JP5500097B2 - Inductively coupled plasma processing apparatus and method - Google Patents

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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、誘導結合型プラズマ処理装置及び方法に関するものである。 The present invention includes a thermal plasma process for treating a substrate by irradiating the substrate with thermal plasma, a low-temperature plasma process for treating a substrate by simultaneously irradiating the substrate with plasma by a reactive gas or plasma and a reactive gas flow, and the like. The present invention relates to an inductively coupled plasma processing apparatus and method.

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。とりわけ、poly−SiTFTは、キャリア移動度が高いうえ、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できるという特徴を活かして、例えば、液晶表示装置、液晶プロジェクタや有機EL表示装置などの画素回路を構成するスイッチング素子として、或いは液晶駆動用ドライバの回路素子として広く用いられている。   Conventionally, semiconductor thin films such as polycrystalline silicon (poly-Si) are widely used for thin film transistors (TFTs) and solar cells. In particular, the poly-Si TFT has a high carrier mobility and can be manufactured on a transparent insulating substrate such as a glass substrate. For example, a pixel circuit such as a liquid crystal display device, a liquid crystal projector, or an organic EL display device can be used. It is widely used as a switching element constituting the circuit or as a circuit element of a liquid crystal driving driver.

ガラス基板上に高性能なTFTを作製する方法としては、一般に「高温プロセス」と呼ばれる製造方法がある。TFTの製造プロセスの中でも、工程中の最高温度が1000℃程度の高温を用いるプロセスを一般的に「高温プロセス」と呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シリコンの固相成長により比較的良質の多結晶シリコンを成膜することができる点、シリコンの熱酸化により良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び清浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成できる点である。高温プロセスではこれらの特徴により、高移動度でしかも信頼性の高い高性能TFTを安定的に製造することができる。   As a method for manufacturing a high-performance TFT on a glass substrate, there is a manufacturing method generally called “high temperature process”. Among TFT manufacturing processes, a process using a high temperature with a maximum temperature of about 1000 ° C. is generally called a “high temperature process”. Features of the high-temperature process are that a relatively good quality polycrystalline silicon can be formed by solid phase growth of silicon, a good quality gate insulating layer can be obtained by thermal oxidation of silicon, and a clean polycrystalline. This is the point that an interface between silicon and the gate insulating layer can be formed. Due to these characteristics, a high-performance TFT having high mobility and high reliability can be stably manufactured in a high-temperature process.

他方、高温プロセスは固相成長によりシリコン膜の結晶化を行うプロセスであるために、600℃程度の温度で48時間程度の長時間の熱処理を必要とする。これは大変長時間の工程であり、工程のスループットを高めるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得ないため基板のコストが高く、大面積化には向かないとされている。   On the other hand, since the high temperature process is a process of crystallizing a silicon film by solid phase growth, a long-time heat treatment of about 48 hours is required at a temperature of about 600 ° C. This is a very long process, and in order to increase the process throughput, a large number of heat treatment furnaces are inevitably required, and it is difficult to reduce the cost. In addition, quartz glass has to be used as an insulating substrate with high heat resistance, so the cost of the substrate is high and it is said that it is not suitable for large area.

一方、工程中の最高温度を下げ、安価な大面積のガラス基板上にpoly−SiTFTを作製するための技術が「低温プロセス」と呼ばれる技術である。TFTの製造プロセスの中でも、最高温度が概ね600℃以下の温度環境下において比較的安価な耐熱性のガラス基板上にpoly−SiTFTを製造するプロセスは、一般に「低温プロセス」と呼ばれている。低温プロセスでは、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化を行うレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。   On the other hand, a technique for lowering the maximum temperature in the process and manufacturing a poly-Si TFT on an inexpensive large-area glass substrate is a technique called “low temperature process”. Among TFT manufacturing processes, a process for manufacturing poly-Si TFTs on a heat-resistant glass substrate that is relatively inexpensive in a temperature environment where the maximum temperature is approximately 600 ° C. or lower is generally called a “low-temperature process”. In a low temperature process, a laser crystallization technique for crystallizing a silicon film using a pulse laser having an extremely short oscillation time is widely used. Laser crystallization is a technique that utilizes the property of crystallizing in the process of solidifying instantaneously by irradiating a silicon thin film on a substrate with high-power pulsed laser light.

しかしながら、このレーザー結晶化技術には幾つかの大きな課題がある。一つは、レーザー結晶化技術によって形成したポリシリコン膜の内部に局在する多量の捕獲準位である。この捕獲準位の存在により、電圧の印加によって本来能動層を移動するはずのキャリアが捕獲され、電気伝導に寄与できず、TFTの移動度の低下、閾値電圧の増大といった悪影響を及ぼす。更に、レーザー出力の制限によって、ガラス基板のサイズが制限されるといった課題もある。レーザー結晶化工程のスループットを向上させるためには、一回で結晶化できる面積を増やす必要がある。しかしながら、現状のレーザー出力には制限があるため、第7世代(1800mm×2100mm)といった大型基板にこの結晶化技術を採用する場合には、基板一枚を結晶化するために長時間を要する。   However, this laser crystallization technique has some major problems. One is a large amount of trap levels localized inside the polysilicon film formed by the laser crystallization technique. Due to the presence of the trap level, carriers that are supposed to move in the active layer by the application of voltage are trapped and cannot contribute to electrical conduction, which has adverse effects such as a decrease in TFT mobility and an increase in threshold voltage. Further, there is a problem that the size of the glass substrate is limited due to the limitation of the laser output. In order to improve the throughput of the laser crystallization process, it is necessary to increase the area that can be crystallized at one time. However, since the current laser output is limited, when this crystallization technique is adopted for a large substrate such as the seventh generation (1800 mm × 2100 mm), it takes a long time to crystallize one substrate.

また、レーザー結晶化技術は一般的にライン状に成形されたレーザーが用いられ、これを走査させることによって結晶化を行なう。このラインビームは、レーザー出力に制限があるため基板の幅よりも短く、基板全面を結晶化するためには、レーザーを数回に分けて走査する必要がある。これによって基板内にはラインビームの継ぎ目の領域が発生し、二回走査されてしまう領域ができる。この領域は一回の走査で結晶化した領域とは結晶性が大きく異なる。そのため両者の素子特性は大きく異なり、デバイスのバラツキの大きな要因となる。最後に、レーザー結晶化装置は装置構成が複雑であり且つ、消耗部品のコストが高いため、装置コストおよびランニングコストが高いという課題がある。これによって、レーザー結晶化装置によって結晶化したポリシリコン膜を使用したTFTは製造コストが高い素子になってしまう。   Laser crystallization technology generally uses a laser shaped in a line, and crystallization is performed by scanning this laser. This line beam is shorter than the width of the substrate because of limited laser output, and it is necessary to scan the laser several times in order to crystallize the entire surface of the substrate. As a result, a line beam seam area is generated in the substrate, and an area that is scanned twice is formed. This region is significantly different in crystallinity from the region crystallized by one scan. For this reason, the element characteristics of the two are greatly different, which causes a large variation in devices. Finally, since the laser crystallization apparatus has a complicated apparatus configuration and a high cost of consumable parts, there are problems that the apparatus cost and running cost are high. As a result, a TFT using a polysilicon film crystallized by a laser crystallization apparatus becomes an element with a high manufacturing cost.

このような基板サイズの制限、装置コストが高いといった課題を克服するため、「熱プラズマジェット結晶化法」と呼ばれる結晶化技術が研究されている(例えば、非特許文献1を参照)。本技術を以下に簡単に説明する。タングステン(W)陰極と水冷した銅(Cu)陽極を対向させ、DC電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。この電極間に大気圧下でアルゴンガスを流すことによって、銅陽極に空いた噴出孔から熱プラズマが噴出する。熱プラズマとは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が10000K程度を有する超高温の熱源である。このことから、熱プラズマは被熱物体を容易に高温に加熱することが可能であり、a−Si膜を堆積した基板が超高温の熱プラズマ前面を高速走査することによってa−Si膜を結晶化することができる。   In order to overcome the problems such as the limitation of the substrate size and the high apparatus cost, a crystallization technique called “thermal plasma jet crystallization method” has been studied (for example, see Non-Patent Document 1). The technology is briefly described below. When a tungsten (W) cathode and a water-cooled copper (Cu) anode are opposed to each other and a DC voltage is applied, an arc discharge occurs between the two electrodes. By flowing argon gas between these electrodes under atmospheric pressure, thermal plasma is ejected from the ejection holes vacated in the copper anode. Thermal plasma is thermal equilibrium plasma, which is an ultra-high temperature heat source having substantially the same temperature of ions, electrons, neutral atoms, etc., and the temperature of which is about 10,000K. Therefore, the thermal plasma can easily heat the object to be heated to a high temperature, and the substrate on which the a-Si film is deposited scans the front surface of the ultra-high temperature thermal plasma at a high speed, thereby crystallizing the a-Si film. Can be

このように装置構成が極めて単純であり、且つ大気圧下での結晶化プロセスであるため、装置をチャンバー等の高価な部材で覆う必要が無く、装置コストが極めて安くなることが期待できる。また結晶化に必要なユーティリティは、アルゴンガスと電力と冷却水であるため、ランニングコストも安い結晶化技術である。   Thus, since the apparatus configuration is very simple and the crystallization process is performed under atmospheric pressure, it is not necessary to cover the apparatus with an expensive member such as a chamber, and the apparatus cost can be expected to be extremely low. The utilities required for crystallization are argon gas, electric power, and cooling water, which is a crystallization technique with low running costs.

