(57)【要約】【課題】水素火炎を用いた処理によって膜の表面の改質を行なう。特に、形成された膜を必要に応じて親水性もしくは撥水性とする。【解決手段】基板１００上に第１膜１０３を形成した後、第１膜１０３に、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を熱源とした処理を施すことにより第１膜１０３の表面を改質する。より具体的には、火炎中の水酸基ラジカル（ＯＨ*）により、第１膜１０３の表面を親水性にする、もしくは、フッ素化合物が火炎により分解されることにより生じた生成物（例えばＣＦ3*）により、第１膜１０３の表面を撥水性にする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１膜を形成した後、前記第１膜に、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源とした処理を施すことにより、前記第１膜の表面を改質することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記処理は、前記火炎により、前記第１膜の表面を親水性にする処理であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記処理は、前記火炎中の水酸基ラジカル（ＯＨ*）により、前記第１膜の表面を親水性にする処理であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記処理は、前記火炎の内炎を前記第１膜に接触させて行う処理であることを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記処理は、フッ素化合物ガスを含有する雰囲気中で行われ、前記第１膜の表面を撥水性にする処理であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記処理は、前記混合ガスに、さらにフッ素化合物ガスを添加して行われ、前記第１膜の表面を撥水性にする処理であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記処理は、
供給口が火炎の近傍に形成された前記ガスバーナーを用いた処理であって、
前記供給口よりフッ素化合物ガスを供給しつつ行われ、前記第１膜の表面を撥水性にする処理であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記処理は、前記火炎の外炎を前記第１膜に接触させて行なう処理であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記処理は、
排気口が火炎の近傍に形成された前記ガスバーナーを用いた処理であって、
前記排気口より火炎により生じた反応活性種を吸引しつつ行われ、前記第１膜の表面を改質する処理であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記処理は、前記ガスバーナーの火炎を前記基板上に対し相対的に走査することによって行われることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
半導体装置を有する電子機器の製造方法であって、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法を有する電子機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法、特に、半導体装置の製造過程で形成される膜等の表面処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、半導体膜、絶縁膜および導電性膜等の積層構造を有する。従って、これらの膜の表面状態を制御することが重要である。また、これらの膜のみならず、これらの膜をパターニングする際に形成されるフォトレジスト膜等の表面状態を制御することも重要である。
【０００３】
例えば、下記特許文献１（国際公開番号ＷＯ９５／１８２４９号公報）には、大気圧またはその近傍の圧力下で、所定の放電用ガス中に予め含まれる活性種や被処理材の表面に塗布された有機物の解離等による活性種によって被処理材の表面に有機物の重合膜を形成する技術が開示され、この有機物または放電用ガスのガス種を様々に選択し、または様々に組み合わせることによって、被処理材の表面に用途に応じて撥水性、親水性、高硬度の被膜を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ９５／１８２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、半導体装置の研究・開発に従事しており、半導体装置の製造過程における各種処理の精度を向上させるべく、形成される膜やフォトレジスト膜等の表面状態の最適化について検討している。
【０００５】
具体的には、形成される膜やフォトレジスト膜等に表面処理を施し、例えば、その表面を親水性や撥水性とすることで、処理（例えば洗浄やエッチング）の精度を向上させ、また、その上層に積層される膜の成膜性や密着性を向上させる。
