JP2016062716A - プラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができるプラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂ、第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５が平行に配置され、長尺のチャンバ７は環状である。チャンバ７内に発生したプラズマＰは、チャンバ７における開口部８より基材１に向けて噴出する。開口部８の長手方向に対して垂直な向きに、長尺のチャンバ７と基材載置台とを相対的に移動させることで、基材１を処理する。高周波印加点としての端部３ａ１と相対する位置関係とは異なる位置に端部３ｂ１を配置し、接地点としての端部３ａ２と相対する位置関係とは異なる位置に端部３ｂ２を配置することで、安定的に長尺のプラズマを生成できる。【選択図】図２

Description

本発明は、熱プラズマを基材に照射して基材を処理する熱プラズマ処理や、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を処理する低温プラズマ処理などの、プラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法に関するものである。

従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体薄膜は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や太陽電池に広く利用されている。これを安価に形成する方法として、非晶質シリコン膜にレーザー光を照射して結晶化するものがある。レーザープロセスは、イオン注入やプラズマドーピングによって半導体基板に導入した不純物原子の活性化などにも適用しうる。しかしながら、このレーザーアニール技術には、被加熱物の光吸収の大小によって到達温度がばらついたり、継ぎ目が発生するなどの課題があり、また非常に高価な設備を要する。

そこで、長尺の熱プラズマを発生させ、一方向にのみ走査することで、被加熱物の光吸収に依存しない加熱が可能で、また、継ぎ目なく、安価に熱処理を行う技術が検討されている（例えば、特許文献１〜３、及び、非特許文献１を参照）。

特開２０１３−１２０６３３号公報 特開２０１３−１２０６８４号公報 特開２０１３−１２０６８５号公報

Ｔ．Ｏｋｕｍｕｒａ ａｎｄ Ｈ．Ｋａｗａｕｒａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５２（２０１３）０５ＥＥ０１

しかしながら、半導体の結晶化など、ごく短時間だけ基材の表面近傍を高温処理する用途に対して、従来例に示した特許文献１〜３に記載の熱プラズマを長尺状に発生させる技術では、長尺方向の長さを増すと、プラズマの照射強度が上げられず、結果として処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が小さくなる問題点があった。

従来例においては、長尺方向の長さを増すと、コイルのインダクタンスが増加するため、同一電流で駆動したときにコイルに発生する電圧が上昇する。すると、大気中で異常放電が発生してしまい、安定的な処理ができない場合が生じる。つまり、安定な処理を行うために電力を制限する必要が生じるので、プラズマの照射強度が上げられず、結果として処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が小さくなる。

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができるプラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法を提供することを目的としている。

本願の第１発明のプラズマ処理装置は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続され、前記チャンバを挟んで前記第一コイルへの高周波印加点と相対する位置関係とは異なる位置に、前記第二コイルへの高周波印加点が配置されていることを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第２発明のプラズマ処理装置は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルの接地点と相対する位置関係とは異なる位置に、前記第二コイルの接地点が配置されていることを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第３発明のプラズマ処理装置は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第一コイルと高周波電源の間にリアクタンス素子が接続されていることを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第４発明のプラズマ処理装置は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第二コイルと接地電位の間にリアクタンス素子が接続されていることを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第５発明のプラズマ処理方法は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルへの高周波印加点と相対する位置関係とは異なる位置に、前記第二コイルへの高周波を印加することを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第６発明のプラズマ処理方法は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルの接地点と相対する位置関係とは異なる位置において、前記第二コイルを接地することを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第７発明のプラズマ処理方法は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第一コイルと高周波電源の間にリアクタンス素子が接続されている状態で処理することを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第８発明のプラズマ処理方法は、長尺でかつ環状のチャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一及び第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第二コイルと接地電位の間にリアクタンス素子が接続されている状態で処理することを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本願の第９発明の電子デバイスの製造方法は、本願の第５〜８発明のいずれかのプラズマ処理方法を用いることを特徴とする。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本発明によれば、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材をプラズマ処理するに際して、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示す平面図

