(57)【要約】      （修正有）【課題】高温に加熱しても、コイルの形状が変形しないホットワイヤ部を使用するホットワイヤ装置、また、高密度の原子状ガス流を実現する遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えたホットワイヤ装置を提供する。【解決手段】金属ワイヤからなるホットワイヤ部の加熱表面に水素ガスを接触させ、水素ガスを原子状水素に分解するホットワイヤ装置において、ホットワイヤ部を、コイル径の小さい内側コイル部１とコイル径の大きい外側コイル部２を直列接続した二重コイル型（径の異なる２個のコイルをコイルの中心軸を合わせて構成）構造としている。ホットワイヤ部を遠隔輸送型原子状ガス発生部に装填することにより、高密度の原子状水素ガス流を生成する。ホットワイヤ部の材料には、タングステン、レニウム・タングステン、イリジウム、タンタル、白金、白金・ロジウムの中から選ばれる一種類が用いられる。【選択図】図１（ａ）
2016092377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ワイヤからなるホットワイヤ部を加熱した表面に水素ガスやその他の反応ガスを接触させ、水素ガスやその他の反応ガスによる原子状ガスを生成するホットワイヤ装置において、前記ホットワイヤ部を二重以上の偶数重コイル（コイル径の異なる各コイルの中心軸を一致させた構造）で構成したことを特徴とするホットワイヤ装置。
【請求項２】
前記ホットワイヤ部を装填した遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えるホットワイヤ装置であって、
前記遠隔輸送型原子状ガス発生部をホットワイヤ電極部とガス輸送ユニットとで構成し、
第１の結合部材を含む電流導入端子に前記ホットワイヤ部を装着して前記ホットワイヤ電極部を構成し、
また、第２の結合部材を含むガス導入部と、第３の結合部材を含むガス輸送管とで前記ガス輸送ユニットを構成し、
さらに、前記ホットワイヤ電極部を前記ガス輸送ユニット中に挿入し、両者を気密固定して前記遠隔輸送型原子状ガス発生部を構成し、
このとき、前記ホットワイヤ部を成す偶数重コイルの中心軸とガス輸送管の中心軸とが略一致するように構成したことを特徴とする前記遠隔輸送型原子状ガス発生部を備える請求項１記載のホットワイヤ装置。
【請求項３】
前記のホットワイヤ部を二重コイルで構成し、前記二重コイルの内側コイル部は外側コイル部よりもコイルの巻き数が多いことを特徴とする請求項１または２記載のホットワイヤ装置。
【請求項４】
前記のホットワイヤ部を二重コイルで構成し、前記二重コイルの内側コイル部の線径は外側コイル部の線径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のホットワイヤ装置。
【請求項５】
前記のホットワイヤ部の材料に、タングステン、レニウム・タングステン、イリジウム、タンタル、白金、白金・ロジウムの中から選ばれる一種類を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のホットワイヤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温度に加熱した金属ワイヤに水素ガス等の反応ガスを接触させ、高温度金属の触媒作用により、水素ガス等の反応ガスを分解して、原子状ガスを発生するホットワイヤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種センサやアクチュエータなどＭＥＭＳに代表されるマイクロシステム分野において、読み取り回路や制御回路など最先端ＬＳＩとMEMSのウェハーレベルの接合により、パッケージ化を含む一体化処理するプロセスの実用化が進んでいる。ＬＳＩ基板とＭＥＭＳ基板を接合する際の課題として、配線金属や金属バンプ接合など金属表面・界面に存在する酸化物による高抵抗化と気密シール性の劣化があり、従来、接合直前のギ酸処理により、金属表面の酸化物の除去・清浄化が行われてきた。この方法は、接合界面における酸化銅が２００℃以上でギ酸により還元されるもので、ギ酸処理後の銅表面は活性が高く、再酸化しやすいので、ギ酸処理のためのチャンバと接合プロセスチャンバを直結する連続処理工程とする必要があり、装置コストやメンテナンス、生産管理などに大きな制約を伴うという問題点があった。
