JP5857207B2 - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

Description

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

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

そこで、長尺の熱プラズマを発生させ、一方向にのみ走査することで、継ぎ目なく、安価に熱処理を行う技術が検討されている（例えば、特許文献１〜３、及び、非特許文献１を参照）。

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

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

しかしながら、半導体の結晶化など、ごく短時間だけ基材の表面近傍を高温処理する用途に対して、従来例に示した特許文献１〜３及び非特許文献１に記載の熱プラズマを長尺状に発生させる技術では、プラズマトーチの構成部材の耐熱限界を与える高周波電力が比較的小さいため、処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が小さいという問題点があった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、高速な処理が可能な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。

本願の第１発明のプラズマ処理装置は、誘電体部材に囲まれた長尺で環状のチャンバと、前記チャンバに連通する開口部と、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備えたプラズマ処理装置において、以下の特徴を有する。

基材載置台がなす面に垂直な面に沿って前記チャンバが設けられ、前記チャンバの内側の前記誘電体部材内部に冷媒流路が設けられていること。

このような構成により、高速な処理が可能となる。

本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記チャンバ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ることが望ましい。

このような構成により、大面積基板を高速で処理することができる。

また、好適には、前記冷媒流路への冷媒入口及び冷媒出口が、前記コイルの内側に設けられていることが望ましい。

このような構成により、高いプラズマ発生効率と高い冷却効率を両立できる。

また、好適には、前記冷媒流路が、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれており、前記誘電体蓋が前記誘電体部材を覆う面積が、前記コイルが前記誘電体部材を覆う面積よりも大きいことが望ましい。

このような構成により、異常放電の発生を抑制することができる。

また、好適には、前記冷媒流路が、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれており、前記誘電体蓋がＬ形部を備え、前記コイルと前記基材載置台の間に前記誘電体蓋の一部が位置することが望ましい。

このような構成により、異常放電の発生をより効果的に抑制することができる。

また、好適には、前記コイル内部が冷媒流路となっており、前記コイル内部に設けられた冷媒流路が分岐し、前記誘電体部材内部に設けられた冷媒流路に連通している構成としてもよい。

このような構成により、シンプルな冷媒配管系を構成できる。

また、この場合、好適には、前記冷媒流路が、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれており、前記コイル内部に設けられた冷媒流路と、前記誘電体部材内部に設けられた冷媒流路とが、前記誘電体蓋に設けられた貫通穴を介して連通していることが望ましい。

このような構成により、シンプルな冷媒配管系を構成できる。

本願の第２発明のプラズマ処理方法は、基材載置台がなす面に垂直な面に沿って設けられ誘電体部材で囲まれた長尺で環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、チャンバがなす面に平行に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、基材の表面を処理するプラズマ処理方法において、以下の特徴を有する。

チャンバの内側の前記誘電体部材内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流しながら基材を処理すること。

このような構成により、高速な処理が可能となる。

本発明によれば、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材をプラズマ処理するに際して、高速な処理が可能となる。

本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態４おけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態４おけるプラズマ処理装置の構成を示す平面図 本発明の実施の形態５おけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態６おけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態７おけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態７おけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態７おけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態７おけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図

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

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

図１（ａ）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、長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。図１（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（ｃ）の破線Ａ−Ａ‘で切った断面図、図１（ｂ）は図１（ｃ）の破線Ｂ−Ｂ‘で切った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）及び（ｂ）の破線Ｃ−Ｃ’で切った断面図である。

図１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、導体製のコイル３が、第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５の近傍に配置される。コイル３は、図示しない接着剤により、第一セラミックブロック４及び第二セラミックブロック５に接着され、それぞれに接着されるコイル３は互いに平行に向かい合って配置され、直列に接続される。長尺のチャンバ７は、第一セラミックブロック４、第二セラミックブロック５及び基材２によって囲まれた空間により画定される。

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

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

チャンバ７は、第一セラミックブロック４に設けた溝が一続きとなった環状の溝に囲まれている。つまり、チャンバ７全体が誘電体で囲まれている構成である。また、チャンバ７は環状である。ここでいう環状とは、一続きの閉じたヒモ状をなす形状を意味し、図１（ｃ）に示すような長方形に限定されるものではない。本実施の形態においては、レーストラック形（２つの長辺をなす直線部と、その両端に２つの短辺をなす直線が連結されてなる、一続きの閉じたヒモ状の形状）のチャンバ７を例示している。チャンバ７に発生したプラズマＰは、チャンバ７における開口部８としてのプラズマ噴出口より基材２に向けて噴出する。また、チャンバ７の長手方向とプラズマ噴出口としての開口部８の長手方向とは平行に配置されている。

