가스를 도입하지 않는 경우의 액체커튼 사진의 도면이다.
도 21은 플라즈마 발생부로부터 가스를 도입하는 경우의 액체커튼 사진의 도면이다.
도 22는 플라즈마원을 이용한 처리장치의 설명도이다.
도 23은 플라즈마원을 이용한 처리방법의 흐름도이다.
도 24는 종래의 냉각가스를 이용한 플라즈마원의 설명도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1에 도시하는 처리장치는 챔버(1)와, 피처리물(2)을 유지하는 유지수단(3)과, 활성원자 공급수단(4)과 약액 공급수단(5)을 가지고 있으며, 활성원자 공급수단(4)으로부터 활성원자를 챔버(1) 내에 공급함으로써 피처리물(2)의 표면에 대하여 건식처리를 실시하고, 약액 공급수단(5)으로부터 약액을 챔버(1) 내에 공급함으로써 피처리물(2)의 표면에 대하여 습식처리를 실시할 수 있다. 또한, 처리장치는 배기수단이나 약액 배출수단을 가지고 있는 것이 바람직하다.
챔버(1)는 그 중에서 건식처리 및 습식처리를 실시하는 것이며, 도시하지 않은 피처리물(2)의 반입구 및 반출구를 가지고 있다. 챔버(1)는 활성원자나 건식처리 또는 습식처리에 의하여 발생하는 기체의 외부에 대한 유출이나 외부로부터의 오염물질의 혼입을 방지하기 위하여 적어도 처리 중에는 챔버 내의 공간을 외부와 격리하는 것이 바람직하나, 처리내용에 따라서는 개방되어 있어도 된다.
또한, 챔버(1)는 챔버(1) 내에 공급된 기체나 처리에 의하여 발생한 기체가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 배기수단에 의하여 배기되는 것이 바람직하다. 챔버(1) 내의 압력으로서는 대기압(상압(常壓))에서 저진공(100㎩ 이상) 사이인 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 대기압인 것이 바람직하다. 건식처리로서 는 일반적으로 압력이 낮은 쪽이 저전력으로 안정적으로 플라즈마를 생성할 수 있으나, 습식처리로서는 압력을 낮추면 약액의 증발량이 증가하여 약액의 조성비를 변화시키거나 약액의 소비량을 증가시키게 된다. 또한, 건식처리 및 습식처리의 리드 타임으로서는 압력을 낮추면 감압이나 감압상태로부터 대기압으로 되돌리는데 시간이 필요하게 되어 처리에 시간이 걸린다. 이 때문에 본 발명의 처리장치는 대기압으로부터 저진공(100㎩ 이상), 특히 바람직하게는 대기압(상압) 하에서 처리를 하는 것이 바람직하다.
피처리물(2)은 활성원자 공급수단(4)으로부터 공급된 활성원자에 의한 건식처리와 액체공급수단(5)으로부터 공급된 액체에 의한 습식처리가 실시되는 것이다. 피처리물(2)로서 예를 들면 실리콘 등의 반도체 기판 그 자체, 각종 막이 적층형성된 반도체 기판 또는 유리기판상에 형성된 표시장치를 들 수 있다.
유지수단(3)은 피처리물(2)을 챔버(1) 내에서 유지하는 것이며, 피처리물(2)과 접촉하고 있어도 되며, 부상되어 있어도 된다. 또한, 피처리물(2)을 그 위에 얹어놓는 구성뿐만 아니라 복수의 피처리물(2)을 배치(batch) 식으로 유지할 수 있는 구성이라도 된다. 유지수단(3)으로서 그 위에 놓인 피처리물(2)을 회전가능한 것이면 피처리물(2)의 표면에 균일한 처리를 할 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 유지수단(3)의 다른 실시형태에 있어서의 평면도이다. 도 2에서는 유지수단(3)의 위치(3a, 3b)에 2장의 피처리물(2)을 얹어놓을 수 있으며, 각 피처리물(2)을 자전시키며, 또한 전체적으로는 공전시킬 수 있다. 도 3에서는 유지수단(3)의 위치(3a, 3b, 3c)에 3장의 피처리물(2)을 얹어놓을 수 있으며, 각 피처리물(2)을 자전시키며, 또한 전체적으로는 공전시킬 수 있다. 각 위치(3a~c)에서 같은 처리를 실시하여 생산성을 향상시켜도 되며, 다른 처리를 실시하여 다공정에 대응가능한 구성으로 하여도 된다. 또한, 공전시키지 않고 피처리물(2)을 자전시키는 것만으로도 되며, 도 9에 도시하는 바와 같이 리시빙 지그(receiving jig) 타입의 유지수단이라도 된다.
활성원자 공급수단(4)은 활성원자를 공급하는 것이며, 플라즈마에 의하여 활성원자를 생성하는 수단인 것이 바람직하며, 대기압으로부터 저진공(100㎩ 이상)에서 활성원자를 생성하는 수단인 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 대기압 하에서 활성원자를 생성할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 유도결합 플라즈마법, 마이크로파 플라즈마법 또는 플라즈마 제트 생성법을 이용하여 대기압 하에서 활성원자를 생성할 수 있다. 유도결합 플라즈마법이나 마이크로파 플라즈마법은 무전극 방전을 이용하여 플라즈마를 생성하므로 전극으로부터 발생하는 금속에 의한 오염의 발생을 방지할 수 있으므로 처리의 신뢰성을 높일 수 있다.
플라즈마 속의 전하입자를 사용하는 것이 아니라 플라즈마에서 발생한 활성원자를 사용하고 있으므로 피처리물 표면에 대하여 전하에 의한 손상 없이 처리할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 플라즈마란 대부분이 전리(電離)되어 있는 상태에서도 또는 대부분이 중성입자이고 일부가 전리되어 있는 상태도 포함한다.
도 1에서 활성원자 공급수단(4)의 공급구는 피처리물(2)의 표면과 마주보도록 배치되어 피처리물(2)의 회전 중심으로부터 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 그러므로 피처리물(2)을 회전시키고, 활성원자 공급수단(4)의 공급구를 회전 중심으로부터 반경 방향으로 이동시키면서 활성원자를 공급함으로써 피처리물(2)의 전체면에 대하여 활성원자를 공급할 수 있다.
약액 공급수단(5)은 약액을 공급하는 것이며, 도 1에서는 이동가능하게 설치되어 있다. 다만, 피처리물(2)의 표면 전체에 약액의 공급이 가능하다면 이동가능하도록 설치할 필요는 없다. 약액으로서 각종 산, 알칼리, 중성용액, 알콜류 또는 순수(純水) 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다. 약액 공급수단은 가열하여 약액을 공급하기 위한 가열수단을 가지고 있어도 된다.
또한, 도 1의 활성원자 공급수단(4)은 약액 공급수단(5)과 일체화되어 있으며, 그 주위에 약액 공급수단(5)의 약액 분출구가 배치되어 있다. 그러므로 활성원자 공급수단(4)과 약액 공급수단(5)을 동시에 이동시킬 수 있다. 또한, 약액에 의하여 플라즈마 토치(플라즈마원)를 냉각할 수도 있다. 또한, 약액 공급수단(5)의 약액 분출구가 활성원자 공급수단(4)의 개방부 주위에 배치되어 있으면 분출된 약액에 의하여 후술하는 액체커튼을 형성할 수 있다.
도 4는 활성원자 공급수단(4)의 일 실시형태인 유도결합 플라즈마법에 의하여 플라즈마를 생성하고, 활성원자를 방출하는 플라즈마 토치(플라즈마원)의 개략도이다. 플라즈마 토치(플라즈마원)는 노즐(11)의 주위에 코일(12)을 배치하고, 노즐(11)을 냉각하는 냉각가스배관(13)과, 제1가스배관(14)과, 제2가스배관(15)과, 제3가스배관(16)을 가지고 있다. 또한, 노즐(11)의 주위에는 약액 공급수단(5)이 배치되어 있으며, 약액 입구(17)로부터 약액이 공급된다.
플라즈마 토치(플라즈마원)는 코일(12)에 고주파를 인가함으로써 제1 내지 제3가스배관(14, 15, 16)의 하나 또는 복수로부터 노즐 내에 공급된 플라즈마 가스나 캐리어 가스를 플라즈마화시킬 수 있으며, 노즐(11) 선단의 공급구로부터 플라즈마에 의하여 활성화된 활성원자를 방출할 수 있다. 일본국 특허문헌 특개2005-31020호 공보 및 특개2003-194723호 공보에는 유도결합 플라즈마법의 플라즈마 토치에 대한 기재가 있다. 유도결합 플라즈마법에 의하여 고순도의 활성원자를 대기압 하에서도 안정적으로 공급할 수 있었다. 또한, 도 2의 코일(12) 대신 마이크로파 공급수단을 설치하고, 마이크로파에 의하여 플라즈마를 발생시키면 마이크로파 플라즈마법에 의한 활성원자 공급수단(4)을 구성할 수 있다.
