JP2016225190A - 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、コイル３ａ及び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が配置され、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、チャンバ７と基材１とを相対的に移動させることで、基材１を処理する。回転する円筒状のセラミック管１３の周囲において、スリットＡ３１からドライエアを供給しつつ、ガス排気配管２６からガスを排気することにより、好ましくないプラズマ発生を抑制でき、また、高い電力効率でプラズマを発生でき、高速のプラズマ処理が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。特に、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に関する。

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、継ぎ目が発生したり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に記載の長尺の熱プラズマを発生させる技術では、プラズマの照射強度を上げるために高周波電力を増大しすぎると、プラズマ源が熱により損傷してしまうので、高周波電力を抑制せざるを得ず、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。

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、線状の開口部を備え、開口部以外が誘電体部材に囲まれた開口部に連通する環状のチャンバと、チャンバ近傍に設けられたコイルと、コイルに接続された電源と、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において、以下の特徴を有する。

チャンバを囲む誘電体部材のうち、基材載置台に相対する面を構成する部位が、開口部の線方向と平行に配置された円筒からなり、円筒を、円筒の軸を中心に回転させる回転機構を備え、円筒の周囲に異なる種類のガスを導入するための複数のガス供給配管を備えたこと。

このような構成により、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１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記円筒の周囲からガスを排気するためのガス排気配管を備えることが望ましい。

このような構成により、プラズマをより安定して生成することができる。

また、好適には、異なる種類のガスを第一ガス及び第二ガス、第一ガスを導入するガス供給配管をガス供給配管Ａ、第二ガスを導入するガス供給配管をガス供給配管Ｂ、第一ガスを円筒に向けて噴出させる噴出口を噴出口Ａ、第二ガスを円筒に向けて噴出させる噴出口を噴出口Ｂとした時、噴出口Ｂが２つ設けられ、かつ、２つの噴出口Ｂがともに噴出口Ａよりも基材載置台に近い位置に配置されていることが望ましい。

このような構成により、プラズマをより安定して生成することができる。

また、好適には、噴出口Ｂが、前記円筒の軸に平行なスリットであることが望ましい。

このような構成により、プラズマをより安定して生成することができる。

また、好適には、前記ガス排気配管に向けて前記円筒の周囲からガスを排気するためのガス排気口を備え、２つの前記噴出口Ｂが、ともに前記ガス排気口よりも前記基材載置台に近い位置に配置され、前記噴出口Ａが、前記ガス排気口よりも前記基材載置台から遠い位置に配置されていることが望ましい。

このような構成により、プラズマをより安定して生成することができる。

また、好適には、前記ガス排気口が、前記円筒の軸に平行なスリットであることが望ましい。

このような構成により、プラズマをより安定して生成することができる。

本願の第２発明のプラズマ処理方法は、誘電体部材で囲まれた環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、チャンバに連通する線状の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、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、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において、以下の特徴を有する。

チャンバを囲む誘電体部材のうち、基材載置台に相対する面を構成する部位が、開口部の線方向と平行に配置された円筒からなり、円筒を、円筒の軸を中心に回転させる回転させつつ、円筒の周囲に異なる種類のガスを導入しながら処理すること。

このような構成により、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発明の電子デバイスの製造方法は、上述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平面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマの発生領域を示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるコイル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断面図 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断面図

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６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、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、開口部８がなす線方向に垂直で、かつ、図１（ｂ）〜（ｃ）及び図２の点線Ａ−Ａ‘を通る面で切った断面図である。図１（ｂ）〜（ｃ）は、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、開口部８がなす線方向に平行で、かつ、図１（ａ）の点線を通る面で切った断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の点線Ｂ−Ｂ’で切った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の点線Ｃ−Ｃ’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Ｔを図１の下方から上方を見た平面図である。図３は、プラズマの発生領域を示す斜視図であり、図１（ａ）の右手前から斜め下方向を見た図である。図４は、コイルの構成を示す斜視図であり、図３と同様、図１（ａ）の右手前から斜め下方向を見た図である。

