JP6450932B2 - Plasma processing apparatus and method - Google Patents

Plasma processing apparatus and method Download PDF

Info

Publication number
JP6450932B2
JP6450932B2 JP2015054126A JP2015054126A JP6450932B2 JP 6450932 B2 JP6450932 B2 JP 6450932B2 JP 2015054126 A JP2015054126 A JP 2015054126A JP 2015054126 A JP2015054126 A JP 2015054126A JP 6450932 B2 JP6450932 B2 JP 6450932B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
base material
chamber
plasma
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015054126A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015232995A (en
Inventor
奥村 智洋
智洋 奥村
甲斐 隆行
隆行 甲斐
新井 康司
康司 新井
齋藤 光央
光央 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2015054126A priority Critical patent/JP6450932B2/en
Publication of JP2015232995A publication Critical patent/JP2015232995A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6450932B2 publication Critical patent/JP6450932B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、誘導結合型プラズマトーチを用いて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。   The present invention can be applied to a thermal plasma treatment in which a substrate is treated by irradiating the substrate with thermal plasma using an inductively coupled plasma torch, or a substrate by irradiating the substrate with plasma by a reactive gas or plasma and a reactive gas flow simultaneously. The present invention relates to a plasma processing apparatus and method such as plasma processing for processing a material.

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。   Conventionally, semiconductor thin films such as polycrystalline silicon (poly-Si) are widely used for thin film transistors (TFTs) and solar cells. As a method of forming this, there is a method of crystallizing an amorphous silicon film by irradiating a laser beam. The laser process can also be applied to activation of impurity atoms introduced into a semiconductor substrate by ion implantation or plasma doping.

しかしながら、このレーザーアニール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。   However, this laser annealing technique has problems such as the occurrence of seams, and requires very expensive equipment.

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)。   Therefore, techniques for performing heat treatment seamlessly and inexpensively by generating a long thermal plasma and scanning only in one direction have been studied (for example, Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1). reference).

また、フラッシュランプを用いて、面を一括で熱処理する技術も検討されており、予備的に基材を加熱することで、熱衝撃等による基材の破壊を防ぐよう工夫されている(例えば、特許文献4を参照)。   In addition, a technique for heat-treating the surface in a lump using a flash lamp has been studied, and the substrate is preliminarily heated to devise to prevent destruction of the substrate due to thermal shock or the like (for example, (See Patent Document 4).

特開2013−120633号公報JP 2013-120633 A 特開2013−120684号公報JP 2013-120684 A 特開2013−120685号公報JP 2013-120585 A 特開2008−28084号公報JP 2008-28084 A

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

しかしながら、本件発明者らによる、特許文献1〜3、及び、非特許文献1記載の環状のチャンバを用いる方法と、特許文献4記載のホットプレートを用いた予備加熱を組合わせると、基材の温度が上がりにくいという問題点があった。フラッシュランプのエネルギー密度と比較すると、プラズマトーチのエネルギー密度は低く、基材がホットプレートに接触している構成では、被加熱物の熱容量が大きいため、プラズマトーチでは基材の温度が上がりにくくなってしまう。   However, when the method using the annular chamber described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1 by the present inventors and the preheating using the hot plate described in Patent Document 4 are combined, There was a problem that the temperature was difficult to rise. Compared to the energy density of the flash lamp, the plasma torch has a lower energy density, and in the configuration where the substrate is in contact with the hot plate, the heat capacity of the object to be heated is large. End up.

被加熱物の熱容量を小さくするには、基材を周辺のみで支持し、大部分を非接触とすることが必要である。非接触で予備加熱する方法としては、例えば赤外線ランプなどを基材に照射する方法が考えられるが、基材をプラズマトーチに対して走査する場合、ランプと基材を一体で走査させる必要があり、装置構成が極めて複雑化する。   In order to reduce the heat capacity of the object to be heated, it is necessary to support the substrate only at the periphery and to make most of it non-contact. As a non-contact preheating method, for example, a method of irradiating the substrate with an infrared lamp or the like can be considered, but when the substrate is scanned with respect to the plasma torch, it is necessary to scan the lamp and the substrate integrally. The device configuration becomes extremely complicated.