【０００６】
膜の表面処理に関しては、上記特許文献１に記載の方法があるが、かかる方法では、放電用ガス（プラズマ雰囲気）を利用しているため、装置が高価となる。また、大面積の基板を処理するためには、大きな装置を必要とするため、各種ガスの供給量が多くなりコストが増大するといった問題が生じ得る。
【０００７】
一方、本発明者らは、追って詳細に説明する水素火炎を用いた装置および処理に関する研究・開発を行っており、当該処理の半導体装置への適用、応用に関し鋭意検討を重ねている。水素火炎処理とは、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源とした処理をいう。
【０００８】
そこで、本発明は、水素火炎を用いた処理によって膜の表面の改質を行なうことを目的とする。特に、形成された膜を必要に応じて親水性もしくは撥水性とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に第１膜を形成した後、前記第１膜に、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源とした処理を施すことにより、前記第１膜の表面を改質することを特徴とする。
【００１０】
前記処理は、例えば、前記火炎により、前記第１膜の表面を親水性にする処理である。
【００１１】
前記処理は、例えば、前記火炎中の水酸基ラジカル（ＯＨ*）により、前記第１膜の表面を親水性にする処理である。
【００１２】
前記処理は、例えば、前記火炎の内炎を前記第１膜に接触させて行う。
【００１３】
前記処理は、例えば、フッ素化合物ガスを含有する雰囲気中で行われ、前記第１膜の表面を撥水性にする処理である。
【００１４】
前記処理は、例えば、前記混合ガスに、さらにフッ素化合物ガスを添加して行われ、前記第１膜の表面を撥水性にする処理である。
【００１５】
前記処理は、例えば、供給口が火炎の近傍に形成された前記ガスバーナーを用いた処理であって、前記供給口よりフッ素化合物ガスを供給しつつ行われ、前記第１膜の表面を撥水性にする処理である。
【００１６】
前記処理は、例えば、前記火炎の外炎を前記第１膜に接触させて行なう。
【００１７】
前記処理は、例えば、排気口が火炎の近傍に形成された前記ガスバーナーを用いた処理であって、前記排気口より火炎により生じた反応活性種を吸引しつつ行われ、上記第１膜の表面を改質する処理である。
【００１８】
上記処理は、より好ましくは、上記ガスバーナーの火炎を上記基板上に対し相対的に走査することによって行われる。
【００１９】
（２）本発明に係る電子機器の製造方法は、半導体装置を有する電子機器の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法を有する。電子機器とは、本発明にかかる半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はないが、例えば、半導体装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、ＰＨＳ、ＰＤＡ、電子手帳、ＩＣカードなど、記憶装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施の形態では、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーを用いて基板上に形成された膜の表面の改質を行う。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００２２】
１）半導体製造装置
まず、本実施の形態の半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置について図１〜図９を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態の半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置の構成例を示す図である。図１において、水タンク１１には純水が蓄えられおり、電気分解槽（電気分解装置）１２に水を供給する。水は電気分解槽１２によって電気分解されて水素ガス及び酸素ガスに分離される。分離された水素ガス及び酸素ガスはガスコントローラ１５に供給される。ガスコントローラ１５はコンピュータシステムと調圧弁、流量調整弁、各種センサ等によって構成されており、予め設定されたプログラムに従って下流のガスバーナー２２に供給する水素ガス及び酸素ガス（混合ガス）の供給量、供給圧力、両ガスの混合比等を調整する。
【００２４】
また、ガスコントローラ１５は図示しないガス貯蔵タンクから供給される、水素ガス（Ｈ2）、酸素ガス（Ｏ2）を更に前述の混合ガスに導入し、ガスバーナー２２に供給する。これにより、混合ガスの水素および酸素の混合比（混合比率）を水（Ｈ2Ｏ）の化学量論組成比（Ｈ2：Ｏ2＝２ｍｏｌ：１ｍｏｌ）からずらし、水素過剰（水素リッチ）あるいは酸素過剰（酸素リッチ）な混合ガスを得る。
【００２５】