図１において、基材載置台としてのトレー１２上に基材１が配置され、基材１の上に薄膜２が配置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、導体製のコイル３ａ及び３ｂが、第一セラミックブロック４、第二セラミックブロック５及びトレー１２（あるいは、その上の基材１）によって囲まれた空間により画定される長尺で環状のチャンバ７の近傍に配置される。より具体的には、コイル３（３ａ及び３ｂ）はともに線状であり、トレー１２から遠い側のコイル３ａは、第二セラミックブロック５に設けられた溝内に配置され、トレー１２に近い側のコイル３ｂは、セラミック管１３の内部に配置される。

基材１は、基材載置台としてのトレー１２上に配置される。トレー１２がなす面に概ね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。

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ている。本実施の形態において、チャンバ７は、第一セラミックブロック４に設けた長辺をなす直線部、第一セラミックブロック４に設けた、前記直線部の両端に配された２つの短辺をなす直線部、及び第二セラミックブロック５の最下部に設けた長辺をなす直線部が連結されてなる、一続きの閉じたヒモ状の形状である。

言い換えると、チャンバ７は、線状の開口部８に隣接した線状の領域（第二セラミックブロック５の最下部に設けた長辺をなす直線部）と、これと平行に配置された線状の領域とからなる２つの線状の領域（第一セラミックブロック４に設けた長辺をなす直線部）を含んでいる。

また、開口部８を構成する環状のチャンバ７の内壁面は、セラミック管１３が開口部８の方向に露出している部分であり、線状をなしている。したがって、基材１にプラズマが照射される領域（開口部８付近）においては、基材１またはトレー１２とチャンバ７の内壁面との距離が一定であるので、均一な処理を行うことができる。また、チャンバ７は扁平であり、開口部８は、チャンバ７を囲う誘電体の一部を直線状に切除することによって開口されている。

また、コイル３は、２つの線状の領域のみに沿って配置された２本の線状の導体からなる。つまり、コイル３は、２つの短辺をなす直線部に沿っては設けられていない。旧来の誘導結合型プラズマトーチにおいては、円筒形のチャンバを取り巻くように螺旋状のコイルが設けられるのが通常であった。つまり、チャンバの全体に沿ってコイルが配置される。また、非特許文献１に開示されている新しい細長いタイプ（ライン状のプラズマ処理を実現するもの）の誘導結合型プラズマトーチにおいても、コイルはチャンバの全体に沿って配置されていた。

本実施の形態のようなコイル形状であっても問題なく熱プラズマを発生させることができることは、発明者らが初めて明らかにしたことである。このような、２つの長辺と２つの短辺からなるチャンバにおいては、より長い領域となる長辺に沿ってのみコイルを配置するだけで、所望のプラズマを得ることができる。

従来のような螺旋形やスパイラル形のコイルでは、円筒内にコイルを配置できなかったが、本実施の形態で説明するように、コイルが線状なので、これを回転する円筒内に配置できるという大きな利点がある。なお、図４に示すように、コイル３ａと３ｂには、開口部８の長手方向に沿って逆向き（逆位相）の高周波電力を印加する。

ここでは、１つの高周波電源を分岐する場合を例示したが、２台の高周波電源を、フェーズシフターなどを適宜用いて同期運転させてもよい。コイル３ａ及び３ｂが並列回路を構成しているため、合成インダクタンスが小さくなり、駆動電圧が小さくて済むという利点もある。コイル３ａの両端には、コイル３ａとは垂直方向に連続した接続部としての銅棒１７が設けられ、外部との電気的接続がなされる。一方、コイル３ｂはセラミック管１３を貫通して、ロータリージョイントなどで構成された回転機構を貫通して外部との電気的接続がなされる。

チャンバ７に発生したプラズマＰは、チャンバ７の最下部をなすプラズマ噴出口（第二セラミックブロック５の最下部に設けた長辺をなす直線状の開口部８）より基材１に向けて噴出する。また、チャンバ７の長手方向と開口部８の長手方向とは平行に配置されている。

第一セラミックブロック４に設けた長方形の溝はガスマニホールド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。ガス供給配管１０よりガスマニホールド９に供給されたガスは、第一セラミックブロック４に設けられた溝と第二セラミックブロック５の平面部との間に位置するガス導入部としてのガス供給穴１１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。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、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、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。

