JP2004031511A - 大気圧下での基板の連続処理装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ処理から改質処理までの一連の基板処理を大気圧下で効率良く連続して実施できる大気圧下での基板の連続処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明による大気圧下での基板の連続処理装置は、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けたことを特徴としている。また本発明による大気圧下での基板の連続処理方法は、大気圧チャンバ内において、複数ヘッド型の大気圧プラズマヘッドを用い放電ガスと処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、引き続いて固体レーザー装置を用い、プラズマ処理した基板にレーザー光を照射して表面のアニールを行うことを特徴としている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明による大気圧下での基板の連続処理装置は、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けたことを特徴としている。また本発明による大気圧下での基板の連続処理方法は、大気圧チャンバ内において、複数ヘッド型の大気圧プラズマヘッドを用い放電ガスと処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、引き続いて固体レーザー装置を用い、プラズマ処理した基板にレーザー光を照射して表面のアニールを行うことを特徴としている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイの製造や半導体の製造を含む電子素子の製造に用いられ得る大気圧下での基板の連続処理装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧プラズマ処理装置は、一般的には、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガス及び処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成されている。
【０００３】
従来の大気圧プラズマ処理装置では、通常単一のプラズマヘッドが設けられ、線状のプラズマを発生させ、被処理物を何回も往復させることにより処理している。そのため、処理時間が非常に長くなり、処理の効率が悪く、しかも処理コストが高くつくという問題がある。
【０００４】
また、このようなプラズマ処理した基板は通常改質処理が必要なため、別個に用意したアニ−ル処理装置に入れ、処理している。しかし、プラズマ処理した基板を別個のアニ−ル処理装置で処理することは、それに使用する装置が大掛かりとなるだけでなく、作業に手間がかかり、処理効率及び作業効率の上で問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、プラズマ処理から改質処理までの一連の基板処理を大気圧下で効率良く連続して実施できる大気圧下での基板の連続処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による大気圧下での基板の連続処理装置は、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガスと処理ガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けたことを特徴としている。
【０００７】
本発明による装置においては、好ましくは、大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置に対して処理すべき基板を連続して移動できるように構成され得る。
【０００８】
また、本発明による大気圧下での基板の連続処理方法は、大気圧チャンバ内において、複数ヘッド型の大気圧プラズマヘッドを用い放電ガスと処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、引き続いて固体レーザー装置を用い、プラズマ処理した基板にレーザー光を照射して表面のアニールを行うことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態による大気圧下での基板の連続処理装置を示している。図示装置において、１は大気圧チャンバで、この大気圧チャンバ１内には、大気圧プラズマヘッド２が処理すべき基板３の通過領域に対向して配置されている。処理すべき基板３は搬送系４上を所定の方向に連続して搬送され得る。大気圧プラズマヘッド２はマッチング回路装置５を介して高周波交番電源６に接続されている。高周波交番電源６は励起周波数１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚ（マイクロ波）の電力を大気圧プラズマヘッド２に印加するようにされている。また大気圧プラズマヘッド２には、導管７、マスフローメーター８、９及びバルブ１０、１１を介して放電ガス源１２及び処理ガス源１３がそれぞれ接続されている。なお、大気圧チャンバ１は図示していない適当なガス排出手段に接続されるポート１４を備えている。
【００１０】