도 5는 활성원자 공급수단(4)의 다른 실시형태인 전극방전을 이용하는 플라즈마 제트법에 의하여 플라즈마를 생성하고, 활성원자를 방출하는 플라즈마 토치의 개략도이다. 플라즈마 토치는 노즐(21)의 중심에 전극(22)을 배치하고, 가스배관(23)을 가지고 있다. 또한, 노즐(21)의 주위에는 약액 공급수단(5)이 배치되어 있으며, 약액 입구(24)로부터 약액이 공급된다. 전극(22)에 고전압을 인가함으로써 가스배관(23)으로부터 공급되는 플라즈마 가스를 플라즈마화시킬 수 있으며, 노즐(21) 선단의 공급구로부터 플라즈마에 의하여 활성화된 활성원자를 방출할 수 있다.
도 1의 처리장치는 활성원자에 의한 건식처리와 약액에 의한 습식처리를 동시에 실시할 수도 있으며, 건식처리 후 계속하여 습식처리를 실시하여도 되며, 습식처리 후 계속하여 건식처리를 실시하여도 된다. 건식처리와 습식처리를 동시에 실시하는 경우 약액 공급수단(5)으로부터 공급되는 약액은 피처리물(2)이 회전하고 있으므로 원심력에 의하여 피처리물(2)의 표면 전체를 얇게 덮어 습식처리가 실시된다. 활성원자 공급수단(4)의 공급구로부터 공급되는 활성원자는 공급구 근방의 얇은 약액의 층을 부분적으로 증발시켜서 피처리물(2)의 표면의 일부에 대하여 건식처리를 실시한다. 그리고 활성원자 공급수단(4)의 공급구를 피처리물(2)의 표면을 주사(走査)함으로써 피처리물(2)의 표면 전체에 대하여 건식처리할 수 있다.
또한, 다른 실시형태의 처리장치에 대하여 도 6 내지 도 9를 이용하여 설명한다. 도 6 내지 도 9에서 도 1과 같은 구성에는 같은 부호를 붙인다.
도 6에 도시하는 처리장치는 도 1의 처리장치에서 활성원자 공급수단(4)과 약액 공급수단(5)을 별도로 설치하여 각각 이동가능하게 구성되어 있다. 또한, 약액 공급수단(5)으로부터 피처리물의 표면 전체에 약액을 공급할 수 있도록 구성하면 약액 공급수단(5)을 고정시킨 구성으로 하여도 된다. 예를 들면 피처리물의 회전중심 부근에 약액을 공급하면 약액은 원심력으로 피처리물의 표면 전체에 공급된다.
도 7에 도시하는 처리장치는 대면적용의 활성원자 공급수단(4)과, 활성원자 공급수단(4)과 피처리물(2)과 틈새로부터 약액을 공급하는 약액 공급수단(5)을 설치한 것이다. 대면적용의 활성원자 공급수단(4)은 예를 들면 마이크로파나 전극을 이용한 대면적의 플라즈마 발생원을 가지고 있으며, 그 공급구는 피처리물(2)의 표면과 마주보며, 피처리물(2)의 크기와 같거나 그 이상의 면적을 가지며, 활성원자를 균일한 흐름으로서 공급할 수 있다. 약액 공급수단(5)은 활성원자 공급수단(54)의 공급구와는 다른 방향으로 배치되어 있다. 대면적용의 활성원자 공급수단(4)에 의하여 피처리물(2)의 표면 전체를 한꺼번에 처리할 수 있으므로, 리드 타임을 대폭적으로 단축할 수 있다. 또한, 약액 공급수단(5)을 여러 개 설치하여 습식처리의 균일성을 향상시켜도 된다. 또한, 활성원자 공급수단(4)으로서 공급구를 피처리물(2)의 한 변보다도 긴 선 형상으로 설치하고 피처리물(2)을 선 형상의 공급구에 직교하도록 이동시키는 구성이라도 된다.
도 8에 도시하는 처리장치는 챔버(1) 내에 건식처리를 실시하는 피처리물(2)을 유지하는 유지수단(3a)과, 습식처리를 실시하는 피처리물(2)을 유지하는 유지수단(3b)을 가지며, 유지수단(3a)의 위쪽에 활성원자 공급수단(4)을 배치하고, 유지수단(3b)의 위쪽에 약액 공급수단(5)을 배치한 구성이다. 또한, 도 8의 처리장치에는 유지수단(3a 및 3b) 간에 피처리물(2)을 반송하는 반송수단을 설치하여도 된다. 도 8의 처리장치에서는 건식처리와 습식처리를 동일 챔버(1) 내에서 연속적으로 실시할 수 있다.
도 9에 도시하는 처리장치는 배치(batch) 방식으로 동시에 여러 장의 피처리물(2)을 처리할 수 있는 장치이며, (A)에 개략단면도를 (B)에 개략평면도를 도시한다. 처리장치는 챔버(1) 내에 세척조(31)와, 유지수단(3)과, 세척조(31)의 위쪽에 활성원자 공급수단(4)과, 세척조(31)의 아래쪽에 약액 배출관(32)과, 확산판(33)과, 도시하지 않은 약액 공급수단을 가지고 있다.
세척조(31)는 도시하지 않은 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액을 모아서 약액에 피처리물(2)을 침지시킴으로써 습식처리를 실시하는 것이며, 습식처리 후 약액은 약액 배출관(32)으로부터 배출된다. 유지수단(3)은 복수의 피처리물(2)을 직립시켜서 유지하고 있으며, 세척조(31)의 약액에 복수의 피처리물(2)을 침지가능하게 설치되어 있다. 약액을 약액배출관(32)으로부터 배출하면서 또는 배출한 후에 챔버(1) 내에 활성원자 공급수단(4)으로부터 활성원자를 공급함으로써 습식처리된 피처리물(2)의 깨끗한 표면에 대하여 활성원자에 의한 처리를 실시할 수 있다.
활성원자 공급수단(4)은 피처리물(2)에 대하여 위쪽으로부터 활성원자를 공급하는 것이 바람직하다. 도 9에서는 세척조(31)의 바로 위쪽 방향으로 토치(34)와 매칭 박스(35)를 일체화시켜서 배치하고 있다. 약액의 배출에 따라서 세척조(31)에 있어서의 액면이 하강하고, 피처리물(2)의 위쪽으로부터 노출되지만, 위쪽으로부터 공급된 활성원자는 아래쪽으로 향하여 진행되며, 액면 또는 세척조 바닥면과 충돌하여 반사하면서 대류순환(對流循環)하여 세척조 내부에 활성원자의 기류를 만든다. 그 과정에서 피처리물(2)의 표면에 대하여 활성원자가 반응하고, 건식처리를 피처리물의 전체에 균일하게 실시할 수 있다. 또한, 확산판(33)은 이 활성원자에 의한 기류의 형성을 보조하는 것이다.
또한, 약액 배출관(32)에 펌프 등에 의한 배기수단(36)을 설치하고, 습식처리 후 약액을 배출시킴과 동시에 감압 하에서 건조시키는 것을 가능하게 하여도 된다. 이 경우는 진공배기(眞空排氣)를 실시하고 있는 도중 또는 진공배기를 실시한 후 진공배기를 일단 정지하고, 수소원자 등의 활성원자를 위쪽으로부터 또는 비스듬하게 위쪽으로부터 공급하여도 된다. 또한, 대기압 하에서 플라즈마를 형성할 수 있으면 감압 하에서도 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하며, 상술한 유도결합 플라즈마법 등에 의한 활성원자 공급수단을 이용하는 것이 가능하다.
도 9의 장치에서는 특히 활성원자로서 수소를 이용함으로써 반도체 표면에 형성된 댕글링 결합 등을 수소원자에 의하여 불활성화할 수 있다. 이 결과 피처리물 상의 오염을 저감하고, 표면을 불활성화시킴으로써 반도체장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 제조정밀도를 높일 수 있으며, 제조수율을 향상시킬 수 있었다. 또한, 마랑고니 세척건조조의 경우는 세척한 후 피처리물을 끌어올리면서 또는 끌어올린 직후에 활성원자를 공급하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명의 처리장치는 대기압 하에서 활성원자를 공급할 수 있는 활성원자 공급수단을 사용하는 것이므로 건식처리와 동일한 칸막이 공간 내에서 습식처리를 실시한다는 발상에 이르렀다. 즉 진공상태에서 플라즈마를 생성하여 활성원자를 공급하는 것과 같은 건식처리의 경우 챔버 자체의 기밀성이나 오염이 문제가 되므로, 통상적으로는 같은 챔버에서 습식처리를 실시한다는 발상을 하지 않는 것이다. 본 발명의 처리장치에서 활성원자 공급수단은 대기압 하에서 활성원자를 공급할 수 있는 것에 한정되지 않으나 대기압 하에서 활성원자를 공급할 수 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 처리장치에 의한 처리방법을 설명한다. 제1의 처리방법으로서 레지스트의 제거공정에 사용하는 경우를 설명한다. 레지스트의 제거공정에서는 산소원자 또는 수소원자를 포함한 활성원자를 사용하며, 가열한 황산을 함유하는 약액을 사용하였다.