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、長手方向に線状のスリットを設けたものであってもよい。

第一セラミックブロック４と第二セラミックブロック５の間に、円筒状のセラミック管１３が設けられ、チャンバ７の最下部の上面がセラミック管１３により構成される配置となっている。つまり、チャンバ７を囲む誘電体部材のうち、トレー１２に相対する面を構成する部位が、開口部８の線方向と平行に配置された円筒からなっている。

また、セラミック管１３を、その軸を中心に回転させる回転機構が備えられている。さらに、セラミック管１３は、内部に空洞をもつ管であり、その内部の空洞に冷媒を流す機構が備えられている。回転機構としては、セラミック管１３の回転によってチャンバ７の形状が変化しないよう、高精度の回転ガイドを設けることが望ましく、ベルトドライブなどの機構によってモータなどの回転動力が伝達される。また、内部に冷媒を流しつつ回転できるよう、回転継手（ロータリージョイント）を用いることができる。

回転する円筒状のセラミック管１３の内部に、円筒の軸に沿って線状のコイル３ｂが設けられている。このような配置は、コイル３ｂと、開口部８と連通しこれに隣接するチャンバ７の直線部との距離を小さくできる。つまり、コイル３とチャンバ７の距離を近づけた配置が可能となる。このことは、プラズマ生成効率の向上に大きく寄与する。つまり、高速で効率的なプラズマ処理が実現できる。

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。

図１、図２及び図３からわかるように、発生するプラズマＰは開口部８の線方向の長さが等しい２つの長方形がＬ字状に接合された立体の外縁と同じような形状となる。このように、従来例と比べてプラズマＰが若干いびつな形状となっているのは、チャンバ７をセラミック管１３と干渉しないように配置する必要があるためである。

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２４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の線方向（長手方向）と交差する向き（典型的には垂直な向き）に、チャンバ７とトレー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またはトレー１２を動かす。

基材１を効率的に処理するために誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材１との距離を小さくしていったとき、最も大きな熱量を受けるのは、トレー１２近傍のチャンバ７の、トレー１２とは反対側の部分（トレー１２に相対する部分）の内壁面である。したがって、損傷を抑制するためには、この部分をより効果的に冷却する必要がある。そこで、本実施の形態においては、冷媒流路１６を内部に備えたセラミック管１３を用いる構成とした。セラミック管１３を円筒状とすることで高い強度が確保でき、内部の水圧を高められるので、より多くの冷却水を流すことが可能となる。

また、セラミック管１３を回転させることで、プラズマＰから熱を受ける面が常に入れ替わる構成としている。つまり、プラズマＰから熱を受けて高温になった部分は、回転によって速やかにプラズマＰから熱を受けない位置に移動し、急速に冷却される。したがって、従来例と比べて飛躍的に高い高周波電力を印加できるようになり、高速なプラズマ処理が可能となる。

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）。

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２４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、本実施の形態によれば、高い高周波電力を投入することができる。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。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。

図５及び図６は、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、開口部８がなす線方向に垂直で、かつ、図１（ｂ）及び（ｃ）の点線Ｄ−Ｄ‘で切った断面図である。本来、図５に示すように、チャンバ７のうち第一セラミックブロック４に設けた長辺をなす直線部から、図の上下方向に配された短辺をなす直線部、セラミック管１３の直下の長辺をなす直線部（開口部８近傍）がプラズマによって連結される。しかし、セラミック管１３と第一セラミックブロック４、セラミック管１３と第二セラミックブロック５の間がプラズマガスで満たされていると、図６に示すようにセラミック管１３と第一セラミックブロック４、セラミック管１３と第二セラミックブロック５の間にプラズマが入り込む場合がある。

このような状態では、狙いの線状プラズマが得られないため均一で安定した処理ができなくなるばかりか、極端に狭い空間に熱プラズマが発生することになるため、セラミック管１３、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がプラズマの熱により損傷してしまう。セラミック管１３と第一セラミックブロック４、セラミック管１３と第二セラミックブロック５の間の隙間を狭くすればするほど、この隙間へのプラズマの侵入は抑制できるが、セラミック管１３を回転させた際に第一セラミックブロック４や第二セラミックブロック５に接触しないようにするためには、どうしてもある程度の隙間が必要である。

