(57)【要約】火炎トーチを、反応性先駆物質ガスをトーチの供給ガスに与えることによってガラス光学部品、極端に薄いワークピース、又は半導体ウエーハのような接触に敏感な物体の表面を洗浄するのに使用することができる。反応性原子プラズマ加工を、表面に影響を及ぼすことなく先駆物質の原子基と化学的に結合する汚染物の表面を洗浄するのに使用することができる。トーチはまた、表面それ自体と反応する別の反応性先駆物質を供給することによって、物体を移送することなく或いは如何なる中間の加工に携わることなく、洗浄後表面を修正するのにも使用することができる。火炎トーチは、成形し、研磨し、エッチングし、平坦化し、堆積し、化学的に修正し、及び又は物体の表面に物質を再分布するのに使用することができる。
2006519701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性種を火炎トーチに供給し、
火炎トーチをワークピースの表面に近接させ、
火炎を使用してワークピースの表面を洗浄し、ワークピースの表面は、反応性種と化学的に結合してワークピースの表面を去る汚染物を有する、
ワークピースの表面の洗浄方法。
【請求項２】
火炎を使用して第１汚染物の表面を、第２汚染物を残しながら洗浄し、ワークピースの表面は、反応性種と化学的に結合してガスを生成し且つ表面を去る第１汚染物及び反応性種と化学的に結合しない第２汚染物を有する、請求項１による方法。
【請求項３】
前記反応性種から原子基を生成させることを更に含む、請求項１による方法。
【請求項４】
燃料源を火炎トーチに供給することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項５】
酸化剤ガス源を火炎トーチに供給することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項６】
火炎トーチに火炎をつけることを更に含む、請求項１による方法。
【請求項７】
反応性種を原子基にフラグメントすることができる程の温度の火炎トーチに火炎をつけることを更に含む、請求項１による方法。
【請求項８】
ワークピースの表面の化学的性質をプラズマで変えることを更に含む、請求項１による方法。
【請求項９】
反応性プラズマ加工を使用してワークピヒスの表面を成形することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１０】
ワークピースを火炎トーチに対して回転させることを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１１】
プラズマへの反応性種の大量の流れを制御することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１２】
火炎トーチへ導入されるべき反応性種の濃度を選択することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１３】
プロセスガスを火炎トーチの外管を通して導入することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１４】
火炎トーチの放出領域にエネルギーを結合することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１５】
火炎トーチの外管の内径を選択することによって放出部の大きさを調整することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１６】
火炎トーチを約大気圧で作動することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１７】
ワークピースの表面を火炎トーチで修正することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１８】
ワークピースの表面を火炎トーチで研磨することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項１９】
ワークピースの表面をプラズマで平坦化することを更に含む、請求項１による方法。
【請求項２０】
多ヘッド付のプラズマトーチを使用して洗浄速度を増大させることを更に含む、請求項１による方法。
【請求項２１】
反応性種を火炎に供給し、
火炎を使用してワークピースの表面を洗浄し、ワークピースの表面は、反応性種と化学的に結合して表面を去る汚染物を有する、
ワークピースの表面の洗浄方法。