トーチを走査する場合は、高周波系、ガス系、冷媒系をともに走査する必要があるので、装置構成が極めて複雑化する。比較的簡単な構成でランプによる予備加熱を行うには、静止したランプで基材を予備加熱し、基材のみを走査してプラズマトーチで熱処理するのが好ましい。しかし、プラズマトーチの他にランプを準備する必要がある点、プラズマトーチ自体で予備加熱する構成に比べると、装置構成は複雑である。   When scanning the torch, it is necessary to scan the high-frequency system, the gas system, and the refrigerant system together, which greatly complicates the apparatus configuration. In order to perform preheating with a lamp with a relatively simple configuration, it is preferable to preheat the base material with a stationary lamp, scan only the base material, and heat-treat with a plasma torch. However, it is necessary to prepare a lamp in addition to the plasma torch, and the apparatus configuration is more complicated than the configuration in which the plasma torch itself preheats.

プラズマトーチ自体で予備加熱する方法としては、複数回に渡って基材を走査してプラズマトーチを照射することが考えられる。走査するごとに、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材間の距離を近づける、などの変化を与えることで、徐々に到達温度を上げることができる。   As a method of preheating with the plasma torch itself, it is conceivable to irradiate the plasma torch by scanning the substrate a plurality of times. Each time scanning is performed, the ultimate temperature can be gradually increased by giving changes such as increasing the high-frequency power input to the plasma torch, decreasing the scanning speed, and reducing the distance between the plasma torch and the substrate.

しかしながら、長尺の長手方向(走査方向と垂直な向き)に温度ムラ(不均一)があると、複数回の走査によって温度ムラが強調され、本加熱(最高温度に達するための走査)での温度ムラが大きくなってしまうという問題点がある。   However, if there is temperature unevenness (non-uniformity) in the long longitudinal direction (perpendicular to the scanning direction), the temperature unevenness is emphasized by multiple scans, and in the main heating (scanning to reach the maximum temperature) There is a problem that uneven temperature becomes large.

なぜなら、長尺の長手方向の温度ムラの主原因は、プラズマトーチの開口部における、基材と対向する面の凹凸であると考えられるためである。つまり、プラズマトーチの開口部における、基材と対向する面と基材との距離が近いほど、基材の到達温度が高くなってしまうためである。   This is because the main cause of the long temperature unevenness in the longitudinal direction is considered to be the unevenness of the surface facing the substrate in the opening of the plasma torch. That is, as the distance between the surface of the opening of the plasma torch facing the base material and the base material is shorter, the ultimate temperature of the base material becomes higher.

また、プラズマトーチ自体に起因する温度ムラがない場合においても、複数回走査する際のインターバル時間(例えば、1回目の加熱と2回目の加熱の間に経過する時間)が、基材の位置によって異なると、基材の最高到達温度にムラが生じる。   In addition, even when there is no temperature unevenness due to the plasma torch itself, the interval time when scanning a plurality of times (for example, the time elapsed between the first heating and the second heating) depends on the position of the substrate. If they are different, unevenness occurs in the maximum temperature reached by the substrate.

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できる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 problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and method capable of realizing excellent uniformity when heat-treating a substrate by a plurality of scans.

本願の第1発明のプラズマ処理装置は、以下の構成を有することを特徴とする。
〔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スリット状の開口部と、前記チャンバ内にガスを導入するガス供給配管と、前記チャンバの近傍に設けられたコイルとを備えた誘導結合型プラズマトーチ。
〔2〕前記コイルに接続された高周波電源。
〔3〕前記開口部と対向して基材を保持する基材載置台。
〔4〕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とを相対的に移動可能とする移動機構。
〔5〕基材が前記チャンバと離れた位置において基材を回転させる基材回転機構。
The plasma processing apparatus of the first invention of the present application is characterized by having the following configuration.
[1] A long and annular chamber surrounded by a dielectric member, a slit-shaped opening communicating with the chamber, a gas supply pipe for introducing gas into the chamber, and a vicinity of the chamber. Inductively coupled plasma torch with a coil.
[2] A high-frequency power source connected to the coil.
[3] A substrate mounting table that holds the substrate facing the opening.
[4] The longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel, and the chamber and the base material can be relatively moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening. Moving mechanism.
[5] A substrate rotation mechanism for rotating the substrate at a position where the substrate is separated from the chamber.

このような構成により、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できる。   With such a configuration, excellent uniformity can be realized when the substrate is heat-treated by a plurality of scans.