以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１〜図３を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直で、かつ、図１（ｂ）の点線を通る面で切った断面図である。図１（ｂ）は、長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に平行で、かつ、図１（ａ）の点線を通る面で切った断面図である。

図２は、図１に示した誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。図３は、コイルの配置を示す平面図であり、図１（ａ）の左側、つまり、図２の左側から見た図である。

図１において、基材１上に薄膜２が形成されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、導体製の第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂが第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５の近傍に配置される。長尺のチャンバ７は、第一セラミックブロック４、第二セラミックブロック５及び基材１（或いは、その上の薄膜２）によって囲まれた空間により画定される。

基材１は、基材載置台としてのトレー１２上に配置される。基材載置台１２がなす面に垂直な面に沿ってコイル３及びチャンバ７が配置されている。また、チャンバ７のコイル３に近い側の内壁面は、コイル３と平行な面である。このような構成では、コイル３の任意の部位において、コイル３からチャンバ７までの距離が等しくなるので、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマの発生が可能となり、効率の良いプラズマ生成が実現できる。

誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲われ、高周波の漏洩（ノイズ）が効果的に防止できるとともに、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。

チャンバ７は、第二セラミックブロック５に設けた溝が一続きとなった環状の溝に囲まれている。つまり、チャンバ７全体が誘電体で囲まれている構成である。また、チャンバ７は環状である。ここでいう環状とは、一続きの閉じたヒモ状をなす形状を意味し、図２に示すような長方形に限定されるものではない。本実施の形態においては、レーストラック形（２つの長辺をなす直線部と、その両端に２つの短辺をなす直線が連結されてなる、一続きの閉じたヒモ状の形状）のチャンバ７を例示している。

チャンバ７に発生したプラズマＰは、チャンバ７における開口部８としてのプラズマ噴出口より基材１に向けて噴出する。また、チャンバ７の長手方向とプラズマ噴出口としての開口部８の長手方向とは平行に配置されている。

第二セラミックブロック５に設けた長方形の溝はプラズマガスマニホールド９であり、その内部には多孔質セラミックス材がはめ込まれている。プラズマガス供給配管１０よりプラズマガスマニホールド９に供給されたガスは、第二セラミックブロック５に設けられたガス導入部としてのプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、チャンバ７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。

また、プラズマガスマニホールド９内を多孔質セラミックス材で構成することで、ガス流れの均一化が実現できるとともに、プラズマガスマニホールド９近傍での異常放電を防止することができる。

プラズマガス供給穴１１は、長手方向に丸い穴状のものを複数設けたものであるが、長手方向に長尺のスリット状の穴を設けたものであってもよい。

コイル３は、断面が円形の銅管を、断面が直方体の銅ブロックに接着したものである。また、コイル３は中空の管であり、内部が冷媒流路となっている。すなわち、水などの冷媒を流すことで、冷却が可能である。また、第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５に、開口部８の長手方向に対して平行に冷媒流路が設けられてもよい。

また、第一セラミックブロック４と第一コイル３ａ、第二セラミックブロック５と第二コイル３ｂとをそれぞれ接着剤によって接合することで、接着剤を介して第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５を冷却することが可能である。第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５には優れた耐熱性が求められるので、窒化シリコンを主成分とするセラミックス、または、シリコン、アルミニウム、酸素、窒素を主成分とするセラミックスが適している。

なお、図２に示されているように、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂは、全体が長方形をなす平面状であり、端部３ａ１、３ａ２、３ｂ１、３ｂ２は高周波電力供給のための端子兼冷媒給排口である。