【請求項２２】
火炎を使用して表面を洗浄することにより、汚染物が反応性種と化学的に結合する時ガスを生成する、請求項２１による方法。
【請求項２３】
火炎トーチをワークピースの表面に近接させることをさらに含む、請求項２１による方法。
【請求項２４】
火炎をワークピースの表面に対して移動させることを含む、請求項２１による方法。
【請求項２５】
反応性種をプラズマトーチに供給し、
プラズマトーチをワークピースの表面に近接させ、
反応性原子プラズマ加工を使用してワークピースの表面を洗浄し、ワークピースの表面は、反応性種と化学的に結合してワークピースの表面を去る汚染物を有する、
ワークピースの表面の洗浄方法。
【請求項２６】
ワークピースの表面が１つ以上の汚染物を有し、
反応性種を火炎トーチに供給し、
火炎を使用してワークピースの表面から汚染物の１つを除去し、除去すべき汚染物は、反応性種と化学的に結合して正面を去ることができる、
ワークピースの表面を選択的に洗浄する方法。
【請求項２７】
汚染物の１つとは化学的に結合するが、他のどんな汚染物とも化学的に結合しない反応性種を選択することを更に含む、請求項２６による方法。
【請求項２８】
反応性種の第１供給源を火炎トーチに供給し、
火炎トーチをワークピースの表面に近接させ、
反応性原子プラズマ加工を使用してワークピースの表面を洗浄し、ワークピースの表面は、第１反応性種と化学的に結合してガスを生成し且つ表面を去る汚染物を有し、
反応性種の第２供給源を火炎トーチに供給し、
反応性原子プラズマ加工を使用してワークピースの表面を修正し、ワークピースの表面は、第２反応性種と化学的に反応することができる、
加工物の表面を洗浄し且つ修正する方法。
【請求項２９】
反応性原子プラズマ加工を使用してワークピースの表面を修正することは、成形、研磨、エッチング、平坦化及び再分布からからなる群から選択された加工によって表面を修正する、請求項２８による方法。
【請求項３０】
ワークピースの表面を洗浄するためのツールであって、該ツールは、次の段階、即ち、
ワークピースを火炎トーチに対して位置決めする段階、
反応性先駆物質を火炎トーチに注入する段階、
ワークピース及び火炎トーチの少なくとも一方を移動させる段階、
反応性原子プラズマ加工を使用して火炎トーチでワークピースの表面を洗浄する段階を行うことができる、
ワークピースの表面洗浄用ツール。
【請求項３１】
ワークピースを火炎トーチに対して位置決めするための手段、
反応性先駆物質を火炎トーチに注入するための手段、
ワークピース及び火炎トーチの少なくとも一方を移動させるための手段、
反応性原子プラズマ加工を使用して火炎トーチでワークピースの表面を洗浄するための手段、
を含む、ワークピースの表面を成形するためのツール。
【請求項３２】
火炎トーチ、
ワークピース及び火炎トーチの少なくとも一方を移動させることができる移動器、
前記トーチは、ワークピースの表面上の汚染物と化学的に結合してガスを生成し且つ表面を去ることのできる反応性先駆物質を受け入れるように構成されている、
ワークピースの表面を洗浄するためのツール。
【請求項３３】
前記火炎トーチは、水素−酸素火炎を発生するようになっている、請求項３２によるツール。
【請求項３４】
前記火炎トーチは、表面を修正するのに使用することができる原子基の流れを生じさせるようになっている、請求項３４によるツール。
【請求項３５】
前記火炎トーチは、洗浄、不動態化、及び活性化からなる群から選択された加工によって表面を修正することができる流れを生じさせる、請求項３４によるツール。
【請求項３６】
前記火炎トーチは、さらに、成形、研磨、エッチング、平坦化及び再堆積から成る群から選択された加工によって表面を修正することができる原子基の流れを生じさせるようになっている、請求項３５によるツール。
【請求項３７】
前記火炎トーチに火炎抑制器をさらに含む、請求項３２によるツール。
【請求項３８】
前記火炎トーチは、プロセスガスを受け入れる少なくとも１つの管を含む、請求項３２によるツール。
【請求項３９】
前記火炎トーチは、酸素及び水素からなる群から選択されたプロセスガスを受け入れる少なくとも１つの管を含む、請求項３８によるツール。
【請求項４０】
前記火炎トーチは、反応性先駆物質を受け入れるための中心管を有する、請求項３２によるツール。
【請求項４１】
前記火炎トーチは、ＣＦ4、Ｏ2、Ｃｌ及びＮＨ3からなる群から選択された反応性先駆物質を受け入れるための中心管を有する、請求項４０によるツール。
【請求項４２】
前記火炎トーチは、化学的に不活性の金属チップを有する、請求項３２によるツール。
