JP5821984B2 - Manufacturing method of electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、熱プラズマを基材に照射して基材を処理する熱プラズマ処理や、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を処理する低温プラズマ処理などの、電子デバイスの製造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 The present invention relates to an electronic device manufacturing 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。 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.
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。 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。 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.
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。 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。 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.
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。 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、装置を密閉チャンバ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 sealed 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16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. 16 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31は、陰極32と、この陰極32と所定距離だけ離間して対向配置される陽極33とを備え構成される。陰極32は、例えばタングステン等の導電体からなる。陽極33は、例えば銅などの導電体からなる。また、陽極33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33には噴出孔(ノズル)34が設けられている。陰極32と陽極33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32と陽極33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34から熱プラズマ35を噴出させることができる。
In FIG. 1, a
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。 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36上に半導体膜37(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37に熱プラズマ(熱プラズマジェット)35を当てる。このとき、熱プラズマ35は、半導体膜37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37に当てられる。すなわち、熱プラズマ35は第1軸方向に走査しながら半導体膜37に当てられる。
Such thermal plasma can be used for heat treatment for crystallization of a semiconductor film. Specifically, a semiconductor film 37 (for example, an amorphous silicon film) is formed on the
ここで「相対的に移動させる」とは、半導体膜37(及びこれを支持する基板36)と熱プラズマ35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35の走査により、半導体膜37が熱プラズマ35の有する高温によって加熱され、結晶化された半導体膜38(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)。
Here, “relatively move” refers to relatively moving the semiconductor film 37 (and the
図17は、最表面からの深さと温度の関係を示す概念図である。同図に示すように、熱プラズマ35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35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. 17 is a conceptual diagram showing the relationship between the depth from the outermost surface and the temperature. As shown in the figure, by moving the
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32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
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)。或いは、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 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、マイクロストリップラインを用いて長尺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8を参照)。この構成では、プラズマに接触するチャンバ壁面が完全には冷却できない(水冷流路によって囲まれていない)ので、熱プラズマ源としては動作できないものと考えられる。 Further, a method for generating a long plasma using a microstrip line is disclosed (for example, see Patent Document 8). In this configuration, it is considered that the chamber wall surface in contact with the plasma cannot be completely cooled (not surrounded by the water-cooled flow path), and therefore cannot operate as a thermal plasma source.
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9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 9).
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
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
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
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.
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9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
また、従来例に示した特許文献6に記載の技術に見られるような誘導結合型の高周波プラズマトーチにおいては、円筒型のものが分析用、或いは、溶射用に実用化されているが、プラズマの発生効率が悪く、ガス流量を増すと放電が不安定化するという欠点があった。 In addition, in the inductively coupled high-frequency plasma torch as shown in the technique described in Patent Document 6 shown in the conventional example, a cylindrical type has been put to practical use for analysis or thermal spraying. The generation efficiency is poor, and the discharge becomes unstable when the gas flow rate is increased.
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、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができ、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できる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。 The present invention has been made in view of such a problem. When the high temperature heat treatment is performed uniformly over the surface of the base material for a very short time, or the plasma by the reactive gas or the plasma and the reactive gas flow are simultaneously irradiated onto the base material. An electronic device manufacturing method capable of generating plasma stably and efficiently when a substrate is subjected to low-temperature plasma treatment, and capable of efficiently processing the entire desired region of the substrate in a short time. It is intended to provide.
本願発明の電子デバイスの製造方法は、以下の特徴を有する。
〔1〕第一石英ブロック及び第二石英ブロックで囲まれた環状チャンバ内にガスを供給しつつ、環状チャンバに連通し長尺で線状の開口部から基材載置台に載置される基材に向けてガスを噴出すること。
〔2〕環状チャンバの近傍に設けられ、かつ、開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状のコイルに高周波電力を供給することで、環状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ること。
〔3〕開口部の長手方向に対して垂直な向きに、環状チャンバと基材載置台とを相対的に移動させながら基材の表面を処理すること。
〔4〕当該電子デバイスを誘導結合型プラズマトーチを用いて製造すること。
The method for manufacturing an electronic device of the present invention has the following characteristics.
(1) while supplying gas to the first quartz block and a second quartz block enclosed by the ring-shaped chamber, it is mounted on the substrate mounting table from the line-shaped opening in communication with elongate the annular chamber To blow gas toward the substrate.
[2] it is provided in the vicinity of the annular chamber, and, in the longitudinal direction and parallel orientation of the openings by supplying high frequency power to the coils of elongated shape, by generating a high-frequency electromagnetic field in the annular chamber flop Raising the laser.