図14は、この熱プラズマを用いた半導体膜の結晶化方法を説明するための模式図である。   FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a method of crystallizing a semiconductor film using this thermal plasma.

同図において、熱プラズマ発生装置41は、陰極42と、この陰極42と所定距離だけ離間して対向配置される陽極43とを備え構成される。陰極42は、例えばタングステン等の導電体からなる。陽極43は、例えば銅などの導電体からなる。また、陽極43は、中空に形成され、この中空部分に水を通して冷却可能に構成されている。また、陽極43には噴出孔(ノズル)44が設けられている。陰極42と陽極43の間に直流(DC)電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。この状態において、陰極42と陽極43の間に大気圧下でアルゴンガス等のガスを流すことによって、上記の噴出孔44から熱プラズマ45を噴出させることができる。ここで「熱プラズマ」とは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が10000K程度を有する超高温の熱源である。   In the figure, a thermal plasma generator 41 includes a cathode 42 and an anode 43 disposed opposite to the cathode 42 by a predetermined distance. The cathode 42 is made of a conductor such as tungsten. The anode 43 is made of a conductor such as copper, for example. Further, the anode 43 is formed in a hollow shape, and is configured so that water can be cooled through the hollow portion. The anode 43 is provided with an ejection hole (nozzle) 44. When a direct current (DC) voltage is applied between the cathode 42 and the anode 43, an arc discharge is generated between the two electrodes. In this state, by flowing a gas such as argon gas between the cathode 42 and the anode 43 under atmospheric pressure, the thermal plasma 45 can be ejected from the ejection hole 44. Here, the “thermal plasma” is a thermal equilibrium plasma, which is an ultra-high temperature heat source having substantially the same temperature of ions, electrons, neutral atoms, etc., and having a temperature of about 10,000K.

このような熱プラズマを半導体膜の結晶化のための熱処理に利用することができる。具体的には、基板46上に半導体膜47(例えば、アモルファスシリコン膜)を形成しておき、当該半導体膜47に熱プラズマ(熱プラズマジェット)45を当てる。このとき、熱プラズマ45は、半導体膜47の表面と平行な第1軸(図示の例では左右方向)に沿って相対的に移動させながら半導体膜47に当てられる。すなわち、熱プラズマ45は第1軸方向に走査しながら半導体膜47に当てられる。ここで「相対的に移動させる」とは、半導体膜47(及びこれを支持する基板46)と熱プラズマ45とを相対的に移動させることを言い、一方のみを移動させる場合と両者をともに移動させる場合のいずれも含まれる。このような熱プラズマ45の走査により、半導体膜47が熱プラズマ45の有する高温によって加熱され、結晶化された半導体膜48(本例ではポリシリコン膜)が得られる(例えば、特許文献1を参照)。   Such thermal plasma can be used for heat treatment for crystallization of a semiconductor film. Specifically, a semiconductor film 47 (for example, an amorphous silicon film) is formed on the substrate 46, and thermal plasma (thermal plasma jet) 45 is applied to the semiconductor film 47. At this time, the thermal plasma 45 is applied to the semiconductor film 47 while being relatively moved along a first axis (left and right direction in the illustrated example) parallel to the surface of the semiconductor film 47. That is, the thermal plasma 45 is applied to the semiconductor film 47 while scanning in the first axis direction. Here, “relatively move” means that the semiconductor film 47 (and the substrate 46 supporting it) and the thermal plasma 45 are relatively moved, and only one of them is moved and both are moved together. Any of the cases are included. By such scanning of the thermal plasma 45, the semiconductor film 47 is heated by the high temperature of the thermal plasma 45 to obtain a crystallized semiconductor film 48 (polysilicon film in this example) (see, for example, Patent Document 1). ).

図15は、最表面からの深さと温度の関係を示す概念図である。図15に示すように、熱プラズマ45を高速で移動させることにより、表面近傍のみを高温で処理することができる。熱プラズマ45が通り過ぎた後、加熱された領域は速やかに冷却されるので、表面近傍はごく短時間だけ高温になる。   FIG. 15 is a conceptual diagram showing the relationship between the depth from the outermost surface and the temperature. As shown in FIG. 15, only the vicinity of the surface can be processed at a high temperature by moving the thermal plasma 45 at a high speed. After the thermal plasma 45 passes, the heated region is quickly cooled, so that the vicinity of the surface becomes high temperature for a very short time.

このような熱プラズマは、点状領域に発生させるのが一般的である。熱プラズマは、陰極42からの熱電子放出によって維持されており、プラズマ密度の高い位置では熱電子放出がより盛んになるため、正のフィードバックがかかり、ますますプラズマ密度が高くなる。つまり、アーク放電は陰極の1点に集中して生じることとなり、熱プラズマは点状領域に発生する。   Such a thermal plasma is generally generated in a dotted region. The thermal plasma is maintained by thermionic emission from the cathode 42, and thermionic emission becomes more active at a position where the plasma density is high. Therefore, positive feedback is applied, and the plasma density becomes higher. That is, arc discharge is concentrated on one point of the cathode, and thermal plasma is generated in a dotted region.

半導体膜の結晶化など、平板状の基材を一様に処理したい場合には、点状の熱プラズマを基材全体に渡って走査する必要があるが、走査回数を減らしてより短時間で処理できるプロセスを構築するには、熱プラズマの照射領域を広くすることが有効である。このため、古くから熱プラズマを大面積に発生させる技術が検討されている。   If you want to process a flat substrate uniformly, such as when crystallizing a semiconductor film, it is necessary to scan a dotted thermal plasma over the entire substrate. In order to construct a process that can be processed, it is effective to widen the thermal plasma irradiation area. For this reason, techniques for generating thermal plasma over a large area have been studied for a long time.

例えば、プラズマトーチの外ノズルより噴射するプラズマジェットに、外ノズルの中心軸線と交差する方向でプラズマジェットを広幅化させるための広幅化ガスを2ケ所から同時に噴出し、プラズマジェットを広幅化させる方法が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。あるいは、ノズル通路の口部が、当該ノズル通路の軸芯に対して所定角度で傾斜していることを特徴とするプラズマノズルを設け、ノズル通路を構成するケーシング、またはそのケーシングの一部を、その長手軸芯回りに高速で回転させ、プラズマノズルをワークピースに沿って通過移動させる方法が開示されている(例えば、特許文献3を参照)。また、少なくとも一つの偏芯して配置されたプラズマノズルを持つ回転ヘッドを設けたものが開示されている(例えば、特許文献4を参照)。   For example, a method for widening a plasma jet by simultaneously jetting a widening gas for widening the plasma jet from two locations in a direction intersecting the central axis of the outer nozzle onto a plasma jet ejected from the outer nozzle of the plasma torch Is disclosed (for example, see Patent Document 2). Alternatively, a plasma nozzle characterized in that the mouth portion of the nozzle passage is inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the nozzle passage, and a casing constituting the nozzle passage, or a part of the casing, A method is disclosed in which a plasma nozzle is passed and moved along a workpiece by rotating it around the longitudinal axis at high speed (see, for example, Patent Document 3). Further, there is disclosed one provided with a rotating head having at least one eccentrically arranged plasma nozzle (see, for example, Patent Document 4).

なお、大面積を短時間で処理することを目的としたものではないが、熱プラズマを用いた溶接方法として、帯状電極を用い、その幅方向が溶接線方向となるように配置して溶接することを特徴とする高速ガスシールドアーク溶接方法が開示されている(例えば、特許文献5を参照)。   It is not intended to process a large area in a short time, but as a welding method using thermal plasma, a strip electrode is used and the width direction is arranged to be the weld line direction and welding is performed. A high-speed gas shielded arc welding method is disclosed (see, for example, Patent Document 5).

また、扁平な直方体状の絶縁体材料を用いた、線状の細長い形状をなす誘導結合型プラズマトーチが開示されている(例えば、特許文献6を参照)。   In addition, an inductively coupled plasma torch having a linear elongated shape using a flat rectangular parallelepiped insulator material is disclosed (for example, see Patent Document 6).

なお、長尺の電極を用いた細長い線状のプラズマを生成する方法が開示されている(例えば、特許文献7を参照)。熱プラズマを発生させるものと記載されているが、これは低温プラズマを発生させるものであり、熱処理に適した構成ではない。仮に熱プラズマを発生させたとすると、電極を用いた容量結合型であるため、アーク放電が一箇所に集中し、長尺方向に均一な熱プラズマを発生させることは困難と推察される。一方、低温プラズマ処理装置としては、エッチングガスやCVD(Chemical Vapor Deposition)用のガスをプラズマ化することにより、エッチングや成膜などのプラズマ処理が可能な装置である。   In addition, a method of generating a long and narrow linear plasma using a long electrode has been disclosed (for example, see Patent Document 7). Although described as generating heat plasma, it generates low-temperature plasma and is not suitable for heat treatment. If thermal plasma is generated, it is assumed that it is difficult to generate uniform thermal plasma in the longitudinal direction because arc discharge is concentrated in one place because of the capacitive coupling type using electrodes. On the other hand, the low temperature plasma processing apparatus is an apparatus capable of performing plasma processing such as etching and film formation by converting an etching gas or a gas for CVD (Chemical Vapor Deposition) into plasma.

また、複数の放電電極をライン状に並べることにより、線状の長尺プラズマトーチを形成するものが開示されている(例えば、特許文献8を参照)。   Moreover, what forms a linear elongate plasma torch by arranging a plurality of discharge electrodes in a line is disclosed (see, for example, Patent Document 8).