また、ガスコントローラ１５は、図示しないガス貯蔵タンクから供給される、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ2）等の不活性ガスを更に上記混合ガスに導入することができる。これにより、ガスバーナー２２の火炎温度（燃焼温度）や火炎状態の制御を行っている。
【００２６】
上述した水タンク１１、電気分解槽１２およびガスコントローラ１５は燃料（原料）供給部を構成する。
【００２７】
ガスコントローラ１５の下流には閉空間を形成するチャンバー（処理室）２１が配置されている。チャンバー２１には、熱処理の火炎を発生するガスバーナー２２、処理対象の基板（半導体基板やガラス基板等）１００を載置してガスバーナー２２に対して相対的に移動可能とするステージ部５１等が配置されている。
【００２８】
チャンバー２１内の雰囲気は、これに限定されないが、例えば、内部圧力が大気圧〜０．５ＭＰａ程度、内部温度が室温〜１００℃程度に設定可能なよう構成されている。チャンバー２１内の気圧を所望状態に保つために、前述のアルゴンなどの不活性ガスをチャンバー２１内に導入することができる。
【００２９】
ステージ部５１はパーティクル防止のために基板を載置した台を一定速度で移動する機構が設けられている。また、急激な温度差等による基板１００のヒートショックを防止するため、基板１００の載置台に加熱（予熱）や冷却を行う機構が設けられており、外部の温度調節部５２によってこの温度制御がなされる。加熱には電気ヒーター機構、冷却には冷却ガスや冷却水を用いる冷却機構などが用いられる。
【００３０】
図２は、半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す平面図である。図２に示すように、図１の半導体製造装置のガスバーナー２２はステージ部５１の幅（図示の上下方向）よりも大きい長手部材によって形成され、ステージ部５１の幅より広い幅の火炎を放射できる。ガスバーナー２２の長手方向と直交する方向（図中の矢印方向）にステージ部５１を移動することにより、あるいはガスバーナー２２を移動することによって、ガスバーナー２２が基板１００を走査するように構成されている。
【００３１】
図３は、半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す断面図である。図３に示すように、ガスバーナー２２は、混合ガスを燃焼室に導出するガスの出口穴が設けられた導気管２２ａ、導気管２２ａを囲む遮蔽器２２ｂ、遮蔽器２２ｂによって囲まれて混合ガスが燃焼する燃焼室２２ｃ、燃焼ガスが遮蔽器２２ｂから外方に出る出口となるノズル２２ｄ、導気管２２ａに設けられた混合ガスの流出口２２ｅなどによって構成されている。
【００３２】
ノズル２２ｄと基板１００とのギャップ（距離）を広く設定すると、燃焼ガスがノズルから放出される際に圧力が低下する。ノズル２２ｄと基板１００とのギャップをせまく設定する（しぼる）と、燃焼ガスの圧力低下が抑制され、圧力は高くなる。従って、ギャップを調整することによってガス圧力を調整することができる。加圧によって水蒸気アニール、水素リッチアニール、酸素リッチアニールなどを促進することができる。各種アニールは混合ガスの設定によって選択可能である。図中には、水蒸気（Ｈ2Ｏ蒸気）の噴出の様子を示す。
【００３３】
後述するように、混合ガスの流出口２２ｅを複数あるいは線状に形成することによって、ガスバーナー２２の燃焼室２２ｃの火炎（トーチ）形状を線状（長尺の火炎）、複数のトーチ状等にすることができる。ガスバーナー２２近傍の温度プロファイルは流出口２２ｅや遮蔽器２２ｂのノズル２２ｄ等の設計により、好ましくは、火炎の走査方向において矩形となるように設定される。
【００３４】
図４は、半導体製造装置のガスバーナー部の第１構成例を示す図である。図４（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、図４（Ｂ）はガスバーナー２２の長手方向における部分断面図を示し、図４（Ｃ）はガスバーナー部を模式的に示した見取り図である。これらの図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００３５】
この例では、導気管２２ａを囲むように遮蔽器２２ｂが形成されている。遮蔽器２２ｂの下方がノズル２２ｄとなっており、導気管２２ａの下方（ノズル２２ｄ側）にガス流出口２２ｅが線状（長穴）に設けられている。なお、直線状のガス流出口２２ｅの各部位の流出量を同じにするために穴の幅を場所に応じて変えるようにしてもよい。
【００３６】
図５は、半導体製造装置のガスバーナー部の第２構成例を示す図である。ガスバーナー２２の他の構成例を示している。図５（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、図５（Ｂ）はガスバーナー２２の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００３７】