長方形の開口部８が設けられ、基材載置台１２（或いは、基材載置台１２上の基材１）は、開口部８と対向して配置されている。この状態で、チャンバ７内にプラズマガスを供給しつつ、開口部８から基材１に向けてガスを噴出させながら、高周波電源１３よりコイル３に高周波電力を供給することにより、チャンバ７にプラズマＰを発生させ、開口部８からプラズマＰを基材１に照射することにより、基材１上の薄膜２をプラズマ処理することができる。

開口部８の長手方向に対して垂直な向きに、チャンバ７と基材載置台１２とを相対的に移動させることで、基材１を処理する。つまり、図１の左右方向へ誘導結合型プラズマトーチユニットＴまたは基材載置台１２を動かす。

図３（ａ）は、第一セラミックブロック４に接着された第一コイル３ａの構成を示す。一方、図３（ｂ）は、第二セラミックブロック５に接着された第二コイル３ｂの構成を示す。図３（ｂ）においては、第二コイル３ｂは紙面の向こう側（第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５を挟んだ向こう側）に配置されているので、第二コイル３ｂを点線で表現している。つまり、チャンバ７を挟んで両側に第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂが配置されている。

また、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂには同位相の高周波電力を印加する必要があることから、図２に示すように、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂに並列に高周波電源１３が接続され、チャンバ７を挟んで第一コイル３ａへの高周波印加点としての端部３ａ１と相対する位置関係とは異なる位置に、第二コイル３ｂへの高周波印加点としての端部３ｂ１が配置されている。

同様に、チャンバ７を挟んで第一コイル３ａの接地点としての端部３ａ２と相対する位置関係とは異なる位置に、第二コイル３ｂの接地点としての端部３ｂ２が配置されている。

誘導結合型プラズマトーチにおいて一般的には、まず弱い放電（容量性のプラズマ）が生じる。次いで強い放電（誘導性のプラズマ）に移行する様子が観察される。この現象はモードジャンプと呼ばれる。

本実施の形態の構成では、端部３ａ１と３ｂ１がほぼ同電位となり、端部３ａ２と３ｂ２がほぼ接地電位となるとともに、第一コイル３ａと第二コイル３ｂの間に挟まれたチャンバ７には、ほぼ全周に渡って同程度の電位差が生じることとなる。従って、弱い放電（容量性のプラズマ）を比較的低い電力で発生させることができるので、プラズマを安定的に利用できる。

また、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂが並列に接続されているので、長尺方向の長さが大きい場合にも比較的コイル全体のインダクタンスは小さくなり、同一電流で駆動したときにコイルに発生する電圧（端部３ａ１、３ｂ１の電圧）は低くなる。従って、大気中での異常放電は発生しにくく、安定的な処理ができる。つまり、大きな電力で運転できるため、プラズマの照射強度が上げられ、結果として処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が大きくなる。

更に、第一コイル３ａと第二コイル３ｂそれぞれには、端部３ａ１〜３ａ２間、及び、端部３ｂ１〜３ｂ２間に途切れ（高周波電流がチャンバ７に沿って流れない部分）が存在する。しかし、端部３ａ１と相対する位置関係とは異なる位置に端部３ｂ１が配置され、端部３ａ２と相対する位置関係とは異なる位置に端部３ｂ２が配置されているため、チャンバ７の全周に渡って、第一コイル３ａまたは第二コイル３ｂのいずれかが近接することとなる。よって、高周波電流がチャンバ７に沿って途切れなく流れる構成となっている。

このような構成により、弱い放電（容量性のプラズマ）、強い放電（誘導性のプラズマ）とも比較的低い電力で駆動することができる。

仮に、第二コイル３ｂを図３（ｃ）に示すような配置とした場合、すなわち、以下のような構成とした場合、第一コイル３ａと第二コイル３ｂの間に挟まれたチャンバ７には、ほぼ全周に渡ってごくわずかの電位差しか生じないこととなる。

〔１〕第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂに並列に高周波電源１３が接続される。

〔２〕チャンバ７を挟んで第一コイル３ａへの高周波印加点としての端部３ａ１と相対する位置関係と同じ位置に、第二コイル３ｂへの高周波印加点としての端部３ｂ１が配置される。