도 10(a)는 레지스트가 부착된 상태의 실리콘 웨이퍼의 광학현미경 사진이 다. 도 10(a)의 실리콘 웨이퍼는 1㎛의 레지스트를 형성한 후 5×1015개/㎠의 인 이온이 주입되어 있으며, 레지스트 표면이 열경화되어 있었다. 이 열경화된 레지스트는 종래의 건식처리로 제거하기 위해서는 약 30분 필요하였다.
도 10(b)는 도 10(a)의 웨이퍼에 대하여 대기압 하에서 유도결합 플라즈마법을 사용하여 분당 10리터의 유량(流量)으로 공급되는 100%의 산소가스에 대하여 코일에 40㎒, 900W의 고주파를 인가하여 플라즈마화함으로써 공급된 활성산소원자에 의하여 처리한 후의 실리콘 웨이퍼의 광학현미경 사진이다. 활성원자 공급수단의 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리는 2㎝이며, 조사시간은 1초였다. 도 10(b)로부터 실리콘에 가공된 패턴이 관찰되며, 레지스트를 제거할 수 있었던 것을 확인할 수 있었다.
도 11(a),(b),(c)는 플라즈마 가스의 종류를 변경하여 활성산소원자를 생성하여 처리한 후의 실리콘 웨이퍼의 광학현미경 사진이다. 도 11(a)는 도 10(b)와 같은 조건으로 100%의 산소가스를 사용한 경우 1초의 처리로 레지스트를 제거할 수 있었다. 도 11(b)는 분당 3리터의 유량으로 공급되는 산소가스와 분당 12리터의 유량으로 공급되는 헬륨가스의 혼합가스를 사용한 경우 5초의 처리로 레지스트를 제거할 수 있었다. 도 11(c)는 분당 3리터의 유량으로 공급되는 산소가스와 분당 12리터의 유량으로 공급되는 아르곤 가스의 혼합가스를 사용한 경우 8초의 처리로 레지스트를 제거할 수 있었다. 모두 활성원자 공급수단의 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리는 2㎝이며, 코일에 40㎒, 900W의 고주파를 인가하여 플라즈마화하였다.
도 12(a),(b),(c)는 도 11(b)와 마찬가지로 분당 3리터의 유량으로 공급되는 산소가스와 분당 12리터의 유량으로 공급되는 헬륨가스의 혼합가스를 사용하며, 코일에 40㎒, 900W의 고주파를 인가하여 플라즈마화한 경우에 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리를 바꾸어 처리한 후의 실리콘 웨이퍼의 광학현미경 사진이다. 도 12(a)는 7㎝의 거리에서 처리한 경우이며, 레지스트 표면의 일부가 제거될 때까지 60초 걸렸다. 도 12(b)는 5㎝의 거리에서 처리한 경우이며, 레지스트 표면이 충분히 제거될 때까지 15초 걸렸다. 도 12(c)는 2㎝의 거리에서 처리한 경우이며, 레지스트 표면이 충분히 제거되기까지 5초 걸렸다. 도 12로부터 거리가 떨어지면 활성원자의 반응력이 저하되어가는 경향을 확인할 수 있었다. 그러나 거리가 7㎝로 떨어져 있어도 충분한 반응력을 가지는 것이 표시되었다. 이것은 대기압에서의 유도결합 플라즈마법에 의하여 고밀도 플라즈마가 생성되었기 때문이라고 추정된다.
도 13(a), (b), (c)는 분당 2리터의 유량으로 공급되는 수소가스와 분당 12리터의 유량으로 공급되는 헬륨가스의 혼합가스를 사용하여 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리를 바꾸어 처리한 후의 실리콘 웨이퍼의 광학현미경 사진이다. 도 13(a)는 7㎝의 거리에서 처리한 경우이며, 레지스트를 제거할 수 없었다. 도 13(b)는 5㎝의 거리에서 처리한 경우이며, 레지스트 표면이 충분히 제거될 때까지 30초 걸렸다. 도 13(c)는 3㎝의 거리에서 처리한 경우이며, 레지스트 표면이 충분히 제거될 때까지 10초 걸렸다. 도 13으로부터 활성수소원자 쪽이 활성산소원자보다 반응력은 떨어져 있으나, 활성수소원자로도 레지스트를 제거할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이들 실험결과에 따라 도 1의 처리장치에서 건식처리와 습식처리를 동시에 실시하여 레지스트를 제거하였다. 유지수단(3) 위에 웨이퍼를 올려놓고 회전시켜서 활성원자 공급수단(4)의 공급구(토치의 출구)로부터 산소원자 또는 수소원자를 포함하는 활성원자를 공급하고, 약액 공급수단(5)으로부터 120℃의 황산을 약액으로 공급하였다. 웨이퍼를 회전시켜 활성원자 공급수단(4)의 공급구를 회전중심에서 반경 방향으로 정가속도 운동에 의하여 이동시키면서 활성원자를 공급함으로써 피처리물(2)의 전체면에 대하여 활성원자를 공급할 수 있다. 또한, 회전의 중심 부근으로부터 반경 방향으로 진행함에 따라 웨이퍼의 선(線)속도가 빨라지므로 활성원자 공급수단(4)의 공급구의 이동속도를 늦추어서 웨이퍼의 표면 전체에 균일하게 활성원자가 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 활성원자를 이용한 건식처리에 의하여 레지스트의 열경화된 표면부분을 신속하게 제거할 수 있으며, 나머지 레지스트에 대하여는 황산을 이용한 습식처리에 의하여 제거할 수 있다. 이렇게 하여 활성산소원자에 의한 건식세척과 황산에 의한 습식세척에 의하여 레지스트가 제거되며, 표면이 세척되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 종래의 SPM에서는 황산에 과산화수소를 혼합했으나, 본 발명에서는 활성산소원자가 산화제로서 기능하므로 과산화수소를 혼합시키지 않아도 충분한 세척효과를 얻을 수 있었다.
이상과 같이 종래 따로 분리한 장치로 실시하고 있던 건식세척과 습식세척을 동일한 장치로 또한 동시에 세척할 수 있었으므로 리드 타임을 단축시킬 수 있었다. 또한, 장치끼리를 반송하는 사이에 부착되는 오염물질의 부착을 방지할 수 있으며, 웨이퍼 상의 오염을 저감시켜 반도체 집적회로장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있었다. 여기에 대기압 하의 유도결합 플라즈마법에 의하여 공급된 고밀도의 활성원자를 사용하면 레지스트의 제거에 필요한 시간도 대폭적으로 단축시킬 수 있으며, 리드 타임을 단축시킬 수 있다.
또한, 산소원자 또는 수소원자를 포함하는 활성원자를 이용한 건식처리에 의하여 레지스트를 제거한 후에 황산을 사용한 습식처리에 의하여 마무리 에칭을 실시할 수도 있었다. 또한, 도 2의 처리장치를 이용하여도 건식처리와 습식처리를 동시에 또는 계속하여 실시함으로써 레지스트를 제거할 수 있었다.
도 14(a) 및 (b)는 가로축이 처리시간(초), 세로축이 에칭막 두께(㎛)를 표시하고 있으며, 도면 중 검고 둥근 그래프는 통상의 레지스트막을 처리한 결과이며, 도면 중 검은 사각 그래프는 이온 주입에 의하여 열경화한 레지스트막을 처리한 결과이다. 도 14(a)는 활성수소원자를 사용한 경우이며, (b)는 활성산소원자를 사용한 경우이다.
도 14(a)는 분당 1리터의 유량으로 공급되는 수소가스와 분당 15리터의 유량으로 공급되는 헬륨가스의 혼합가스를 사용하여 활성원자 공급수단의 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리를 8㎝로 한 조건에 있어서의 단위시간당 에칭량, 즉 에칭속도를 도시하고 있다. 도 14(a)로부터 활성수소원자를 사용하면 통상의 레지스트막의 경우(도면 중 검고 둥근 그래프)도 경화된 레지스트막의 경우(도면 중 검은 사각의 그래프)도 약 0.1㎛/60초의 에칭속도로 에칭할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 14(b)에서는 분당 6리터의 유량으로 공급되는 산소가스를 사용하여 활성원자 공급수단의 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리를 6㎝로 한 조건에 있어서의 에 칭속도를 도시하고 있다. 도 14(b)로부터 활성산소원자를 이용하면 통상의 레지스트막의 경우(도면 중 검고 둥근 그래프)는 약 1㎛/60초의 에칭속도로 에칭할 수 있으나, 경화된 레지스트막의 경우(도면 중 검은 사각 그래프)는 약 0.02 내지 0.03㎛/60초의 에칭속도인 것을 확인할 수 있었다.