[3] Treating the surface of the substrate while relatively moving the annular chamber and the substrate mounting table in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening.
[4] The electronic device is manufactured using an inductively coupled plasma torch.
このような特徴により、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、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、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができる。 Due to such characteristics, when the high temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the substrate for a very short time, or the substrate is irradiated with plasma by the reaction gas or plasma and the reaction gas flow at the same time, the substrate is subjected to the low temperature plasma treatment. At this time, plasma can be generated stably and efficiently.
本願発明の電子デバイスの製造方法において、好適には、誘電体部材の内部に、開口部の長手方向に対して平行に冷媒流路が設けられていることが望ましい。また、環状チャンバと開口部とを連通させる通路が、1mm以下の隙間から成ることが望ましい。また、環状チャンバの太さが、1mm以上10mm以下であるとよく、環状チャンバの外径が、10mm以上とすると更に好適である。更に、環状チャンバと開口部とを連通させる通路が、開口部の長手方向に対して平行に設けられていることが良い。 In the method for manufacturing an electronic device according to the present invention, it is desirable that a coolant channel be provided in the dielectric member in parallel to the longitudinal direction of the opening. Moreover, it is desirable that the passage for communicating the annular chamber and the opening is formed with a gap of 1 mm or less. Further, the thickness of the annular chamber is preferably 1 mm or more and 10 mm or less, and the outer diameter of the annular chamber is more preferably 10 mm or more. Furthermore, it is preferable that a passage for communicating the annular chamber and the opening is provided in parallel to the longitudinal direction of the opening.
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低温プラズマ処理するに際して、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができ、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 processing by simultaneously irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow. At this time, plasma can be generated stably and efficiently, and the entire desired region to be treated of the substrate can be efficiently treated in a short time.
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及び図2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
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の長尺方向に垂直な面で切った断面図である。図1(b)及び(c)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1(a)は、図1(b)の破線A−A’で切った断面図である。 FIG. 1A shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of an inductively coupled plasma torch unit. FIGS. 1B and 1C 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. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the broken line A-A ′ in FIG.
図1(b)は、図1(a)の破線B−B’で切った断面図、図1(c)は図1(a)の破線C−C’で切った断面図、また、図2は、図1に示した誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品(一部)の斜視図を並べたものである。 1B is a cross-sectional view taken along the broken line BB ′ in FIG. 1A, FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the broken line CC ′ in FIG. FIG. 2 is an assembly configuration diagram of the inductively coupled plasma torch unit shown in FIG. 1, in which perspective views of parts (parts) are arranged.
図1及び図2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、導体製のソレノイドコイル3が第一石英ブロック4及び第二石英ブロック5の近傍に配置される。誘電体製の長尺チャンバは、第一石英ブロック4及び第二石英ブロック5によって囲まれた空間(長尺チャンバ内部の空間7)により画定される。長尺チャンバのソレノイドコイル3に近い側の内壁面は、ソレノイドコイル3と平行な曲面である。
1 and 2, the
このような構成では、ソレノイドコイル3の任意の部位において、ソレノイドコイル3から長尺チャンバまでの距離が等しくなるので、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマの発生が可能となり、効率の良いプラズマ生成が実現できる。
In such a configuration, since the distance from the
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。 The inductively coupled plasma torch unit T is entirely surrounded by a shield member (not shown) made of a grounded conductor, which can effectively prevent high-frequency leakage (noise) and effectively prevent undesirable abnormal discharge. Can be prevented.