特開2008−53634号公報JP 2008-53634 A 特開平08−118027号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-118027 特開2001−68298号公報JP 2001-68298 A 特表2002−500818号公報Special Table 2002-500818 特開平04−284974号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-284974 特表2009−545165号公報Special table 2009-545165 gazette 特開2007−287454号公報JP 2007-287454 A 特開2009−158251号公報JP 2009-158251 A

S.Higashi, H.Kaku,T.Okada,H.Murakami and S.Miyazaki,Jpn.J.Appl.Phys.45,5B(2006)pp.4313−4320S. Higashi, H .; Kaku, T .; Okada, H .; Murakami and S.M. Miyazaki, Jpn. J. et al. Appl. Phys. 45, 5B (2006) pp. 4313-4320

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、従来の熱プラズマを大面積に発生させる技術は有効ではなかった。   However, conventional techniques for generating a large area of thermal plasma have not been effective for applications in which the vicinity of the surface of a substrate is treated at a high temperature for a very short time, such as crystallization of a semiconductor.

従来例に示した特許文献2に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、広幅化はされるものの、広幅化された領域における温度分布は100℃以上となっており、均一な熱処理の実現は不可能である。   In the technology for generating thermal plasma in a large area described in Patent Document 2 shown in the conventional example, although the width is widened, the temperature distribution in the widened region is 100 ° C. or more and is uniform. Realization of heat treatment is impossible.

また、従来例に示した特許文献3、4に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、本質的には熱プラズマを揺動させるものであるから、実質的に熱処理されている時間は、回転させずに走査した場合と比べて短くなるので、大面積を処理する時間が特段短くなるものではない。また、均一処理のためには回転速度を走査速度に比べて十分に大きくする必要があり、ノズルの構成が複雑化することは避けられない。   Further, in the techniques described in Patent Documents 3 and 4 shown in the conventional example, the thermal plasma is generated in a large area, and the heat plasma is essentially oscillated. Since the time is shorter than when scanning without rotating, the time for processing a large area is not particularly shortened. Further, for uniform processing, it is necessary to make the rotation speed sufficiently higher than the scanning speed, and it is inevitable that the nozzle configuration becomes complicated.

また、従来例に示した特許文献5に記載の技術は溶接技術であり、大面積を均一に処理するための構成ではない。仮にこれを大面積処理用途に適用しようとしても、この構成においては点状のアークが帯状電極に沿って振動するので、時間平均すると均一にプラズマが発生するものの、瞬間的には不均一なプラズマが生じている。したがって、大面積の均一処理には適用できない。   Moreover, the technique described in Patent Document 5 shown in the conventional example is a welding technique and is not a configuration for uniformly processing a large area. Even if this is applied to a large area processing application, in this configuration, since a point-like arc vibrates along the strip electrode, plasma is generated uniformly when time averaged, but instantaneously non-uniform plasma is generated. Has occurred. Therefore, it cannot be applied to large area uniform processing.

また、従来例に示した特許文献6に記載の技術は、非特許文献1や特許文献1に開示されているDCアーク放電を用いたものと異なり、誘導結合型の高周波プラズマトーチであることが特徴である。無電極放電であることから、熱プラズマの安定性に優れ(時間変化が小さい)、電極材料の基材への混入(コンタミネーション)が少ないという利点がある。   Further, the technique described in Patent Document 6 shown in the conventional example is an inductively coupled high-frequency plasma torch, unlike the technique using DC arc discharge disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1. It is a feature. Since it is an electrodeless discharge, it has the advantages of excellent thermal plasma stability (small time change) and less contamination (contamination) of electrode material into the substrate.

さて、誘導結合型プラズマトーチにおいては、高温プラズマから絶縁体材料を保護するために、絶縁体材料を二重管構成としてその間に冷媒を流す方法が一般的に採用されている。しかしながら、従来例に示した特許文献6に記載の技術においては、絶縁体材料が扁平な直方体状をなしていることから、これを単純に二重管構成としただけでは、十分な流量の冷媒を流すことができない。なぜなら、絶縁体材料は一般に金属に比べて機械的強度に劣るため、絶縁体材料を長尺方向に余りに長くすると、二重管の内圧を高くできなくなるからである。このため、大面積を均一に処理するのに限界がある。   In an inductively coupled plasma torch, in order to protect the insulator material from high-temperature plasma, a method is generally adopted in which the insulator material is made into a double tube configuration and a coolant is passed therebetween. However, in the technique described in Patent Document 6 shown in the conventional example, since the insulator material has a flat rectangular parallelepiped shape, a refrigerant having a sufficient flow rate can be obtained simply by adopting a double tube configuration. Can't flow. This is because the insulator material is generally inferior in mechanical strength to metal, and if the insulator material is too long in the longitudinal direction, the internal pressure of the double pipe cannot be increased. For this reason, there is a limit to uniformly processing a large area.

また、仮に絶縁体材料の冷却の問題がないと仮定しても、従来例に示した特許文献6に記載の技術においては、絶縁体材料の内部空間に形成した高温プラズマは、その最下部から噴出するごく一部のみが基材に直接作用する構成であるため、電力効率が悪いという問題点がある。また、絶縁体材料の内部空間においては、中心付近のプラズマ密度が高くなるので、長尺方向にプラズマが不均一となり、基材を均一に処理することができないという問題点がある。   Even if it is assumed that there is no problem of cooling of the insulator material, in the technique described in Patent Document 6 shown in the conventional example, the high-temperature plasma formed in the internal space of the insulator material is from the lowermost part. Since only a small part of the jetting is directly applied to the base material, there is a problem that power efficiency is poor. Further, in the internal space of the insulator material, since the plasma density near the center is high, there is a problem that the plasma becomes non-uniform in the longitudinal direction and the substrate cannot be processed uniformly.

なお、点状の熱プラズマであっても、その直径が大きければ大面積処理の際の走査回数を減らせるため、用途によっては短時間で処理できる。しかし、熱プラズマの直径が大きいと、走査時に熱プラズマが基材上を通過する時間が実質的に長くなるため、ごく短時間だけ基材の表面近傍のみを高温処理することはできず、基材のかなり深い領域までが高温になり、例えばガラス基板の割れや膜剥がれなどの不具合を生じることがある。   Even in the case of dot-like thermal plasma, if the diameter is large, the number of scans during large area processing can be reduced, so that it can be processed in a short time depending on the application. However, if the diameter of the thermal plasma is large, the time for the thermal plasma to pass over the substrate during scanning becomes substantially longer, so that only the vicinity of the surface of the substrate cannot be treated at a high temperature for a very short time. Even a considerably deep region of the material becomes high temperature, which may cause defects such as cracking of the glass substrate and peeling of the film.

また、従来例に示した特許文献8に記載の技術では、先に述べた誘導結合型の高周波プラズマトーチと比較して、熱プラズマの安定性に劣り(時間変化が大きい)、電極材料の基材への混入(コンタミネーション)が多いという欠点がある。   Further, the technique described in Patent Document 8 shown in the conventional example is inferior in thermal plasma stability (large time change) as compared to the inductively coupled high frequency plasma torch described above, and is based on the electrode material. There is a disadvantage that there is a lot of contamination (contamination) in the material.

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、あるいは、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、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる誘導結合型プラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a problem. When the high-temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is irradiated with plasma by the reactive gas or plasma and the reactive gas flow at the same time. Thus, an object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma processing apparatus and method capable of processing the entire desired region of the substrate in a short time when the substrate is subjected to low temperature plasma treatment.

本願の第1発明の誘導結合型プラズマ処理装置は、スリット状で単一の開口部を備えた誘電体製の筒状チャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス導入口と、前記チャンバの周囲に設けられ高周波電流が流れることで前記チャンバ内に誘導結合型のプラズマを発生させる弧状の導体前記開口部と対向して配置され、かつ基材を保持する基材載置台と、を備えた誘導結合型プラズマ処理装置であって、前記チャンバの長手方向と前記開口部の長手方向とは平行に配置され、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備え、前記弧状の導体は複数で互いに平行でかつ電気的に接続され、複数の導体には同位相の高周波電流が流れ、前記弧状の導体の弧が途切れた部分に前記開口部を設けたことを特徴とする。 An inductively coupled plasma processing apparatus according to a first aspect of the present invention is a slit-shaped dielectric cylindrical chamber having a single opening, a gas inlet for supplying gas into the chamber, and the chamber. and arcuate conductors for generating an inductively coupled plasma in the chamber by flowing a high frequency current provided around, is disposed to face the opening portion, and a mounting table base for holding the base material, the An inductively coupled plasma processing apparatus comprising: the chamber and the base in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening, wherein the longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel. A plurality of arc-shaped conductors that are parallel and electrically connected to each other, and a plurality of the arc-shaped conductors are electrically connected to each other . Conductor arc breaks Characterized by providing the opening in the portion.

このような構成により、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、あるいは、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、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。   With such a configuration, when the high temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low temperature plasma treatment by irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow at the same time. In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.

また、好適には、前記弧状の導体の両端が、導体からなる高周波印加棒及び接地棒に接続され、前記高周波印加棒及び前記接地棒の長手方向と前記開口部の長手方向とが平行に配置されていることが望ましい。   Preferably, both ends of the arcuate conductor are connected to a high-frequency applying rod and a grounding rod made of a conductor, and the longitudinal direction of the high-frequency applying rod and the grounding rod and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel. It is desirable that

このような構成により、弧状の導体への高周波印加が簡単に行える。 With such a configuration, it is possible to easily apply a high frequency to the arcuate conductor .