【０００３】
そこで、LSIとMEMSの一体化による高機能・多機能システムを実現するキープロセス技術として、金属表面の酸化膜除去後の再酸化までの時間を延ばせる金属表面処理・清浄化プロセスの方法を確立できれば、金属表面処理・洗浄化プロセスと接合プロセスを分離することができるので、ＭＥＭＳ産業上にとって大きなメリットがある。
【０００４】
タングステンなどの高融点金属ワイヤを２０００℃〜３０００℃の高温に通電加熱した状態で、水素分子ガスを導入すると、加熱金属表面で原子状水素が生成し、水素気流中に放出されることが知られている。この原子状水素は、室温〜２００℃程度の温度で多くの金属酸化物を還元することができるので、これを用いた金属表面の清浄化プロセスは、クリームはんだ接続や銅バンプ接合などの表面の低抵抗化処理技術として用いられる。また、原子状水素で処理した後の金属表面は、水素により安定化されているので、大気中環境に放置しても、きれいな状態が保たれる。ＭＥＭＳ／ＬＳＩの一体化接合におけるウェハーレベルのパッケージ製造工程に適用してウェハー表面に原子状水素処理を施した後、別の接合装置に移しても金属―金属接合が良好になされ、信頼性が確保できている。  
【０００５】
図６は、従来の一般的なホットワイヤ装置２００の模式概略断面図である。以下では、ホットワイヤ装置で使用される、原子状ガス生成用の高融点金属ワイヤを「ホットワイヤ部」と呼称する。図示のように、真空チャンバ２０１内に直線状のホットワイヤ部もしくは直線状に巻かれた単一コイル型のホットワイヤ部２５０が設置されている。ホットワイヤ部で発生した原子状ガスが当たる位置にウェハー基板２０３を設置した構成になっている。このとき、ウェハー基板はホットプレート２０２に取り付けられている。また、真空チャンバ内にはガス流を整えるための整流円筒２０８を設けており、使用済のガスは真空排気口２０５から排出される。
【０００６】
以下、金属酸化膜を還元するホットワイヤによる処理プロセスを説明する。金属のホットワイヤ部を通電加熱により、２０００℃〜３０００℃の高温に加熱し、ホットワイヤ部に接触するように水素ガス送気部２０７より水素分子を流入して原子状水素を生成するのが一般的である（例えば、特許文献１と２）。しかし、ウェハー基板上の金属表面酸化物が原子状水素により還元され、その際に、Ｈ２Ｏなど酸素をふくむ分子が発生し、これらがチャンバ内を拡散する結果、加熱中のホットワイヤ部にも到達し、ホットワイヤ部を損傷する可能性がある。また、ホットワイヤ部から損傷した部材成分が微粒子となり、チャンバ内に飛散・拡散し、装置内壁やウェハー基板表面に付着する可能性がある。このような微粒子がウェハー基板の接合界面に付着、介在する結果、ＭＥＭＳ／ＬＳＩのウェハーレベルパッケージなどでは電気的接続不良と同時に、気密シールの不良が発生し、これらが製品歩留りを低下させる原因となっている。  
【０００７】
Ｈ２Ｏなどの酸素を含む分子が、ホットワイヤ部へ拡散するのを防ぐ手段として、図７に示すように、ホットワイヤ部設置空間とウェハー基板設置空間を分離した構造の遠隔輸送型ホットワイヤ装置が提案されている（例えば、非特許文献１）。以下では、図７に示すホットワイヤ装置を用いた金属還元のプロセス処理の概要を説明する。遠隔輸送型ホットワイヤ装置は、遠隔輸送型原子状ガス発生部３３０と処理チャンバ３５０とで構成されている。遠隔輸送型原子状ガス発生部３３０は、ガス導入部３０１と石英ガラス管４１０、および石英ガラス管の中に給電ロッド４０１を介して装填されている単一コイル型のホットワイヤ部４００とで構成されている。石英ガラス管４１０の外側には石英外筒管４１１があり、二重管構造となっている。石英ガラス管４１０と石英外筒管４１１との間の空間に冷却水を流して石英ガラス管４１０を冷却している。
【０００８】