長尺チャンバ内部の空間7は、内部誘電体ブロックとしての第二石英ブロック5の外壁面と、これが挿入された外部誘電体ブロックとしての第一石英ブロック4の内壁面に囲まれている。つまり、長尺チャンバ全体が誘電体で囲まれている構成である。また、長尺チャンバ内部の空間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、円形に限定されるものではない。
The
本実施の形態においては、レーストラック形(2つの長辺をなす直線部と、その両端に2つの短辺をなす円、楕円、または直線が連結されてなる、一続きの閉じたヒモ状の形状)の長尺チャンバを例示している。長尺チャンバ内部の空間7に発生したプラズマPは、長尺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。また、長尺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。
In the present embodiment, a racetrack shape (a series of closed string-like shapes formed by connecting a straight line portion having two long sides and a circle, an ellipse, or a straight line having two short sides at both ends thereof. (Shape) is illustrated. The plasma P generated in the
第二石英ブロック5の内部にプラズマガスマニホールド9が設けられている。プラズマガス供給配管10よりプラズマガスマニホールド9に供給されたガスは、第二石英ブロック5に設けられたガス導入部としてのプラズマガス供給穴11(貫通穴)を介して、長尺チャンバ内部の空間7に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管10へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。
A
プラズマガス供給穴11は、丸い穴状のものを長手方向に複数設けたものであるが、長尺のスリットであってもよい。
The plasma
また、基材載置台1に近い部分に、シールドガス供給口としての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、或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
なお、シールドガス供給口は、プラズマ噴出口8の長尺方向と平行な向きに長尺な形状をもつスリットであってもよいし、或いは、プラズマ噴出口8の長尺方向と平行な向きに並んだ多数の穴であってもよい。
The shield gas supply port may be a slit having a shape that is long in the direction parallel to the long direction of the
ソレノイドコイル3は中空の銅管からなり、内部が冷媒流路となっている。すなわち、水などの冷媒を流すことで、冷却が可能である。また、第一石英ブロック4及び第二石英ブロック5には、プラズマ噴出口8の長手方向に対して平行に冷媒流路15が設けられている。また、第一石英ブロック4には、プラズマ噴出口8の長手方向に対して垂直な向きにも冷媒流路15が設けられ、プラズマ噴出口8の長手方向に対して平行な冷媒流路15と立体的に交差し、外部との間で冷媒の給排水が行われる。
The
また、第二石英ブロック5内においては、図1(c)に示すように、冷媒流路が合流して束ねられ、外部との冷媒の給排水が行われる。これらの冷媒流路は、その断面が円であるから、大量の冷媒を流した際もその内圧によって構成部材の変形が起きにくい。つまり、本実施の形態においては、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、効果的な冷却が可能である。
Further, in the
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、長尺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ソレノイドコイル3に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ内部の空間7にプラズマP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22をプラズマ処理することができる。プラズマ噴出口8の長手方向に対して垂直な向きに、長尺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1(a)の左右方向へ、図1(b)(c)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。
A rectangular slit-shaped
長尺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)。
なお、本構成においては、プラズマ噴出口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(誘導結合型プラズマトーチユニット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22の全体を処理することができる。
Various gases can be used as the gas supplied into the long 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 gas 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).
In this configuration, since the length in the longitudinal direction of the
このようなプラズマ処理装置において、長尺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、ソレノイドコイル3に供給することにより、長尺チャンバ内部の空間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、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 a gas outlet into a long chamber and gas is jetted from the
プラズマ発生の条件としては、プラズマ噴出口8と基材2間の距離=3〜50mm、走査速度=50〜3000mm/s、プラズマガス総流量=1〜100SLM、Ar+H2ガス中のH2濃度=0〜10%、シールドガス(N2)流量=1〜100SLM、高周波電力=0.5〜10kW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、プラズマ噴出口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、プラズマ噴出口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、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、長尺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。
As conditions for plasma generation, the distance between the
As described above, the long chamber and the substrate mounting table 1 are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the
また、本実施の形態においては、長尺チャンバ内部の空間7は環状である。そして、環状チャンバと開口部としてのプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間(図1(a)の寸法g)を0.5mmとしている。このような長尺チャンバの構造がもたらす効果について、以下で説明する。
Moreover, in this Embodiment, the
従来例に示した特許文献6には、プラズマトーチ内部の構造は詳細に開示されていないが、一般的な円筒型の誘導結合型プラズマトーチと同様、一塊の直方体形状の空間であるものと推察される。このような空間に大気圧誘導結合型プラズマを発生させると、円環状の(ドーナツ形状の)プラズマがチャンバ内に発生しやすい。 Although the internal structure of the plasma torch is not disclosed in detail in Patent Document 6 shown in the conventional example, it is inferred that it is a block of rectangular parallelepiped space like a general cylindrical inductively coupled plasma torch. Is done. When atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated in such a space, an annular (doughnut-shaped) plasma is likely to be generated in the chamber.