また、好適には、前記筒状チャンバの長手方向の両側に2つの冷媒マニホールドを備え、
前記筒状チャンバに、前記2つの冷媒マニホールドを連通する冷媒流路を備えることが望ましい。
Also preferably, two refrigerant manifolds are provided on both sides in the longitudinal direction of the cylindrical chamber,
It is desirable that the cylindrical chamber be provided with a refrigerant flow path that communicates the two refrigerant manifolds.

このような構成により、プラズマ処理装置の効率的な冷却が簡単に行える。   With such a configuration, efficient cooling of the plasma processing apparatus can be easily performed.

また、好適には、前記筒状チャンバの長手方向の両側に2つの冷媒マニホールドを備え、
前記筒状チャンバに、前記2つの冷媒マニホールドを連通する冷媒流路を備え、
前記高周波印加棒及び前記接地棒が中空の管からなり、前記高周波印加棒または前記接地棒のうち一方が、前記2つの冷媒マニホールドのうちの一方と連通し、前記高周波印加棒または前記接地棒のうち他の一方が、前記2つの冷媒マニホールドのうちの他の一方と連通していることが望ましい。
Also preferably, two refrigerant manifolds are provided on both sides in the longitudinal direction of the cylindrical chamber,
The cylindrical chamber includes a refrigerant flow path that communicates the two refrigerant manifolds,
The high-frequency application rod and the grounding rod are hollow tubes, and one of the high-frequency application rod or the grounding rod communicates with one of the two refrigerant manifolds, and the high-frequency application rod or the grounding rod It is desirable that the other one communicates with the other one of the two refrigerant manifolds.

このような構成により、プラズマ処理装置の効率的な冷却に加え、弧状の導体、高周波印加棒及び接地棒の冷却が簡単に行える。 With such a configuration, in addition to efficient cooling of the plasma processing apparatus, it is possible to easily cool the arc-shaped conductor , the high-frequency applying rod, and the grounding rod.

また、好適には、前記複数の弧状の導体の間に、前記ガス導入口に連通する複数のガス配管が設けられていることが望ましい。   Preferably, a plurality of gas pipes communicating with the gas introduction port are provided between the plurality of arcuate conductors.

このような構成により、長手方向に均一なガス流れの形成を簡単に行える。   With such a configuration, a uniform gas flow can be easily formed in the longitudinal direction.

また、好適には、前記筒状チャンバ、前記弧状の導体、前記高周波印加棒及び前記接地棒が、接地電位の導体カバー内に収納され、前記高周波印加棒と前記導体カバーとの間に、絶縁棒が配置されていることが望ましい。 Preferably, the cylindrical chamber, the arc-shaped conductor , the high-frequency applying rod, and the grounding rod are accommodated in a ground potential conductor cover, and an insulation is provided between the high-frequency applying rod and the conductor cover. It is desirable that a bar be placed.

このような構成により、高周波の漏洩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。   With such a configuration, high-frequency leakage can be effectively prevented, and undesirable abnormal discharge can be effectively prevented.

また、好適には、前記筒状チャンバの内部空間が、前記筒状チャンバに設けられたスリットであることが望ましい。   Preferably, the internal space of the cylindrical chamber is a slit provided in the cylindrical chamber.

このような構成により、筒状チャンバを簡単に形成できる。   With such a configuration, the cylindrical chamber can be easily formed.

また、前記筒状チャンバに設けられたスリットの幅が、前記開口部に向けて一定であってもよいし、前記開口部に向けて徐々に広くなってもよいし、あるいは、前記開口部に向けて徐々に狭くなってもよい。   Further, the width of the slit provided in the cylindrical chamber may be constant toward the opening, may be gradually widened toward the opening, or may be It may be narrowed gradually.

本願の第2発明の誘導結合型プラズマ処理方法は、筒状チャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに形成されたスリット状で単一の開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバの周囲に設けられた弧状の導体高周波電流を供給することで、前記チャンバ内に誘導結合型のプラズマを発生させる誘導結合型プラズマ処理方法において、前記弧状の導体は複数で互いに平行でかつ電気的に接続され、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記チャンバと前記基材とを相対的に移動しながら前記基材の表面を処理するに際して、複数の導体に同位相の高周波電流を流すと共に、前記弧状の導体の弧が途切れた部分に前記開口部が配置された状態で前記基材の表面を処理することを特徴とする。 In the inductively coupled plasma processing method of the second invention of the present application, while supplying gas into the cylindrical chamber, the gas is ejected from a single opening to the substrate in the form of a slit formed in the chamber. In the inductively coupled plasma processing method for generating inductively coupled plasma in the chamber by supplying a high frequency current to an arcuate conductor provided around the chamber , a plurality of the arcuate conductors are parallel to each other. When the surface of the base material is processed while relatively moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening and electrically connected to the plurality of conductors. The surface of the base material is treated in a state in which a high-frequency current of a phase is passed and the opening is disposed in a portion where the arc of the arc-shaped conductor is interrupted.

このような構成により、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、あるいは、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、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。   With such a configuration, when the high temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low temperature plasma treatment by irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow at the same time. In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.

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、あるいは、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、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。   According to the present invention, when a high temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low temperature plasma treatment by simultaneously irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow. In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.

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Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention 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Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention 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The perspective view which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention. 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Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention 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Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 2 of this invention. 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The perspective view which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 2 of this invention. 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断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 3 of this invention. 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斜視図The perspective view which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 3 of this invention. 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断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 4 of this invention. 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斜視図The perspective view which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 8 of this invention. 従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in a prior art example 従来例における最表面からの深さと温度の関係を示す概念図Conceptual diagram showing the relationship between the depth from the outermost surface and the temperature in the conventional example

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。   Hereinafter, a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(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。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1A(a)及び(b)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の長尺方向に垂直な面で切った断面図である。   1A (a) and 1 (b) show a configuration of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and are cross-sectional views taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of an inductively coupled plasma torch unit. .

図1B(c)及び(d)は、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、基材に垂直な面で切った断面図である。図1B(c)は図1A(b)の破線A〜A‘で切った断面図、図1B(d)は図1A(b)の破線B〜B‘で切った断面図、図1A(a)は図1B(c)の破線C〜C’で切った断面図、図1A(b)は図1B(c)の破線D〜D’で切った断面図である。   1B (c) and 1 (d) are cross-sectional views taken along a plane parallel to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit and perpendicular to the substrate. 1B (c) is a cross-sectional view taken along broken lines A to A ′ in FIG. 1A (b), FIG. 1B (d) is a cross-sectional view taken along broken lines BB ′ in FIG. 1A (b), and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along broken lines C to C ′ in FIG. 1B (c), and FIG. 1A (b) is a cross-sectional view taken along broken lines D to D ′ in FIG. 1B (c).

また、図2は、図1A及び図1B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、各部品の斜視図を並べたものである。また、図3は、図1B(d)のE部の拡大図である。   FIG. 2 is an assembly configuration diagram of the inductively coupled plasma torch unit shown in FIGS. 1A and 1B, and is a perspective view of each component. FIG. 3 is an enlarged view of a portion E in FIG. 1B (d).

図1〜図3において、基材載置台1上に基材2が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットTにおいて、コイルをなす弧状の導体としての銅管3が、誘電体製の筒状チャンバを構成する石英ブロック4の周囲に配置される。石英ブロック4の下方に設けられた真鍮ブロック5と、金属製のカバー6の内部に、銅管3及び石英ブロック4が収納されている。真鍮ブロック5及びカバー6は接地されるので、高周波の漏洩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。   1 to 3, the base material 2 is placed on the base material placing table 1. In the inductively coupled plasma torch unit T, a copper tube 3 as an arcuate conductor forming a coil is disposed around a quartz block 4 constituting a cylindrical chamber made of a dielectric. A copper tube 3 and a quartz block 4 are accommodated in a brass block 5 provided below the quartz block 4 and a metal cover 6. Since the brass block 5 and the cover 6 are grounded, high-frequency leakage can be effectively prevented and undesirable abnormal discharge can be effectively prevented.

筒状チャンバ内部の空間7は、石英ブロック4に設けられたスリットである。筒状チャンバ内部の空間7に発生したプラズマは、筒状チャンバにおけるスリット状の開口部としてのプラズマ噴出口8より基材2に向けて噴出する。銅管3からなる弧状の導体の弧が途切れた部分が図の下方に相当し、そこに開口部としてのプラズマ噴出口8が設けられている構成である。また、チャンバの長手方向とプラズマ噴出口8の長手方向とは平行に配置されている。   A space 7 inside the cylindrical chamber is a slit provided in the quartz block 4. The plasma generated in the space 7 inside the cylindrical chamber is ejected toward the base material 2 from the plasma ejection port 8 as a slit-shaped opening in the cylindrical chamber. A portion where the arc of the arcuate conductor made of the copper tube 3 is interrupted corresponds to the lower part of the figure, and a plasma jet port 8 serving as an opening is provided there. Further, the longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the plasma outlet 8 are arranged in parallel.