本願の第1発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記チャンバが、基材載置台がなす平面に対して垂直に配置されていることが望ましい。   In the plasma processing apparatus of the first invention of the present application, it is preferable that the chamber is preferably arranged perpendicular to a plane formed by the substrate mounting table.

このような構成により、より簡単な構成のプラズマ処理装置を実現できる。   With such a configuration, a plasma processing apparatus having a simpler configuration can be realized.

また、好適には、基材を基材載置台から分離する基材分離機構を備えることが望ましい。   In addition, it is preferable to provide a base material separation mechanism for separating the base material from the base material mounting table.

このような構成により、基材と基材載置台の摩擦により生じるおそれのあるパーティクルの発生を防止できる。   With such a configuration, it is possible to prevent generation of particles that may be generated due to friction between the base material and the base material mounting table.

この場合、さらに好適には、基材回転機構及び基材分離機構において基材を保持する保持機構が同一であることが望ましい。   In this case, it is more preferable that the holding mechanism for holding the substrate is the same in the substrate rotating mechanism and the substrate separating mechanism.

このような構成により、簡単な構成の装置を実現できる。   With such a configuration, a device with a simple configuration can be realized.

また、好適には、基材載置台が、基材を地面に対して垂直に保持するよう構成されていることが望ましい。   Moreover, it is preferable that the substrate mounting table is configured to hold the substrate perpendicular to the ground.

このような構成により、基材を地面に対して水平に保持する場合と比較すると、基材が自重による撓みで変形することが原因となって、基材と前記チャンバの距離が長手方向に不均一になる程度が改善するので、より均一な処理を実現できる。   With such a configuration, the distance between the base material and the chamber is not longer in the longitudinal direction because the base material is deformed due to the bending due to its own weight as compared with the case where the base material is held horizontally with respect to the ground. Since the degree of uniformity is improved, more uniform processing can be realized.

本願の第2発明のプラズマ処理方法は、以下のステップを有することを特徴とする。
〔1〕誘電体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、前記チャンバの長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、かつ、前記チャンバに連通するスリット状の開口部から、基材に向けてガスを噴出する。
〔2〕チャンバの近傍にコイルが配置された状態で、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る。
〔3〕誘導結合型プラズマトーチを用い、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させて前記基材の表面を熱処理する。
〔4〕前記熱処理は連続して複数回行い、かつ、複数回の熱処理の間のタイミングにおいて、基材が前記チャンバと離れた位置において基材を回転させる。
The plasma processing method of the second invention of the present application has the following steps.
[1] While supplying gas into a long and annular chamber surrounded by a dielectric, it has a long shape in a direction parallel to the longitudinal direction of the chamber, and has a slit shape communicating with the chamber. Gas is ejected from the opening toward the substrate.
[2] Supplying high-frequency power to the coil in a state where the coil is disposed in the vicinity of the chamber, thereby generating a high-frequency electromagnetic field in the chamber to generate plasma.
[3] An inductively coupled plasma torch is used to heat-treat the surface of the base material by moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening.
[4] The heat treatment is continuously performed a plurality of times, and the substrate is rotated at a position away from the chamber at a timing between the heat treatments.

このような構成により、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できる。   With such a configuration, excellent uniformity can be realized when the substrate is heat-treated by a plurality of scans.

本発明によれば、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できるプラズマ処理装置及び方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plasma processing apparatus and method which can implement | achieve the outstanding uniformity when heat-processing a base material by multiple times of scanning can be provided.

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1におけるプラズマ処理の特性を示す図The figure which shows the characteristic of the plasma processing in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1において比較のために用いた、従来例におけるプラズマ処理の特性を示す図The figure which shows the characteristic of the plasma processing in the prior art used for the comparison 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の特性を示す図The figure which shows the characteristic of the plasma processing in Embodiment 1 of this invention

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6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1(a)は、本発明の実施の形態1におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットTの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。図1(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。   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 the inductively coupled plasma torch unit T. FIG. FIG. 1B is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit cut along a plane parallel to the longitudinal direction and perpendicular to the substrate.

図1(a)は図1(b)の破線で切った断面図、図1(b)は図1(a)の破線で切った断面図、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。   1A is a cross-sectional view taken along the broken line in FIG. 1B, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the broken line in FIG. 1A, and FIG. 2 is the guide shown in FIG. FIG. 4 is an assembly configuration diagram of a combined plasma torch unit, in which perspective views of parts (part) are arranged.