ガス導入口３０２から流入した水素ガスは、石英ガラス管４１０内を流れホットワイヤ部４００で原子状水素を発生する。石英ガラス管４１０を使用してホットワイヤ部４００による発熱領域を構成し、原子状の水素が発生する位置とウェハー基板３０６の位置を十分に隔離し、ホットワイヤ部のコイル状ワイヤ周辺を吹き抜ける原子状水素気流が概略粘性流領域となり、原子状水素やＨ２Ｏなどの酸素を含む分子を水素気流でウェハー基板３０６方向に一定の速度で流し、真空排気口３０７から排気することで、Ｈ２Ｏなどの酸素を含む分子のホットワイヤ部への接触を防止し、また、ホットワイヤ部からの基板への輻射加熱が大幅に低減し、かつ、ホットワイヤ部周辺の外囲器を水冷することで、より低基板温度で原子状水素還元の処理が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２４３７１２
【特許文献２】特開２０１０−２５８０４７
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】田中康基、熊野勝文、江刺正喜、田中秀治、“加熱タングステン触媒体を用いた遠隔輸送型原子状水素源の開発”第６０回応用物理学会春季学術講演会，講演予稿集，２７ｐ−B６−２，０１−０５７（２０１３年３月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の遠隔輸送型ホットワイヤ装置においては、以下に述べる新たな問題点がある。図８（ａ）は、従来の単一コイル型ホットワイヤ部４００を石英管４１０内に装填した状態を示す概略模式側面図である。図中の４２０は、ホットワイヤ部を給電ロッドなど（図示せず）に接続するためのワイヤ接続部品である。図８（ａ）は、ホットワイヤ部を通電加熱する前の状態を示している。一方、図８（ｂ）には、上記のホットワイヤ部を２０００℃〜３０００℃近くに通電加熱した後のホットワイヤ部の形状を示す。ホットワイヤ部は熱膨張により弓なりに変形し、軸ずれを起こしている。
【００１２】
その結果、変形したホットワイヤ部４００の一部が石英ガラス管４１０の内壁に接触し、ワイヤ温度の低下と、ガラス管壁の破損という不良が発生していた。図８（ｃ）は、通電加熱後のホットワイヤ部の外観写真である。上記の不良を解消するために、ホットワイヤ部と石英ガラス管等の外囲器との間隙を広げ、ホットワイヤ部の発熱領域の温度を低めになるよう制限して使ってきたが、結果的に気流中の原子状水素濃度が低下して、金属の還元処理を効果的に行うことができなくなるという問題点があった。
【００１３】
本発明の目的は、高温に加熱しても変形しないコイル構成のホットワイヤ部を持つホットワイヤ装置を提供するものである。また、本発明は、特に遠隔輸送型のホットワイヤ装置に上記ホットワイヤ部を装着することにより、ホットワイヤ部の発熱領域の温度を十分に上げることを可能とし、これにより高密度の原子状ガス流を実現するホットワイヤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１は、金属ワイヤからなるホットワイヤ部を加熱した表面に、水素ガスやその他の反応ガスを接触させ、水素ガスやその他の反応ガスによる原子状ガスを生成するホットワイヤ装置において、前記のホットワイヤ部を二重以上の偶数重コイル（コイル径の異なる各コイルの中心軸を一致させた構造）で構成したことを特徴とするホットワイヤ装置である。例えば上記のホットワイヤ部は、コイル直径の小さい内側コイル部とコイル直径の大きい外側コイル部を直列接続によって連結した二重コイル型（コイル径が異なる２個のコイルを、コイルの中心軸を合わせて構成した構造を持つ）の形態である。
【００１５】
上記の多重コイル構造のホットワイヤ部は、加熱によるコイル形状の変化が極めて少なくなることを見出した。また、上記構造のホットワイヤ部は、内側コイル部と外側コイル部の各々のコイルの中心軸を合わせた同軸状の多重コイル構造であり、上記構造では、外側コイル部は内側コイル部の熱放散を抑制するように機能するので、内側コイル部の温度を、より高くすることができ、四重以上の偶数重の多重コイル形式によるホットワイヤ部においても、同様の効果が得られる。なお、上記のコイルの巻き線形状は円形に限定されることはなく、例えば、楕円形や矩形であってもよい。
【００１６】