すなわち、直方体形状のチャンバ内に円環状のプラズマが発生するので、チャンバ内はその一部のみが非常に高密度のプラズマとなり、長尺方向に均一な処理を行うことが困難である。一方、本実施の形態においては、長尺の環状チャンバを構成しているため、その形状に沿ってレーストラック形の細長い長尺プラズマPが発生する。したがって、従来例に比べて、格段に長尺方向に均一な処理を行うことができる。また、チャンバの体積が従来例に比べて小さくなることから、単位体積当たりに作用する高周波電力が増すので、プラズマ発生効率がよくなるという利点もある。 That is, since an annular plasma is generated in a rectangular parallelepiped chamber, only a part of the chamber becomes a very high-density plasma, and it is difficult to perform uniform processing in the longitudinal direction. On the other hand, in the present embodiment, since a long annular chamber is formed, a long and narrow plasma P having a racetrack shape is generated along the shape. Therefore, it is possible to perform processing that is much more uniform in the longitudinal direction than in the conventional example. Further, since the volume of the chamber is smaller than that of the conventional example, the high frequency power acting per unit volume is increased, so that there is an advantage that the plasma generation efficiency is improved.
また、従来の一般的な誘導結合型プラズマトーチにおいては、ガス流量を増すと放電が不安定になることが指摘されている(例えば、Hironobu Yabuta et al., “Design and evaluation of dual inlet ICP torch for low gas consumption”, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 17(2002)1090−1095頁を参照)。 In addition, it has been pointed out that in a conventional general inductively coupled plasma torch, the discharge becomes unstable when the gas flow rate is increased (for example, Hironobu Yabuta et al., “Design and evaluation of dual int ICP torque”). for low gas consumption ", Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 17 (2002) 1090-1095).
これは、チャンバ内で環状プラズマが揺動した際に、ガス流れの下流域において環状プラズマとコイルとの距離が離れすぎて誘導結合を維持できなくなり、プラズマが失火してしまうためと考えられる。一方、本実施の形態においては、環状チャンバと開口部としてのプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間gを0.5mmと極めて狭く構成しているため、環状プラズマPがこの通路に侵入することができず、環状チャンバ内(通路よりも上流の領域)にとどまる。したがって、ガス流量を増しても環状プラズマPの揺動が起きず、極めて安定した長尺の環状プラズマPが維持される。したがって、従来例に比べて、格段に安定したプラズマ発生が可能となる。
This is presumably because when the annular plasma oscillates in the chamber, the distance between the annular plasma and the coil is too far away in the downstream region of the gas flow, so that inductive coupling cannot be maintained, and the plasma misfires. On the other hand, in the present embodiment, since the gap g of the passage for communicating the annular chamber and the
なお、環状チャンバと開口部としてのプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間gについて詳細に調べたところ、gが1mm以下である場合に環状プラズマPの揺動を抑制できることがわかった。gがあまりに小さいと、長尺方向の部品加工や組立精度の影響が増し、また、通路を通過して基材2に到達するプラズマ流が弱まるため、0.1mm以上、好ましくは0.3mm以上に構成することが望ましい。
In addition, when the gap g of the passage connecting the annular chamber and the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図3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 FIG.
図3は、本発明の実施の形態2におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品(一部)の斜視図を並べたものである。
FIG. 3 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図3において、円筒状に成形された導体製のソレノイドコイル3は、第一石英ブロック4の内部に第二石英ブロック5が挿入されてなる石英ブロック群の周辺に配置される。第二石英ブロック5には、プラズマガス供給配管10が設けられる。なお、誘導結合型プラズマトーチユニットの断面図は、図1(a)と同様である。つまり、円形の環状チャンバを構成しているため、その形状に沿って円形のドーナツ状プラズマPが発生する。したがって、チャンバの体積が従来例に比べて小さくなることから、単位体積当たりに作用する高周波電力が増すので、プラズマ発生効率がよくなる。
In FIG. 3, a
また、環状チャンバと開口部としてのプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間gを0.5mmと極めて狭く構成しているため、環状プラズマPがこの通路に侵入することができず、環状チャンバ内(通路よりも上流の領域)にとどまる。したがって、ガス流量を増しても環状プラズマPの揺動が起きず、極めて安定した円形の環状プラズマPが維持される。したがって、従来例に比べて、格段に安定したプラズマ発生が可能となる。
Further, since the gap g of the passage for communicating the annular chamber and the
なお、図3においては冷媒流路については省略しているが、実施の形態1と同様の構成を採用することも可能であるし、或いは、従来の円筒型誘導結合型プラズマトーチと同様、第一石英ブロック4を二重管構造として、その間に冷媒を流す方式を採用することも可能である。
Although the refrigerant flow path is omitted in FIG. 3, it is possible to adopt the same configuration as that of the first embodiment, or the same as the conventional cylindrical inductively coupled plasma torch. It is also possible to adopt a system in which a