도 14(a) 및 (b)의 결과로부터 활성수소원자는 통상의 레지스트막도 경화된 레지스트막도 에칭속도가 거의 같으며 레지스트막의 차이에 의한 선택성이 없는 데 대하여 활성산소원자는 경화된 레지스트막에 비하여 통상의 레지스트막의 에칭속도가 크며, 레지스트막의 차이에 의한 선택성을 가지고 있었다. 그러므로 선택성을 가진 활성산소원자에 의하여 표면이 경화된 레지스트막을 에칭하면 표면이 경화된 레지스트보다 바탕인 통상의 레지스트 쪽이 돌아서 들어간 활성산소원자에 의하여 먼저 제거됨으로써 경화된 레지스트가 잔존하여 미립자가 될 우려가 있다. 습식처리에 의하여 미립자를 제거하는 것은 가능하지만, 선택성이 없는 활성수소원자에 의하여 레지스트를 제거하면 경화된 레지스트의 잔존으로 인한 미립자의 문제는 저감된다.
또한, 통상의 레지스트막에 대해서는 활성산소원자 쪽이 에칭속도가 컸으나, 경화된 레지스트막에 대해서는 활성수소원자 쪽이 에칭속도가 컸으므로 경화된 레지스트막을 제거할 목적으로 건식처리를 실시하는 경우는 활성수소원자를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 표면이 경화된 레지스트막을 활성수소원자를 사용한 건식처리로 에칭하고, 그 밑의 통상의 레지스트는 활성산소원자를 사용한 건식처리나 약액에 의한 습식처리로 에칭해도 된다. 또한, 도 12의 설명에서 서술한 바와 같이 에칭속도 자체는 활성원자 공급수단의 공급구로부터 웨이퍼까지의 거리를 바꿈으로써 변경시킬 수 있으며, 활성산소원자를 사용한 건식처리에서도 보다 신속하게 경화된 레지스트를 제거하는 것이나 활성수소원자를 사용한 건식처리에서 보다 신속하게 레지스트를 제거하는 것도 가능하다.
제2의 처리방법으로서 종래의 APM, HPM, SPM, FPM 또는 DHF를 사용한 세척공정에 대하여 본 발명의 처리방법을 사용할 경우 산소원자를 포함하는 활성원자를 사용하고, 수산화암모늄, 염화수소산 또는 불화수소산을 함유하는 약액을 사용하였다. 이 경우는 활성산소원자가 산화제로서 기능하고 산 또는 알칼리에 의한 세척효과를 높일 수 있다. 또한, 가스의 유량을 제어함으로써 활성산소원자의 공급량을 제어할 수 있으므로 정밀도 높은 세척효과를 얻을 수 있다.
예를 들면 도 2와 같은 유지수단(3)을 사용하여 2단계의 세척공정을 실시한다. 먼저, 제1의 피처리 위치(3a)에 있어서 피처리물(2)에 대하여 활성원자 공급수단(4)으로부터 활성산소원자를 공급하고, 약액 공급수단(5)으로부터 수산화암모늄 수용액을 공급함으로써 활성산소원자로 표면을 산화시키고, 그 산화막을 수산화암모늄 수용액으로 제거함으로써 표면의 미립자를 제거하였다. 그 후 유지수단(3) 전체를 180° 회전시켜서 제2의 피처리 위치(3b)에 있어서 피처리물(2)에 대하여 활성원자 공급수단(4)으로부터 활성산소원자를 공급하고, 약액 공급수단(5)으로부터 불화수소산을 공급함으로써 활성산소원자로 표면을 산화하고, 그 산화막을 불화수소산으로 제거함으로써 표면의 오염물을 제거할 수 있다.
제3의 처리방법으로서 피처리물로서 반도체기판을 사용하고, 수소원자를 포 함하는 활성원자를 사용하면 반도체 표면의 원자가 수소원자와 결합하여 안정적인 계면상태를 얻을 수 있다. 예를 들면 실리콘에 대하여 수소원자를 포함하는 활성원자를 공급하면 실리콘 표면에 형성된 자연산화막을 활성수소원자가 환원시킬 수 있다. 약액으로서 초순수(超純水)를 사용하면 초순수에 의한 세척작용에 의하여 실리콘 표면이 노출되고, 수소원자에 의하여 자연산화막이 환원된 표면에는 남은 수소원자가 실리콘 표면과 결합하여 실리콘 표면이 수소원자로 덮임으로써 표면이 불활성화된다. 그 결과 세척 후 매우 정밀도가 높은 수소원자로 덮인 고품질의 실리콘 표면을 실현할 수 있었다. 또한, 실리콘 표면의 산화막을 불화수소산 등으로 제거한 후 노출된 실리콘 표면에 대하여 활성수소원자가 결합하여 고품질의 실리콘 표면을 얻을 수 있다. 즉 수소원자를 포함하는 활성원자와 불화수소산을 함유하는 약액으로 처리한다.
또한, 도 9에 도시하는 처리장치를 이용하여 복수의 피처리물에 대하여 배치(batch) 방식으로 처리할 수도 있다. 예를 들면 도 9의 세척조(31)에 DHF를 채워넣고 복수의 피처리물(2)을 유지한 유지수단(3)을 침지하여 습식처리를 실시한다. 그 후 DHF를 약액 배출관(32)으로부터 배기수단(34)에 의하여 흡인배출하면서 활성원자 공급수단(4)으로부터 수소원자를 포함하는 활성원자를 챔버(1) 내에 공급한다. 세척조(31)의 액면이 하강함으로써 노출된 피처리물(2)의 표면에 활성수소원자가 공급되어 표면을 불활성화시킬 수 있다.
제4의 처리방법으로서 실리콘에 대하여 약액으로서 HF/HNO3(1/20) 혼합액을 사용하면 HNO3로 실리콘 표면을 산화시키고, HF로 산화막을 에칭하므로 등방(等方)적인 습식에칭처리를 실시할 수 있다. 그러나 HNO3는 강력한 산화제이지만, 약품으로서의 취급이 곤란하였다. 그러므로 HNO3의 대체로서 활성산소원자를 공급하고, 약액으로서 HF를 공급하면 산소원자가 산화제로서 작용하여 실리콘 에칭처리를 할 수 있었다.
기타 약액으로서 히드라진 수용액 또는 수산화칼륨 수용액을 사용한 이방성(異方性) 습식에칭처리에 있어서 산화제인 산소원자를 활성원자로서 공급하면 에칭을 제어할 수 있었다.
제5의 처리방법으로서 실리콘 질화막을 제거하는 공정에 적용할 수도 있다. 도 3에 도시하는 유지수단(3)을 사용하여 먼저 제1의 피처리 위치(3a)에 있어서 피처리물에 대하여 약액으로서 불화수소산 수용액을 공급하고, 실리콘 질화막 상의 산화막을 제거하는 습식세척공정을 실시한다. 다음으로, 유지수단(3)을 공전(公轉)시켜서 피처리물을 제2의 피처리 위치(3b)로 이동하고 CF4/CHF3 가스를 함유한 플라즈마 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 불소원자 및 수소원자를 포함한 활성원자를 공급하여 가열한 인산을 함유한 약액을 공급하여 실리콘 질화막을 제거하였다. 또한, 실리콘 질화막과 산화막의 에칭선택비는 20:1의 비가 얻어지고 있다. 처리 후 유지수단(3)을 공전시켜서 피처리물을 제3의 피처리 위치(3c)로 이동하고, 약액으로서 불화수소산 수용액을 공급하고, 활성원자로서 수소원자를 공급함으로써 실리콘 질화막의 바탕인 산화막을 제거하는 동시에 활성수소원자에 의하여 실리콘 표면 을 수소원자로 덮을 수 있었다.
그 결과 반도체 집적회로장치의 제조에 필요한 시간으로서 종래 4시간(25장 단위) 소비하였던 시간을 1시간(25장 단위)으로 단축할 수 있었다. 또한, 공정종료 후의 실리콘 표면을 수소원자로 덮음으로써 반도체 집적회로장치의 신뢰성을 높일 수 있었다.
이와 같이 반도체 웨이퍼 세척 및 표면처리에 산소원자를 공급함으로써 산계의 산화제를 대체하는 것이 가능해지며, 약제사용량을 줄이는 것이 가능해졌다. 더욱이 취급이 위험한 강산화제를 산소원자에 의하여 대체하는 것이 가능하다. 또한, 산화제에 수소원자를 공급하면 약품에 의한 세척효과와 표면안정화 모두가 촉진된다. 이들의 건식·습식 혼합세척은 새로운 세척기능을 가져와서 종래 화학약품만의 세척공정에 비하여 세척방법의 자유도를 크게 높일 수 있다.