本発明の第２は、上記の発明の第１で用いられているホットワイヤ部を装着した「遠隔輸送型原子状ガス発生部」を備えるホットワイヤ装置である。上記の遠隔輸送型原子状ガス発生部は、ホットワイヤ電極部とガス輸送ユニットとで構成されている。上記のホットワイヤ電極部は、上記のホットワイヤ部を第１の結合部材を含む電流導入端子に装着したものであり、上記のガス輸送ユニットへの着脱が容易な構造となっている。さらに、上記のガス輸送ユニットは、第２の結合部材を含むガス導入部と第３の結合部材を含むガス輸送管とで構成され、さらには、上記のホットワイヤ電極部を上記のガス輸送ユニット中に挿入して、両者を結合部材を用いて気密固定して前述の遠隔輸送型原子状ガス発生部を構成する。このときに、上記のホットワイヤ部を成す偶数重コイルの中心軸と上記のガス輸送管の中心軸とが略一致するようにホットワイヤ電極部を配置している。なお、ここでいう結合部材とは、例えば、気密シール用ガスケットなどを備えた取り付けフランジなどを指す。
【００１７】
前述の遠隔輸送型原子状ガス発生部においては、ガス輸送管の中心軸に多重コイルの中心軸を合わせるように多重コイルが配置されており、多重コイルでは、外側コイルに囲まれて内側コイルが配置されている。さらには、ホットワイヤ部（上記の同軸状の偶数重の多重コイル）はガス輸送管で周囲を囲われているので、導入したガス流の中心部に高温領域を形成することが可能となる。これにより、高密度の原子状ガスを、ほぼ粘性流としてウェハー基板（処理すべきサンプル）まで輸送することが可能となる。さらにまた、ホットワイヤ部の変形やガス輸送管の損傷がなくなるので、ウェハー基板へのダスト微粒子の付着を回避することが可能となり、ＬＳＩ基板とＭＥＭＳ基板との電気的な接続工程や封止工程の歩留まりを改善できる。
【００１８】
本発明の第３は、前記のホットワイヤ部を二重コイルで構成し、前記二重コイルの内側コイル部は外側コイル部よりもコイルの巻き数が多いことを特徴とする、前記の発明の第１または第２に記載したホットワイヤ装置である。上記のホットワイヤ部を用いると、高密度の原子状ガス流を得ることができ、かつ、ウェハー基板上に異物付着の少ない、高性能な遠隔輸送型ホットワイヤ装置（遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えるホットワイヤ装置）が得られる。内側コイル部と外側コイル部からなる多重構造を採ることにより、通電加熱した熱による形状の変形が極めて少ないままの形態で、発熱量を内側コイル部の内部領域に閉じ込めることができ、コイル中心部の温度が、より高くなるように調整できる。
【００１９】
本発明の第４は、前記のホットワイヤ部を二重コイルで構成し、前記二重コイルの内側コイル部の線径は外側コイル部の線径よりも小さいことを特徴とする、前記の発明の第１または第２に記載したホットワイヤ装置である。上記のホットワイヤ部では、内側コイル部のワイヤの素線の直径が外側コイル部のそれよりも細くなっているので、内側・外側コイルの電気抵抗値の差により、通電加熱した時の発熱量を内側コイル部の温度が、より高くなるように調整することが可能になる。これにより、高密度の原子状ガス流を得ることができ、かつ、ウェハー基板上に異物付着の少ない、高性能な遠隔輸送型ホットワイヤ装置（遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えるホットワイヤ装置）が得られる。
【００２０】
本発明の第５は、前記ホットワイヤ部の材料に、タングステン、レニウム・タングステン、イリジウム、タンタル、白金、白金・ロジウムの中から選ばれる一種類を用いたことを特徴とする、上記本発明の第１から第４のいずれか一つに記載したホットワイヤ装置である。ホットワイヤ装置に使用できる金属としては、２０００℃以上の融点を有する必要がある。白金やロジウムの融点は、２０００℃未満であるが、これらの金属は水素ガスを分解する触媒作用が強いので、この用途に対しては２０００℃未満でも使用することが可能である。
【００２１】