〔３〕第一コイル３ａの接地点としての端部３ａ２と相対する位置関係と同じ位置に、第二コイル３ｂの接地点としての端部３ｂ２が配置される。

従って、弱い放電（容量性のプラズマ）を比較的低い電力で発生させることができなくなるので、プラズマを安定的に利用するのは困難である。更に、第一コイル３ａと第二コイル３ｂそれぞれに存在する途切れは、他方のコイルによって補われないので、高周波電流がチャンバ７に沿って流れない領域が生じる構成となっている。このような構成では、弱い放電（容量性のプラズマ）、強い放電（誘導性のプラズマ）とも比較的低い電力で駆動することが困難となる。

チャンバ７内に供給するプラズマガスとして種々のものが使用可能だが、プラズマの安定性、着火性、プラズマに暴露される部材の寿命などを考えると、不活性ガス、とくに希ガス主体であることが望ましい。なかでも、Ａｒガスが典型的に用いられる。Ａｒのみでプラズマを生成させた場合、プラズマは相当高温となる（１０，０００Ｋ以上）。

なお、本構成においては、開口部８の長手方向の長さが、基材１の幅以上となっている。従って、一度の走査（誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材載置台１２とを相対的に移動すること）で基材１の表面近傍の薄膜２の全体を処理することができる。

このようなプラズマ処理装置において、チャンバ７内にプラズマガスとしてＡｒまたはＡｒ＋Ｈ₂ガスを供給しつつ、開口部８から基材１に向けてガスを噴出させながら、高周波電源１３より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、コイル３に供給することにより、チャンバ７に高周波電磁界を発生させることでプラズマＰを発生させ、開口部８からプラズマＰを基材１に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。

プラズマ発生の条件としては、開口部８と基材１間の距離＝０．１〜５ｍｍ、走査速度＝２０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ₂ガス中のＨ₂濃度＝０〜１０％、高周波電力＝０．５〜３０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、開口部８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、開口部８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。

このように、開口部８の長手方向と、基材載置台１２とが平行に配置されたまま、開口部８の長手方向とは垂直な向きに、長尺のチャンバ７と基材載置台１２とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマの長さと、基材１の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。

このように、本実施の形態によれば、低い高周波電力で安定した駆動が可能で、また、高周波電力を大きくしても低いコイル電圧で駆動できる。つまり、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

なお、上述の実施の形態の他、高周波印加点としての端部３ａ１と相対する位置関係とは異なる位置に端部３ｂ１が配置され、接地点としての端部３ａ２と相対する位置関係と同じ位置に端部３ｂ２を配置しても、ある程度の効果を得ることができる。

同様に、高周波印加点としての端部３ａ１と相対する位置関係と同じ位置に端部３ｂ１が配置され、接地点としての端部３ａ２と相対する位置関係とは異なる位置に端部３ｂ２を配置しても、ある程度の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図４を参照して説明する。

図４は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものであり、図２に相当する。

実施の形態２では、第一コイル３ａの端部３ａ１と高周波電源１３の間にリアクタンス素子としてのインダクタ１４が接続され、第二コイル３ｂの端部３ｂ２と接地電位の間にリアクタンス素子としてのインダクタ１４が接続されている。２つのインダクタ１４のインダクタンスはほぼ等しい。また、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂの配置は、図３（ｃ）のようになっている。

本実施の形態では、第一コイル３ａ、第二コイル３ｂ、インダクタ１４に流れる電流の位相はほぼ等しく、また、各素子の端子間電圧の位相もほぼ等しい。従って、端部３ａ１の電位は端部３ｂ１の電位よりも常に低く、また、端部３ａ２の電位は端部３ｂ２の電位よりも常に低くなるとともに、第一コイル３ａと第二コイル３ｂの間に挟まれたチャンバ７には、ほぼ全周にわたって同程度の電位差が生じることとなる。従って、弱い放電（容量性のプラズマ）を比較的低い電力で発生させることができるので、プラズマを安定的に利用できる。