そこで、本実施の形態においては、セラミック管１３の周囲のガス雰囲気を制御できるような構成とし、図６のような状態が起きないようにした。具体的には、セラミック管１３の周囲に異なる種類のガスを導入するための複数のガス供給配管Ａ２５及びガス供給配管Ｂ２７を配置した。また、セラミック管１３の周囲からガスを排気するためのガス排気配管２６を配置した。第一ガスとして、ドライエア（窒素：Ｎ₂と酸素：Ｏ₂の混合ガス）または窒素：Ｎ₂を用いる。

第二ガスとして、アルゴン：Ａｒを用いる。第二ガスは、プラズマガスと同種ものを用いる。第一ガスを導入するためのガス供給配管がガス供給配管Ａ２５、第二ガスを導入するためのガス供給配管がガス供給配管Ｂ２７である。ガス供給配管Ａ２５より供給された第一ガスをセラミック管１３に向けて噴出させる噴出口が、噴出口ＡとしてのスリットＡ３１、ガス供給配管Ｂ２７より供給された第二ガスをセラミック管１３に向けて噴出させる噴出口が、噴出口ＢとしてのスリットＢ３２である。

ガス排気口は、セラミック管１３の軸に平行なスリット状の排気マニホールド２９である。スリットＢ３２、排気マニホールド２９は、ともに２つ設けられ、セラミック管１３を挟んで互いに反対側に配置され、また、セラミック管１３の軸に平行な直線状の構造（スリット）である。２つのスリットＢ３２は、ともにスリットＡ３１よりもトレー１２に近い位置に配置されている。各ガス供給配管から供給されるガスが均一にセラミック管１３に向けて噴出するように、セラミック管１３の軸に平行なガスマニホールドＡ２８及びガスマニホールドＢ３０が設けられる。

なお、ガスマニホールドＢ３０を画定させるためのマニホールドカバー３３が設けられる。また、２つのスリットＢ３２は、ガス排気口としての排気マニホールド２９よりもトレー１２に近い位置に配置され、スリットＡ３１は、排気マニホールド２９よりもトレー１２から遠い位置に配置されている。

このような構成とすることで、セラミック管１３と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との隙間のガス組成を精密に制御することができる。具体的には、スリットＡ３１から排気マニホールド２９の上端までの隙間は第一ガスで満たされ、排気マニホールド２９の下端からスリットＢ３２までの隙間は第二ガスで満たされる。排気マニホールド２９より下流は第一ガスと第二ガスが混合した状態となる。

ここでは第一ガスとして、熱プラズマが極めて発生しにくいドライエアを用いているので、スリットＡ３１から排気マニホールド２９の上端までの隙間にプラズマが侵入することが効果的に防止できる。したがって、セラミック管１３、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がプラズマの熱により損傷する心配がなくなり、安定したプラズマ処理を実現できる。

ドライエアの代わりに、希ガス主体のガスを除く種々のガスが使用可能である。例えば、窒素または酸素を用いることができる。大気圧などの高圧での放電抑制によく用いられるＳＦ₆ガスを用いてもよいが、ごく僅かのＳＦ₆ガスが開口部８に到達することで、基材１や基材上の薄膜２と反応する恐れがある場合には避けた方がよい。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図７を参照して説明する。

図７（ａ）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Ｔを、開口部８がなす線方向に垂直な面で切った断面図であり、図１（ａ）に相当する。

図７においては、実施の形態１と異なり、セラミック管１３の周囲からガスを排気するためのガス排気配管を配置していない。その代わりに、ガス供給配管Ａ２５に連通してセラミック管１３の軸に対して平行に、比較的広い線状の空間３４が設けられる。線状の空間３４の紙面に垂直方向の両端は開放されており、ガス供給配管Ａ２５から導入する第一ガス（典型的にはドライエア）が開放された両端から抜け出す構成である。

このような構成においては、線状の空間３４に第一ガスと第二ガスの混合ガスが流れることになるが、線状の空間３４内の圧力はスリットＢ３２の圧力よりも十分低く、混合ガスにおける第二ガスの割合を十分に小さくすることが可能で、線状の空間３４へのプラズマの侵入を抑制できる。また、第一ガスが線状の空間３４よりも下方へ流れることがないので、開口部８近傍への第一ガスの混入もほとんど起きず、環状のプラズマ発生を妨げない。