第一セラミックブロック４に設けた長方形の溝はプラズマガスマニホールド９である。その内部に多孔質セラミックス材をはめ込んでもよい。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、第一セラミックブロック４に設けられたガス導入部としてのプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、チャンバ７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。また、プラズマガスマニホールド９内を多孔質セラミックス材で構成すると、ガス流れの均一化が実現できるとともに、プラズマガスマニホールド９近傍での異常放電を防止することができる。

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

なお、図示しないが基材載置台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を配置してもよい。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も可能となる。なお、シールドガス供給口は、開口部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、開口部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。

コイル３は、断面が円形の銅管を、断面が直方体の銅ブロックに接着したものである。また、コイル３は中空の管であり、内部が冷媒流路となっている。すなわち、水などの冷媒を流すことで、冷却が可能である。また、第一セラミックブロック４には、誘電体製の蓋１２によって閉じられたＵ字形の冷媒流路１３が形成される。図２は、本発明の実施の形態１における誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。図１（ｂ）及び図２に示すように、冷媒流路１３への冷媒入口１４及び冷媒出口１５が、コイル３がなす環の内側に配置される。蓋１２を第一セラミックブロック４に接着する際、コイル３を接着する面に段差ができないように、第一セラミックブロック４に設けられた座グリ部に嵌め込まれる構成としている。図３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平面図であり、図２の左側からコイル３及び第一セラミックブロック４を見たものである。図３には、蓋１２の外周を点線で示している。図３に示すように、冷媒入口１４及び冷媒出口１５は、Ｕ字形の蓋１２の両端に接続され、コイル３がなす環状の領域の内側を貫くように配置されている。

ここでは、第一セラミックブロック４として窒化シリコンを用いている。プラズマＰに接する部分には優れた耐熱性が求められるので、窒化シリコンを主成分とするセラミックス、または、シリコン、アルミニウム、酸素、窒素を主成分とするセラミックス（サイアロンなど）が適している。基材２を効率的に処理するために誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材２との距離を小さくしていったとき、最も大きな熱量を受けるのは、基材載置台１の近傍のチャンバ７の、基材載置台１とは反対側の部分の内壁面である。従って、この部分をより効果的に冷却する必要がある。水冷しているコイル３を唯一の冷却手段としてチャンバの内壁面を冷却しようとする場合、第一セラミックブロック４をできるだけ薄くし、コイル３を上記内壁面にできるだけ近く配置することが適切と考えられるが、そのような配置では第一セラミックブロック４が絶縁破壊し、コイル３とプラズマとの間で異常放電（アーク）が起きてしまうことがある。そこで、本実施の形態においては、冷却手段としての冷媒流路１３を、コイル３とは別に設け、これに冷却手段としての機能とともに、絶縁体としての機能（コイル３とチャンバ７との距離を確保する）の両方を担わせる構成とした。

一方で、放電効率を高めるためには、コイル３はできるだけ基材載置台１に近い側、つまり、図１（ａ）及び（ｂ）における下方に配置する必要がある。つまり、高いプラズマ発生効率と高い冷却効率を両立するためには、コイル３と冷媒流路１３を近接した位置に配置する必要がある。従って、冷媒流路１３への冷媒の供給・排出を行うための配管配置に工夫を要する。本実施の形態においては、冷媒流路１３をＵ字形とし、冷媒入口１４及び冷媒出口１５を、Ｕ字形の蓋１２の両端に接続し、コイル３がなす環状の領域の内側を貫くように配置することで、この課題を解決している。つまり、このような配置とすることで、従来例の非特許文献１に開示されたものと同等のプラズマ発生効率を確保しつつ、より高い冷却効率をシンプルな配管系統によって実現している。従って、プラズマトーチの構成部材の耐熱限界を与える高周波電力を大きくできるため、処理速度（単位時間当たりに処理できる基板数）が速くなる。

長方形の開口部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、開口部８と対向して配置されている。この状態で、チャンバ７内にプラズマガスを供給しつつ、開口部８から基材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３に高周波電力を供給することにより、チャンバ７にプラズマＰを発生させ、開口部８からプラズマを基材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。開口部８の長手方向に対して垂直な向きに、チャンバ７と基材載置台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の左右方向へ誘導結合型プラズマトーチユニットＴまたは基材載置台１を動かす。

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

なお、本構成においては、開口部８の長手方向の長さが、基材２の幅以上となっている。従って、一度の走査（誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材載置台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。