【請求項４３】
前記移動器は、ワークピースを支持しかつワークピースを火炎トーチに対して回転させるための回転段階である、請求項３２によるツール。
【請求項４４】
前記火炎トーチは、多ノズルバーナを含む、請求項３２によるツール。
【請求項４５】
反応性先駆物質を受け入れるようになった火炎トーチを含み、
前記火炎トーチは、反応性先駆物質を、表面を洗浄するのに使用することができる原子基の流れにフラグメントすることのができる、
ワークピースの表面の洗浄用ツール。
【請求項４６】
前記火炎トーチは、反応性先駆物質を、表面を修正するのに使用することができる原子基の流れにフラグメントすることのができる、請求項４５によるツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野は、火炎及び反応性ガスを使用する表面の洗浄に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の材料は、多数の恐るべき挑戦を広範囲の光学部品、半導体部品及び電子部品の製作者に提示し、その多くは、精密な成形、平滑化及び研磨を必要とする。更に、このような部品は、しばしば製作工程中の段階の前又は後に少なくとも片面の洗浄を必要とする。他の部品は、単純に製作工程とは別の厳密な洗浄を必要とする。多くの現在の物理的接触法は、表面損傷、あるいは表面下損傷を引き起こす、顕微鏡的スケールでの機械的な力を伴うことの欠点を有する。
【０００３】
火炎トーチの基本的な設計及び構造は良く知られており、その１つは、ガス、液体、又は固体を火炎の中へ導入する中心管を含む。これは、火炎光度測定法の技術であり、それによって、材料を高温火炎の中へ注入し、生じた光の放出を分析することによって材料を化学的に分析することができる。
【０００４】
材料を化学的に処理するプラズマの使用も知られている。常圧プラズマを使用してゴム、プラスチック、及び金属のような表面を処理する方法がいくつか知られている。ＩＰＣで発生させた、ウエーハの表面からホトレジストを除去する酸素プラズマの使用は、米国特許第６，２１８，６４０号に記載され且つ請求されている。しかしながら、ＩＣＰ装置は、全く複雑であり、そしてある制限と取り組む。ＩＣＰ装置はまた、比較的高価であり、必ずしも、表面から材料を除去するのに最適な装置ではない。
【０００５】
ホトレジストを除去する酸素プラズマの使用、即ち「アッシング」と呼ばれる工程は、半導体業界で良く確立されている。アッシングは通常は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）チャンバー内で減圧で行われる。真空チャンバーの要求は、コストを増し、処理量を減ずる。更に、ＲＩＥ工程による酸素プラズマ加工は、ウエーハから「灰」を除去する別の段階を必要とすることがある。ＲＩＥ法は指向的でなく、従って、ウエーハから特別な汚染領域を簡単に除去するのに使用することができない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，２１８，６４０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態による装置及び方法は、先行技術の欠点及び障害を克服して高度に制御可能な、精密な、常圧の非接触表面洗浄工程を行うことができる。これらの装置及び方法はまた、単一又は多火炎トーチを使用して加工しにくい材料を洗浄し且つ急速に成形するための改良工程を生む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による装置及び方法は、適当な反応性先駆物質ガスを火炎トーチの火炎に供給することによって、ガラス光学部品又は半導体ウエーハのようなワークピースの表面を洗浄することができる。火炎トーチを、洗浄すべきワークピースの表面、又は洗浄すべき表面の少なくともその部分に近接させる。反応性原子プラズマ加工は、表面を去る気相生成物を形成する、反応性種との化学反応によってワークピースの表面から汚染物を除去するのに使用することができる。先駆物質を、火炎のためにプロセスガスと混合することができ、火炎は、先駆物質を断片して、表面汚染物と反応することができる原子基又は分子断片にするのに十分な温度のものでなければならない。原子基と反応しない表面上の如何なる汚染物も影響されないままである。ワークピースの表面も同様に影響されない。
【０００９】