なお、本発明のホットワイヤ装置のガス導入部の前段には、極力、脱水・脱酸素処理装置を設けることが望ましい。これは、ホットワイヤ装置で使用する導入ガス中に水分や酸素が含まれると、これらが２０００℃〜３０００℃近くに通電加熱されたホットワイヤ部を損傷するからである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、高温に加熱しても変形しないコイル構成のホットワイヤ部を持つホットワイヤ装置が実現できる。また、上記ホットワイヤ部を装着した遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えたホットワイヤ装置においては、ホットワイヤ部の発熱領域の温度を十分に上げることが可能になる。これにより高密度の原子状ガス流を実現するホットワイヤ装置が得られる。上記のホットワイヤ装置を、例えば原子状水素還元処理に用いれば、ＬＳＩ／ＭＥＭＳのウェハーレベルパッケージ工程における電極間接続、チップ−電極間接続、パッケージ封止などの歩留まりを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１（ａ）】実施例１の形態に係るホットワイヤ装置用の二重コイル型ホットワイヤ部の概略を説明するための模式的な側面図である。
【図１（ｂ）】実施例１の形態に係るホットワイヤ装置用の二重コイル型ホットワイヤ部の形態を実例で説明するための光学写真である。
【図１（ｃ）】実施例１の形態に係るホットワイヤ装置用の二重コイル型ホットワイヤ部の形態を実例で説明するために、これを約2000℃に加熱した状態の光学写真である。
【図２】実施例２の形態に係るホットワイヤ装置用の二重コイル型ホットワイヤ部の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図３】実施例３の形態に係るホットワイヤ装置用の二重コイル型ホットワイヤ部を装着したホットワイヤ電極部の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図４（ａ）】実施例４に係るガス輸送ユニットの概略模式断面図である。
【図４（ｂ）】実施例４に係る遠隔輸送型原子状ガス発生部の概略模式断面図である。
【図５】実施例５に係る遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えたホットワイヤ装置の概略模式断面図である。
【図６】従来のホットワイヤ装置の形態の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図７】従来の遠隔輸送型ホットワイヤ装置の形態の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図８（ａ）】従来の遠隔輸送型ホットワイヤ装置用の単一コイル型ホットワイヤ部の概略を説明するための模式的な側面図である。
【図８（ｂ）】従来の遠隔輸送型ホットワイヤ装置用の単一コイル型ホットワイヤ部を高温加熱した後のホットワイヤ部の形態概略を説明するための模式的な側面図である。
【図８（ｃ）】従来の遠隔輸送型ホットワイヤ装置用の単一コイル型ホットワイヤ部を約２０００℃に加熱した後のホットワイヤ部の外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【実施例１】
【００２５】
図1に、本発明のホットワイヤ装置で用いるホットワイヤ部の一例を示す。図１(a)は、ホットワイヤ部１０を二重コイル型で構成したときの概略模式側面図である。図１(a)では、コイルの素線を単なる細線で表した簡略な模式描画としている。線径０．６ｍｍのタングステン線を使用して、コイル直径１０ｍｍの内側コイル部１と、コイル直径１５ｍｍの外側コイル部２のそれぞれの中心軸が一致するよう合わせて、両コイルが直列接続になるように巻いてホットワイヤ部１０を作成した。この二重コイル型ホットワイヤ部１０のコイル長は約５０ｍｍである。
【００２６】
図１（ｂ）は、図１(a)に示した二重コイル型ホットワイヤ部の通電加熱をする前の外観写真である。図1(c)は、図１(b)に示す二重コイル型ホットワイヤ部１０の通電加熱中の外観写真である。ホットワイヤ装置の内径３０ｍｍの石英ガラス管の内部に上記ホットワイヤ部を装着し、真空中で、２０００〜３０００℃に通電加熱した。図１(c)は約２０００℃の通電加熱状態で撮影した二重コイル型ホットワイヤ部の光学写真である。通電加熱中は輝度が高く、直接、肉眼で確認できないので、二重の光学フィルタを使用して撮影したものである。