カバー6の上方に、プラズマガスマニホールド9が設けられる。プラズマガスマニホールドに供給されたガスは、導体製のプラズマガス供給配管10を介して、石英ブロック4に設けられ、下方にガス導入口としての開口部を備えたプラズマガス供給穴11より筒状チャンバ内部の空間7に導入される。銅管3とプラズマガス供給配管10は、これらの間の空間での放電を抑制するために、樹脂ブロック12により埋められている。このように、複数の弧状の銅管3の間に、ガス導入口に連通する複数のプラズマガス供給配管10が設けられているので、長手方向に均一なガス流れを簡単に形成できる。   A plasma gas manifold 9 is provided above the cover 6. The gas supplied to the plasma gas manifold is provided in the quartz block 4 via a plasma gas supply pipe 10 made of a conductor, and is formed into a cylindrical chamber through a plasma gas supply hole 11 having an opening as a gas introduction port below. It is introduced into the internal space 7. The copper tube 3 and the plasma gas supply pipe 10 are filled with a resin block 12 in order to suppress discharge in the space between them. As described above, since the plurality of plasma gas supply pipes 10 communicating with the gas inlets are provided between the plurality of arc-shaped copper tubes 3, a uniform gas flow can be easily formed in the longitudinal direction.

また、基材載置台1に近い部分に、シールドガスノズル13が配置され、その内部にはシールドガスマニホールド14が設けられる。このように、2系統のガス導入が準備されており、プラズマ生成に適したプラズマガスとは別にシールドガスを供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、あるいは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。   Further, a shield gas nozzle 13 is disposed in a portion close to the substrate mounting table 1, and a shield gas manifold 14 is provided therein. In this way, two systems of gas introduction are prepared, and a shielding gas is supplied in addition to the plasma gas suitable for plasma generation, such as oxygen and carbon dioxide in the atmosphere, which are unnecessary or have an adverse effect on the processing. It is possible to reduce contamination of the plasma irradiation surface.

銅管3の内部には、高周波印加棒としての上流側銅管15及び接地棒としての下流側銅管16の内部を介して、絶縁性冷媒としての水が流れる。すなわち、銅管3の内部の空間と、中空の上流側銅管15及び下流側銅管16の内部の空間は連通するよう構成されている。また、石英ブロック4及び真鍮ブロック5には、これらを貫通する冷却水配管17が設けられている。これらの水路(冷媒流路)は、真鍮ブロック18の外側に設けられた樹脂ケース19と真鍮ブロック18との間の空間がなす冷媒マニホールドとしての冷却水マニホールド20に連通している。   Inside the copper tube 3, water as an insulating refrigerant flows through the inside of the upstream copper tube 15 as a high frequency application rod and the downstream copper tube 16 as a grounding rod. That is, the space inside the copper tube 3 and the space inside the hollow upstream copper tube 15 and the downstream copper tube 16 are configured to communicate with each other. The quartz block 4 and the brass block 5 are provided with a cooling water pipe 17 penetrating them. These water passages (refrigerant flow passages) communicate with a cooling water manifold 20 as a refrigerant manifold formed by a space between the resin case 19 provided outside the brass block 18 and the brass block 18.

樹脂ケース19には、冷媒導入口・冷媒排出口としての冷却水出入口21が各1箇所ずつ設けられ、トーチユニットTへの水冷配管の引き回しが非常に簡潔なものとなっており、小型のトーチを構成しうる。すなわち、筒状チャンバの長手方向の両側に2つの冷媒マニホールド20を備え、各部材に2つの冷媒マニホールド20を連通する冷媒流路を備えた構成である。   The resin case 19 is provided with one coolant inlet / outlet 21 as a refrigerant inlet / outlet, and the water cooling piping to the torch unit T is very simple. Can be configured. That is, two refrigerant manifolds 20 are provided on both sides in the longitudinal direction of the cylindrical chamber, and each member is provided with a refrigerant flow path communicating with the two refrigerant manifolds 20.

なお、上流側銅管15及び下流側銅管16への給排水は、逆方向に延びた銅管延長部22に設けられた冷却水出入口23(円筒状の銅管の側面に設けられた穴)から行われる。つまり、冷却水出入口23は冷却水マニホールド20内に配置され、上流側銅管15及び下流側銅管16のうち一方が、2つの冷媒マニホールドのうちの一方と連通し、上流側銅管15及び下流側銅管16のうち他の一方が、2つの冷媒マニホールドのうちの他の一方と連通している。上流側銅管15及び下流側銅管16は、真鍮ブロック18を貫通する樹脂ブッシュ24の内部を通り、樹脂ケース19に設けられた高周波導入端子穴25及び接地端子穴26を介して銅ブロック27に接続され、銅板28を通じて図示しない高周波整合回路に接続される。   In addition, the water supply / drainage to the upstream side copper pipe 15 and the downstream side copper pipe 16 is the cooling water inlet / outlet 23 provided in the copper pipe extension part 22 extended in the reverse direction (hole provided in the side surface of a cylindrical copper pipe). Done from. That is, the cooling water inlet / outlet 23 is disposed in the cooling water manifold 20, and one of the upstream copper pipe 15 and the downstream copper pipe 16 communicates with one of the two refrigerant manifolds, and the upstream copper pipe 15 and The other one of the downstream copper pipes 16 communicates with the other one of the two refrigerant manifolds. The upstream copper pipe 15 and the downstream copper pipe 16 pass through the resin bush 24 penetrating the brass block 18 and pass through the high frequency introduction terminal hole 25 and the ground terminal hole 26 provided in the resin case 19. And is connected to a high-frequency matching circuit (not shown) through the copper plate 28.

また、上流側銅管15及び下流側銅管16は、絶縁棒としての樹脂ブロック29により、接地電位となる真鍮ブロック5及びカバー6との絶縁が図られ、樹脂ブロック30により接地電位となる真鍮ブロック18との絶縁が図られている。   Further, the upstream copper pipe 15 and the downstream copper pipe 16 are insulated from the brass block 5 and the cover 6 which are grounded by a resin block 29 as an insulating rod, and the brass which is grounded by a resin block 30. Insulation with the block 18 is achieved.

このように、本実施の形態においては、石英ブロック4を貫通する、断面が円形の冷却水配管17が複数設けられているので、従来例に示した特許文献6に記載の技術において二重管構成として水冷した場合に比べて、はるかに大量の冷媒を流すことができる。   As described above, in the present embodiment, since a plurality of cooling water pipes 17 having a circular cross section penetrating the quartz block 4 are provided, in the technique described in Patent Document 6 shown in the conventional example, a double pipe is used. Compared to the case of water cooling, a much larger amount of refrigerant can be flowed.

長方形のスリット状のプラズマ噴出口8が設けられ、基材載置台1(或いは、基材載置台1上の基材2)は、プラズマ噴出口8と対向して配置されている。この状態で、筒状チャンバ内にガスを供給しつつ、プラズマ噴出口8から基材2に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源よりコイルをなす銅管3に高周波電力を供給することにより、筒状チャンバ内部の空間7にプラズマを発生させ、プラズマ噴出口8からプラズマを基材2に照射することにより、基材2上の薄膜31をプラズマ処理することができる。   A rectangular slit-shaped plasma ejection port 8 is provided, and the substrate mounting table 1 (or the substrate 2 on the substrate mounting table 1) is disposed to face the plasma ejection port 8. In this state, high-frequency power is supplied to the copper tube 3 forming a coil from a high-frequency power source (not shown) while gas is being injected from the plasma outlet 8 toward the substrate 2 while supplying gas into the cylindrical chamber. By doing so, plasma is generated in the space 7 inside the cylindrical chamber, and the thin film 31 on the base material 2 can be plasma-treated by irradiating the base material 2 with plasma from the plasma outlet 8.

本構成においては、コイルとしての銅管3が、チャンバの周囲に設けられた弧状の導体からなり、弧状の導体の弧が途切れた部分に開口部としてのプラズマ噴出口8を設けたことが特徴で、プラズマ噴出口8の長手方向に対して垂直な向きに、チャンバと基材載置台1とを相対的に移動させることで、基材2を処理する。つまり、図1A(a),(b)の左右方向へ、図1B(c),(d)の紙面に垂直な方向へ、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1を動かす。   In this configuration, the copper tube 3 as a coil is formed of an arc-shaped conductor provided around the chamber, and a plasma jet port 8 as an opening is provided in a portion where the arc of the arc-shaped conductor is interrupted. Thus, the substrate 2 is processed by relatively moving the chamber and the substrate mounting table 1 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the plasma ejection port 8. That is, the inductively coupled plasma torch unit T or the substrate mounting table 1 is moved in the left-right direction in FIGS. 1A (a) and (b) and in the direction perpendicular to the paper surface in FIGS. 1B (c) and (d).

複数の銅管3は平行に配置され、それらの両端部が上流側銅管15及び下流側銅管16に接続されている。上流側銅管15には高周波電力が供給され、下流側銅管16は接地される。したがって、複数の銅管3には同位相の高周波電流が流れる。また、弧状の銅管3が筒状チャンバ内部の空間7を取り囲むように配置されているので、筒状チャンバ内部の空間7において、銅管3に流れる高周波電流によって励起される誘導電磁界が強めあい、効率的にプラズマを生成できる。また、このような構成とすることにより、コイルのインダクタンスが極めて小さくなり、電力効率の改善を図ることもできる。これは、処理したい基材2の幅が大きい場合、すなわち、誘導結合型プラズマトーチユニットTが長尺方向に長くなる場合にとくに有効である。   The plurality of copper tubes 3 are arranged in parallel, and both ends thereof are connected to the upstream copper tube 15 and the downstream copper tube 16. High frequency power is supplied to the upstream copper tube 15, and the downstream copper tube 16 is grounded. Therefore, a high-frequency current having the same phase flows through the plurality of copper tubes 3. Further, since the arc-shaped copper tube 3 is arranged so as to surround the space 7 inside the cylindrical chamber, the induction electromagnetic field excited by the high-frequency current flowing through the copper tube 3 is strengthened in the space 7 inside the cylindrical chamber. A plasma can be generated efficiently. Further, by adopting such a configuration, the inductance of the coil becomes extremely small, and the power efficiency can be improved. This is particularly effective when the width of the base material 2 to be treated is large, that is, when the inductively coupled plasma torch unit T is elongated in the longitudinal direction.