この例では、導気管２２ａを囲むように遮蔽器２２ｂが形成されている。遮蔽器２２ｂの下方がノズル２２ｄとなっており、導気管２２ａの下方（ノズル２２ｄ側）に複数のガス流出口２２ｅが等間隔で設けられている。この構成では燃焼室のガス密度を一様とし、ノズル２２ｄから外部に流れるガス流量を均一にするために、導気管２２ａを例えば図示の左右方向に適宜移動可能なように構成されている。なお、導気管２２ａを固定とし、ガス流出口２２ｅの各部位の流出量を同じにするために、必要によりガス流出口２２ｅの間隔を場所に応じて変えるようにしてもよい。
【００３８】
図６は、半導体製造装置のガスバーナー部の第３構成例を示す図である。図６（Ａ）はガスバーナー２２の短手方向における断面図、図６（Ｂ）はガスバーナー２２の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図３と対応する部分には同一符号を付している。
【００３９】
この例でも、導気管２２ａを囲むように遮蔽器２２ｂが形成されている。遮蔽器２２ｂの下方がノズル２２ｄとなっており、導気管２２ａの側面に複数のガス流出口２２ｅが螺旋状に等間隔で設けられている。この構成では燃焼室のガス密度を一様とし、ノズル２２ｄから外部に流れるガス流量を均一にするために、導気管２２ａを図中の矢印のように回転可能に構成している。
【００４０】
図７は、ノズルの高さと流出ガスの圧力との関係を示す図である。図７（Ａ）に示すように、基板１００の表面からノズル２２ｄを離間させることによって流出燃焼ガスの圧力を下げることができる。また、図７（Ｂ）に示すように、基板１００の表面にノズル２２ｄを接近させることによって流出燃焼ガスの圧力を上げることができる。
【００４１】
図８は、ノズルの形状および角度と流出ガスの圧力との関係を示す図である。図８に示すように、ノズル２２ｄの形状や姿勢の調整（例えば、流出口の形状や基板に対する角度の調整）により流出ガス圧力を調整することができる。この例では、図８（Ａ）に示すように、ノズル２２ｄの流出口形状を片側に開放した形状としている。このため、ガスバーナー２２が直立した状態では流出燃焼ガスの圧力を下げることができる。また、図８（Ｂ）に示すように、ガスバーナー２２を回動あるいは傾斜させると、基板１００の表面にノズル２２ｄの流出口が接近して流出燃焼ガスの圧力を上げることができる。
【００４２】
図９は、ノズルと導気管との距離と流出ガスの圧力との関係を示す図である。図９に示すように、導気管２２ａと遮蔽器２２ｂとの相対的な位置関係を可変としてノズル２２ｄから流出する燃焼ガスの温度を調整することができる。例えば、導気管２２ａが遮蔽器２２ｂ内でノズル２２ｄに向かって進退可能である構造にして、燃焼室２２ｃを移動し、熱源とノズル２２ｄ間の距離を変えることが可能となる。また、熱源と基板間との距離の調整が可能となる。
【００４３】
従って、図９（Ａ）に示すように、導気管２２ａがノズル２２ｄに相対的に接近する場合にはノズル２２ｄから流出する燃焼ガスは相対的に高温になる。また、図９（Ｂ）に示すように、導気管２２ａがノズル２２ｄから相対的に離間する場合にはノズル２２ｄから流出する燃焼ガスは相対的に低温になる。
【００４４】
このような構造は、ガスバーナー２２と基板１００間のギャップを変えることなく、流出燃焼ガスの温度を調整することを可能とし、具合がよい。もちろん、ガスバーナー２２と基板間のギャップを変えて基板温度を調整してもよい。もちろん、ガスバーナー２２と基板間のギャップを変えて、更に、導気管２２ａと遮蔽器２２ｂとの相対的な位置関係を調整してガス温度を調整する構成とすることができる。また、ガスバーナー２２の基板に対する走査速度を変えることにより基板温度を調整することができる。
【００４５】
なお、図４〜図９に示したガスバーナーの構造は、これらを適宜に組み合わせることが可能である。
【００４６】
例えば、図７に示す構成と図９に示す構成とを組み合わせることができる。図７に示すガスバーナー２２全体を基板１００に対して接近あるいは離間する構成としてノズル２２ｄと基板１００間のギャップを調整可能とし、基板１００の温度（例えば、表面温度）を調節する。更に、図９に示したようにガスバーナー２２内の導気管２２ａをノズル２２ｄに向かって進退可能とすることによって基板１００の温度を微調節する。これによって、基板１００の温度を目標とする熱処理温度とすることがより容易となる。
【００４７】
また、図７と図８に示す構成を組み合わせることができる。ガスバーナー２２全体を基板１００に対して接近あるいは離間する構成としてノズル２２ｄと基板１００間のギャップを調整可能とし（図７参照）、基板１００の表面温度や火炎の圧力を調節する。更に、ガスバーナー２２全体の基板１００に対する姿勢を調整することによって基板１００の表面温度や火炎の圧力を調節する（図８参照）。
【００４８】
また、図７と図８と図９に示す構成を組み合わせることができる。ガスバーナー２２全体を基板１００に対して接近あるいは離間する構成としてノズル２２ｄと基板１００間のギャップを調整可能とし、基板１００の表面温度や火炎の圧力を粗調節する（図７参照）。更に、ガスバーナー２２全体の基板１００に対する姿勢を調整することによって基板１００表面の火炎の圧力を調節する（図８参照）。更に、ガスバーナー２２内の導気管２２ａをノズル２２ｄに向かって進退可能とすることによって基板１００の表面温度を微調節する（図９参照）。かかる構成により、より正確な熱処理が可能となる。