このようなプラズマ処理装置において、チャンバ７内にプラズマガスとしてＡｒまたはＡｒ＋Ｈ₂ガスを供給しつつ、開口部８から基材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３に供給することにより、チャンバ７に高周波電磁界を発生させることでプラズマＰを発生させ、開口部８からプラズマを基材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。

プラズマ発生の条件としては、開口部８と基材２間の距離＝０．１〜５ｍｍ、走査速度＝２０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ₂ガス中のＨ₂濃度＝０〜１０％、高周波電力＝０．５〜５０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、開口部８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、開口部８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。

このように、開口部８の長手方向と、基材載置台１とが平行に配置されたまま、開口部８の長手方向とは垂直な向きに、長尺のチャンバ７と基材載置台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。

このように、本実施の形態によれば、高温のプラズマに接する第一セラミックブロック４の壁面をより効果的に冷却することができる。従って、より大きな高周波電力を投入することができ、所望のピーク温度を得るにあたり、より高速に相対移動することができる。つまり、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、高速な処理が可能となる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図４及び図５を参照して説明する。

図４は、本発明の実施の形態２における誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである（図２に相当）。

図４に示すように、実施の形態２においては、誘電体製の蓋１２がＬ形部を備えている（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において、Ｌ字形をなす）。つまり、コイル３と基材載置台１の間に蓋１２の一部が位置する構成である。図５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平面図であり、図４の左側からコイル３及び第一セラミックブロック４を見たものである。図５には、蓋１２の外周を点線で示している。図５に示すように、冷媒入口１４及び冷媒出口１５は、Ｕ字形の蓋１２の両側に接続され、コイル３がなす環状の領域の内側を貫くように配置されている。また、コイル３の長手方向の長さよりも蓋１２が長い構成としている。

実施の形態１においては、第一セラミックブロック４と蓋１２との貼り合わせ部で絶縁破壊を起こして放電が侵入する恐れがある。しかし、実施の形態２においては蓋１２をＬ形とすることでチャンバ７とコイル３の下部（開口部８に近い長辺部）との間に継ぎ目が無い構造となり、また、コイル３の短辺部よりも外側に蓋１２を延長したため、チャンバ７とコイル３の短辺部との間にも継ぎ目が無い構造となり、貼り合わせ部に放電が侵入する恐れは低く、異常放電の発生を抑制することができる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図６を参照して説明する。

図６は、本発明の実施の形態３における誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである（図２に相当）。

図６において、冷媒流路１３は実施の形態１及び２と同様Ｕ字形であるが、蓋１２はＵ字形とせず、冷媒流路１３を塞ぐ部分の接着面は長方形である。このような構成も可能である。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図７及び図８を参照して説明する。

図７は、本発明の実施の形態４おける誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである（図２に相当）。また、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平面図であり、図７の左側からコイル３及び第一セラミックブロック４を見たものである。図８には、蓋１２の外周を点線で示している。

図７及び図８に示すように、実施の形態４においては、コイル３の長手方向の長さよりも蓋１２が長く、また、コイル３の長手方向と垂直な向きの長さよりも蓋１２が長い構成としている。つまり、蓋１２が第一セラミックブロック４を覆う面積が、コイル３が第一セラミックブロック４を覆う面積よりも大きい構成としている。

このような構成によれば、チャンバ７とコイル３のあらゆる部分との間に継ぎ目が無い構造となり、貼り合わせ部に放電が侵入する恐れは低く、異常放電の発生を抑制することができる。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について、図９を参照して説明する。

図９（ａ）及び（ｂ）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、長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、それぞれ図１（ａ）及び（ｂ）に対応する。

図９において、Ｌ形部を備えた蓋１２は、コイル３の下部（開口部８に近い長辺部）から基材２の直上にまで延長され、蓋１２と基材載置台１の間に第一セラミックブロック４の一部が配置されていない（実施の形態１〜４では配置されている）構成としている。このような構成も可能である。

（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６について、図１０を参照して説明する。

図１０は、本発明の実施の形態６おける誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである（図２に相当）。

図１０において、冷媒流路１３はＵ字形ではなく、Ｃ字形となっている（図の上方が一部途切れた環状）。

このような構成によれば、チャンバ７の全周に渡って冷却効率を高めることができる。

（実施の形態７）
以下、本発明の実施の形態７について、図１１〜図１４を参照して説明する。

図１１（ａ）及び（ｂ）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、長尺の誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、それぞれ図１（ａ）及び（ｂ）に対応する。図１２及び図１３は、図１１（ａ）の蓋１２近傍の拡大図である。図１４は、誘導結合型プラズマトーチユニットＴの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである（図２に相当）。