なお、上流側銅管15及び下流側銅管16の長手方向とプラズマ噴出口8の長手方向とは平行に配置されている。このような構成により、コイルへの高周波印加が簡単に行える。   The longitudinal direction of the upstream copper tube 15 and the downstream copper tube 16 and the longitudinal direction of the plasma jet port 8 are arranged in parallel. With such a configuration, it is possible to easily apply a high frequency to the coil.

筒状チャンバ内に供給する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)。真鍮ブロック5のプラズマ噴出口8の下流にあたる部分は、基材2に向かって徐々に広くなる空間を形成している。このような構成により、真鍮ブロック5へのプラズマの接触によるプラズマ密度の低下を抑制できると同時に、プラズマと接触する部位に近い位置に冷却水配管17を設けることができる。   Various gases can be used as the gas supplied into the cylindrical chamber. However, considering the stability of the plasma, the ignitability, the life of the member exposed to the plasma, etc., it is desirable that the main component is an inert gas. Among these, Ar gas is typically used. When plasma is generated only by Ar, the plasma becomes considerably high temperature (10,000 K or more). A portion of the brass block 5 that is downstream of the plasma outlet 8 forms a space that gradually widens toward the substrate 2. With such a configuration, it is possible to suppress a decrease in the plasma density due to the plasma contact with the brass block 5, and at the same time, it is possible to provide the cooling water pipe 17 at a position close to the portion in contact with the plasma.

なお、本構成においては、プラズマ噴射口8の長手方向の長さが、基材2の幅以上となっているので、一度の走査(トーチユニットTと基材載置台1とを相対的に移動すること)で基材2の表面近傍の薄膜31の全体を処理することができる。   In this configuration, since the length of the plasma injection port 8 in the longitudinal direction is equal to or greater than the width of the base material 2, one-time scanning (the torch unit T and the base material mounting table 1 are relatively moved). The entire thin film 31 in the vicinity of the surface of the substrate 2 can be processed.

このようなプラズマ処理装置において、筒状チャンバ内にガス噴出口よりArまたはAr+H2ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口8から基材2に向けてガスを噴出させながら
、図示していない高周波電源より13.56MHzの高周波電力を、コイルをなす銅管3に供給することにより、筒状チャンバ内部の空間7に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、プラズマ噴出口8からプラズマを基材2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。
In such a plasma processing apparatus, a high-frequency power source (not shown) is supplied while Ar or Ar + H 2 gas is supplied from the gas outlet into the cylindrical chamber and gas is jetted from the plasma outlet 8 toward the substrate 2. Further, by supplying high frequency power of 13.56 MHz to the copper tube 3 forming a coil, a high frequency electromagnetic field is generated in the space 7 inside the cylindrical chamber to generate plasma, and the plasma is supplied from the plasma outlet 8 to the base material. By irradiating 2 and scanning, heat treatment such as crystallization of the semiconductor film can be performed.

このように、プラズマ噴出口8の長手方向と、基材載置台1とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口8の長手方向とは垂直な向きに、筒状チャンバと基材載置台1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2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。また、筒状チャンバをその中心軸に垂直な面で切った断面の幅(図1B(c)における、チャンバ内部空間7の幅)は、プラズマ噴出口8の幅(図1B(c)における隙間の長さ)より少しでも大きければよい。つまり、生成すべきプラズマの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。   In this way, the cylindrical chamber and the substrate mounting table 1 are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the plasma nozzle 8 while the longitudinal direction of the plasma nozzle 8 and the substrate mounting table 1 are arranged in parallel. Therefore, the length of the plasma to be generated and the processing length of the substrate 2 can be configured to be substantially equal. Further, the width of the cross section obtained by cutting the cylindrical chamber along a plane perpendicular to the central axis (the width of the chamber internal space 7 in FIG. 1B (c)) is the width of the plasma ejection port 8 (the gap in FIG. 1B (c)). It is sufficient if it is slightly larger than That is, the volume of plasma to be generated can be made extremely small compared to the conventional one. As a result, power efficiency is dramatically increased.

また、筒状チャンバの内部空間においては、長尺方向に比較的均一なプラズマが生成できるので、特許文献6に開示されている従来例などと比べて、基材を均一に処理することができる。   Further, in the internal space of the cylindrical chamber, a relatively uniform plasma can be generated in the longitudinal direction, so that the substrate can be processed uniformly compared to the conventional example disclosed in Patent Document 6. .

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図4〜図5を参照して説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

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長尺方向に平行な面で切った断面図であり、図1B(c)に相当する。また、図5は、図4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(一部)であり、各部品の斜視図を並べたものである。   FIG. 4 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit taken along a plane parallel to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. 1B (c). To do. FIG. 5 is an assembly configuration diagram (part) of the inductively coupled plasma torch unit shown in FIG. 4, in which perspective views of respective components are arranged.

本発明の実施の形態2においては、実施の形態1とは、樹脂ブロック12の形状が異なり、かつ、樹脂ブロック33を追加しただけであるから、それ以外の説明は省略する。   In the second embodiment of the present invention, since the shape of the resin block 12 is different from that of the first embodiment and only the resin block 33 is added, the other description is omitted.

樹脂ブロック12と樹脂ブロック33には、銅管3との間に隙間ができないように、半円柱状の溝が形成されている。このような構成により、銅管3の周囲(銅管3と石英ブロック4やカバー6との間の空間)での異常放電を効果的に抑制できる。   A semi-cylindrical groove is formed in the resin block 12 and the resin block 33 so that no gap is formed between the copper tube 3 and the resin block 12. With such a configuration, an abnormal discharge around the copper tube 3 (a space between the copper tube 3 and the quartz block 4 or the cover 6) can be effectively suppressed.

(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図6〜図7を参照して説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図6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、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であり、図1A(a)及び(b)に相当する。また、図7は、図6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(一部)であり、各部品の斜視図を並べたものである。   FIG. 6 shows the configuration of the plasma processing apparatus in accordance with the third exemplary embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit. It corresponds to b). FIG. 7 is an assembly configuration diagram (part) of the inductively coupled plasma torch unit shown in FIG. 6, in which perspective views of the respective parts are arranged.

本発明の実施の形態3においては、実施の形態1とは、樹脂ブロック12と樹脂ブロック29の形状が異なり、かつ、樹脂ブロック33及び樹脂ブロック34を追加しただけであるから、それ以外の説明は省略する。   In the third embodiment of the present invention, the shapes of the resin block 12 and the resin block 29 are different from those of the first embodiment, and only the resin block 33 and the resin block 34 are added. Is omitted.

樹脂ブロック12と樹脂ブロック33には、銅管3との間に隙間ができないように、半円柱状の溝が形成されている。このような構成により、銅管3の周囲(銅管3と石英ブロック4やカバー6との間の空間)での異常放電を効果的に抑制できる。同様に、樹脂ブロック34にも半円柱状の溝が形成されており、銅管3の周囲(銅管3と石英ブロック4との間の空間)での異常放電を効果的に抑制できる。樹脂ブロック34が銅管3と石英ブロック4の間に挿入されているため、上流側銅管15及び下流側銅管16の間の幅は、石英ブロック4の幅よりも大きくなる。これにより、樹脂ブロック29の形状をコの字型として、上流側銅管15及び下流側銅管16と、石英ブロック4との間に隙間ができないように構成している。   A semi-cylindrical groove is formed in the resin block 12 and the resin block 33 so that no gap is formed between the copper tube 3 and the resin block 12. With such a configuration, an abnormal discharge around the copper tube 3 (a space between the copper tube 3 and the quartz block 4 or the cover 6) can be effectively suppressed. Similarly, a semi-cylindrical groove is also formed in the resin block 34, and abnormal discharge around the copper tube 3 (the space between the copper tube 3 and the quartz block 4) can be effectively suppressed. Since the resin block 34 is inserted between the copper tube 3 and the quartz block 4, the width between the upstream copper tube 15 and the downstream copper tube 16 is larger than the width of the quartz block 4. Thereby, the shape of the resin block 29 is formed into a U-shape so that there is no gap between the upstream copper pipe 15 and the downstream copper pipe 16 and the quartz block 4.

(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4について、図8〜図9を参照して説明する。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図8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、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に平行な面で切った断面図であり、図1B(c)に相当する。また、図9は、図8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(一部)であり、各部品の斜視図を並べたものである。   FIG. 8 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit taken along a plane parallel to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. 1B (c). To do. FIG. 9 is an assembly configuration diagram (part) of the inductively coupled plasma torch unit shown in FIG. 8, in which perspective views of components are arranged.

本発明の実施の形態4においては、実施の形態1とは、銅管3と樹脂ブロック12の形状が異なるだけであるから、それ以外の説明は省略する。   In the fourth embodiment of the present invention, only the shapes of the copper tube 3 and the resin block 12 are different from those of the first embodiment, and therefore other explanations are omitted.