この様な装置及び方法はまた、ワークピースを他の装置に移送する必要なしに、又は如何なる中間加工にも携わる必要なしに、洗浄後、ワークピースの表面を修正することができる。表面が十分に洗浄された後、火炎トーチに異なる反応性先駆物質を導入することができる。この先駆物質は、表面修正を行うために、表面自体と反応するように選択することができる。火炎トーチは、成形し、研磨し、エッチングし、平坦化し、及び又はワークピースの表面に物質を堆積させることができる。本発明の他の特徴、観点及び目的は、明細書、図及び特許請求の範囲の検討から得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
反応性原子プラズマ（ＲＡＰ）加工に有用な装置を開発する時、ある部品を、加工する前に洗浄する必要があることが決定された。ここで用いられるように、「洗浄」は、表面からの汚染物の選択的な除去を指す。エッチング又は表面修正工程中ワークピースの表面上の汚染物はマスクとして作用することがあり、汚染物の下の材料が影響されないままにする。このマスキング現象により、上面に汚染物をもった平坦域を形成させる。或いはまた、汚染物は、触媒として作用することがあり、汚染物粒子を表面にもぐり込ませ、各粒子は、潜在的に、表面にピットを作る。
【００１１】
最初に、加工すべき部品を全て１００級クリーンルームで手で洗浄した。程よく巧くいくけれども、少数の粒子を、もっと問題ありとして、有機物質の薄い層の対策を置き去りにしていた。この有機残留物は、Ａｒ／ＣＦ4放出で容易には除去することができない。ＲＡＰ工程を使用する実験に先立って、ガラス目的物又は半導体ウエーハのようなこれらの部品の表面を洗浄するのに酸素プラズマを使用することができる事を発見した。背面の縁に有機残留物を有するウエーハで数回実験を行った。
【００１２】
展開された１つの解決策は、工程の第１段階として酸素プラズマ処理を使用した。酸素２０％とアルゴン８０％の混合物をＡｒ１００％プラズマの中心に導入した。材料が酸素１００％の特定の危険なコントロールを受けないから、ガス混合物は取扱いを簡単に６インチの光学素子の全体の処理時間は、約５乃至約３０分の範囲であった。その範囲での如何なる時間でも同じ結果を生じた。プラズマを、１０００ワットで、１２  ｌ／分のアルゴン流量、１  ｌ／分の反応性ガス流量で作動した。部品を、放出の下に急速に移動させて局部的な加熱を最小にする。ウエーハの場合には、ウエーハエッジの洗浄が目的であるから、ワークピースを、如何なる並進移動もなしに急速に回転させる。半導体工業では、ウエーハの表面上のホトレジスト、及びその他の有機物質を除去するのに酸素プラズマが使用されるけれども、半導体デバイスを酸素プラズマに晒すことにより、しばしばデバイスに損傷を生じさせることがある。伝統的なプラズマ技術は、所望されるようにエッジ汚染物だけでなく、ウエーハ表面全体をエッチングする。本発明は、表面の別々の領域を処理し、且つマスクの必要を除去する、指向性の決定論的なプラズマツールを使用する。
【００１３】
洗浄工程の効率は、あとでＲＡＰ処理を受けた部品で明らかである。洗浄なしにＡｒ／ＣＦ4プラズマに曝されるならば、指紋が光学素子に恒久的にエッチングされた。材料の除去はウエーハからのレジスト除去の場合には、洗浄後表面を引っかくことによって、光学的顕微鏡で監視される。
【００１４】
シリコーンウエーハの背面側エッジ上での汚染物の存在の問題があった。伝統的なプラズマ技術で発生した酸素プラズマを使用する実験が試みられたが、これらの実験は、ウエーハの正面側に損傷を生じさせた。酸素を含有するＩＣＰプラズマを使用するＲＡＰ処理は、ウエーハの正面を損傷させることなくウエーハエッジから不必要な材料を洗い落とすことができた。
【００１５】
後の実験では、ＲＡＰ処理の異なる実施形態が試みられた。ＩＣＰ処理を使用する代わりに、酸素過剰で燃えるように調整された、簡単な水素−酸素（Ｈ2／Ｏ2）火炎がＩＣＰプラズマが行われた時ウエーハエッジを洗浄するのに十分な酸素基及びオゾンを含む活性酸素フラグメントを発生することができる。このような簡単な火炎を使用するデバイスは安価であり、展開及び維持が容易であり、ＩＣＰデバイスよりももっと著しく順応性がある。既存のＨ2／Ｏ2トーチは、石英ガラス吹き込みに、及び宝石商によって、プラチナを溶かすのに主として使用された。
【００１６】
数回の実験が、時間の長さを変えてＨ2／Ｏ2トーチをウエーハのエッジに適用することによって行われた。ウエーハのエッジの有機物質は、ＩＣＰによって引き起こされたのと大変似た方法で除去することができることが分かった。少なくともある適用については、洗浄、保護皮膜、及び又は活性化のような処理を含む、表面を化学的に改質するのに使用することができる酸化剤の反応流を生じさせるために示された。