【００２７】
上記の通電加熱を行った後も、二重コイル型ホットワイヤ部の形状は通電加熱前の形状（図１（ｂ））を保っていることが確認できた。すなわち、内側コイル部、外側コイル部ともに大きな反りや長さ方向の変形が生じていないことを確認した。さらにまた、図１（ｂ）と（ｃ）との対比から、上記の通電加熱による高温状態においてもコイル形状は原形を保っていることを確認できた。したがって、本実施例による二重コイル型ホットワイヤ部１０の構成は極めて効果的な構造であることが判った。
【００２８】
ホットワイヤ部表面で導入ガス（例えば、水素）が接触し分解して出来た原子状ガスは、高温になるほど発生量が多くなるので、ホットワイヤ部の熱量の輻射損失の低減が重要である。２０００℃を超える温度では通常、注入電力の殆どが輻射損失として消費されるが、多重コイル型のホットワイヤ部の更なる効果として、同じ電力量で内側コイル部の表面の平衡温度が外側コイル部よりも上がることである。すなわち、内側コイル部と相対する外側コイル部との間に局所的輻射平衡に近い状態を作ることができる結果、内側コイル部の通電加熱エネルギーの輻射損が抑えられ、その分、内側コイル部の温度が上昇することになる。
【００２９】
さらにまた、内側コイル巻数１２ターンと外側コイル巻数７ターンの形態で、内側コイル部のコイルの巻き数を外側コイル部のそれよりも多くすることで、内側コイル部に密集して高温領域を作ることができる。結果の一例として、外側コイル部温度が２０００℃程度の温度領域で内側コイル部の内部温度をさらに３００℃程度、高めることが可能となった。
【実施例２】
【００３０】
図２に、本発明のホットワイヤ装置で用いるホットワイヤ部に関する別の実施例を示す。図２は、本実施例に係る二重コイル型ホットワイヤ部２０の概略模式側面図であり、前出の図１（ａ）と同様の簡略な描画形式により描いている。図示の内側コイル部３を線径０．５ｍｍのタングステン線を使用してコイル直径１０ｍｍの内側コイル部３を作成した。また、線径０．８ｍｍのタングステン線を使用してコイル直径１５ｍｍの外側コイル部４を作成し、上記２つのコイル部端をコイル接続部品５で接続した構成により長さ５０ｍｍを持つ二重コイル型ホットワイヤ部２０を作成した。内側・外側コイル部の巻き数が同じであっても、内側コイル部の線径が細いのでコイル抵抗が高くなり発熱量が多くなる。また、本ホットワイヤ部の内部は外側コイル部によって囲まれているので、内側の熱が逃げない構造により、内側コイル部に高温部を作りやすい構成ができるようになった。
【実施例３】
【００３１】
図３は、本発明のホットワイヤ装置で用いるホットワイヤ電極部３０の実施例を示す概略模式断面図である。ホットワイヤ電極部３０は「処理チャンバ」や、後述する「遠隔輸送型原子状ガス発生部」の主要構成要素である「ガス輸送ユニット」に取り付けて使用される。図示のようにホットワイヤ電極部３０は、気密性を有する電流導入端子３７を備える取り付けフランジ３９を持ち、また、二重コイル型ホットワイヤ部１０をワイヤ接続部品３１、３２により銅製の給電ロッド３５、３６に接続・固定して構成されている。ホットワイヤ部１０は高温加熱で使うので消耗してゆき、交換頻度が高い部品なので、これをホットワイヤ電極部３０としてユニット化することにより、処理チャンバなどの本体からの着脱が容易になる「交換部品」の形態とすることができた。これにより、ホットワイヤ部の迅速な交換が可能となった。
【実施例４】
【００３２】
次に、本発明のホットワイヤ装置で用いる「遠隔輸送型原子状ガス発生部」について、図４（ａ）、（ｂ）を用いて以下に説明する。図４（ａ）は、遠隔輸送型原子状ガス発生部の主要構成要素である「ガス輸送ユニット」の概略模式断面図である。また、図４（ｂ）は、本発明のホットワイヤ装置で用いる遠隔輸送型原子状ガス発生部の概略模式断面図である。
【００３３】