このような構成により、高パワーでも低電圧で駆動できるため、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる。

このように、２つのコイルを片側から見た場合の形状が同じであっても、リアクタンス素子を適切に配置することにより、チャンバ７に適切な電位差を発生させることが可能となる。

なお、ここでは２つのインダクタ１４のインダクタンスがほぼ等しい場合を例示したが、チャンバ７に適切な電位差を発生させればよいので、２つのインダクタ１４のインダクタンスは異なっていても構わない。また、どちらか一方のインダクタのみを用いてもある程度の効果は得ることができる。また、リアクタンス素子として、インダクタの代わりにキャパシタを用いてもよい。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図５を参照して説明する。

図５は、本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、コイルの配置を示す平面図である。長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図は図１（ａ）と同様であるので、図５は図１（ａ）の左側から見た図に相当する。

本実施の形態では、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂがそれぞれ２つのコイルに分割され、第一コイル３ａには端部３ａ１、３ａ２、３ａ３及び３ａ４が、また、第二コイル３ｂには端部３ｂ１、３ｂ２、３ｂ３及び３ｂ４が配置される。４つのコイルに並列に高周波電源１３が接続され、チャンバ７を挟んで第一コイル３ａへの高周波印加点としての端部３ａ１及び３ａ３と相対する位置関係とは異なる位置に、第二コイル３ｂへの高周波印加点としての端部３ｂ１及び３ｂ３が配置されている。同様に、チャンバ７を挟んで第一コイル３ａの接地点としての端部３ａ２及び３ａ４と相対する位置関係とは異なる位置に、第二コイル３ｂの接地点としての端部３ｂ２及び３ｂ４が配置されている。

このような構成により、端部３ａ１、３ａ３、３ｂ１及び３ｂ３がほぼ同電位となり、端部３ａ２、３ａ４、３ｂ２及び３ｂ４がほぼ接地電位となるとともに、第一コイル３ａと第二コイル３ｂの間に挟まれたチャンバ７には、ほぼ全周にわたってある程度の電位差が生じることとなる。従って、弱い放電（容量性のプラズマ）を比較的低い電力で発生させることができるので、プラズマを安定的に利用できる。

また、４つのコイルが並列に接続されているので、長尺方向の長さが大きい場合にも比較的コイル全体のインダクタンスは実施の形態１よりも更に小さくなり、同一電流で駆動したときにコイルに発生する電圧（端部３ａ１、３ａ３、３ｂ１及び３ｂ３の電圧）は低くなる。従って、大気中での異常放電は発生しにくく、安定的な処理ができる。つまり、大きな電力で運転できるため、プラズマの照射強度が上げられ、結果として処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が大きくなる。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図６を参照して説明する。

図６は、本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、コイルの配置を示す平面図である。長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図は図１（ａ）と同様であるので、図６は図１（ａ）の左側から見た図に相当する。

本実施の形態では、第一コイル３ａ及び第二コイル３ｂがそれぞれ４つのコイルに分割され、第一コイル３ａには端部３ａ１、３ａ２、３ａ３、３ａ４、３ａ５、３ａ６、３ａ７及び３ａ８が、また、第二コイル３ｂには端部３ｂ１、３ｂ２、３ｂ３、３ｂ４、３ｂ５、３ｂ６、３ｂ７及び３ｂ８が配置される。８つのコイルに並列に高周波電源１３が接続され、チャンバ７を挟んで第一コイル３ａへの高周波印加点としての端部３ａ１、３ａ３、３ａ５及び３ａ７と相対する位置関係とは異なる位置に、第二コイル３ｂへの高周波印加点としての端部３ｂ１、３ｂ３、３ｂ５及び３ｂ７が配置されている。