また、大気圧チャンバ１には、固体レーザー装置１５が大気圧プラズマヘッド２に並置して設けられている。この固体レーザー装置１５はエキシマレーザ発生装置１６で発生されたエキシマレーザを搬送系４上の基板３の表面に照射してアニ−ル処理するようにされている。
【００１１】
大気圧プラズマヘッド２は、図２及び図３に詳細に示すように、ヘッド本体１７を有し、このヘッド本体１７に１０本の互いに隣接して平行にのびる断面円形の通路１８が設けられ、各通路１８内には棒状電極１９が同軸に配置されている。各棒状電極１９は導線２０及びマッチング回路装置５を介して高周波交番電源６に接続されている。なおヘッド本体１７はアースされている。
【００１２】
また、各通路５には、その軸線方向に沿って開口部すなわちノズル２１が形成されている。そして各通路５には放電ガス源１２及び処理ガス源１３からバルブ１０、１１、マスフローメーター８、９及び導管７を介して放電ガス及び処理ガスが供給される。これにより棒状電極１９と各通路１８を画定しているヘッド本体１７との間の放電によってプラズマが生成され、図２に符号２２で示すようにそれぞれのノズル２１を介して大気圧チャンバ１内の処理すべき基板３に向って放出され、基板３の通過領域に平面状の一様なプラズマ領域が形成される。
【００１３】
このように構成した図示装置の動作について説明する。
大気圧プラズマヘッド２における電極に高周波交番電源６から１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷの交番電力を印加し、放電ガス源１２及び処理ガス源１３からバルブ１０、１１及びマスフローメーター８、９を介してＨｅガス、ＳｉＨ４をそれぞれ流量１５０ｓｌｍ、３ｓｌｍに調整して混合し、導管６を通って大気圧プラズマヘッド２に導入し、複数のガスノズル２１から吹出させ、石英基板３に作用するガスをプラズマで解離させ、水素化シリコン膜を厚さ２４０μｍまで処理した。直径３００ｍｍの石英基板４枚の処理に要した時間は４分であった。
【００１４】
比較例として、単一ヘッドを用いて、上記と同じ条件で処理した場合には 基板３を厚さ２４０μｍまで処理するのに要した時間は６０分であった。その比較結果を表１に示す。
【００１５】
表１
この表からわかるように図示構造の装置はプラズマ処理に関して従来方式のものに比べて１５倍の処理速度が得らる。
【００１６】
次に、大気圧プラズマヘッド２を用いてプラズマ処理した基板に対して連続してアニ−ル処理する実施例について説明する。
基板温度４００℃で膜厚１５００オングストロームのアモルファスシリコン膜に固体レーザー装置１５を用いてエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ２のエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ、パルス幅１７ｍｓｅｃ、レーザービームサイズ１５０Ｘ３ｍｍ）を照射した。その結果、最大粒径約５０００オングストロームのポリシリコン膜ができた。ｎチャネルのキャリア移動度は２１０〜１８０ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、ｐチャネルののキャリア移動度は１０５〜８０ｃｍ２／Ｖｓｅｃであった。
【００１７】
ところで、図示処理装置においては大気圧プラズマヘッド２はヘッド本体１７に１０本の互いに隣接して平行にのびる断面円形の通路１８を設けた構成としているが、平面状プラズマを形成できる構造であれば任意の他の形式のものを使用することができる。
【００１８】
ところで、本発明は、エッチング、ＣＶＤ、ドーピング、酸化・窒化、クリーニング、アッシング、表面改質、接合等に応用できる。
【００１９】
また図１〜図３に示す実施の形態では、単一ヘッド本体に１０本のガス放出ノズルを設けているが、複数のヘッド本体に別個にヘッドを設けることも可能である。
【００２０】
さらに、図示実施の形態では、大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置を固定配置し、プラズマ処理すべき基板を移動するように構成しているが、代わりに、大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置を移動可能にし、基板を静止配置するようにすることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガスと処理ガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けているので、基板のプラズマ処理及び改質処理を効率的にしかも連続して行うことができ、その結果、基板の処理コストを大幅に低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による大気圧下での基板の連続処理装置の構成を示す概略線図。
【図２】図１に示す装置における大気圧プラズマへツドの構造を示す概略横断面図。
【図３】図２の矢印Ａ−Ａに沿った概略縦断面図。
【符号の説明】
１：大気圧チャンバ
２：大気圧プラズマヘッド
３：処理すべき基板
４：搬送系
５：マッチング回路装置
６：高周波交番電源
７：導管
８：マスフローメーター
９：マスフローメーター
１０：バルブ
１１：バルブ
１２：放電ガス源
１３：処理ガス源
１４：ポート
１５：固体レーザー装置