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図4を参照して説明する。
(Embodiment 3)
図4(a)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る。図4(b)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4(a)は図4(b)の破線で切った断面図、図4(b)は図4(a)の破線で切った断面図である。
FIG. 4A shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図4において、内部が冷媒流路を構成する石英管16が、第一石英ブロック4及び第二石英ブロック5に接着剤17により接合されている。第一石英ブロック4に対しては、その外壁面に石英管16が接合され、第二石英ブロック5に対しては、その内部に設けた凹部に石英管16が接合される。また、ソレノイドコイル3が第一石英ブロック4の外壁面に接合されており、ソレノイドコイル3自身と第一石英ブロック4の両方を冷却することができる構造である。
In FIG. 4, a
また、第二石英ブロック5の凹部においては、石英管16が波型に折り曲げられて収納され、第二石英ブロック5の上方より冷媒の給排水を行っており、凹部全体を効果的に冷却するとともに、プラズマPに接する第二石英ブロック5の外壁面(長尺チャンバの内壁面)を効果的に冷却することができる。
Further, in the recess of the
また、第二石英ブロック5に上方から凹部を形成しているため、プラズマガスマニホールド9及びプラズマガス供給配管10を、トーチユニットの長尺方向に対して平行に2箇所ずつ設ける構成としている。このような構成では、2つのガス供給系(プラズマガスマニホールド9及びプラズマガス供給配管10)のガス流量バランスを制御できるという利点もある。
Further, since the concave portion is formed in the
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4について、図5を参照して説明する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図5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垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。
FIG. 5 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
実施の形態1、2、3においては、第一石英ブロック4の下方を絞り、狭いスリット状のプラズマ噴出口8にプラズマ流を導く構成としていた。また、第二石英ブロック5は、環状チャンバの内壁面を構成する2つの平行な平面部と、その平面部に繋がり第一石英ブロック4の下方の絞り部を構成する斜面に平行な2つの斜面部を構成していた。つまり、長尺チャンバ内部の空間7は、下方(プラズマ噴出口8に近い側)に近づくにともない、徐々にチャンバの幅が狭くなっていく構成としていた。
In the first, second, and third embodiments, the lower part of the
実施の形態4においては、第二石英ブロック5の中間部分において内側に溝を形成することで、この溝と第一石英ブロック4の内壁面との間に長尺チャンバ内部の空間7を構成している。つまり、長尺チャンバ内部の空間7は、その断面が直方体に近い形状となっている(上下方向において、チャンバの幅がほぼ一定)。
In the fourth embodiment, a
このような構成により、環状プラズマPの発生位置がより安定化する利点がある。 With such a configuration, there is an advantage that the generation position of the annular plasma P is further stabilized.
なお、実施の形態4を含め、以下の実施の形態においては、誘導結合型プラズマトーチユニットTの構成部材の冷却を行うための冷媒流路についての説明を省略している。必要に応じて、適宜実施の形態1、3で説明したものと同様の構成を採用することができる。
In the following embodiments including the fourth embodiment, description of the refrigerant flow path for cooling the constituent members of the inductively coupled plasma torch unit T is omitted. If necessary, the same configuration as that described in
(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5について、図6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6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(a)に相当する。
FIG. 6 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
実施の形態5においては、第一石英ブロック4の下方に、長尺チャンバ内部の空間7の内壁面となる、基材載置台1と平行な内壁面を形成している。また、第二石英ブロック5の形状を、プラズマ噴出口8に近づくにつれて徐々にブロックの幅が狭くなるような、下方に向けて尖った形状に構成している。
In the fifth embodiment, an inner wall surface parallel to the substrate mounting table 1, which is an inner wall surface of the
このような構成により、環状プラズマPの侵入を抑制するための通路が短くなり、より強度の大きいプラズマ噴出を得ることができる。 With such a configuration, the passage for suppressing the intrusion of the annular plasma P is shortened, and a stronger plasma jet can be obtained.
(実施の形態6)
以下、本発明の実施の形態6について、図7を参照して説明する。
(Embodiment 6)
Embodiment 6 of the present invention will be described below with reference to FIG.
図7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1(a)に相当する。 FIG. 7 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to Embodiment 6 of the present invention, which is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to FIG. To do.
実施の形態6においては、第一石英ブロック4及び第二石英ブロック5において長尺チャンバ内部の空間7の内壁面となる部分を滑らかな曲面で構成している。
In Embodiment 6, in the
このような構成により、環状プラズマPの発生位置がより安定化するとともに、各石英ブロックの劣化が特定の部位に集中するのを効果的に抑制できるので、部品寿命が延びるという利点がある。 With such a configuration, the generation position of the annular plasma P is further stabilized, and it is possible to effectively suppress the deterioration of each quartz block from being concentrated on a specific portion.