図1及び図2において、基材1上に薄膜2が形成されている。誘導結合型プラズマトーチユニットTにおいて、導体製のコイル3が誘電体製の第一セラミックスブロック4及び第二セラミックスブロック5の近傍に配置される。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。第一セラミックスブロック4、第二セラミックスブロック5及び基材1の表面をなす薄膜2によって囲まれた空間により、誘電体製の長尺チャンバ7が画定される。   1 and 2, a thin film 2 is formed on a substrate 1. In the inductively coupled plasma torch unit T, the coil 3 made of a conductor is disposed in the vicinity of the first ceramic block 4 and the second ceramic block 5 made of a dielectric. The coil 3 is formed by bonding a copper tube having a circular cross section to a copper block having a rectangular cross section. A long chamber 7 made of a dielectric material is defined by a space surrounded by the first ceramic block 4, the second ceramic block 5, and the thin film 2 forming the surface of the substrate 1.

長尺チャンバ7は、基材1がなす面に垂直な面に沿って設けられている。また、コイル3の中心軸は、基材1に平行で、かつ、長尺チャンバ7を含む平面に垂直な向きになるよう構成される。すなわち、コイル3の一巻きが構成する面は基材がなす面に垂直な面に沿って、かつ、長尺チャンバ7を含む平面に沿って設けられている。   The long chamber 7 is provided along a surface perpendicular to the surface formed by the substrate 1. In addition, the central axis of the coil 3 is configured to be parallel to the substrate 1 and to be perpendicular to a plane including the long chamber 7. That is, the surface formed by one turn of the coil 3 is provided along a plane perpendicular to the surface formed by the base material and along a plane including the long chamber 7.

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7は、第一セラミックスブロック4の一つの平面と、第二セラミックスブロック5に設けた溝に囲まれている。また、これらの誘電体部材としての2つの誘電体ブロックは貼り合わされている。つまり、長尺チャンバ7は、開口部8以外が誘電体で囲まれている構成である。   The long chamber 7 is surrounded by one plane of the first ceramic block 4 and a groove provided in the second ceramic block 5. Further, two dielectric blocks as these dielectric members are bonded together. That is, the long chamber 7 has a configuration in which a portion other than the opening 8 is surrounded by a dielectric.

また、長尺チャンバ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、円形に限定されるものではない。本実施の形態においては、長方形(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)の長尺チャンバ7を例示している。長尺チャンバ7に発生したプラズマPは、長尺チャンバ7における長尺で線状の開口部8において、基材1の表面をなす薄膜2に接触する。また、長尺チャンバ7の長手方向と開口部8の長手方向とは平行に配置されている。   The long chamber 7 is annular. The term “annular” as used herein means a shape that forms a continuous string of strings, and is not limited to a circle. In the present embodiment, a long chamber 7 having a rectangular shape (a continuous closed string-like shape formed by connecting two straight lines having two long sides and two straight lines forming two short sides at both ends). Is illustrated. The plasma P generated in the long chamber 7 comes into contact with the thin film 2 forming the surface of the substrate 1 at the long and linear opening 8 in the long chamber 7. Further, the longitudinal direction of the long chamber 7 and the longitudinal direction of the opening 8 are arranged in parallel.

第二セラミックスブロック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、第二セラミックスブロック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 plasma gas manifold 9 is provided inside the second ceramic block 5. The gas supplied from the plasma gas supply pipe 10 to the plasma gas manifold 9 is introduced into the long chamber 7 through a plasma gas supply hole 11 (through hole) as a gas introduction portion provided in the second ceramic block 5. Is done. With such a configuration, a uniform gas flow in the longitudinal direction can be easily realized. The flow rate of the gas introduced into the plasma gas supply pipe 10 is controlled by providing a flow rate control device such as a mass flow controller upstream thereof.

プラズマガス供給穴11は、長尺のスリットであるが、丸い穴状のものを長手方向に複数設けたものであってもよい。   The plasma gas supply hole 11 is a long slit, but a plurality of round holes may be provided in the longitudinal direction.