図１１、図１２、図１４において、冷媒流路１３は直線状である。コイル３には、その内部空間３１を流れる冷媒の出入口となる連通穴１７が設けられ、蓋１２に設けられた貫通穴１８及び２１と位置合わせされ、コイル３が蓋１２に接着される。コイル３と蓋１２の間の気密を保つため、Ｏリング１６が連通穴１７の周囲に設けられる。接着剤で十分に気密が保てる場合は、Ｏリング１６は不要である。

図１３に示すように、コイル３の連通穴１７の周囲を凸形の突出部１９とし、蓋１２に設けた座グリ部に挿入する構成としてもよい。この場合、コイル３の接着面のうち、突出していない面２０またはその対向面に接着剤を塗布して接着すると、突出部１９の先端部への接着剤の回り込みを少なくできるので、連通穴１７や貫通穴１８が接着剤で塞がる不良を抑制できる。

本実施の形態では、コイル３内部に設けられた冷媒流路が分岐し、第一セラミックブロック４内部に設けられた冷媒流路１３に連通している構成としている。このような構成により、シンプルな冷媒配管系を構成できる。

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

例えば、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、固定された基材載置台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。

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。それにより、従来例で述べたＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能であることは勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、様々な表面処理に適用できる。また、太陽電池の製造方法としては、シリコンインゴットを粉砕して得られる粉末を基材上に塗布し、これにプラズマを照射して溶融させ多結晶シリコン膜を得る方法にも適用可能である。

また、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。

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。

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

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

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

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

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

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

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 コイル
４ 第一セラミックブロック
５ 第二セラミックブロック
７ チャンバ
８ 開口部
９ プラズマガスマニホールド
１０ プラズマガス供給配管
１１ プラズマガス供給穴
１２ 蓋
１３ 冷媒流路
Ｐ プラズマ
２２ 薄膜

Claims (6)

1. 誘電体部材に囲まれた長尺で環状のチャンバと、前記チャンバに連通する開口部と、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備えたプラズマ処理装置であって、
   前記基材載置台がなす面に垂直な面に沿って前記チャンバが設けられ、前記チャンバの内側の前記誘電体部材の内部に冷媒流路が設けられ、
   前記冷媒流路は、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれており、前記誘電体蓋が前記誘電体部材を覆う面積が、前記コイルが前記誘電体部材を覆う面積よりも大きいこと、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 誘電体部材に囲まれた長尺で環状のチャンバと、前記チャンバに連通する開口部と、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備えたプラズマ処理装置であって、
   前記基材載置台がなす面に垂直な面に沿って前記チャンバが設けられ、前記チャンバの内側の前記誘電体部材の内部に冷媒流路が設けられ、
   前記冷媒流路は、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれており、前記誘電体蓋がＬ形部を備え、前記コイルと前記基材載置台の間に前記誘電体蓋の一部が位置すること、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
3. 誘電体部材に囲まれた長尺で環状のチャンバと、前記チャンバに連通する開口部と、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台とを備えたプラズマ処理装置であって、
   前記基材載置台がなす面に垂直な面に沿って前記チャンバが設けられ、前記チャンバの内側の前記誘電体部材の内部に冷媒流路が設けられ、
   前記コイルの内部は冷媒流路となっており、前記コイルの内部に設けられた冷媒流路が分岐し、前記誘電体部材の内部に設けられた冷媒流路に連通していること、
   を特徴とするプラズマ処理装置。
4. 基材載置台がなす面に垂直な面に沿って設けられ誘電体部材で囲まれた長尺で環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバの内側の前記誘電体部材の内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流しながら基材を処理する際、前記冷媒流路は、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれ、かつ、前記誘電体蓋が前記誘電体部材を覆う面積が、前記コイルが前記誘電体部材を覆う面積よりも大きい状態であること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
5. 基材載置台がなす面に垂直な面に沿って設けられ誘電体部材で囲まれた長尺で環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバの内側の前記誘電体部材の内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流しながら基材を処理する際、前記冷媒流路は、前記誘電体部材に設けられた溝と、前記溝を覆う誘電体蓋によって囲まれ、かつ、前記誘電体蓋がＬ形部を備え、前記コイルと前記基材載置台の間に前記誘電体蓋の一部が位置する状態であること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。
6. 基材載置台がなす面に垂直な面に沿って設けられ誘電体部材で囲まれた長尺で環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに連通する開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバがなす面に平行に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、
   前記チャンバの内側の前記誘電体部材の内部に設けられた冷媒流路に冷媒を流しながら基材を処理する際、前記コイルの内部は冷媒流路となっており、前記コイルの内部に設けられた冷媒流路が分岐し、前記誘電体部材の内部に設けられた冷媒流路に連通している状態であること、
   を特徴とするプラズマ処理方法。

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