同様に、チャンバ７を挟んで第一コイル３ａの接地点としての端部３ａ２、３ａ４、３ａ６及び３ａ８と相対する位置関係とは異なる位置に、第二コイル３ｂの接地点としての端部３ｂ２、３ｂ４、３ｂ６及び３ｂ８が配置されている。

このような構成により、端部３ａ１、３ａ３、３ａ５、３ａ７、３ｂ１、３ｂ３、３ｂ５及び３ｂ７がほぼ同電位となり、端部３ａ２、３ａ４、３ａ６、３ａ８、３ｂ２、３ｂ４、３ｂ６及び３ｂ８がほぼ接地電位となるとともに、第一コイル３ａと第二コイル３ｂの間に挟まれたチャンバ７には、ほぼ全周にわたってある程度の電位差が生じることとなる。従って、弱い放電（容量性のプラズマ）を比較的低い電力で発生させることができるので、プラズマを安定的に利用できる。

また、８つのコイルが並列に接続されているので、長尺方向の長さが大きい場合にもコイル全体のインダクタンスは実施の形態３よりも更に小さくなり、同一電流で駆動したときにコイルに発生する電圧（端部３ａ１、３ａ３、３ａ５、３ａ７、３ｂ１、３ｂ３、３ｂ５及び３ｂ７の電圧）は低くなる。従って、大気中での異常放電は発生しにくく、安定的な処理ができる。つまり、大きな電力で運転できるため、プラズマの照射強度が上げられ、結果として処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が大きくなる。

以上述べたプラズマ処理装置及び方法は、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。

例えば、基材載置台１２がなす面に垂直な面に沿ってチャンバを配置した構成を例示したが、チャンバ７を２つのコイル３で挟んだ構成のものにおいて、本発明は格別の効果を奏する。

また、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、固定された基材載置台１２に対して走査してもよいが、固定された誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対して、基材載置台１２を走査してもよい。

また、本発明の種々の構成によって、基材１の表面近傍を高温処理することが可能となる。それにより、従来例で述べたＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能であることは勿論、シリコン半導体集積回路の酸化、活性化、シリサイド形成などのアニール、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、様々な表面処理に適用できる。

また、太陽電池の製造方法としては、シリコンインゴットを粉砕して得られる粉末を基材上に塗布し、これにプラズマを照射して溶融させ多結晶シリコン膜を得る方法にも適用可能である。

また、説明においては簡単のため「熱プラズマ」という言葉を用いているが、熱プラズマと低温プラズマの区分けは厳密には難しく、また、例えば、田中康規「熱プラズマにおける非平衡性」プラズマ核融合学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．８（２００６）ｐｐ．４７９−４８３において解説されているように、熱的平衡性のみでプラズマの種類を区分することも困難である。本発明は、基材を熱処理することを一つの目的としており、熱プラズマ、熱平衡プラズマ、高温プラズマなどの用語にとらわれず、高温のプラズマを照射する技術に関するものに適用可能である。前述のとおり、誘導結合型プラズマトーチにおいては、弱い放電と強い放電の２つのモードが存在しうるが、本発明は強い放電を効果的に利用するためのものであるということもできる。

また、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理する場合について詳しく例示したが、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理する場合においても、本発明は適用できる。プラズマガスに反応ガスを混ぜることにより、反応ガスによるプラズマを基材へ照射し、エッチングやＣＶＤが実現できる。

或いは、プラズマガスとしては希ガスまたは希ガスに少量のＨ₂ガスを加えたガスを用いつつ、シールドガスとして反応ガスを含むガスを供給することによって、プラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射し、エッチング、ＣＶＤ、ドーピングなどのプラズマ処理を実現することもできる。プラズマガスとしてアルゴンを主成分とするガスを用いると、実施例で詳しく例示したように、熱プラズマが発生する。