基材1は、基材載置台としての基材ホルダ12上に載置される。基材ホルダ12には、基材1の外形とほぼ相似形でわずかに小さい貫通穴と、基材1の外形とほぼ相似形でわずかに大きい座グリ部とが設けられ、基材1をこの座グリ部に載せることで、基材ホルダ12の誘導結合型プラズマトーチユニットTに対向する側の面の座グリ部よりも外側の部分と、基材1の表面とがほぼ同一面を構成するよう、座グリ部の深さは基材1の厚さとほぼ等しく構成される。   The base material 1 is mounted on the base material holder 12 as a base material mounting base. The base material holder 12 is provided with a through hole that is substantially similar to the outer shape of the base material 1 and slightly smaller, and a counterbore portion that is substantially similar to the outer shape of the base material 1 and slightly larger. By placing on the spot facing portion, the outer portion of the face facing the inductively coupled plasma torch unit T of the base material holder 12 and the surface of the base material 1 form substantially the same surface. Thus, the depth of the spot facing portion is substantially equal to the thickness of the substrate 1.

このような構成とすることで、基材ホルダ12を誘導結合型プラズマトーチユニットTに対して相対的に移動させたとき、基材ホルダ12の位置にかかわらず、プラズマを発生させる空間たる環状の長尺チャンバ7の形状がほぼ一定となる。つまり、移動にともなうプラズマの揺動を抑えることができる。また、基材を周辺のみで支持し、大部分を非接触とすることで、被加熱物の熱容量を小さくなるよう構成している。   With such a configuration, when the base material holder 12 is moved relative to the inductively coupled plasma torch unit T, an annular ring that is a space for generating plasma regardless of the position of the base material holder 12 is used. The shape of the long chamber 7 is substantially constant. That is, it is possible to suppress the fluctuation of the plasma accompanying the movement. Moreover, it is comprised so that the heat capacity of a to-be-heated material may become small by supporting a base material only by a periphery and making most the non-contact.

コイル3内の銅管の内部は冷媒流路となっている。また、その外側に接着された銅ブロックは、接着剤(図示しない)によって第一セラミックスブロック4または第二セラミックスブロック5に接着されている。このように、コイル3の断面を直方体とすることで、第一セラミックスブロック4または第二セラミックスブロック5との間の接着剤をできるだけ薄くすることができるので、良好な熱伝導が確保される。   The inside of the copper pipe in the coil 3 is a refrigerant flow path. Further, the copper block bonded to the outside is bonded to the first ceramic block 4 or the second ceramic block 5 with an adhesive (not shown). Thus, by making the cross section of the coil 3 a rectangular parallelepiped, the adhesive between the first ceramic block 4 or the second ceramic block 5 can be made as thin as possible, and thus good heat conduction is ensured.

従って、コイル3を構成する銅管に水などの冷媒を流すことで、コイル3、第一セラミックスブロック4及び第二セラミックスブロック5の冷却が可能である。   Therefore, the coil 3, the first ceramic block 4, and the second ceramic block 5 can be cooled by allowing a coolant such as water to flow through the copper pipe constituting the coil 3.

また、コイル3は、第一セラミックスブロック4の外側、第二セラミックスブロック5の外側に各一つずつ配置され、かつ、長尺チャンバ7から離れた位置で直列に接続され、高周波電力を印加した際に、長尺チャンバ7に発生させる高周波電磁界の向きが互いに等しくなるようになっている。コイル3は、これら二つのうちのどちらか一方だけでも機能しうるが、本実施の形態のように、長尺チャンバ7を挟んで二つを設けた方が、長尺チャンバ7内に発生する電磁界の強度を強めることができるという利点がある。   The coils 3 are arranged one by one on the outside of the first ceramic block 4 and on the outside of the second ceramic block 5 and connected in series at a position away from the long chamber 7 to apply high-frequency power. At this time, the directions of the high-frequency electromagnetic fields generated in the long chamber 7 are made equal to each other. The coil 3 can function with only one of these two, but when the two are provided with the long chamber 7 interposed therebetween as in the present embodiment, the coil 3 is generated in the long chamber 7. There is an advantage that the strength of the electromagnetic field can be increased.