１６：エキシマレーザ発生装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイの製造や半導体の製造を含む電子素子の製造に用いられ得る大気圧下での基板の連続処理装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧プラズマ処理装置は、一般的には、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガス及び処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成されている。
【０００３】
従来の大気圧プラズマ処理装置では、通常単一のプラズマヘッドが設けられ、線状のプラズマを発生させ、被処理物を何回も往復させることにより処理している。そのため、処理時間が非常に長くなり、処理の効率が悪く、しかも処理コストが高くつくという問題がある。
【０００４】
また、このようなプラズマ処理した基板は通常改質処理が必要なため、別個に用意したアニ−ル処理装置に入れ、処理している。しかし、プラズマ処理した基板を別個のアニ−ル処理装置で処理することは、それに使用する装置が大掛かりとなるだけでなく、作業に手間がかかり、処理効率及び作業効率の上で問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、プラズマ処理から改質処理までの一連の基板処理を大気圧下で効率良く連続して実施できる大気圧下での基板の連続処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による大気圧下での基板の連続処理装置は、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガスと処理ガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けたことを特徴としている。
【０００７】
本発明による装置においては、好ましくは、大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置に対して処理すべき基板を連続して移動できるように構成され得る。
【０００８】
また、本発明による大気圧下での基板の連続処理方法は、大気圧チャンバ内において、複数ヘッド型の大気圧プラズマヘッドを用い放電ガスと処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、引き続いて固体レーザー装置を用い、プラズマ処理した基板にレーザー光を照射して表面のアニールを行うことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態による大気圧下での基板の連続処理装置を示している。図示装置において、１は大気圧チャンバで、この大気圧チャンバ１内には、大気圧プラズマヘッド２が処理すべき基板３の通過領域に対向して配置されている。処理すべき基板３は搬送系４上を所定の方向に連続して搬送され得る。大気圧プラズマヘッド２はマッチング回路装置５を介して高周波交番電源６に接続されている。高周波交番電源６は励起周波数１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚ（マイクロ波）の電力を大気圧プラズマヘッド２に印加するようにされている。また大気圧プラズマヘッド２には、導管７、マスフローメーター８、９及びバルブ１０、１１を介して放電ガス源１２及び処理ガス源１３がそれぞれ接続されている。なお、大気圧チャンバ１は図示していない適当なガス排出手段に接続されるポート１４を備えている。
【００１０】
また、大気圧チャンバ１には、固体レーザー装置１５が大気圧プラズマヘッド２に並置して設けられている。この固体レーザー装置１５はエキシマレーザ発生装置１６で発生されたエキシマレーザを搬送系４上の基板３の表面に照射してアニ−ル処理するようにされている。
【００１１】
大気圧プラズマヘッド２は、図２及び図３に詳細に示すように、ヘッド本体１７を有し、このヘッド本体１７に１０本の互いに隣接して平行にのびる断面円形の通路１８が設けられ、各通路１８内には棒状電極１９が同軸に配置されている。各棒状電極１９は導線２０及びマッチング回路装置５を介して高周波交番電源６に接続されている。なおヘッド本体１７はアースされている。
【００１２】
また、各通路５には、その軸線方向に沿って開口部すなわちノズル２１が形成されている。そして各通路５には放電ガス源１２及び処理ガス源１３からバルブ１０、１１、マスフローメーター８、９及び導管７を介して放電ガス及び処理ガスが供給される。これにより棒状電極１９と各通路１８を画定しているヘッド本体１７との間の放電によってプラズマが生成され、図２に符号２２で示すようにそれぞれのノズル２１を介して大気圧チャンバ１内の処理すべき基板３に向って放出され、基板３の通過領域に平面状の一様なプラズマ領域が形成される。
【００１３】
このように構成した図示装置の動作について説明する。
大気圧プラズマヘッド２における電極に高周波交番電源６から１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷの交番電力を印加し、放電ガス源１２及び処理ガス源１３からバルブ１０、１１及びマスフローメーター８、９を介してＨｅガス、ＳｉＨ４をそれぞれ流量１５０ｓｌｍ、３ｓｌｍに調整して混合し、導管６を通って大気圧プラズマヘッド２に導入し、複数のガスノズル２１から吹出させ、石英基板３に作用するガスをプラズマで解離させ、水素化シリコン膜を厚さ２４０μｍまで処理した。直径３００ｍｍの石英基板４枚の処理に要した時間は４分であった。
【００１４】