【００１７】
最初に、図１に示すように、標準のＨ2／Ｏ2ガラス吹き込みトーチ１００を使用して、表面を火炎１０６で洗浄する試みをした。トーチ１００は、プロセスガスを受ける２本の供給管、即ち、火炎のための、水素のような燃料を受ける一方の管１０２及び酸素のような酸化剤を受けるもう一方の管１０４を有する。これらのガスは、トーチ自体の中で混合させることができる。トーチが単一穴設計であるか多穴設計であるかを含んで、係るトーチのバーナの形状及び構造に多くの変更が存在する。他の変更は、通常バーナの近くに置かれる火炎の逆流抑制器を含む。
【００１８】
次いで、図１（ｂ）に示すように、細い管１０８をバーナオリフィスの中心に加えることによってトーチ１００を変更した。この変更したＨ2／Ｏ2トーチ１００を最初に点火することができ、次いで、ＣＦ4又はＯ2のような反応性先駆物質により、細い管１０８から流出させることができる。Ｈ2／Ｏ2の中心の温度は、ＣＦ4を反応性種、恐らくは原子基にフラグメントするのに十分である。火炎トーチが火炎の中心に導入されたＣＦ4のような反応性先駆物質を有するとき、火炎中の反応性原子のコアーは、エッチング並びに洗浄に使用される。他のＲＡＰ技術におけるように、反応帯域の外側に保護シースが見られる。引き続く実験は、このようなトーチを使用してＳｉＯ2ガラスの表面に小さいピットをエッチングすることが可能であることを示した。これらのピットは、ＩＣＰ  ＲＡＰ工程を使用してエッチングされたピットよりも小さいけれども、同じ特徴の多くを有する。装置が洗浄するかエッチングするかは、選択された反応性種及び汚染物の種類及び又は与えられる表面に依存する。同じトーチが、火炎に注入される反応性種を単純に変えることによって表面を洗浄し次いでエッチングすることが可能である。
【００１９】
この方法の例を図４に示す。水素−酸素火炎トーチのような火炎トーチ４００で火炎を打ち出す。反応性先駆物質を火炎４０２に供給する。火炎トーチを、洗浄４０４すべきワークピースの表面に近接させる。次いで、表面４０６を去るガスを生成させるために、反応性先駆物質の基又は断片を表面上の汚染物と結合させることによってワークピースの表面を洗浄することができる。洗浄後、表面を修正させるのであれば、追加の反応性先駆物質を火炎４０８に供給することことができる。次いで、ワークピースの表面を、第２反応性先駆物質４１０を有する火炎とともに反応性原子加工を使用して修正することができる。
【００２０】
表面を洗浄するのに使用するための火炎トーチをいくつかの方法で設計することができる。図１（ａ）の比較的簡単な設計では、反応性先駆物質ガスを、トーチに注入する前に燃料か酸化剤ガスのいずれかと混合することができる。このやり方を使用すると、先駆物質を火炎に注入するのに標準のトーチを使用することができる。反応性先駆物質に応じて、トーチヘッドを特別な材料で作らなければならないかもしれない。例えば、塩素又は塩素含有分子をＨ2／Ｏ2トーチに混ぜることは、反応性塩素基を生じさせることができる。反応性塩素基は、トーチのチップを作っている真鍮又は鋼のような普通の金属の腐食をもたらすことがある。したがって、トーチのチップを化学的に不活性な金属又はセラミックで置き換える必要がある。また、特別な範囲のガス混合物だけが安定な燃焼を可能にしそうである。火炎が持続できなくなる前Ｈ2／Ｏ2トーチで塩素を酸素と混合することができるある閾値がある。
【００２１】
図１（ｂ）の僅かにもっと複雑な設計は、トーチオリフィスの中心に細い管を使用して反応性先駆物質ガスをＨ2／Ｏ2火炎に導入することができる。この場合の火炎は、通常は、化学的性質的にバランスされ、還元火炎でも酸化火炎でもない。この設計では、種々のガス、液体又は固体を火炎の中に同軸的に導入して反応性成分を生じさせることができる。この実施形態のトーチは、固体、液体及びガス状先駆物質から、例えば、Ｏ，Ｃｌ，及びＦ基を生じさせることができる。
【００２２】
上記の場合のどれでも、部品又はワークピースの表面上の望ましくない「汚れ」又は「汚染物」と化学的に結合することが出来る高温反応性種の流れを生じさせることができる。反応性原子が汚染物と結合するときには、表面を去ることができるガスを生じさせる。
【００２３】
化学的性質に対する１つの鍵は、除去する必要のある物質とだけ反応し、且つ下に位置する基板を不変のままする原子基を生じさせることにある。表面上にある材料を、表面上の他の材料をそのままにしながら、目標にする他の化学的性質を利用することができる。他の鍵の配慮は、部品又はワークピースの表面上に残留「灰」を残さないように、生成物が全て気体である化学的性質を選択することを伴う。