(実施の形態7)
以下、本発明の実施の形態7について、図8を参照して説明する。
(Embodiment 7)
The seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図8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1(a)に相当する。
FIG. 8 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
実施の形態7においては、第一石英ブロック4の下方を、基材載置台1に平行な面で切った断面が同じ形状になるよう構成するとともに、第二石英ブロック5の中間部に内側に向けて溝を形成することで、この溝と第一石英ブロック4の内壁面との間に長尺チャンバ内部の空間7を構成している。つまり、長尺チャンバ内部の空間7は、その断面が直方体に近い形状となっている(上下方向において、チャンバの幅がほぼ一定)。
In the seventh embodiment, the lower part of the
このような構成により、環状プラズマPの発生位置がより安定化する利点がある。また、プラズマ噴出口8の幅を広く構成しているので、基材をより高温に処理したい場合に有利な構成である。
With such a configuration, there is an advantage that the generation position of the annular plasma P is further stabilized. Moreover, since the width | variety of the
(実施の形態8)
以下、本発明の実施の形態8について、図9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9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長尺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。 FIG. 9 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to FIG. To do.
実施の形態8においては、第一石英ブロック4を、その断面がL字形となるよう構成し、下方に向けて凸形を構成した第二石英ブロック5との間に長尺チャンバ内部の空間7を形成している。つまり、長尺チャンバ内部の空間7は、その断面が直方体に近い形状となっている(上下方向において、チャンバの幅がほぼ一定)。
In the eighth embodiment, the
このような構成により、環状プラズマPの発生位置がより安定化する利点がある。また、プラズマ噴出口8の幅を比較的広く構成しているので、基材をより高温に処理したい場合に有利な構成である。
With such a configuration, there is an advantage that the generation position of the annular plasma P is further stabilized. In addition, since the width of the
(実施の形態9)
以下、本発明の実施の形態9について、図10を参照して説明する。
(Embodiment 9)
図10は本発明の実施の形態9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(a)に相当する。 FIG. 10 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the ninth embodiment 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.
実施の形態9においては、第二石英ブロック5内に、プラズマガスマニホールド9、プラズマガス供給配管10及びプラズマガス供給穴11(貫通穴)を、トーチユニットの長尺方向に対して平行に2箇所ずつ設ける構成としている(プラズマガス供給穴11は、丸い穴状のものを長手方向に複数設けている)。
In the ninth embodiment, two
このような構成では、2つのガス供給系(プラズマガスマニホールド9及びプラズマガス供給配管10)のガス流量バランスを制御できる。
In such a configuration, the gas flow rate balance of the two gas supply systems (the
さらに、追加ガスマニホールド18、追加ガス供給配管19及び追加ガス供給穴20が、第二石英ブロック5内に設けられ、プラズマガスとは同種または別種のガスを、プラズマ噴出口8から基材に向けて供給できる構成としている。
Further, an additional gas manifold 18, an additional gas supply pipe 19 and an additional
このような構成により、エッチングガス、ドーピングガス、デポジションガスなど種々のガスを追加ガスとして供給することで、基材表面において種々の反応を起こすことができる。これら反応性の追加ガスは、プラズマ密度が高い長尺チャンバ内部の空間7に直接供給されると、環状チャンバを構成する第一石英ブロック4及び第二石英ブロック5の激しい変質を引き起こすが、本実施の形態では、こうした変質を避けつつ、効果的に基材表面の反応を促すことができる。
With such a configuration, various reactions such as an etching gas, a doping gas, and a deposition gas can be supplied as additional gases to cause various reactions on the substrate surface. When these reactive additional gases are directly supplied to the
(実施の形態10)
以下、本発明の実施の形態10について、図11を参照して説明する。
(Embodiment 10)
Hereinafter, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図11は本発明の実施の形態10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(a)に相当する。 FIG. 11 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the tenth embodiment 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.
実施の形態10においては、第二石英ブロック5の中間部に内側に向けて溝を形成することで、この溝と第一石英ブロック4の内壁面との間に長尺チャンバ内部の空間7を構成している点で、実施の形態7と同様であるが、溝をソレノイドコイル3よりも上方にまで延長させている点が異なる。
In the tenth embodiment, a
このような構成により、放電の着火がより容易になるという利点がある。 With such a configuration, there is an advantage that ignition of discharge becomes easier.