長方形の線状の開口部8が設けられ、基材1(或いは、基材1上の薄膜2)は、開口部8と対向して配置されている。事前に、長尺チャンバ7内にガスを供給しつつ、開口部8から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に例えば13.56MHzの高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ7にプラズマPを発生させておき、その後、基材1を誘導結合型プラズマトーチユニットTの近傍に移動させ、開口部8付近のプラズマを基材1の表面をなす薄膜2に曝露することにより、基材1上の薄膜2をプラズマ処理することができる。   A rectangular linear opening 8 is provided, and the substrate 1 (or the thin film 2 on the substrate 1) is disposed to face the opening 8. By supplying high-frequency power of, for example, 13.56 MHz from the high-frequency power source (not shown) to the coil 3 while supplying gas into the long chamber 7 and ejecting gas from the opening 8 in advance, Plasma P is generated in the chamber 7, and then the substrate 1 is moved to the vicinity of the inductively coupled plasma torch unit T, and the plasma in the vicinity of the opening 8 is exposed to the thin film 2 that forms the surface of the substrate 1. Thus, the thin film 2 on the substrate 1 can be plasma-treated.

開口部8の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバ7と基材1とを相対的に移動させることで、基材1を処理する。つまり、図1(a)の左右方向へ、図1(b)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1を動かす。   The base material 1 is processed by relatively moving the long chamber 7 and the base material 1 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening 8. That is, the inductively coupled plasma torch unit T or the substrate 1 is moved in the left-right direction in FIG. 1A and in the direction perpendicular to the paper surface in FIG.

長尺チャンバ7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)。   Various gases can be used as the gas to be supplied into the long chamber 7. 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 mainly 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).

プラズマ発生の条件としては、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%、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。 As conditions for plasma generation, scanning speed = 50 to 3000 mm / s, plasma gas total flow rate = 1 to 100 SLM, H 2 concentration in Ar + H 2 gas = 0 to 10%, high frequency power = about 0.5 to 50 kW Is appropriate. However, among these quantities, the gas flow rate and power are values per 100 mm of the length of the opening 8. This is because it is considered appropriate to input parameters proportional to the length of the opening 8 for parameters such as gas flow rate and electric power.

このように、開口部8の長手方向と、基材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、長尺チャンバと基材1とを相対的に移動するので、図1(b)に示すように、生成すべきプラズマの長さと、基材1の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。   Thus, the long chamber and the base material 1 are relatively moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening 8 while the longitudinal direction of the opening 8 and the base material 1 are arranged in parallel. Therefore, as shown in FIG. 1B, the length of the plasma to be generated and the processing length of the substrate 1 can be configured to be substantially equal.

また、プラズマPにおいて温度、電子密度、活性粒子密度の高い部分を基材1の表面に曝露させるので、高速な処理、或いは、高温処理が可能となる。   Moreover, since the part with high temperature, electron density, and active particle density in plasma P is exposed to the surface of the base material 1, a high-speed process or a high temperature process is attained.

次に、プラズマトーチ自体で予備加熱する方法を用いた熱処理の手順について、図3を用いて説明する。この方法では、複数回に渡って基材を走査してプラズマトーチを照射する。   Next, a heat treatment procedure using a method of preheating with the plasma torch itself will be described with reference to FIG. In this method, a plasma torch is irradiated by scanning the substrate a plurality of times.

まず、図3(a)において、基材ホルダ12に基材1を載置する。そして、基材ホルダ12の上面と連続した上面をなす第一セラミック板13を誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下に配置した状態(静止状態)でプラズマの着火を行う。このとき、第一セラミック板13が熱的な損傷を受けないよう、第一セラミック板13は、これに接着された第一冷媒管14によって水冷される。   First, in FIG. 3A, the base material 1 is placed on the base material holder 12. Then, plasma is ignited in a state (stationary state) in which the first ceramic plate 13 having an upper surface continuous with the upper surface of the substrate holder 12 is disposed directly under the inductively coupled plasma torch unit T. At this time, the first ceramic plate 13 is water-cooled by the first refrigerant pipe 14 bonded thereto so that the first ceramic plate 13 is not thermally damaged.