다음으로, 도 15 내지 도 21을 이용하여 플라즈마의 적어도 일부를 액체커튼으로 덮은 플라즈마원에 대하여 설명한다. 또한, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시한 활성원자 공급수단(4) 및 약액 공급수단(5)은 약액 공급수단(5)의 약액 분출구가 활성원자 공급수단(4)의 개구부의 주위에 배치되어 있으며, 플라즈마의 적어도 일부를 액체커튼으로 덮은 플라즈마원이 된다.
(플라즈마원)
플라즈마원은 아르곤, 헬륨 등의 가스를 플라즈마 발생부에서 플라즈마로 만드는 것이다. 플라즈마원은 플라즈마 속으로 이송한 시료의 피처리물을 분석하거나 반도체 웨이퍼 등의 피처리물의 표면을 처리하거나 또는 PCB, 프론 등의 피처리물의 분해처리 등에 사용된다. 플라즈마원은 플라즈마가 발생할 수 있으며 플라즈마를 이용할 수 있는 것이라면 어떠한 구조라도 된다. 플라즈마원(110)은 예를 들면 도 15에 도시하는 바와 같이 토치 형상의 구조이며, 캐리어 가스 통체(筒體)(120), 플라즈마 가스 통체(112), 액체용 통체(122)를 구비하고, 플라즈마 가스 통체(112)의 내부에 플라즈마 발생부(116)를 가지고 있다. 캐리어 가스 통체(120)는 분석용 시료나 표면처리 등의 재료나 처리물질 등의 시료를 플라즈마 속으로 이송하는 것이다. 이들 시료를 이송하는 캐리어 가스는 플라즈마 가스와 동일 또는 다른 가스를 사용할 수 있다. 또한, 캐리어 가스를 사용하지 않고 액체나 미스트(안개)나 기체형상의 물질을 플라즈마 속으로 이송하는 것도 할 수 있다. 액체 형상 물질의 경우는 분무기 등에 의하여 에어로졸 상태로 하여 이송하여도, 미리 기화하여 이송하여도, 액체상태로 이송하여도 상관없다. 플라즈마원(110)은 저기압으로부터 대기압 이상의 고기압에서 이용할 수 있는 플라즈마를 작성할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 본 발명에서는 플라즈마란 대부분이 전리되어 있는 상태라도 또는 대부분이 중성입자이고 일부가 전리되어 있는 상태까지도 포함한다. 또한, 캐리어 가스 통체(120), 플라즈마 가스 통체(112), 액체용 통체(122)는 석영유리나 세라믹 등의 재료로 만들 수 있다. 또한, 플라즈마 가스 및 캐리어 가스에는 아르곤, 헬륨 등의 희(希)가스 외에 산소, 수소, 질소, 메탄, 프론, 공기, 수증기 등 각종 기체 또는 이들 혼합물을 이용할 수 있다.
(플라즈마 가스 통체)
플라즈마 가스 통체(112)는 예를 들면 캐리어 가스 통체(120)의 외주에 배치되고, 일부에 플라즈마 발생부(116)를 형성한다. 플라즈마 가스 통체(112)는 원통형의 경우 캐리어 가스 통체(120)와 동심원 형상으로 배치된다. 플라즈마 가스 통체(112)는 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부(116)로 이송한다. 플라즈마 가스는 플라즈마 발생부(116)에서 원통의 내벽면을 따라 회전하도록 이송하면 된다. 그러기 위해서 플라즈마 가스를 도입하는 플라즈마 가스 도입관(114)을 도 15에 도시하는 바와 같이 플라즈마 가스 통체(112)의 원주의 접선방향으로 배치한다. 플라즈마 가스의 유속을 플라즈마 발생부(116)의 도입부에서 높이기 위해서 캐리어 가스 통체(120)와 플라즈마 가스 통체(112)의 간극을 좁게 한다. 그러기 위해서 캐리어 가스 통체(112)의 플라즈마 발생부(116)측의 부분을 굵은 지름으로 하거나 또는 도시하지 않으나 캐리어 가스 통체(112)의 외주를 전체적으로 굵은 지름으로 해도 된다. 플라즈마 가스 통체(112)는 개구부(118)를 구비하고 있다. 개구부(118)는 플라즈마 발생부(116)의 끝에 형성된다. 플라즈마는 개구부(118)로부터 플라즈마 발생부(116)의 외부로 보내진다.
(플라즈마 발생부)
플라즈마 발생부(116)는 예를 들면 플라즈마 가스 통체(112)의 내부에 형성되고, 한쪽 끝이 캐리어 가스 통체(120)의 끝부이며, 다른 쪽 끝은 캐리어 가스 통체(120)의 개구부(118)이다. 플라즈마는 개구부(118)에서 전방으로 배출된다. 플라 즈마 가스 통체(112)를 액체에 의하여 냉각하면 플라즈마 가스 통체(112)의 용융을 회피할 수 있으므로 플라즈마 발생부(116)를 길게 할 수 있다. 이로써 샘플링 깊이를 길게 형성할 수 있으며, 분석감도를 높일 수 있으며, 또한 질량분석에 있어서는 분석감도를 낮추는 원인으로 되어있는 2차 방전의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부(116)는 본 실시형태에서는 플라즈마 가스 통체(112)의 내부에 발생실을 나타내고 있으나 방(室)에 한정하지 않고 플라즈마를 발생할 수 있으면 어떠한 공간이라도 된다. 그 경우 개구부(118)는 발생한 플라즈마가 그 장소로부터 이동하는 최초의 부위로 한다.
(액체용 통체)
액체용 통체(122)는 예를 들면 액체를 플라즈마 가스 통체(112)의 주위에 공급하는 것이다. 액체용 통체(122)는 플라즈마 가스 통체(112)의 외주에 배치한다. 액체용 통체(122)는 원통형의 경우 플라즈마 가스 통체(112)에 동심원 형상으로 배치된다. 액체는 액체 도입관(124)으로부터 주입되며, 액체용 통체(122)와 플라즈마 가스 통체(112)와의 사이의 공간을 흘러서 플라즈마 가스 통체(112)를 냉각시킬 수 있다. 액체용 통체(122)는 플라즈마 가스 통체(112)를 덮도록 배치된다. 액체는 플라즈마 가스 통체(112)의 외주를 회전하도록 이송되면 된다. 그러기 위해서 액체 도입관(124)은 도 15에 도시하는 바와 같이 액체용 통체(122)의 원둘레의 접선방향으로 배치된다. 액체 도입관(124)은 도 15에 있어서는 플라즈마 가스 도입관(114)과 같은 방향(도 15의 상방향)으로 액체용 통체(122)로부터 연장되어 있으나, 다른 방향으로 하는 것이 바람직하다. 즉 상자체의 축에 대하여 액체 도입관(124)과 플라즈마 가스 도입관(114)이 적당한 각도를 갖도록 설치하고 액체 도입관(124)과 플라즈마 가스 도입관(114)이 접근하지 않고 접속할 배관의 접속을 용이하게 하면 된다. 액체의 종류는 플라즈마 가스 통체(112)를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 플라즈마의 안정을 교란하지 않는 것이면 되며, 취급이 용이하고 염가의 것으로서는 물이 적합하다. 또는 액체로서 세척용 화학약품을 사용할 수도 있다. 세척용 화학약품이란 산, 알칼리, 알콜, 프론계 약품이나 수용액을 가리킨다. 또는, 필요에 따라 기액(2)상(相)의 가스와 액체의 혼합체를 사용하여도 된다.
(액체공급부)
액체공급부(132)는 액체의 막인 액체커튼(134)을 형성하는 것이다. 액체커튼(134)은 플라즈마 발생부(116)에서 형성된 플라즈마를 덮는 것이다. 액체커튼(134)은 하나의 챔버로 할 수 있다. 플라즈마는 액체커튼(134) 내에 형성할 수도 있다. 액체공급부(132)는 예를 들면 액체용 통체(122)를 이용할 수 있다. 액체공급부(132)는 액체용 통체(122)의 끝부, 즉 플라즈마 발생부(116)의 개구부(118) 부근에 배출구(126)를 가지고 있다. 배출구(126)는 액체가 액체용 통체(122)로부터 전방으로 분출할 수 있는 구조를 갖고 있다. 액체는 개구부(118)의 축의 주변을 회전하면서 배출구(126)로부터 배출되면 된다. 또한, 액체공급부(132)는 액체커튼(134)으로 플라즈마를 덮는 구조면 되므로 액체용 통체(122)를 사용하지 않는 구성을 취하는 것도 가능하다. 액체공급부(132)는 예를 들면 플라즈마의 주위에 액체커 튼(134)을 형성하면 플라즈마 속의 불필요한 가스의 혼입을 막고, 플라즈마의 순도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 플라즈마를 덮는 것이란 플라즈마 주위 전부를 둘러싼 경우도 플라즈마의 주위 일부를 덮는 경우도 있다. 이와 같이 플라즈마를 덮음으로써 외부의 불필요한 가스가 플라즈마 속으로 들어가는 것을 방지하고, 불필요한 가스의 혼합비율을 저하시킬 수 있다. 또한, 액체커튼(134)으로서 경우에 따라서는 안개나 미스트의 막으로 형성하는 경우도 포함할 수 있다. 이에 따라 불필요한 가스의 혼합비율을 저하시킬 수 있다.