【００２４】
本発明による装置及び方法を使用する洗浄工程の１つの例では、２００ｍｍウエーハを、先ず、ウエーハを検査して汚染物の性質及び場所を決定することによって洗浄することができる。例えば、斜光照明の下に、１つの汚染物をウエーハの背面側エッジにブルーの細いバンドとして見ることができる。物理的接触により汚染物をかき落とす代わりに、ウエーハを回転ステージに取付けてその汚染物に適した先駆物質とともに火炎トーチに晒す。回転ステージを、約２乃至約２００ｒｐｍの速度のような適当な速度で回転させることができる。ウエーハの汚染領域を、汚染物が表面から除去されるような時間まで火炎に晒すことが出来る。
【００２５】
ＲＡＰ洗浄工程は、標準のプラズマ洗浄技術に比して多数の利点を有する。例えば、低圧ＲＩＥ方法と違って、ＲＡＰ装置は指向的である。これにより、プラズマ流をウエーハエッジに指向させ、ウエーハの残部を晒さないままにする。ＲＡＰ装置は、サブアパーチャツールとして機能することができ、特殊領域を洗浄する必要があるときＲＡＰ装置を有用にする。大きな領域を最小量の時間で洗浄することができるように、除去速度も比較的高い。
【００２６】
ＲＡＰ装置は、広範囲の圧力にわたって作動することができる。その最も有用な実行は、大気圧で、又はその近くでの作動であり、真空室内に容易に置くことができない大きなワークピースの処理を容易にする。真空室なしに加工する能力はまた処理量を大きく増大させ、且つ工程を具体化するツールのコストを減少させる。
【００２７】
ＲＡＰ工程について使用しうる種々の化学的性質を、特殊な材料を、他の材料に触れないままにしながら除去するように調整することができる。例えば、光学素子及びシリコーンウエーハから溶剤残留物又は指紋オイルの洗浄を研磨面の如何なる降格もなしに行うことが出来る。テストによれば、標準の方法でどんなにしかし最も入念な洗浄でも表面に小さい引っかきを残すことを示した。ＲＡＰ洗浄技術は、原子レベルですら表面を変化させない。酸化剤−富水素／酸素火炎に反応性酸素種を生じさせる火炎装置をテストした。表面の大きな領域を迅速にカバーする多ノズルバーナ又は多ヘッドトーチを付けた火炎装置を容易に使用することができる。他の適用のために、ガウス又はほぼガウス形状ツール用に約０．２ｍｍ半値全幅（full width-half maximum(FWHM))ほどの表面上の領域に影響を及ぼす小さい火炎を生じさせることができる。火炎装置の他の利点は、それが高価なＲＦ発電機を必要としないしＦＲ放射からの遮蔽も必要としない。事実、火炎装置は、適当な排気取扱器具及び使用者安全装置が利用されることを条件に手持ち装置になる。
【００２８】
更に、表面を洗浄するのに使用される火炎トーチは、Ｈ2−Ｏ2火炎トーチに限定されない。反応性種源を受け入れることのできる、且つ表面上の汚染物と反応することができる反応性種を原子基にフラグメントすることのできるどんなトーチも適当である。
【００２９】
他のＲＡＰ装置
反応性原子プラズマ（ＲＡＰ）装置及び方法は、典型的には、化学的性質的な手段によって研磨しにくい感熱成分及び不均一性材料から作られるデバイスを含む潜在的な製品の数が増す点で、ＰＡＣＥ及び化学的気相機械加工の様な他の表面修正装置に比べて利点を有する。研磨及び平坦化は小さい熱負荷及び最小の材料除去で可能である。この様な工程を表面の洗浄に拡げることは、ＲＡＰ装置を使用することができる仕事の能力及び範囲を高める。
【００３０】
簡単な火炎トーチの使用は、ＩＣＰトーチ装置のような装置に比べて多くの利点を有するけれども、他のＲＡＰ装置は、表面を洗浄するのにも使用することができる。更に、これらの装置は、ワークピースを移送する必要もなく、単一のトーチを使用してワークピースを洗浄しそしてエッチングするのに使用することができる。図２は、本発明に従って使用することができる反応性原子プラズマ（ＲＡＰ）の１つの実施形態を示す。図２は、プラズマボックス２０６内のプラズマトーチを示す。このトーチは、内管２３４、外管２３８及び中間管２３６からなる。内管２３４は、一括フローコントローラー２１８から反応性先駆物質ガス２４２の流れを受け入れるためのガス流入口２００を有する。トーチは、異なる処理段階中異なる先駆物質ガスを利用することができる。例えば、トーチは、第１段階で特別な汚染物を表面から洗い落とすようになった先駆物質を使用し、第２段階の間ワークピースの表面上の材料を再分布させるための先駆物質を利用する。