一方、プラズマガスとしてヘリウムを主成分とするガスを用いると、比較的低温のプラズマを発生させることができる。このような方法で、基材をあまり加熱することなく、エッチングや成膜などの処理が可能となる。エッチングに用いる反応ガスとしては、ハロゲン含有ガス、例えば、Ｃ_xＦ_y（ｘ、ｙは自然数）、ＳＦ₆などがあり、シリコンやシリコン化合物などをエッチングすることができる。反応ガスとしてＯ₂を用いれば、有機物の除去、レジストアッシングなどが可能となる。ＣＶＤに用いる反応ガスとしては、モノシラン、ジシランなどがあり、シリコンやシリコン化合物の成膜が可能となる。

或いは、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）に代表されるシリコンを含有した有機ガスとＯ₂の混合ガスを用いれば、シリコン酸化膜を成膜することができる。その他、撥水性・親水性を改質する表面処理など、種々の低温プラズマ処理が可能である。容量結合型大気圧プラズマを用いた従来技術に比較すると、誘導結合型であるため、単位体積あたり高いパワー密度を投入してもアーク放電に移行しにくく、より高密度なプラズマが発生可能であり、その結果、速い反応速度が得られ、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理することが可能となる。

以上のように本発明は、ＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能である。勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、様々な表面処理において、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる有用な発明である。

また、種々の電子デバイスなどの製造における、エッチング・成膜・ドーピング・表面改質などの低温プラズマ処理において、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理する上で有用な発明である。

Ｔ 誘導結合型プラズマトーチユニット
１ 基材
２ 薄膜
３ コイル
３ａ 第一コイル
３ｂ 第二コイル
４ 第一セラミックブロック
５ 第二セラミックブロック
７ チャンバ
８ 開口部
９ プラズマガスマニホールド
１０ プラズマガス供給配管
１１ プラズマガス供給穴

Claims (9)

1. 開口部を除き誘電体部材に囲まれた前記開口部に連通する長尺でかつ環状のチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバ近傍に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備え、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理装置であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルへの高周波印加点と相対する位置関係とは異なる位置に、前記第二コイルへの高周波印加点が配置されていること、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 開口部を除き誘電体部材に囲まれた前記開口部に連通する長尺でかつ環状のチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバ近傍に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備え、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理装置であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルの接地点と相対する位置関係とは異なる位置に、前記第二コイルの接地点が配置されていること、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
3. 開口部を除き誘電体部材に囲まれた前記開口部に連通する長尺でかつ環状のチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバ近傍に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備え、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理装置であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第一コイルと高周波電源の間にリアクタンス素子が接続されていること、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
4. 開口部を除き誘電体部材に囲まれた前記開口部に連通する長尺でかつ環状のチャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバ近傍に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備え、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理装置であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第二コイルと接地電位の間にリアクタンス素子が接続されていること、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
5. 誘電体部材で囲まれた長尺でかつ環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、コイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理する、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルへの高周波印加点と相対する位置関係とは異なる位置に、前記第二コイルへの高周波を印加すること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
6. 誘電体部材で囲まれた長尺でかつ環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、コイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理する、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記チャンバを挟んで前記第一コイルの接地点と相対する位置関係とは異なる位置において、前記第二コイルを接地すること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
7. 誘電体部材で囲まれた長尺でかつ環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、コイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理する、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第一コイルと高周波電源の間にリアクタンス素子が接続されている状態で処理すること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
8. 誘電体部材で囲まれた長尺でかつ環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、コイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理する、誘導結合型プラズマトーチを利用するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバを挟んで両側に第一コイル及び第二コイルが配置されており、前記第一コイル及び前記第二コイルに並列に高周波電源が接続されており、前記第二コイルと接地電位の間にリアクタンス素子が接続されている状態で処理すること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
9. 請求項５〜８のいずれかのプラズマ処理方法を用いることを特徴とする、
   電子デバイスの製造方法。

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