도 16은 대향부재(136)가 플라즈마 발생부(116)와 마주보도록 배치된 플라즈마원(110)의 일부를 도시하고 있다. 플라즈마(160)는 일부 플라즈마 발생부(116)의 외부의 전방에 존재한다. 액체공급부(132)는 대향부재(136)를 향하여 액체를 분출한다. 액체공급부(132)는 플라즈마 발생부(116)의 개구부(118) 주위로부터 액체를 분출하여 플라즈마(160)의 주위에 액체커튼(134)을 형성한다. 액체커튼(134)과 대향부재(136)에 의하여 플라즈마(160)를 외기로부터 차폐(遮蔽)하고, 플라즈마(160) 속에 불필요한 가스가 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 액체공급부(132)는 2종류 이상의 약품을 사용하는 경우에는 액체공급부(132)가 2중 구조로 되어 있어도 되며, 그러기 위해서는 액체 도입관(124)이 2곳 이상 있어도 상관없다. 또한, 액체공급부 내에서 2종류 이상의 약품을 믹싱할 수 있도록 되어 있어도 된다.
(플라즈마 가스 통체의 개구부와 액체용 통체의 배출구의 형상)
배출구(126)의 형상은 액체커튼(134)의 형상이나 플라즈마(160)의 안정성에 중요한 역할을 하고 있다. 도 15의 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부와 액체용 통체(122)의 끝부는 중심축의 동일위치에서 절단된 형상으로 되어 있다. 이에 의하여 액체는 축 방향을 향하여 외부로 배출된다. 액체를 액체용 통체(122)의 내주를 따라 회전하면 배출구(126)로부터 배출되는 액체는 통체의 중심축 주위의 회전으로 인한 원심력, 액체의 표면장력, 플라즈마 가스의 압력, 외기압 등 힘의 균형에 의하여 액체커튼(134)의 형상이 결정되는 것으로 생각된다. 액체용 통체(122)에 있어서의 액체의 종류, 유량, 유속, 회전속도, 배출구의 형상 등에 의하여 액체커튼(134)의 형상을 구할 수 있다.
플라즈마 가스 통체(112)와 액체용 통체(122)의 통체 끝부는 용도에 따라 다양한 형상을 취할 수 있다. 도 17은 플라즈마 토치의 액체공급부(132)의 끝부의 구조를 도시하고 있다. 액체공급부(132)의 끝부는 플라즈마 가스 통체(112)와 액체용 통체(122)의 통체 끝부로 구성된다. 액체공급부(132)의 끝부는 예를 들면 도 17(A)와 같이 액체용 통체(122)의 끝부가 플라즈마 가스 통체(122)의 끝부보다 돌출하도록 형성할 수 있다. 이 구성에 의하여 액체커튼(134)은 축 방향을 따라 형성된다. 또는 도 17(B)와 같이 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부가 액체용 통체(122)의 끝부보다 돌출하여 외주방향으로 경사지면서 구부러지도록 형성할 수 있다. 또는 도 17(C)와 같이 액체용 통체(122)의 끝부와 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부가 모두 외주방향으로 경사지면서 구부러지도록 형성할 수 있다. 도 17(D)와 같이 액체용 통체(122)의 끝부는 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부보다 돌출되고, 내주방향에 직각으로 구부러지도록 형성할 수 있다. 또는 도 17(E)와 같이 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부가 액체용 통체(122)의 끝부보다 돌출하도록 형성할 수 있다. 또는 도 17(F)와 같이 액체용 통체(122)의 끝부가 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부보다 돌출하여 액체용 통체(122)의 끝부가 내주방향으로 경사지면서 구부러지도록 형성할 수 있다. 또는 도 17(G)와 같이 액체용 통체(122)의 끝부와 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부가 모두 외주방향으로 경사지면서 구부러지고, 또한 액체용 통체(122)의 끝부와 플라즈마 가스 통체(112)의 끝부가 축과 평행으로 돌출하도록 형성할 수 있다. 또한, 도 17(B) 내지 (D), (F) 및 (G)에 있어서 플라즈마 가스 통체(112)의 변형된 끝부는 차양으로 볼 수 있다. 도 17(B)의 차양은 통체 끝부로부터 외측으로 벌어지는 로트형의 형상이며, 벌어지는 각도는 플라즈마의 안정성을 교란시키지 않고 액체를 플라즈마로부터 떼어놓는 방향으로 배출한다. 이와 같이 플라즈마 가스 통체(112)와 액체용 통체(122)의 통체 끝부의 형상을 각종 형상으로 함으로써 액체커튼(134)의 형상을 임의의 형상으로 형성할 수 있다.
(플라즈마 발생장치)
플라즈마 발생장치(128)는 플라즈마 가스를 플라즈마 상태로 하는 것이다. 플라즈마 발생장치(128)는 예를 들면 액체용 통체(122)의 외주에 로드 코일인 유도 코일을 감고, 유도 코일에 고주파 발진기를 접속하여 유도 코일에 고주파를 인가한다. 플라즈마 발생장치(128)는 유도결합 플라즈마법 외에 공동공진기(空洞共振器) 등을 이용한 마이크로파 플라즈마법, 평행평판이나 동축형 등의 전극법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다. 플라즈마를 발생하기 위한 전력은 직류로부터 교류, 고주 파, 마이크로파 이상까지 다양한 형태로 인가할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부의 외부로부터 레이저 등의 광을 도입하여 플라즈마를 발생시켜도 된다. 또한, 플라즈마는 가연(可燃)가스, 가연액체, 가연고체 등의 연소에 의하여 발생시켜도 된다. 또한, 플라즈마는 이들 방법을 조합함으로써 발생시켜도 된다.
(각종 플라즈마원의 구조)
도 18과 도 19는 각종 플라즈마원(110)의 구조를 도시하고 있다. 도 18(A)는 왼쪽 방향으로부터 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부에 흐르게 하고 전극(150, 150) 간에서 전압을 인가하여 플라즈마(160)를 형성한다. 액체커튼(134)은 액체공급부(132)에서 형성된다. 플라즈마(160)는 플라즈마 제트로 되어 액체커튼(134) 내를 오른쪽 방향으로 흐른다. 플라즈마(160)는 오른쪽 방향으로 가면 중성입자가 많아지며, 전리되어 있는 입자의 수가 적어진다. 도 18(B)는 왼쪽방향으로부터 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부에 흐르게 하고 공동공진기(空洞共振器, 152, 152)로 플라즈마(160)를 형성한다. 플라즈마(160)는 마이크로파 플라즈마이며, 오른쪽 방향의 하류 쪽으로 흐른다. 도 18(C)는 왼쪽방향으로부터 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부에 흐르게 하고 동일축 전극(154, 154)으로 플라즈마(160)를 형성하여 플라즈마 발생실(116)의 개구부(118) 부근에 그물코 형상이나 메시형 전극(156)을 배치한다. 플라즈마(160)는 동일 축 플라즈마이며, 오른쪽 방향의 하류 쪽으로 흐른다. 도 18(D)는 왼쪽방향으로부터 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부에 흐르게 하고, 평행평판 전극(150, 150)으로 플라즈마(160)를 형성한다. 플라즈마(160)는 평행평판 플라즈마이다. 도 18(E)는 왼쪽 방향으로부터 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부에 흐르게 하고 플라즈마 니들의 전극(150)과 원통형 전극(150)으로 플라즈마(160)를 형성한다. 바늘 형상 전극(150)은 절연체(158)의 내부에 고정되어 있다. 도 18(F)는 왼쪽방향으로부터 플라즈마 가스를 플라즈마 발생부에 흐르게 하고, 레이저(60)로 플라즈마(160)를 형성한다. 도 18(G)는 왼쪽방향으로부터 연속된 액체 빔인 연속액체 타겟(62)을 플라즈마 발생부에 흐르게 하고, 레이저(60)로 플라즈마(160)를 형성한다. 도 18(H)는 왼쪽방향으로부터 간헐적으로 액체의 입자인 간헐액체 타겟(64)을 플라즈마 발생부에 흐르게 하고, 레이저(60)로 플라즈마(160)를 형성한다. 도 18(I)는 왼쪽방향으로부터 고체의 고체 타겟(66)을 공급하고, 플라즈마 발생부에서 레이저(60)로 플라즈마(160)를 형성한다. 도 18(J)는 왼쪽방향으로부터 연료를 공급하여 화염에 의하여 연소 플라즈마(162)를 형성한다. 또한, 왼쪽방향으로부터 플라즈마 발생부에 시료의 가스나 미스트를 흘려도 된다. 가스는 가연가스 외에 가솔린 등의 가연액체나 고체를 분출 또는 분무하여 연소하여도 된다.