【００３１】
中間管２３６は、一括フローコントローラ２１８から補助ガスを受け入れるためのガス流入口２０２を有する。外管２３８は、一括フローコントローラ２１８は、多数のガス供給源２２０、２２２、２２４、２２６から必要なガスを受け入れることができ、且つトーチのそれぞれの管に通されるガスの量及び流速を制御することができる。トーチアッセンブリーは、プラズマ放出２０８を発生させ且つ持続させることができ、このプラズマ放出を利用してワークボックス２１４内のチャック２１２に置かれたワークピース２１０を洗浄し、成形し、或いは研磨することができる。ワークピースボックス２１４は、例えば、プラズマ放出２０８とワークピース２１０との相互反応から生じるどんなプロセスガス又は生成物をも運び去る排出部２３２を有する。
【００３２】
この実施形態におけるチャック２１２は、プラズマ放出２０８に関してチャック２１２のワークピース２１０を移動させ及び又は回転させるようになった移動ステージ２１６と連絡している。移動ステージ２１６は、コンピュータ制御装置２３０と連絡していて、例えば、ワークピースの所望な洗浄、成形、及び又は研磨を達成するために、ワークピース２１０を適当な進路に沿って移動させるのに必要な情報及び制御を移動ステージ２１６に与えるようにプログラムされる。コンピュータ制御装置２３０は、ＲＦ電力源２２８と連絡しており、該ＦＲ電力源は電力をトーチに供給する。コンピュータ制御装置２３０はまた、必要な情報を一括フローコントローラ２１８に与える。誘導コイル２４０がプラズマ放出２０８の近くでトーチの外管２３８を取り囲む。ＲＦ電力源２２８からの電流は、トーチの端のまわりのコイル２４０に流れる。このエネルギーがプラズマに結合される。
【００３３】
図３に示すように、本発明に従って使用することができる他のＲＡＰ装置は、マイクロ波誘導プラズマ（ＭＩＰ）源を利用する。ＭＩＰ源は、ＩＣＰツールの使用又は噴霧源としての火炎の使用を補足する、或いはある適用では、それをいっそうしのぐ多数の特質を有していることを証明した。プラズマは、３本の管の代わりに、２本の同心管の使用よって標準のＩＣＰと区別される石英のトーチ３００内に収容することができる。大きくて十分なボアでは、ドーナツ形プラズマを発生させることができ、先駆物質を、ＩＣＰと似た方法でトーチの中心に注入することができる。
【００３４】
管の同心性を調整するとともにガスの接線速度を増大させるために、外管３０２と内管３０４との間に螺旋インサート３０８を置くことができる。渦流が装置を安定化させる傾向があり、高速度が石英管３０２、３０４を冷却するのを助ける。
【００３５】
マイクロ波キャビティ３１２の主要部分は、銅のような高い伝導性材料から加工された円形又は円筒形チャンバーであるのがよい。２．４５ＧＨｚ（又は他の適当な）電力源３３０からのエネルギーが、キャビティの一方の縁のコネクター３１４を介してキャビティ３１２につながれる。キャビティ３１２は、１つの実施形態では、中空円筒プランジャ３０６、又は同調装置をキャビティ３１２に出し入れすることによって同調させることができる。石英トーチ３００は、同調装置３０６の中心に収容されるが、装置を同調させている間は移動しない。
【００３６】
プラズマ３２０を大気から遮蔽するのに外部ガスシース３２０を使用することができる。シース３２０は、プラズマに反応性種を閉じ込めてその長命に寄与し、常圧再結合生成物をできるだけ低く保つことができる。１つの実施形態では、シース３２０の端は、トーチの開口端、即ち先端とほぼ同一平面である。シース３２０の流出口のネジ山付フランジを使用して延長管３２２を取り付けることによってシース３２０をトーチ３００の先端を超えて延長させることができる。シース自体は、キャビティ３１２の主要部分に３１８のごとくネジで取り付けることができ、シースをねじってキャビティ３１２に向かわせたり遠ざけたりすることによって高さの微調整をすることができる。
【００３７】
プロセスガス源３２８は、プロセスガスをトーチ３００の両管３０２、３０４に与えることができる。１つの実施形態では、このプロセスガスは、主としてアルゴン又はヘリウムからなるが、状況の化学的性質が許せば、二酸化炭素、酸素、又は窒素、並びに他のガスを含むこともできる。この実施形態でガス流は、１分当たり約１リットルと約１０リットルの間である。再び、トーチに導入されるガスは、適用の際変えることができる。反応性先駆物質ガスを導入して、表面を洗浄することができ、これに続いて、異なる先駆物質ガスを導入してワークピースの表面を成形し、さもなければ修正することができる。これにより、ワークピースを、各目的を果たすべく、異なる装置に移送する必要なしに、ワークピースを単一のチャンバー内で洗浄し、処理する事が可能である。