【００４９】
また、図示していないが、ガスバーナー２２の遮蔽板２２ｂを可動式として、ノズル２２ｄの開口（流出口、絞り）をガスバーナー２２の走査方向において広狭に変更可能とすることができる。それにより、ガスバーナー２２の走査方向における基板１００の被処理部部分の暴露時間、基板１００の熱処理の温度プロファイル、熱処理温度、火炎圧などを調整することが可能となる。
【００５０】
以上説明した半導体製造装置においては、基板を横切るような長尺のガスバーナーを備えるので、窓ガラスのような大面積の基板の熱処理を行うことができる。また、燃料となる水素と酸素を水の電気分解によって得ることができるので、ガス材料の入手が容易でランニングコストが安価である。
【００５１】
また、上記半導体製造装置においては、ガスバーナー２２は、遮蔽器２２ｂを設けたが、遮蔽器２２ｂを用いず、ガスバーナー２２を外気にさらした状態で処理を行ってもよい。また、上記半導体製造装置においては、遮蔽器２２ｂから燃焼ガスが噴出している場合について説明したが、遮蔽器２２ｂから火炎が出るよう調整してもよい。
【００５２】
また、基板に対する処理は、燃焼ガスによる処理でも、火炎を直接接触させる処理でもよい。これらの処理の制御は、各処理の条件毎に適宜設定することができる。
【００５３】
特に、火炎は、還元性の強い内炎（還元炎）と酸化性の強い外炎（酸化炎）とを有し、いずれを基板に接触させるかによって、処理条件に応じた設定をすることができる。また、内炎は比較的低温（５００℃程度）であり、外炎は、高温（１４００〜１５００℃程度）である。内炎と外炎との間は、さらに高温で１８００℃程度となる。従って、処理条件に応じた設定をすることができる。
【００５４】
また、熱処理工程において、水素と酸素の混合比及び供給量を適宜に設定することによって還元雰囲気（水素リッチ）あるいは酸化雰囲気（酸素リッチ）を容易に設定できる。
【００５５】
また、燃料となる水素と酸素を水の電気分解によって得るので、水（Ｈ2Ｏ）の化学量論組成比である２ｍｏｌ：１ｍｏｌの水素及び酸素の混合ガスを容易に得ることができ、この混合ガスに別途酸素もしくは水素を添加することで、還元雰囲気（水素リッチ）あるいは酸化雰囲気（酸素リッチ）を容易に設定できる。
【００５６】
また、火炎温度の調整も容易である。更に、必要により不活性ガスを導入し、もしくは原料ガスの流量を調整して火炎状態（温度、ガス圧力など）を調整することができる。
【００５７】
また、ガスバーナーのノズル形状などを調整することによって所望の温度プロファイルを得ることが容易である。
【００５８】
このようなガスバーナーを用いた処理は、生産性が高く、また、安価に処理を行うことができる。また、火炎の原料ガスが水素や酸素など、クリーンなエネルギーであり、主生成物が水であるため、環境負荷（環境破壊）を低減できる。
【００５９】
２）半導体装置の製造方法
次に、前述した半導体製造装置を使用した半導体装置の製造方法について図１０〜図１１６を参照しながら説明する。図１０〜図１２、図１４および図１５は、本実施の形態の膜の表面改質工程（半導体装置の製造方法）を示す工程断面図である。
【００６０】
＜親水処理＞
まず、図１０を参照しながら、膜の親水処理（表面改質処理）について説明する。図１０（Ａ）に示すように、ガラス基板（石英基板、基板、透明基板、絶縁性基板）１００上に第１膜（被処理膜、被処理材）１０３を形成する。
【００６１】
次いで、ステージ部５１に基板１００を搭載し、第１膜１０３に対し、図１０（Ｂ）に示すように、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を走査する。この際、図２等を参照しながら説明したように、ガスバーナー２２をステージ部５１の幅よりも大きい長手部材によって構成し、基板１００の幅より広い幅の火炎を放射（走査）することで、大面積の基板であっても高速に処理をすることができる。また、親水処理（親液処理）の均一性を向上させることができる。
【００６２】
ここで、かかる処理により第１膜１０３の表面が親水性を有する理由について説明する。即ち、発明者の検討によれば、火炎中もしくは火炎の周囲には、原料ガス（Ｏ2、Ｈ2）や燃焼による生成物であるＨ2Ｏ（水蒸気）の他、酸素ラジカル（Ｏ*）、水素ラジカル（Ｈ*）、水酸基ラジカル（ＯＨ*）等が存在すると考えられる。これらのラジカルは、例えば、火炎の熱エネルギーにより原料ガスや水蒸気が分解したもの、もしくは反応中間物のラジカル化等により発生すると考えられる。
【００６３】
このうち、第１膜１０３の表面と水酸基ラジカル（ＯＨ*）の反応により、第１膜１０３の表面に水酸基（−ＯＨ）が付着し、その表面が親水性となると考えられる。図１０（Ｃ）に第１膜１０３の表面状態を模式的に示す。
【００６４】
このように、本実施の形態によれば、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を用いることで、比較的容易に低コストにて第１膜１０３表面の親水処理を行なうことができる。
【００６５】