図４（ａ）に示すガス輸送ユニット６０は、図４（ｂ）に示す「遠隔輸送型原子状ガス発生部」の主要構成要素であり、実施例３で述べた「ホットワイヤ電極部」を本実施例のガス輸送ユニットに装着すれば、図４（ｂ）に示す「遠隔輸送型原子状ガス発生部」を構成できる。ガス輸送ユニット６０は、ガス導入口４１を持つガス導入部４０とガス輸送管５０とで構成されており、両者は取り付けフランジ４３、５５とで結合されている。ガス輸送管５０は石英ガラス管５１と、その外側に石英外筒管５２を設けた二重管構造になっている。石英ガラス管５１と石英外筒管５２との間の空間に冷却水を流して石英ガラス管５１を冷却している。５３は冷却水の出入口である。
【００３４】
一方、図４（ｂ）に示すように、上記の「ガス輸送ユニット６０」（図４（ａ））に実施例３で述べた「ホットワイヤ電極部３０」（図３）を取り付けフランジで結合して、遠隔輸送型原子状ガス発生部７０を構成している。このとき、二重コイル型ホットワイヤ部１０のコイル中心軸とガス輸送管５０の口径中心軸が一致するようにホットワイヤ部１０が配置されている。ガス導入口４１から導入されたガスは、ガス導入部４０を通ってガス輸送管５０に流れ込み、ホットワイヤ部１０で原子状ガスが発生する。ここで発生した高濃度の原子状ガスは、ガス輸送管５０内を粘性流に近い形で末端の吹き出しノズル５９から送出される。なお、上記の遠隔輸送型原子状ガス発生部７０にガスを導入するに際しては、ガス導入経路の前段には、極力、脱水・脱酸素処理のためのガス純化装置を設けることが望ましい。
【実施例５】
【００３５】
図５は、実施例４で述べた遠隔輸送型原子状ガス発生部７０（前出の図４（ｂ）参照）を備えた、本発明によるホットワイヤ装置１００の形態の概略を説明するための模式的な断面図である。図示のように、処理チャンバ９０には遠隔輸送型原子状ガス発生部７０が取り付けフランジを介して取り付けられている。以下では、本装置１００を原子状水素による還元処理に用いる場合を例として説明する。
【００３６】
ガス導入口４１から導入された水素ガスはガス輸送管５０内に流れ込み、高温に加熱されている二重コイル型ホットワイヤ部１０で原子状水素が発生する。この原子状水素を含む水素ガスはガス輸送管内を下流側に流れてゆき、ガス輸送管の末端部（吹き出しノズル５９）から処理チャンバ内に送出される。一方、還元処理をすべきウェハー基板９６は、ワークホルダー９５の上にセットされ、吹き出しノズル５９と対面するように配置されている。
【００３７】
吹き出しノズル５９から吹き出した原子状水素ガスを含む気流は、処理チャンバ内の整流板９１と整流部品９３により流れが整流されたのち、ウェハー基板９６に到達する。その結果、ウェハー基板表面の金属酸化膜が還元・除去される。処理後の排ガスは真空排気口９７から排気される。なお、整流用ガス入口９８から整流用ガス（Ａｒなどの不活性ガス）を流すことにより、さらに整流作用を高めることができる。
【００３８】
上記の実施例で述べた本発明のホットワイヤ装置は、遠隔輸送型原子状ガス発生部７０を備えている。上記の遠隔輸送型原子状ガス発生部においては、ガス輸送管を構成する細管（本例では石英ガラス管）内を粘性流として流れる水素は、管内にある高温のホットワイヤ部と接触して原子状水素を発生し、これが処理チャンバに流れて拡散しながらウェハー基板上を通って真空排気される。この流れによる圧力勾配の存在によって、原子状水素処理プロセスによるウェハー基板から発生する水分・有機物などの反応生成分子は、ホットワイヤ部へ逆拡散しなくなる。これにより、ホットワイヤ部からの異物発生がなくなった。また、通電加熱によるホットワイヤ部の劣化が少なくなった。
【００３９】
また、この図には記載していないが、原子状ガス発生部７０と処理チャンバ９０との間に真空隔壁バルブを設けることによって、ホットワイヤ電極部３０の取り換えをし易くすることができる。この形態をとると、ウェハー基板の処理室である処理チャンバ内を真空に保ったまま、ホットワイヤ部１０の交換を行うことができるようになり、装置のメンテナンス時間の低減、装置性能の安定化および処理異物の低減を図れる効果があることを付言する。
【００４０】