銅管3は帯状の1本のコイルを構成しており、プラズマガス供給配管10を配置するための2箇所の貫通穴を備える。このような構成により、コイルとしての銅管の断面積が増すため、損失が少ない高周波駆動が可能となる。   The copper tube 3 constitutes a strip-shaped coil and includes two through holes for arranging the plasma gas supply pipe 10. With such a configuration, the cross-sectional area of the copper tube as the coil is increased, so that high-frequency driving with less loss is possible.

(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5について、図10を参照して説明する。
(Embodiment 5)
The fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図10は本発明の実施の形態5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長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(b)に相当する。   FIG. 10 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 5 of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. To do.

本発明の実施の形態1においては、筒状チャンバは直方体形状の石英ブロックにより構成されていたが、本発明の実施の形態5においては、複数の円筒状の石英管35を門型に並べることにより、スリット状の筒状チャンバを構成している。   In Embodiment 1 of the present invention, the cylindrical chamber is constituted by a rectangular parallelepiped quartz block. However, in Embodiment 5 of the present invention, a plurality of cylindrical quartz tubes 35 are arranged in a gate shape. Thus, a slit-shaped cylindrical chamber is configured.

(実施の形態6)
以下、本発明の実施の形態6について、図11を参照して説明する。
(Embodiment 6)
The sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図11は本発明の実施の形態6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長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1A(a)に相当する。   FIG. 11 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 6 of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. 1A (a). To do.

本発明の実施の形態1においては、筒状チャンバに設けられたスリット(筒状チャンバ内部の空間7)の幅が、開口部としてのプラズマ噴出口8に向けて一定である場合を例示したが、本発明の実施の形態6においては、筒状チャンバに設けられたスリット(筒状チャンバ内部の空間7)の幅が、開口部としてのプラズマ噴出口8に向けて徐々に狭くなっている。このような構成により、プラズマの発生を確実にしながら、より狭い範囲にプラズマを照射することができる。   In the first embodiment of the present invention, the case where the width of the slit (space 7 inside the cylindrical chamber) provided in the cylindrical chamber is constant toward the plasma ejection port 8 as the opening is illustrated. In Embodiment 6 of the present invention, the width of the slit (space 7 inside the cylindrical chamber) provided in the cylindrical chamber is gradually narrowed toward the plasma outlet 8 as the opening. With such a configuration, it is possible to irradiate plasma in a narrower range while ensuring the generation of plasma.

(実施の形態7)
以下、本発明の実施の形態7について、図12を参照して説明する。
(Embodiment 7)
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図12は本発明の実施の形態7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長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1A(a)に相当する。   FIG. 12 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 7 of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. 1A (a). To do.

本発明の実施の形態1においては、筒状チャンバに設けられたスリット(筒状チャンバ内部の空間7)の幅が、開口部としてのプラズマ噴出口8に向けて一定である場合を例示したが、本発明の実施の形態7においては、筒状チャンバに設けられたスリット(筒状チャンバ内部の空間7)の幅が、開口部としてのプラズマ噴出口8に向けて徐々に広くなっている。このような構成により、プラズマの発生効率を高く保ちながら、より広い範囲にプラズマを照射することができる。   In the first embodiment of the present invention, the case where the width of the slit (space 7 inside the cylindrical chamber) provided in the cylindrical chamber is constant toward the plasma ejection port 8 as the opening is illustrated. In Embodiment 7 of the present invention, the width of the slit (space 7 inside the cylindrical chamber) provided in the cylindrical chamber is gradually increased toward the plasma outlet 8 as the opening. With such a configuration, it is possible to irradiate plasma over a wider range while maintaining high plasma generation efficiency.

(実施の形態8)
以下、本発明の実施の形態8について、図13を参照して説明する。
(Embodiment 8)
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図13は本発明の実施の形態8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(一部)であり、各部品の斜視図を並べたものである。   FIG. 13 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, and is an assembly configuration diagram (part) of the inductively coupled plasma torch unit, in which perspective views of the respective components are arranged.

本発明の実施の形態8においては、実施の形態1とは、コイルの形状が異なるだけであるから、それ以外の説明は省略する。   In the eighth embodiment of the present invention, only the shape of the coil is different from that of the first embodiment, and therefore other explanations are omitted.

コイルは、複数の弧状の導体が平行に配置され、かつ、互いに隣り合う複数の弧状の導体に逆位相の高周波電流が流れるように蛇行配置されている銅管3からなる。つまり、コイルは一筆書き可能な形状で、ジグザグ状に石英ブロック4を取り囲むように配置される。このような構成により、互いに隣り合う銅管どうしがスリット(筒状チャンバ内部の空間7)に形成する誘導電磁界が強められるため、効率のよいプラズマ生成が可能となる。   The coil is composed of a copper tube 3 in which a plurality of arc-shaped conductors are arranged in parallel and meanderingly arranged so that a high-frequency current having an opposite phase flows through a plurality of arc-shaped conductors adjacent to each other. That is, the coil has a shape that can be drawn with a single stroke, and is arranged so as to surround the quartz block 4 in a zigzag shape. With such a configuration, an induction electromagnetic field formed between adjacent copper tubes in the slit (space 7 inside the cylindrical chamber) is strengthened, so that efficient plasma generation is possible.

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。   The plasma processing apparatus and method described above merely exemplify typical examples of the scope of application of the present invention.

例えば、誘導結合型プラズマトーチユニットTを、固定された基材載置台1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1を走査してもよい。   For example, the inductively coupled plasma torch unit T may be scanned with respect to the fixed substrate mounting table 1, but the substrate mounting table 1 is scanned with respect to the fixed inductively coupled plasma torch unit T. May be.

本発明の種々の構成によって、基材2の表面近傍を高温処理することが可能となるが、従来例で詳しく述べた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、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、さまざま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。   The various configurations of the present invention enable high-temperature treatment of the vicinity of the surface of the substrate 2, but can be applied to the crystallization of the semiconductor film for TFT and the modification of the semiconductor film for solar cell described in detail in the conventional example. Of course, the protective layer of the plasma display panel is cleaned and degassed, the surface of the dielectric layer consisting of an aggregate of silica particles is flattened and degassed, various electronic devices are reflowed, and the solid impurity source is reduced. It can be applied to various surface treatments such as plasma doping. Moreover, as a manufacturing method of a solar cell, it can apply also to the method of apply | coating the powder obtained by grind | pulverizing a silicon ingot on a base material, and irradiating this with a plasma and fuse | melting it, and obtaining a polycrystalline silicon film.

また、プラズマガス供給配管10が石英ブロック4を貫通して筒状チャンバ内部の空間7に露出するまで延長されていてもよい。プラズマガス供給配管10が誘電体製である場合は、配管内部に高周波電磁界が照射され、配管内部で望ましくない放電を生じることがある。本発明の各実施の形態において、プラズマガス供給配管10を金属製とする場合を例示したが、これは、上記のような望ましくない放電を抑制するためである。その効果をより高めるためには、放電させたくない部位を導体で囲うことが有効であり、プラズマガス供給配管10を、石英ブロック4を貫通して筒状チャンバ内部の空間7に露出するまで延長することが好ましいといえる。   Further, the plasma gas supply pipe 10 may be extended until it penetrates the quartz block 4 and is exposed to the space 7 inside the cylindrical chamber. When the plasma gas supply pipe 10 is made of a dielectric, a high frequency electromagnetic field is irradiated inside the pipe, and an undesirable discharge may occur inside the pipe. In each embodiment of the present invention, the case where the plasma gas supply pipe 10 is made of metal is exemplified, but this is for suppressing the above-described undesirable discharge. In order to further enhance the effect, it is effective to surround a portion that is not desired to be discharged with a conductor, and the plasma gas supply pipe 10 extends through the quartz block 4 until it is exposed to the space 7 inside the cylindrical chamber. It is preferable to do so.

また、プラズマの着火を容易にするために、着火源を用いることも可能である。着火源としては、ガス給湯器などに用いられる点火用スパーク装置などを利用できる。   It is also possible to use an ignition source in order to facilitate plasma ignition. As an ignition source, an ignition spark device used for a gas water heater or the like can be used.

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。   In the description, the term “thermal plasma” is used for simplicity. However, it is difficult to distinguish between thermal plasma and low temperature plasma. For example, Tanaka Yasunori “Non-equilibrium in thermal plasma” plasma nucleus Journal of Fusion Society, Vol. 82, no. 8 (2006) p. As described in 479-483, it is also difficult to classify plasma types based on thermal equilibrium alone. The present invention has an object of heat-treating a substrate, and can be applied to a technique for irradiating high-temperature plasma without being bound by terms such as thermal plasma, thermal equilibrium plasma, and high-temperature plasma.

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。あるいは、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。
In addition, the case where high-temperature heat treatment is performed in the vicinity of the surface of the base material uniformly for a very short time is illustrated in detail. The present invention can also be applied. By mixing the reaction gas with the plasma gas, the plasma by the reaction gas is irradiated onto the substrate, and etching and CVD can be realized. Alternatively, the plasma and the reactive gas flow are simultaneously irradiated onto the substrate by supplying a gas containing a reactive gas as a shielding gas while using a rare gas or a gas obtained by adding a small amount of H 2 gas to the rare gas as the plasma gas. In addition, plasma processing such as etching, CVD, and doping can be realized.

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、Cxy(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。
When a gas containing argon as a main component is used as the plasma gas, thermal plasma is generated as exemplified in detail in the embodiment. On the other hand, when a gas containing helium as a main component is used as the plasma gas, a relatively low temperature plasma can be generated. By such a method, processing such as etching and film formation can be performed without heating the substrate too much. As a reactive gas used for etching, a halogen-containing gas, for example, C x F y (x and y are natural numbers), SF 6
Silicon and silicon compounds can be etched. If O 2 is used as the reaction gas, it is possible to remove organic substances, resist ashing, and the like.