【００３８】
化学的性質
本発明による反応性原子プラズマ工程は、少なくとも一部が、非反応性先駆化学物質のプラズマとの相互反応によって形成される原子基及び反応性断片の反応化学的性質に基づかれる。１つのかかるプロセスでは、非反応性先駆物質の分解によって形成される原子基が、洗浄又は修正される部品の表面上の材料と相互作用する。表面材料が気体の反応生成物に転化され、表面を去る。異なる化学的先駆物質及び異なるプラズマ組成物を使用して種々の材料を加工することができる。このプロセスでの表面反応の生成物はプラズマ暴露の条件の下にガスでなければならない。そうでなければ、表面反応残留物が表面にでき、さらなるエッチングを妨げることになる。
【００３９】
上記の例では、反応性先駆化学物質をガスとして導入することができる。このような反応性先駆物質を液体か固体の形態でプラズマに導入してもよい。液体をプラズマに吸い込ませることができ、また微粉末を、プラズマへの導入前にガスと混合することによって霧状にすることができる。ＲＡＰ処理は大気圧で使用することができる。ＲＡＰは、表面を精密に洗浄しかつ成形するのにサブ−アパーチャーツールとして使用することができる。
【００４０】
標準で市販の２管又は３管トーチを使用することができる。外管は、大量のプラズマガスを扱うことができ、内管は、反応性先駆物質を注入するのに使用することができる。トーチの内側の管状領域内の放出にエネルギーを結合することができる。この結合帯域及びそれに続く温度勾配の結果、反応性ガスを、又は堆積させるべき材料を導入する簡単な方法は、中心を通してである。石英トーチがこの形態の下に浸食されることがあり、且つ装置が不活性の外ガスシースの有利さを失うけれども、反応性ガスをプラズマガスと直接混合しても良い。
【００４１】
反応性先駆物質を励起帯域に注入することは、他の技術に比していくつかの重要な利点を有する。ＡＤＰのようなある常圧プラズマジェットは先駆物質ガスをプラズマガスと混合して、均一な羽毛の反応性種を生じさせる。これは、電極又はプラズマ管を反応性種にさらし、プラズマの浸食及び汚染をもたらす。ＰＡＣＥのある形態では、反応性先駆物質が励起帯域のエッジのまわりに導入され、これも電極の露出及びプラズマ汚染に向ける。対象的に、ＲＡＰ装置における反応性種はアルゴンのシースによって包囲されこれは、プラズマトーチ腐食を減少させるばかりでなく反応性種と大気との相互反応を減じる。
【００４２】
外管の内径は放出のサイズを制御するのに使用することができる。標準のトーチについて、これは約１８ｍｍないし約２４ｍｍの程度にある。サイズは幾分周波数で左右され、より大きいサイズには低い周波数が要求される。かかる装置を小さくする試みにおいて、例えば、約１４ｍｍの内径を有する２本管設計のトーチを構成することができる。より小さい内径をマイクロ波励起源又はより高い周波数源とともに使用してもよい。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明は、例示及び説明の目的のために行われた。発明を、開示された、まさにその通りの形態に限定するものではない。多くの修正及び変更が当業者に明らかであろう。実施形態は、発明の原理及びその実用的な適用を最もよく説明するために選ばれ且つ記載され、それによって、当業者は種々の態様について、また予期される特定な用途に適する種々の修正について発明を理解することを可能にする。発明の範囲は請求項及びその均等によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１（ａ）】本発明の１つの実施形態に従って使用することができるトーチの略図である。
【図１（ｂ）】本発明の１つの実施形態に従って使用することができるトーチの略図である。
【図２】本発明の他の実施形態に従って使用することができるＩＣＰトーチ装置の略図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従って使用することができるＭＩＰトーチ装置の略図である。
【図４】図１（ａ）および（ｂ）の装置について使用することができる工程を示すフローチャートである。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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