(実施の形態11)
以下、本発明の実施の形態11について、図12を参照して説明する。
(Embodiment 11)
Hereinafter, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図12は本発明の実施の形態11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(a)に相当する。 FIG. 12 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the eleventh embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to FIG. To do.
実施の形態11においては、第二石英ブロック5の下方を、基材載置台1に平行な面で切った断面が同じ形状になるよう構成するとともに、第一石英ブロック4の中間部に外側に向けて溝を形成することで、この溝と第二石英ブロック5の外壁面との間に長尺チャンバ内部の空間7を構成している。つまり、長尺チャンバ内部の空間7は、その断面が直方体に近い形状となっている(上下方向において、チャンバの幅がほぼ一定)。
In the eleventh embodiment, the lower part of the
このような構成では、長尺チャンバ内部の空間7からプラズマ噴出口8に至るプラズマ流路(長尺チャンバ内部の空間7とプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間)を短く構成することが可能となり、より高温のプラズマを基材に照射できるという利点がある。
In such a configuration, the plasma flow path from the
さて、長尺の環状チャンバと開口部としてのプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間の寸法については、実施の形態1において詳しく説明したが、ここで、その他の寸法について説明を加える。
Now, the dimension of the gap in the passage that communicates the long annular chamber and the
環状チャンバの太さ(環状チャンバを構成する、一続きの閉じたヒモの太さ)をdとすると、図12においては、第一石英ブロック4に設けられた溝の外側の内壁面と、第二石英ブロック5の外壁面との間の距離dとして表される。また、環状チャンバの外径(環状チャンバの全体としての大きさ)をwとすると、図12においては、互いに向かい合った、第一石英ブロック4に設けられた溝の外側の内壁面の距離wとして表される。環状チャンバは長尺であるので、長辺部と短辺部とでは、環状チャンバの外径wは異なり、長辺部における環状チャンバの外径wの方が小さい。
If the thickness of the annular chamber (the thickness of a series of closed strings constituting the annular chamber) is d, in FIG. 12, the inner wall surface outside the groove provided in the
これらの寸法d(環状チャンバの太さ)、w(環状チャンバの外径)について実験的に詳細に調べたところ、dが1mm未満であると、環状チャンバ内には高密度の熱プラズマが極めて発生しにくくなることが判明した。また、wが10mm未満の場合も、環状チャンバ内には高密度の熱プラズマが極めて発生しにくくなることが判明した。こうした実験から、環状チャンバの太さは、1mm以上であることが好ましく、環状チャンバの外径は、10mm以上であることが好ましいことがわかった。 When these dimensions d (thickness of the annular chamber) and w (outer diameter of the annular chamber) were examined in detail experimentally, if d was less than 1 mm, high-density thermal plasma was extremely contained in the annular chamber. It has been found that it is less likely to occur. It has also been found that even when w is less than 10 mm, high-density thermal plasma is hardly generated in the annular chamber. From these experiments, it was found that the thickness of the annular chamber is preferably 1 mm or more, and the outer diameter of the annular chamber is preferably 10 mm or more.
また、dが太すぎるとプラズマ発生効率が低下するので、環状チャンバの太さdは10mm以下であることが望ましい。 Moreover, since plasma generation efficiency will fall if d is too thick, it is desirable that the thickness d of the annular chamber be 10 mm or less.
(実施の形態12)
以下、本発明の実施の形態12について、図13を参照して説明する。
(Embodiment 12)
The twelfth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図13は本発明の実施の形態12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(a)に相当する。 FIG. 13 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the twelfth embodiment 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.
実施の形態12においては、長尺チャンバ内部の空間7とプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間を、第一石英ブロック4の最下部の内壁面と、第二石英ブロック5の最下部の外壁面との間に設けており、長尺チャンバ内部の空間7とプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間の長さを極めて短くなるよう構成している。
In the twelfth embodiment, the gap in the passage that connects the
このような構成により、より高温のプラズマを基材に照射することができる。また、トーチユニットが非常に小さくなるという利点がある。 With such a configuration, the substrate can be irradiated with higher temperature plasma. In addition, there is an advantage that the torch unit becomes very small.
(実施の形態13)
以下、本発明の実施の形態13について、図14を参照して説明する。
(Embodiment 13)
Hereinafter, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図14は本発明の実施の形態13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(a)に相当する。 FIG. 14 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the thirteenth embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to FIG. To do.