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。あるいは、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。従来技術(例えば、特許文献7に記載のもの)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いため、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処理することが可能となる。
The reactive gas used for CVD includes monosilane, disilane, and the like, and silicon or silicon compound can be formed. Alternatively, a silicon oxide film can be formed by using a mixed gas of O 2 and an organic gas containing silicon typified by TEOS (Tetraethoxysilane). In addition, various low-temperature plasma treatments such as surface treatment for modifying water repellency and hydrophilicity are possible. Compared to the prior art (for example, described in Patent Document 7), since it is an inductive coupling type, even if a high power density per unit volume is applied, it is difficult to shift to arc discharge, so a higher density plasma is generated. As a result, a high reaction rate can be obtained, and the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.

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ことは勿論、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、さまざま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、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。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処理する上で有用な発明である。   As described above, the present invention can be applied to the crystallization of the TFT semiconductor film and the modification of the semiconductor film for the solar cell, as well as cleaning the protective layer of the plasma display panel, reducing the degassing, Uniformity in the vicinity of the surface of the substrate for only a short time in various surface treatments such as surface flattening of dielectric layers consisting of aggregates, reduction of degassing, reflow of various electronic devices, plasma doping using solid impurity sources, etc. In the high temperature heat treatment, the present invention is useful for treating the entire desired region of the base material in a short time. In addition, it is a useful invention for processing a desired whole region of a substrate in a short time in low temperature plasma processing such as etching, film formation, doping, and surface modification in manufacturing various electronic devices. .

1 基材載置台
2 基材
T 誘導結合型プラズマトーチユニット
3 銅管
4 石英ブロック
5 真鍮ブロック
6 カバー
7 筒状チャンバ内部の空間
8 プラズマ噴出口
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
12 樹脂ブロック
13 シールドガスノズル
14 シールドガスマニホールド
15 上流側銅管
16 下流側銅管
17 冷却水配管
18 真鍮ブロック
19 樹脂ケース
20 冷却水マニホールド
21 冷却水出入口
22 銅管延長部
23 冷却水出入口
24 樹脂ブッシュ
25 高周波導入端子穴
26 接地端子穴
27 銅ブロック
28 銅板
29 樹脂ブロック
30 樹脂ブロック
31 薄膜
32 プラズマガス供給配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material mounting base 2 Base material T Inductive coupling type plasma torch unit 3 Copper tube 4 Quartz block 5 Brass block 6 Cover 7 Space inside cylindrical chamber 8 Plasma outlet 9 Plasma gas manifold 10 Plasma gas supply pipe 11 Plasma gas supply Hole 12 Resin block 13 Shield gas nozzle 14 Shield gas manifold 15 Upstream copper pipe 16 Downstream copper pipe 17 Cooling water pipe 18 Brass block 19 Resin case 20 Cooling water manifold 21 Cooling water inlet / outlet 22 Copper pipe extension 23 Cooling water inlet / outlet 24 Resin Bush 25 High frequency lead terminal hole 26 Ground terminal hole 27 Copper block 28 Copper plate 29 Resin block 30 Resin block 31 Thin film 32 Plasma gas supply piping

Claims (11)

スリット状で単一の開口部を備えた誘電体製の筒状チャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス導入口と、
前記チャンバの周囲に設けられ高周波電流が流れることで前記チャンバ内に誘導結合型のプラズマを発生させる弧状の導体
前記開口部と対向して配置され、かつ基材を保持する基材載置台と、
を備えた誘導結合型プラズマ処理装置であって、
前記チャンバの長手方向と前記開口部の長手方向とは平行に配置され、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備え、
前記弧状の導体は複数で互いに平行でかつ電気的に接続され、複数の導体には同位相の高周波電流が流れ、
前記弧状の導体の弧が途切れた部分に前記開口部を設けたこと
を特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
A dielectric cylindrical chamber with a slit and a single opening;
A gas inlet for supplying gas into the chamber;
An arcuate conductor provided around the chamber for generating inductively coupled plasma in the chamber by flowing a high-frequency current ;
A substrate mounting table disposed opposite to the opening and holding the substrate;
An inductively coupled plasma processing apparatus comprising:
The longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel,
A moving mechanism that allows the chamber and the substrate mounting table to move relatively in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening;
A plurality of the arcuate conductors are parallel and electrically connected to each other, and a high-frequency current having the same phase flows through the plurality of conductors,
An inductively coupled plasma processing apparatus, wherein the opening is provided in a portion where the arc of the arc-shaped conductor is interrupted.
前記弧状の導体の両端が、導体からなる高周波印加棒及び接地棒に接続され、前記高周波印加棒及び前記接地棒の長手方向と前記開口部の長手方向とが平行に配置されている請求項1記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 The arcuate ends of the conductors is connected to the RF applying rod and the ground rod made of a conductor, the longitudinal direction of the high-frequency applying rod and the ground rod and the longitudinal direction of the opening is parallel to, claim 2. The inductively coupled plasma processing apparatus according to 1. 前記筒状チャンバの長手方向の両側に2つの冷媒マニホールドを備え、
前記筒状チャンバに、前記2つの冷媒マニホールドを連通する冷媒流路を備えた請求項1記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
Two refrigerant manifolds are provided on both sides in the longitudinal direction of the cylindrical chamber,
The inductively coupled plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein the cylindrical chamber includes a refrigerant flow path that communicates the two refrigerant manifolds.
前記筒状チャンバの長手方向の両側に2つの冷媒マニホールドを備え、
前記筒状チャンバに、前記2つの冷媒マニホールドを連通する冷媒流路を備え、
前記高周波印加棒及び前記接地棒が中空の管からなり、前記高周波印加棒または前記接地棒のうち一方が、前記2つの冷媒マニホールドのうちの一方と連通し、前記高周波印加棒または前記接地棒のうち他の一方が、前記2つの冷媒マニホールドのうちの他の一方と連通している請求項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
Two refrigerant manifolds are provided on both sides in the longitudinal direction of the cylindrical chamber,
The cylindrical chamber includes a refrigerant flow path that communicates the two refrigerant manifolds,
The high-frequency application rod and the grounding rod are hollow tubes, and one of the high-frequency application rod or the grounding rod communicates with one of the two refrigerant manifolds, and the high-frequency application rod or the grounding rod among other hand it is in fluid other one the communicating of said two refrigerant manifolds, inductively coupled plasma processing apparatus according to claim 1.
前記複数の弧状の導体の間に、前記ガス導入口に連通する複数のガス配管が設けられている請求項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 Wherein the plurality of between the arc-shaped conductor, a plurality of gas pipe communicating with the gas inlet port is provided, inductively coupled plasma processing apparatus according to claim 1. 前記筒状チャンバ、前記弧状の導体、前記高周波印加棒及び前記接地棒が、接地電位の導体カバー内に収納され、前記高周波印加棒と前記導体カバーとの間に、絶縁棒が配置されている請求項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 The cylindrical chamber, the arc-shaped conductor , the high-frequency applying rod, and the grounding rod are housed in a conductor cover having a ground potential, and an insulating rod is disposed between the high-frequency applying rod and the conductor cover. , inductively coupled plasma processing apparatus according to claim 1. 前記筒状チャンバの内部空間が、前記筒状チャンバに設けられたスリットである請求項1記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 The inner space of the tubular chamber is a slit provided in the tubular chamber, an inductively coupled plasma processing apparatus according to claim 1. 前記筒状チャンバに設けられたスリットの幅が、前記開口部に向けて一定である請求項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 Width of the slit provided in the tubular chamber is constant toward the opening, inductively coupled plasma processing apparatus of claim 6. 前記筒状チャンバに設けられたスリットの幅が、前記開口部に向けて徐々に広くなる請求項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 Width of the slit provided in the tubular chamber is gradually widened toward the opening, inductively coupled plasma processing apparatus of claim 6. 前記筒状チャンバに設けられたスリットの幅が、前記開口部に向けて徐々に狭くなる請求項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 Width of the slit provided in the tubular chamber is gradually narrower toward the opening, inductively coupled plasma processing apparatus of claim 6. 筒状チャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに形成されたスリット状で単一の開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバの周囲に設けられた弧状の導体高周波電流を供給することで、前記チャンバ内に誘導結合型のプラズマを発生させる誘導結合型プラズマ処理方法において、
前記弧状の導体は複数で互いに平行でかつ電気的に接続され、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記チャンバと前記基材とを相対的に移動しながら前記基材の表面を処理するに際して、複数の導体に同位相の高周波電流を流すと共に、前記弧状の導体の弧が途切れた部分に前記開口部が配置された状態で前記基材の表面を処理すること
を特徴とする誘導結合型プラズマ処理方法。
While supplying the gas into the cylindrical chamber, the gas is ejected from the single opening to the substrate in the form of a slit formed in the chamber, and the high frequency is applied to the arc-shaped conductor provided around the chamber. In the inductively coupled plasma processing method for generating inductively coupled plasma in the chamber by supplying a current ,
The arcuate conductors are parallel to each other and electrically connected,
When processing the surface of the base material while relatively moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening, a high-frequency current having the same phase flows through a plurality of conductors, A method of inductively coupled plasma processing, comprising: treating a surface of the base material in a state where the opening is disposed at a portion where the arc of the arc-shaped conductor is interrupted.
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