도 19(A)는 플라즈마(160)로부터 멀리 떨어져서 액체커튼(134)이 형성되는 플라즈마원(110)을 도시하고 있다. 액체커튼(134)은 플라즈마(160)와 일체가 아니라 플라즈마 발생장치(128)의 주위를 넓게 둘러싸는 상태로 형성하여도 된다. 도 19(B)는 액체커튼(134)과 플라즈마(160) 사이의 공간에 가스·미스트 가스 공급부(300)에 의하여 다른 가스, 액체, 액체 미스트(130)를 플라즈마(160)에 흘리고 있다. 도 19(C)는 다른 노즐의 플라즈마 가스 도입관(114)이나 가스·미스트 가스 공급부(300)에 의하여 가스, 미스트, 액체, 다른 플라즈마 등을 공급한다. 도 19(D)는 액체커튼(134)을 1종류의 챔버로서 액체커튼(134)의 내부에서 플라즈마 발생장치(128)의 코일에 의하여 플라즈마(160)를 형성한다.
(액체커튼의 예)
도 20은 액체용 통체(122)의 배출구(126)로부터 통의 바닥을 향하여 물을 분출하여 액체커튼(134)을 형성하는 실시예를 도시하고 있다. 액체용 통체(122)로부터 분출된 액체커튼(134)은 통의 바닥에 있는 수면에 도달한다. 도 20의 실시예는 플라즈마 발생부(116)로부터 가스의 도입을 실시하지 않는 예이다. 액체커튼(134)은 배출구(126) 부근에서 일단 벌어져서 다시 묶는 형상을 가지고 있다. 이 현상은 물을 액체용 통체(122)의 내주(內周)를 따라 회전시키고 있으므로 배출구(126)로부터 분출된 물은 회전의 원심력에 의하여 외주방향으로 벌어지고 그 후 표면장력에 의하여 내주방향으로 묶는다고 생각된다. 이 경우 물의 유량은 3.3L(리터)/분으로 하였다. 액체용 통체(122)의 내경(직경)은 18㎜이며, 플라즈마 가스 통체(112)의 외경(직경)은 16㎜이다. 따라서 액체의 유로(流路)의 두께는 (18㎜-16㎜)/2=1㎜로 된다.
도 21은 도 20과 마찬가지로 액체용 통체(122)의 배출구(126)로부터 물을 분출하여 액체커튼(134)을 형성하고 있으나, 플라즈마 발생부(116)로부터 액체커튼(134)의 안쪽에 플라즈마 또는 가스를 도입하는 실시예를 도시하고 있다. 도 21의 액체커튼(134)은 끝부가 범종 형상으로 벌어진 형상으로 되어 통의 바닥에 있는 수면에 도달한다. 도 21의 액체커튼(134)은 일단 외주방향으로 벌어지면 가스의 공 급을 멈추어도 범종 형상으로 벌어진 형상을 유지하고 있다. 이 현상은 가스가 액체커튼(134)과 통의 수면에서 닫혀져 있는 것을 나타내고 있다고 생각된다.
도 21의 실시예에서 액체용 통체(122)의 배출구(126)와 통의 수면의 거리를 약 20㎝ 이상으로 하면 범종이 깨어져서 도 20의 실시예의 액체커튼의 형상으로 되돌아간다. 이로써 액체용 통체(122)를 이용하여 물을 액체커튼(134)으로서 이용하는 경우 액체용 통체(122)의 배출구(126)와 통의 수면의 거리를 약 20㎝까지로 하면 플라즈마(160)에 외기가스 혼입을 차단할 수 있다. 이 경우 도 20의 실시예와 마찬가지로 물의 유량은 3.3L(리터)/분으로 하였다. 액체용 통체(122)의 내경(직경)은 18㎜이며, 플라즈마 가스 통체(112)의 외경(직경)은 16㎜이다. 따라서 액체의 유로의 두께는 (18㎜-16㎜)/2=1㎜로 된다.
아래에 액체커튼을 구비한 플라즈마원의 사용예를 설명한다.
(처리장치)
도 22는 플라즈마원(110)을 이용한 처리장치(140)를 도시하고 있다. 처리장치(140)는 실리콘 웨이퍼 등의 피처리물(144)을 처리하는 것이며, 챔버(146)와, 챔버(146) 내에 플라즈마원(110)과 피처리물(144)을 유지하는 유지부(142)를 구비하고 있다. 플라즈마원(110)은 플라즈마(160)를 플라즈마 발생부(116)로부터 앞쪽의 외부로 이송하고, 액체커튼(134)으로 외부의 플라즈마(160)를 덮는다. 플라즈마(160)는 피대상물(144)의 레지스트 제거 등 표면을 처리한다. 피처리물(144)과 그 처리내용에 따라 플라즈마 가스의 종류가 결정된다. 또한, 피처리물(144)을 습식처리할 경우 액체는 처리를 위한 약액으로 할 수 있으며, 처리내용에 따라 약액의 종류가 결정된다. 약액은 액체공급부(132) 대신 독립된 약액 주입장치(148)에 의하여 피처리부(144)에 주입하여도 된다. 이와 같이 독립된 약액 주입장치(148)를 사용하면 처리공정의 자유도가 높아져서 플라즈마(160)에 의한 건식처리와 약액에 의한 습식처리를 동시에 또는 병행하여 또는 시계열(時系列)로 실시할 수 있다.
유지부(142)는 피처리물(144)을 유지하며, 필요에 따라 피처리물(144)을 회전축의 주위에서 회전한다. 플라즈마원(110)은 피처리물(144)과 마주보도록 배치되어 피처리물(144)에 대하여 상대적으로 이간(離間)운동과 접근운동을 실시할 수 있다. 또한, 플라즈마원(110)은 피처리물(144)에 대하여 일정간격을 유지하고, 상대적으로 평행운동을 실시할 수 있다. 이 운동에 의하여 큰 피처리물(144)에 대하여도 플라즈마 처리를 할 수 있으며, 또한 약액처리를 할 수 있다.
(처리방법)
플라즈마원(110)을 처리방법에 이용하면 다양한 처리가 가능해진다. 플라즈마원(110)은 예를 들면 플라즈마와 가스와 액체와 미스트 모두를 이용할 수 있으며, 또한 이들의 2종류 또는 3종류의 상호작용을 이용할 수 있다. 플라즈마원(110)은 플라즈마와 가스와 액체와 미스트를 동시 또는 교대로 이용할 수도 있다. 플라즈마원(110)은 플라즈마(160)가 점화되어 있지않은 상태에서 액체커튼(134)만을 형성하여 액체커튼(134) 내에 별도의 가스나 미스트를 도입하거나 또는 액체커 튼(134)으로 시료를 냉각할 수도 있다.
도 23은 피처리물(144)의 처리방법을 설명한다. 먼저, 플라즈마원(110)과 유지부(142)를 챔버(146) 내에 배치한다. 다음으로, 피처리물(144)을 유지부(142)에 올려놓고 고정한다(S1). 플라즈마원(110)을 피처리물(144)과 마주보도록 배치한다(S2). 유지부(142)를 회전한다(S3). 플라즈마(160)를 액체커튼(134)으로 덮는다(S4). 이로써 외기 등의 불필요한 가스가 플라즈마(160) 내에 혼합하는 것을 방지할 수 있다. 플라즈마(160)와 약액으로 피처리물(144)의 표면처리를 실시한다(S5). 이 표면처리는 플라즈마(160)에 의한 건식처리(144)와 약액에 의한 습식처리를 동시에 또는 병행해서 또는 시계열로 실시할 수 있다.
(질량분석)
질량분석은 예를 들면 플라즈마원(110)과, 도시하지 않았으나 샘플러와 질량분석장치를 이용하여 실시된다. 질량분석의 방법은 분석해야 할 시료의 피처리물을 캐리어 가스에 실어 플라즈마 발생부(116)로 수송하여 실시된다. 그때 플라즈마 가스는 플라즈마 가스 도입관(114)을 통하여 플라즈마 가스 통체(112) 내를 회전하면서 플라즈마 발생부(116)에 도입된다. 플라즈마 가스는 플라즈마 발생부(116) 내에서 일부가 플라즈마 발생장치에 의하여 플라즈마가 된다. 시료는 플라즈마 발생부(116) 내로 수송되면 플라즈마에 의하여 활성화된 상태가 되며, 플라즈마와 함께 플라즈마 발생부(116)의 개구부(118)로부터 전방에 배출된다. 시료는 주로 플라즈마 발생부(116)의 원통형의 중심부에 존재하면서 개구부(118)로부터 전방으로 배출 되므로 샘플러의 구멍을 통과하여 질량분석장치를 향하여 질량분석된다. 플라즈마 발생부(116)의 대부분의 가스나 플라즈마는 샘플러로 차단되어 외주방향으로 배출된다. 액체는 플라즈마 가스 통체(112)를 냉각하고, 외주방향으로 배출되어 액체커튼(134)이 된다. 액체커튼(134)은 플라즈마에 불필요한 가스가 혼입되는 것을 방지한다.