この際、図１１に示すように、ガスバーナー２２の外周に余剰ラジカルを吸引する吸気ノズル（吸気口、排気口）２５を設けてもよい。この吸気ノズル２５は、ガスバーナー２２と連動して移動可能に設置される。また、この吸気ノズルは、例えば、減圧ポンプと接続され、吸気（排気）速度を調整できるよう構成されている。
【００６６】
このような排気システムを、製造装置に加え、ガスバーナー２２の外周の余剰ラジカル（反応活性種）を吸引する。即ち、前述したように、火炎中もしくは火炎の周囲には、原料ガス（Ｏ2、Ｈ2）や燃焼による生成物であるＨ2Ｏ（水蒸気）の他、酸素ラジカル（Ｏ*）、水素ラジカル（Ｈ*）、水酸基ラジカル（ＯＨ*）等が多数存在する。これらのラジカルは反応活性種であるため、第１膜１０３の材質によっては、第１膜１０３の表面に水酸基（−ＯＨ）が付着（置換）する反応のみならず、第１膜１０３自身の分解反応や酸化反応まで引き起こす可能性がある。従って、この吸気ノズル２５によって、火炎周辺のラジカル量を制御することで、第１膜１０３の表面に対し親水処理（親水反応）を優先的に起こさせる。
【００６７】
ここで、第１膜１０３には、火炎の内炎が接触するよう制御することが好ましい。内炎には、反応活性種が多く存在するからである。もちろん、第１膜１０３の材質（融点等）によっては、火炎を当該膜から離間することにより、その温度や反応活性種量を調整してもよい。
【００６８】
また、基板１００の走査速度は、１０ｍｍ／ｓ〜２ｍ／ｓの範囲で調整することが可能である。この基板１００の走査速度によって、基板１００や第１膜１０３に対する熱負荷を調整することができる。
【００６９】
次いで、その表面が親水性となった第１膜１０３に対し、各種処理を施す。もしくは、第１膜１０３上に他の膜を形成する。
【００７０】
＜撥水処理＞
次いで、図１２〜図１５を参照しながら、膜の撥水処理（表面改質処理）について説明する。図１２（Ａ）に示すように、ガラス基板１００上に第１膜１０３を形成する。
【００７１】
次いで、図１２（Ｂ）に示すように、第１膜１０３に対し、水素及び酸素の混合ガスにさらに、フッ素化合物ガス（例えばＣＦ4）を添加したガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を走査する。この際、図２等を参照しながら説明したように、ガスバーナー２２をステージ部５１の幅よりも大きい長手部材によって構成することにより、基板１００の幅より広い幅の火炎を放射（走査）することで、大面積の基板であっても高速に処理をすることができる。また、親水処理の均一性を向上させることができる。
【００７２】
例えば、フッ素化合物ガスとしてＣＦ4（四フッ化炭素）を添加した場合、このＣＦ4は、図１３の反応式に示すように、火炎のエネルギーにより順次解離（分解）し、最終的にはフッ素ラジカル（Ｆ*）となる。なお、フッ素化合物ガスとしては、ＣＦ4の他のＣｘＦｙ（フッ化炭素、フルオロカーボン）や、ＳＦ4、ＣＦ3Ｂｒ、ＣＨＦ3等のハイドロフルオロカーボンなどを用いてもよい。
【００７３】
ここで、第１膜１０３の表面が撥水性を有する理由について説明する。発明者の検討によれば、火炎中もしくは火炎の周囲には、原料ガス（Ｏ2、Ｈ2）や燃焼による生成物であるＨ2Ｏ（水蒸気）の他、酸素ラジカル（Ｏ*）、水素ラジカル（Ｈ*）、水酸基ラジカル（ＯＨ*）等が存在すると考えられる。さらに、この場合、ＣＦ4を添加したので、ＣＦ3*やＦ*などが生ずると考えられる。
【００７４】
このうち、第１膜１０３の表面とフッ素系のラジカル（ＣＦ3*やＦ*）の反応により、第１膜１０４の表面がフッ素コートされ、撥水性となると考えられる。
【００７５】
このように、本実施の形態によれば、水素及び酸素の混合ガスにさらにフッ素化合物ガスを添加したガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を用いることで、比較的容易に低コストにて撥水処理（疎水処理、撥液処理）を行なうことができる。
【００７６】
この際も図１１に示したように、ガスバーナー２２の外周に余剰ラジカルを吸引する吸気ノズル（孔）２５を設けてもよい。この吸気ノズル２５は、ガスバーナー２２と連動して移動可能に設置される。また、この吸気ノズルは、例えば、減圧ポンプと接続され、吸気（排気）速度を調整できるよう構成されている。
【００７７】
このような排気システムを、製造装置に加え、ガスバーナー２２の外周に余剰ラジカル（反応活性種）を吸引することができる。即ち、前述したように、火炎中もしくは火炎の周囲には、原料ガス（Ｏ2、Ｈ2）や燃焼による生成物であるＨ2Ｏ（水蒸気）の他、酸素ラジカル（Ｏ*）、水素ラジカル（Ｈ*）、水酸基ラジカル（ＯＨ*）の他、フッ素系のラジカル（ＣＦ3*やＦ*）も存在する。このＦ*は、反応性が高く、第１膜１０３の材質によっては、第１膜１０３自身の分解反応（気化反応）まで引き起こす可能性がある。従って、この吸気ノズル２５によって、火炎周辺のラジカル量を制御することで、第１膜１０３の表面の撥水処理（撥水反応）を優先的に起こすことができる。
【００７８】
次いで、その表面が撥水性となった第１膜１０３に対し、各種処理を施す。もしくは、第１膜１０３上に他の膜を形成する。
【００７９】