以上述べてきた遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えたホットワイヤ装置（以下、単に「遠隔輸送型ホットワイヤ装置」と呼ぶ。）で使用している「多重コイル型ホットワイヤ部」は、従来の単一コイル型ホットワイヤ部のものと比べ、熱による形状変形が極めて少なく、局部に高温部が実現できる。また、ホットワイヤ部の使用寿命も従来に比べてはるかに長くすることができた。また、従来のホットワイヤ装置２００（図６参照）のホットワイヤ部を設置する形態に比べ、本発明による遠隔輸送型ホットワイヤ装置では、単一の吹き出しノズルをもつ原子状ガス源としての「遠隔輸送型原子状ガス発生部」を処理チャンバの外部に設ける形態をとっているので、装置全体の構成がコンパクトに実現できる特徴がある。
【００４１】
さらに、本発明の上記遠隔輸送型ホットワイヤ装置では、用いているホットワイヤ部の通電加熱前後でのコイル形状の変化が極めて少ないので、原子状ガス発生部を構成するホットワイヤ部とこれを取り囲む円筒状のガス輸送管との隙間を極めて狭くする構造を採ることが可能となった。これにより、装置に導入する水素などの反応ガス気流はホットワイヤ部と充分に接触することが可能になり、高密度の原子状ガス流をコンパクトに形成することが実現できるようになった。また、処理するウェハー基板をホットワイヤ部から適切な距離をとって配置することができ、かつ、水冷機能をもつガス輸送管を用いているのでウェハー基板の温度上昇を抑制することができる。
【００４２】
さらには、一個のホットワイヤ部を持つ、遠隔輸送型ホットワイヤ装置において、原子状ガス発生部の吹き出しノズルからのガス流を処理チャンバ内に導くにあたり、処理するウェハー基板サイズに適したガス流の制御が必要になる。本発明の装置では、図５に示したガス整流部品などを使ってガス流を最適化することによって、小片ウェハーサイズからφ１２インチウェハー基板までの実用サイズ基板に対応する装置を提供することができた。
【実施例６】
【００４３】
以上の実施例１〜５に述べたホットワイヤ部の金属材料として、タングステンの他に、レニウム・タングステン、イリジウム、タンタル、白金、白金・ロジウムの中から選ばれる一種類を使用することができ、これにより原子状ガスの発生が可能となる。
【００４４】
（付記）
上記の実施例１〜５に述べたホットワイヤ部のコイル形状は、円形だけに限定されるものではなく、楕円形や矩形の形状とすることもできる。また、実施例４、５で述べたガス輸送管の材質は石英ガラスに限定されるものではなく、発生した原子状ガスが失活しにくい非金属材料を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の「遠隔輸送型原子状ガス発生部を備えるホットワイヤ装置」を使用すれば、小片ウェハーサイズからφ１２インチウェハー基板までの実用サイズ基板対応の処理プロセスが可能である。小型部品から大型部品の表面処理を行う生産装置として、これらに対応した製造装置を適宜、産業分野に提供できる。また、上記の本発明の装置で用いる反応ガスを薄膜成長や薄膜加工に適したガス種とすることにより、本発明のホットワイヤ装置を成膜や加工のプロセスに応用できることを付言する。
【符号の説明】
【００４６】
１、３・・・内側コイル部
２、４・・・外側コイル部
５・・・コイル接続部品
１０、２０・・・二重コイル型ホットワイヤ部
３１、３２・・・ワイヤ接続部品
３７・・・電流導入端子
３９・・・取り付けフランジ
４０・・・ガス導入部
４１・・・ガス導入口
５０・・・ガス輸送管
５１・・・石英ガラス管
５２・・・石英外筒管
５９・・・吹き出しノズル
６０・・・ガス輸送ユニット
７０・・・遠隔輸送型原子状ガス発生部
９０・・・処理チャンバ
９１・・・整流板
９３・・・整流部品
９５・・・ワークホルダー
９６・・・ウェハー基板
９７・・・真空排気口
１００・・・遠隔輸送型ホットワイヤ装置
２００、３００・・・従来のホットワイヤ装置
【図１（ａ）】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図１（ｂ）】
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【図１（ｃ）】
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【図８（ｃ）】
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