図７では、第一ガスを、セラミック管１３の軸方向に垂直な方向に供給する場合を例示したが、線状の空間３４の線方向（セラミック管１３の軸方向）に平行に供給してもよい。この場合は、線状の空間３４の紙面に垂直方向の片端に第一ガス供給配管を設け、多端を開放する。

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、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、固定されたトレー１２に対して走査してもよいし、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、トレー１２を走査してもよい。

また、チャンバが、線状の開口部に隣接した線状の領域と、これと平行に配置された線状の領域とからなる２つの線状の領域を含み、コイルが、２つの線状の領域のみに沿って配置された２本の線状の導体からなる場合を例示した。このとき、線状の開口部に隣接した線状の領域を回転するセラミック管によって構成する場合、コイルの一部をこの内部に配置し、チャンバのそれ以外の領域は線状でなく（任意の曲線）ても、線状のコイルによる設計自由度に関する優位性を活かしつつ、高い効率でプラズマを発生させることは可能である。

この場合の構成は、チャンバが、線状の開口部に隣接した線状の領域を含み、チャンバを囲む誘電体部材のうち、基材載置台に相対する面を構成する部位が、開口部の線方向と平行に配置された円筒からなり、円筒を、円筒の軸を中心に回転させる回転機構を備え、
円筒の内部の空洞に、コイルの一部が配置されているものとなる。

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。無論、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、さまざまな電子デバイスの製造に利用可能で、例えば、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、半導体の活性化アニール、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
３ａ，３ｂ，３ 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 ガスマニホールド
１０ ガス供給配管
１１ ガス供給穴
１２ トレー
１３ セラミック管
１６ 冷媒流路
１７ 銅棒
２４ 高周波電源
２５ ガス供給配管Ａ
２６ ガス排気配管
２７ ガス供給配管Ｂ
２８ ガスマニホールドＡ
２９ 排気マニホールド
３０ ガスマニホールドＢ
３１ スリットＡ
３２ スリットＢ
３３ マニホールドカバー
３４ 空間
Ｐ プラズマ

Claims (8)

1. 線状の開口部を備え、前記開口部以外が誘電体部材に囲まれた前記開口部に連通する環状のチャンバと、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、
   前記チャンバを囲む前記誘電体部材のうち、前記基材載置台に相対する面を構成する部位が、前記開口部の線方向と平行に配置された円筒からなり、
   前記円筒を、前記円筒の軸を中心に回転させる回転機構を備え、
   前記円筒の周囲に異なる種類のガスを導入するための複数のガス供給配管を備えたこと、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記円筒の周囲からガスを排気するためのガス排気配管を備えたこと、
   を特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記異なる種類のガスを第一ガス及び第二ガス、前記第一ガスを導入するためのガス供給配管をガス供給配管Ａ、前記第二ガスを導入するためのガス供給配管をガス供給配管Ｂ、前記ガス供給配管Ａより供給された前記第一ガスを前記円筒に向けて噴出させる噴出口を噴出口Ａ、前記ガス供給配管Ｂより供給された前記第二ガスを前記円筒に向けて噴出させる噴出口を噴出口Ｂとしたとき、
   前記噴出口Ｂが２つ設けられ、かつ、２つの噴出口Ｂがともに前記噴出口Ａよりも前記基材載置台に近い位置に配置されていること、
   を特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 前記噴出口Ｂが、前記円筒の軸に平行なスリットであること、
   を特徴とする、請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記ガス排気配管に向けて前記円筒の周囲からガスを排気するためのガス排気口を備え、
   ２つの前記噴出口Ｂが、ともに前記ガス排気口よりも前記基材載置台に近い位置に配置され、
   前記噴出口Ａが、前記ガス排気口よりも前記基材載置台から遠い位置に配置されていること、
   を特徴とする、請求項３記載のプラズマ処理装置。
6. 前記ガス排気口が、前記円筒の軸に平行なスリットであること、
   を特徴とする、請求項２記載のプラズマ処理装置。
7. 誘電体部材で囲まれた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線状の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、
   前記チャンバを囲む前記誘電体部材のうち、前記基材載置台に相対する面を構成する部位が、前記開口部の線方向と平行に配置された円筒からなり、
   前記円筒を、前記円筒の軸を中心に回転させる回転させつつ、
   前記円筒の周囲に異なる種類のガスを導入しながら処理すること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
8. 請求項７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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