次いで、図１４を参照しながら、他の撥水処理（表面改質処理）工程について説明する。図１２を参照しながら説明した上記撥水処理においては、水素及び酸素の混合ガスにさらに、フッ素化合物ガスを添加したガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を用いたが、図１に示すチャンバー２１内にフッ素化合物ガスを供給し、フッ素化合物ガスが含まれる雰囲気下において、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を用いて処理を行ってもよい。
【００８０】
例えば、図１４に示すように、ＣＦ4やＣ2Ｆ6等のフッ素化合物ガスをパージしたチャンバー２１内に第１膜１０３が形成された基板１００を配置し、この第１膜１０３に対し、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナー２２の火炎を走査する。このフッ素化合物ガスとしては、上記の他、他のＣｘＦｙ（フッ化炭素、フルオロカーボン）や、ＳＦ4、ＣＦ3Ｂｒ、ＣＨＦ3等のハイドロフルオロカーボンなどを用いてもよい。
【００８１】
かかる処理においても、第１膜１０３の表面とフッ素系のラジカル（ＣＦ3*やＦ*）の反応により、第１膜１０３の表面がフッ素コートされ、撥水性となる。
【００８２】
このように、チャンバー２１内にフッ素化合物ガスを供給して処理を行うことにより、フッ素化合物雰囲気により間接的に火炎周辺にフッ素化合物ガスを導入することになり、その結果、フッ素コート材としてより有効なＣＦ3*等を効率的に供給することができる。
【００８３】
即ち、図１３の反応式に示したように、フッ素化合物ガス（例えばＣＦ4）は、火炎のエネルギーにより順次解離（分解）し、最終的にはフッ素ラジカル（Ｆ*）となる。しかしながら、撥水性（フッ素コート）反応材としては、Ｆ*よりＣＦ3*の方がより良く、Ｆ*まで解離してしまうと、Ｆ*が第１膜１０３の分解反応等に寄与し却って効率が悪くなる。従って、火炎周辺にフッ素化合物ガスを間接的に導入することで、完全解離を低減し、例えばＣＦ3*濃度を向上させることで、撥水処理効率を向上させることができる。
【００８４】
また、火炎周辺にフッ素化合物ガスを間接的に導入するための方法として、図１５に示すように、ガスバーナー２２の外周にフッ素化合物ガスを供給する供給ノズル（供給口）２７を設けてもよい。この供給ノズル２７は、ガスバーナー２２と連動して移動可能に設置される。また、この供給ノズル２７は、例えば、ガスコントローラ１５（図１参照）と接続され、ガス供給速度を調整できるよう構成されている。このようなガス供給システムを、製造装置に加えることで、フッ素化合物ガスを間接的に導入するにしても、その導入効率を向上させ、また、使用するフッ素化合物ガス量を低減することができる。
【００８５】
このように、フッ素化合物ガスを火炎周辺に間接的に導入することで、効率よく撥水処理を行うことができる。
【００８６】
ここで、第１膜１０３の撥水処理の際には、火炎の外炎が接触するよう制御することが好ましい。外炎は、内炎と比較し燃焼温度が低く、１５００℃以下である。このように、反応性に富むフッ素系のガスを用いる場合には、外炎を用いることが望ましい。もちろん、火炎を第１膜１０３から離間することにより、その温度や反応活性種量を調整してもよい。
【００８７】
また、基板１００の走査速度は、１０ｍｍ／ｓ〜２ｍ／ｓの範囲で調整することが可能である。この基板１００の走査速度によって、基板１００や第１膜１０３に対する熱負荷を調整することができる。
【００８８】
次いで、その表面が親水性となった第１膜１０３に対し、各種処理を施す。もしくは、第１膜１０３上に他の膜を形成する。
【００８９】
＜具体的処理例＞
次いで、第１膜を親水もしくは撥水処理した後の具体的処理について説明する。
【００９０】
（１）例えば、第１膜１０３として酸化シリコン膜を形成し、その表面に上記火炎を用いた親水処理を施す。次いで、酸化シリコン膜を水洗浄することで、その表面の洗浄効率を向上させることができる。
【００９１】
また、第１膜１０３としてフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィーを行った後、不要となったフォトレジスト膜をアッシングにより除去し、その後、その表面に上記火炎を用いた親水処理を施す。次いで、基板表面を水洗浄することで、フォトレジスト膜の残渣や破片を効率良く除去することができる。
【００９２】
（２）また、例えば、第１膜１０３として、酸化シリコン膜を形成し、その表面に上記火炎を用いた撥水処理を施す。次いで、その上部に高次シラン組成物の溶液を塗布し、熱処理（乾燥、焼成）を行うことで、第１膜１０３上に第２膜としてシリコン膜を形成する。このように、半導体装置においては、高次シラン組成物の溶液を用いてシリコン膜を形成する、また、有機金属化合物溶液を用いて金属酸化物（導電性を有するものを含む）を形成する等、液体材料を用いた処理が行われる。
【００９３】
このような場合、塗布する溶液が下地となる第１膜１０３の表面に馴染みやすくなるよう（濡れ性を向上させるよう）第１膜１０３の表面を親水もしくは撥水処理することが望ましい。このように、濡れ性を向上させることで、第１膜１０３の上層の膜の成膜性を良くし、また、密着性を向上させることができる。