(분광분석)
분광분석은 예를 들면 플라즈마원(110)과, 도시하지 않았으나 렌즈 등의 집광장치와 분광분석장치를 이용하여 실시된다. 분광장치는 주로 플라즈마원(110)의 측부에 배치되어, 플라즈마 속의 시료의 피처리물이 발하는 광을 집광장치로 모아서 분광분석을 실시한다. 분광분석의 방법은 분석해야 할 시료를 캐리어 가스에 실어 플라즈마 발생부(116)로 수송하여 실시된다. 그때 플라즈마 가스는 플라즈마 가스 도입관(114)을 통하여 플라즈마 가스 통체(112) 내를 회전하면서 플라즈마 발생부(116)로 도입되고, 플라즈마 발생부(116) 내에서 일부가 플라즈마 발생장치(128)에 의하여 플라즈마가 된다. 시료는 플라즈마 발생부(116) 내로 수송되면 플라즈마에 의해 활성화된 상태가 되어 플라즈마와 함께 플라즈마 발생부(116)의 개구부(118)로부터 전방으로 배출된다. 시료는 주로 플라즈마 발생부(116)의 원통형의 중심부에 존재하고, 고유의 광을 발생하면서 개구부(118)로부터 외부로 배출된다. 배출되어도 시료는 플라즈마 발생부(116)의 외부에서 고유의 광을 발생하면서 소정기간 플라즈마 가스와 함께 존재한다. 그래서 시료의 고유의 광을 집광장치로 모아 서 분광분석장치에 보내고 분광분석을 실시한다. 액체는 플라즈마 가스 통체(112)를 냉각하고, 외주방향으로 배출되어 액체커튼(134)으로 된다. 액체커튼(134)은 플라즈마에 불필요한 가스가 혼입되는 것을 방지한다.
(분해처리)
플라즈마원(110)은 PCB나 프론 등 물질의 분해처리를 할 수 있다. 피처리물의 물질을 캐리어 가스 또는 플라즈마 가스에 혼입시켜서 고온 플라즈마 속으로 도입함으로써 물질을 분해하고, 무해화할 수 있다. 액체는 플라즈마 가스 통체(112)를 냉각하고, 외주방향으로 배출되어 액체커튼(134)으로 된다. 액체커튼(134)은 플라즈마에 불필요한 가스가 혼입되는 것을 방지한다.
이상과 같이 본 발명의 실시형태는 액체커튼(134)에 의하여 플라즈마를 둘러싸고 기체를 차단하므로 대기 중에서 고순도의 처리가 가능해진다. 또한, 본 발명의 실시형태는 시료를 용이하고 간단하게 냉각할 수 있으며, 또한 피처리물에 대하여 습식처리와 건식처리를 연속적으로, 동시에 또는 시계열적으로 실시할 수 있으며, 또한 사용하는 플라즈마 가스를 저감시킬 수 있으며, 또한 플라즈마를 안정화시킬 수 있으며, 또한 플라즈마 토치를 길게 할 수 있으며, 또한 냉각 토치부의 형상을 단순하고 염가로 할 수 있는 등 유용한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면 건식처리와 습식처리를 동시에 실시할 수 있으므로, 리드 타임을 단축시킬 수 있다. 또한, 피처리물 상의 오염을 저감시켜 반도체 장치의 성능 또는 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 피처리물의 표면을 정밀도 높게 제어할 수 있으므로 제조정밀도를 높임으로써 신뢰성 향상 및 제조수율을 향상시킬 수 있다. 기타 본 발명은 아래의 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 항에서 서술하는 것과 같은 효과를 거두는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면 액체커튼에 의하여 플라즈마를 둘러싸고 기체를 차단하므로 순도 높은 처리가 가능해진다. 또한, 시료를 용이하고 간단하게 냉각할 수 있으며, 또한, 피처리물에 대하여 습식처리와 건식처리를 연속적으로 동시에 또는 시계열적으로 실시할 수 있으며, 또한 사용하는 플라즈마 가스를 저감시킬 수 있으며, 또한, 플라즈마를 안정화할 수 있으며, 또한, 플라즈마 토치를 길게 할 수 있으며, 또한, 냉각 토치부의 형상을 단순하고 염가로 할 수 있는 등 유용한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (35)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되어 피처리물을 유지하는 유지수단과,
    상기 챔버 내에 활성원자를 공급하는 활성원자 공급수단과,
    상기 챔버 내에 약액(藥液)을 공급하는 약액 공급수단을 가지며,
    상기 유지수단은 유지한 피처리물이 회전 가능하며,
    상기 활성원자 공급수단의 공급구는 상기 피처리물의 표면에 마주보게 배치되며, 상기 피처리물의 회전 중심으로부터 반경 방향으로 이동가능하게 설치되어 있으며,
    상기 피처리물의 표면에 대하여 상기 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성원자 공급수단은 대기압 하에서 상기 활성원자를 상기 챔버 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 활성원자 공급수단의 공급구와 상기 약액 공급수단의 공급구가 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성원자 공급수단은 플라즈마를 발생시켜서 활성원자를 생성하며, 상기 약액 공급수단은 공급하는 약액에 의하여 상기 플라즈마의 적어도 일부를 덮는 액체커튼을 형성시키는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 약액 공급수단은 상기 활성원자 공급수단의 공급구의 주위로부터 약액을 방출하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  6. 챔버와,
    상기 챔버 내에 설치되어 피처리물을 유지하는 유지수단과,
    상기 챔버 내에 활성원자를 공급하는 활성원자 공급수단과,
    상기 챔버 내에 약액(藥液)을 공급하는 약액 공급수단을 가지며,
    상기 유지수단은 복수의 상기 피처리물을 유지 가능하게 설치할 수 있으며, 상기 약액 속에 복수의 상기 피처리물이 침지가능하게 설치하며,
    상기 피처리물의 표면에 대하여 상기 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 활성원자 공급수단은 대기압 하에서 상기 활성원자를 상기 챔버 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 황산을 함유하며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 수산화 암모늄, 염화수소산, 황산 또는 불화수소산을 함유하며, 상기 활성원자는 산소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리물은 처리표면에 반도체를 포함하며, 상기 활성원자는 수소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 인산을 함유하며, 상기 활성원자는 불소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리물은 처리표면에 레지스트막을 가지며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하며, 상기 피처리물의 레지스트막을 제거하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성원자 공급수단은 유도결합 플라즈마법 또는 마이크로파 플라즈마법을 이용하여 상기 활성원자를 생성하는 것을 특징으로 하는 처리장치.
  14. 챔버 내에 유지된 피처리물의 표면의 전체에, 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액을 공급하면서 상기 피처리물의 표면의 일부에 대하여 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자를 공급하고, 상기 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  15. 챔버 내에 유지된 피처리물의 표면에 대하여 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 동시에 또는 연속하여 실시하는 처리방법으로,
    상기 피처리물을 회전시키면서 상기 활성원자 공급수단의 공급구를 상기 피처리물의 회전중심으로부터 반경 방향으로 이동시키면서 상기 활성원자를 공급하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  16. 챔버 내에서 피처리물을 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 침지시키고, 상기 약액을 배출하면서 상기 챔버 내의 분위기 속에 활성원자를 공급하고, 활성원자 공급수단으로부터 공급되는 활성원자에 의한 건식(DRY)처리 및 상기 약액 공급수단으로부터 공급되는 약액에 의한 습식(WET)처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건식(DRY)처리는 대기압 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 황산을 함유하며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  19. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 수산화 암모늄, 염화수소산, 황산 또는 불화수소산을 함유하며, 상기 활성원자는 산소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  20. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리물은 처리표면에 반도체를 포함하며, 상기 활성원자는 수소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  21. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약액은 인산을 함유하며, 상기 활성원자는 불소원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  22. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피처리물은 처리표면에 레지스트막을 가지며, 상기 활성원자는 수소원자 또는 산소원자를 포함하며, 상기 피처리물의 레지스트막을 제거하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
  23. 제14항 또는 제15항 있어서, 상기 활성원자 공급수단은 플라즈마를 발생시켜서 활성원자를 생성하며, 상기 약액 공급수단은 공급하는 약액에 의하여 상기 플라즈마의 적어도 일부를 덮는 액체커튼을 형성시키는 것을 특징으로 하는 처리방법.
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