比較例として、単一ヘッドを用いて、上記と同じ条件で処理した場合には 基板３を厚さ２４０μｍまで処理するのに要した時間は６０分であった。その比較結果を表１に示す。
【００１５】
表１
【００１６】
次に、大気圧プラズマヘッド２を用いてプラズマ処理した基板に対して連続してアニ−ル処理する実施例について説明する。
基板温度４００℃で膜厚１５００オングストロームのアモルファスシリコン膜に固体レーザー装置１５を用いてエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ２のエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ、パルス幅１７ｍｓｅｃ、レーザービームサイズ１５０Ｘ３ｍｍ）を照射した。その結果、最大粒径約５０００オングストロームのポリシリコン膜ができた。ｎチャネルのキャリア移動度は２１０〜１８０ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、ｐチャネルののキャリア移動度は１０５〜８０ｃｍ２／Ｖｓｅｃであった。
【００１７】
ところで、図示処理装置においては大気圧プラズマヘッド２はヘッド本体１７に１０本の互いに隣接して平行にのびる断面円形の通路１８を設けた構成としているが、平面状プラズマを形成できる構造であれば任意の他の形式のものを使用することができる。
【００１８】
ところで、本発明は、エッチング、ＣＶＤ、ドーピング、酸化・窒化、クリーニング、アッシング、表面改質、接合等に応用できる。
【００１９】
また図１〜図３に示す実施の形態では、単一ヘッド本体に１０本のガス放出ノズルを設けているが、複数のヘッド本体に別個にヘッドを設けることも可能である。
【００２０】
さらに、図示実施の形態では、大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置を固定配置し、プラズマ処理すべき基板を移動するように構成しているが、代わりに、大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置を移動可能にし、基板を静止配置するようにすることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガスと処理ガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けているので、基板のプラズマ処理及び改質処理を効率的にしかも連続して行うことができ、その結果、基板の処理コストを大幅に低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による大気圧下での基板の連続処理装置の構成を示す概略線図。
【図２】図１に示す装置における大気圧プラズマへツドの構造を示す概略横断面図。
【図３】図２の矢印Ａ−Ａに沿った概略縦断面図。
【符号の説明】
１：大気圧チャンバ
２：大気圧プラズマヘッド
３：処理すべき基板
４：搬送系
５：マッチング回路装置
６：高周波交番電源
７：導管
８：マスフローメーター
９：マスフローメーター
１０：バルブ
１１：バルブ
１２：放電ガス源
１３：処理ガス源
１４：ポート
１５：固体レーザー装置
１６：エキシマレーザ発生装置
Claims (3)
- 大気圧チャンバ内に大気圧プラズマヘッドを処理すべき基板に対向して配置し、大気圧チャンバ内に放電ガスと処理ガスを供給して安定した大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理するように構成した装置において、大気圧プラズマヘッドに印加される電力の励起周波数が１００ｋＨｚ〜２．４５ＧＨｚであり、また大気圧プラズマヘッドが平面状プラズマを形成できるように複数ヘッド型に構成され、さらに、大気圧プラズマヘッドに並置してプラズマ処理にした基板にレーザー光を照射する固体レーザー装置を設けたことを特徴とする大気圧下での基板の連続処理装置。
- 大気圧プラズマヘッド及び固体レーザー装置に対して処理すべき基板を連続して移動できるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の大気圧下での基板の連続処理装置。
- 大気圧チャンバ内において、複数ヘッド型の大気圧プラズマヘッドを用い放電ガスと処理ガスを供給して大気圧プラズマを発生させ、基板をプラズマ処理し、引き続いて固体レーザー装置を用い、プラズマ処理した基板にレーザー光を照射して表面のアニールを行うことを特徴とする大気圧下での基板の連続処理方法。
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| JP2002183285A JP2004031511A (ja) | 2002-06-24 | 2002-06-24 | 大気圧下での基板の連続処理装置及び方法 |
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|---|---|
| JP2004031511A true JP2004031511A (ja) | 2004-01-29 |
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2002
- 2002-06-24 JP JP2002183285A patent/JP2004031511A/ja active Pending
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