【００９４】
（３）この他、最上層配線の保護膜（絶縁膜）からの露出部であるボンディングパッドにワイヤーボンディングを行う際、その密着性を向上させるべく、あらかじめ、ボンディングパッド部に上記火炎を用いた親水処理を施してもよい。
【００９５】
この場合、最上層配線を構成する導電性膜の表面を親水処理し、その上部に保護膜を形成した後、ボンディングパッド部を開口してもよいし、また、保護膜形成後に、ボンディングパッド部にのみ上記火炎処理を施すことで親水処理を施してもよい。後者の場合、ポイント火炎（例えば１０ｍｍ程度の直系のガスバーナーから照射される火炎）を用いれば、ボンディングパッド部のみに選択的に火炎を照射することができる。また、ボンディングパッド部を含む保護膜全体にライン火炎（図２等参照）を照射してもよい。また、ポイント火炎を用いれば、パターニング後の最上層配線に沿って火炎を走査（描画）するよう処理を施すことも可能である。
【００９６】
（４）また、図１６に示すインクジェット記録式ヘッドのノズルプレート４０の第１面（キャビティ３１ａ側、インク側）に上記親水処理を施し、第２面（裏面、吐出側）に上記撥水処理を施してもよい。図１６は、インクジェット記録式ヘッドの構成例を示す断面図である。図示するように、インクジェット記録式ヘッドは、ノズルプレート４０と、その上部に形成され、圧力室（キャビティ、圧力発生室）３１ａを有する基板３１と、その上部に形成された振動板（弾性膜）３３と、その上部に形成された圧電素子ＰＥとを有する。圧力室３１ａは、基板（例えば、シリコン基板）３１に形成された凹部であり、その底部にはノズルプレート４０に形成されたノズル孔４０ａが位置する。振動板３３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜よりなる。また、圧電素子ＰＥは、圧力室３１ａ側から、第１電極３５、圧電体膜３７および第２電極３９の積層構造を有する。例えば、これら電極部への電位の印加によって圧電体膜３７を歪ませ、圧力室３１ａを加圧することで、その内部の液体（インク）を圧力発底部のノズル孔４０ａから外部に吐出させる。
【００９７】
例えば、このようなインクジェット記録式ヘッドのノズルプレート（例えばＳＵＳ材料等のステンレス材料よりなる）４０の第１面（圧力室３１ａ側、表面）に上記親水処理を施し、第２面（吐出側、裏面）に上記撥水処理を施すことにより、インクが第２面に回りこむことによる吐出量のばらつきを低減でき、また、インクの飛び散りを抑制することができる。
【００９８】
以上は、親水および撥水処理を行う一例に過ぎず、本実施の形態は、親水処理や撥水処理が必要な種々の工程に広く適用可能である。
【００９９】
特に、ガラス基板上に形成される半導体装置の製造工程においては、ガラス基板が、熱による応力を受けやすく、歪や割れが生じやすい。従って、本実施の形態の火炎によれば、チャンバー全体を高温にする必要がないため、ガラス基板全体に加わる熱応力を低減しつつ、所望の親水もしくは撥水処理を行うことができる。
【０１００】
また、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本実施の形態の半導体装置の製造に用いられる半導体製造装置の構成例を示す図
【図２】半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す平面図
【図３】半導体製造装置のガスバーナー部の構成例を示す断面図
【図４】半導体製造装置のガスバーナー部の第１構成例を示す図
【図５】半導体製造装置のガスバーナー部の第２構成例を示す図
【図６】半導体製造装置のガスバーナー部の第３構成例を示す図
【図７】ノズルの高さと流出ガスの圧力との関係を示す図
【図８】ノズルの形状および角度と流出ガスの圧力との関係を示す図
【図９】ノズルと導気管との距離と基板温度との関係を示す図
【図１０】本実施の形態の膜の表面改質工程（半導体装置の製造方法）を示す工程断面図
【図１１】本実施の形態の膜の表面改質工程（半導体装置の製造方法）を示す工程断面図
【図１２】本実施の形態の膜の表面改質工程（半導体装置の製造方法）を示す工程断面図
【図１３】ＣＦ4はの分解反応を示す図
【図１４】本実施の形態の膜の表面改質工程（半導体装置の製造方法）を示す工程断面図
【図１５】本実施の形態の膜の表面改質工程（半導体装置の製造方法）を示す工程断面図
【図１６】インクジェット記録式ヘッドの構成例を示す断面図
【符号の説明】
【０１０２】
１１…水タンク、１２…電気分解槽、１５…ガスコントローラ、２１…チャンバー（処理室）、２２…ガスバーナー、２２ａ…導気管、２２ｂ…遮蔽器、２２ｃ…燃焼室、２２ｄ…ノズル、２２ｅ…流出口、２５…吸気ノズル、２７…供給ノズル、３１…基板、３１ａ…圧力室、３３…振動板、３５…第１電極、３７…圧電体膜、３９…第２電極、４０…ノズルプレート、４０ａ…ノズル孔、ＰＥ…圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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