実施の形態13においては、実施の形態12と同様、長尺チャンバ内部の空間7とプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間を、第一石英ブロック4の最下部の内壁面と、第二石英ブロック5の最下部の外壁面との間に設けており、長尺チャンバ内部の空間7とプラズマ噴出口8とを連通させる通路の隙間の長さを極めて短くなるよう構成している。さらに、ソレノイドコイル3の代わりに、平面状のスパイラルコイル21を、第二石英ブロック5の上方に設けている。
In the thirteenth embodiment, as in the twelfth embodiment, the gap between the passages that connect the
このような構成により、より高温のプラズマを基材に照射することができ、トーチユニットが非常に小さくなる。 With such a configuration, the substrate can be irradiated with higher temperature plasma, and the torch unit becomes very small.
(実施の形態14)
以下、本発明の実施の形態14について、図15を参照して説明する。
(Embodiment 14)
Hereinafter, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図15は本発明の実施の形態14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で、かつ、基材に垂直な面で切った断面図であり、図1(b)に相当する。
FIG. 15 shows the configuration of the plasma processing apparatus in
実施の形態14においては、長尺チャンバの短辺部に相当する部位において、長尺チャンバ内部の空間7とプラズマ噴出口8とを連通させる通路が無い構成としている。つまり、環状チャンバと開口部とを連通させる通路が、開口部の長手方向に対して平行に設けられている(平行でない部位には設けられない)。
In the fourteenth embodiment, the passage corresponding to the
このような構成により、より効率的なプラズマ発生が可能となる。また、プラズマ噴出口8の両端部において噴出されるプラズマ流が過剰になってしまう現象を、簡単な構成で抑制できる。
With such a configuration, more efficient plasma generation is possible. In addition, the phenomenon that the plasma flow ejected at both ends of the
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.
また、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。とりわけ、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。
Moreover, it becomes possible by the various structure of this invention to process the surface vicinity of the
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。 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.
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。 Alternatively, by using a rare gas or a gas obtained by adding a small amount of H 2 gas to a rare gas as a plasma gas, supplying a gas containing a reactive gas as a shielding gas, the plasma and the reactive gas flow are simultaneously irradiated onto the substrate. In addition, plasma processing such as etching, CVD, and doping can be realized. 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.
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、CxFy(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。 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. Examples of the reactive gas used for etching include a halogen-containing gas such as C x F y (x and y are natural numbers), SF 6, and the like, and 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. 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).
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効率よく処理することが可能となる。 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 efficiently treated 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。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、プラズマを安定的かつ効率的に発生させ、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。 As described above, the present invention can be applied to the crystallization of a TFT semiconductor film and the modification of a solar cell semiconductor film. Of course, cleaning and degassing of the protective layer of the plasma display panel, surface flattening and degassing reduction of the dielectric layer composed of aggregates of silica fine particles, reflow of various electronic devices, plasma doping using a solid impurity source In various surface treatments, plasma is generated stably and efficiently in the vicinity of the surface of the base material for high-temperature heat treatment uniformly for a short time, and the entire desired area of the base material is efficiently processed in a short time. It is an invention useful for processing well.
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。 In addition, the invention is useful for efficiently treating the entire desired region of the substrate in a short time in low temperature plasma processing such as etching, film formation, doping, and surface modification in the manufacture of various electronic devices. It is.
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 ソレノイドコイル
4 第一石英ブロック
5 第二石英ブロック
7 長尺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
13 シールドガスノズル
14 シールドガスマニホールド
15 冷媒流路
22 薄膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記環状チャンバに連通し長尺で線状の開口部から基材載置台に載置される基材に向けてガスを噴出すると共に、
前記環状チャンバの近傍に設けられ、かつ、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状のコイルに高周波電力を供給することで、前記環状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、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記環状チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動させながら前記基材の表面を処理することで、電子デバイスを製造すること、を特徴とする誘導結合型プラズマトーチを用いて製造される電子デバイスの製造方法。
While supplying gas to the first quartz block and a second quartz block enclosed by the ring-shaped chamber,
While spouting gas toward the substrate placed on the substrate mounting table from the long and linear opening that communicates with the annular chamber,
Wherein provided in the vicinity of the annular chamber, and wherein by supplying a high frequency power in the longitudinal direction and the coil oriented parallel to the elongated shape of the opening, to generate a high-frequency electromagnetic field within said annular chamber flop Rasma,
Producing an electronic device by treating the surface of the base material while relatively moving the annular chamber and the base material mounting table in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening. An electronic device manufacturing method manufactured using the inductively coupled plasma torch .
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