次いで、基材ホルダ12を図の左から右へ移動させる。十分な加速を経て一定速度に達したところで、図3(b)のように、基材1が誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下を通り過ぎ、1回目の加熱処理を行う。次に、移動機構を減速させ、図3(c)のように、基材ホルダ12の上面と連続した上面をなす第二セラミック板15が誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下に配置される位置で停止する。   Next, the substrate holder 12 is moved from the left to the right in the figure. When a constant speed is reached after sufficient acceleration, the substrate 1 passes directly under the inductively coupled plasma torch unit T as shown in FIG. 3B, and the first heat treatment is performed. Next, the moving mechanism is decelerated, and the second ceramic plate 15 that forms an upper surface continuous with the upper surface of the base material holder 12 is disposed immediately below the inductively coupled plasma torch unit T as shown in FIG. Stop at.

このとき、高周波電力の供給を停止することも可能であるが、プラズマを維持したままでもよい。プラズマを維持したまま次の手順に移行する場合、第二セラミック板15が加熱されるので、熱的な損傷を受けないよう、これに接着された第二冷媒管16によって水冷される。   At this time, the supply of high frequency power can be stopped, but the plasma may be maintained. In the case of proceeding to the next procedure while maintaining the plasma, the second ceramic plate 15 is heated, so that it is water-cooled by the second refrigerant pipe 16 adhered thereto so as not to be thermally damaged.

次いで、図3(d)のように、基材が誘導結合型プラズマトーチユニットT、或いは、長尺チャンバ7から離れた位置において、基材1を回転させるための基材回転機構と、基材1を基材ホルダ12から分離する基材分離機構とを兼ねた第一突上げ回転台17を、基材1に向けて押し出すことで基材1を基材ホルダ12から分離する。そして、基材1を、基材1の中心を回転軸として、基材1の表面(誘導結合型プラズマトーチユニットTに対向する面)から見て反時計周りに120°回転させる。第一突上げ回転台17は、基材1を保持する保持機構が同一(共通)であり、材質としては断熱性のよいポーラスな構造のものを用いると、基材1の温度低下を少なくできる。   Next, as shown in FIG. 3 (d), the base material rotating mechanism for rotating the base material 1 at a position where the base material is away from the inductively coupled plasma torch unit T or the long chamber 7, and the base material The base material 1 is separated from the base material holder 12 by pushing the first push-up turntable 17 that also serves as a base material separation mechanism for separating 1 from the base material holder 12 toward the base material 1. Then, the base material 1 is rotated 120 ° counterclockwise when viewed from the surface of the base material 1 (the surface facing the inductively coupled plasma torch unit T) with the center of the base material 1 as the rotation axis. The first push-up turntable 17 has the same (common) holding mechanism for holding the base material 1, and if the material has a porous structure with good heat insulation, the temperature drop of the base material 1 can be reduced. .

他に断熱性を高める構成としては、点接触にする、或いは、周辺部を支持する、なども可能である。基材1を回転させる際に、基材1を基材ホルダ12から分離する利点としては、基材1と基材ホルダ12の摩擦により生じるおそれのあるパーティクルの発生を防止できる点があげられる。逆に、パーティクル発生が許容されるような場合には、走査が停止する直前に基材1の一部に摩擦を与えることによって基材1を回転させてもよい。   In addition, as a configuration for improving the heat insulating property, it is possible to use point contact or to support the peripheral portion. An advantage of separating the base material 1 from the base material holder 12 when rotating the base material 1 is that it is possible to prevent generation of particles that may be generated by friction between the base material 1 and the base material holder 12. Conversely, when the generation of particles is allowed, the substrate 1 may be rotated by applying friction to a part of the substrate 1 immediately before the scanning is stopped.

そして、基材1を再び基材ホルダ12に載置した後、基材ホルダ12を図の右から左へ移動させる。十分な加速を経て一定速度に達したところで、図3(e)のように、基材1が誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下を通り過ぎ、2回目の加熱処理を行う。このとき、1回目の加熱処理時に比べて、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材間の距離を近づける、などの変化を与えることで、狙いの到達温度を上げておく。次に、移動機構を減速させ、第一セラミック板13が誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下に配置される位置で停止する。   Then, after placing the base material 1 on the base material holder 12 again, the base material holder 12 is moved from the right to the left in the figure. When a constant speed is reached through sufficient acceleration, the substrate 1 passes directly under the inductively coupled plasma torch unit T as shown in FIG. 3E, and the second heat treatment is performed. At this time, compared with the time of the first heat treatment, by increasing the high frequency power input to the plasma torch, lowering the scanning speed, and bringing the distance between the plasma torch and the substrate closer, the target temperature reached Keep it up. Next, the moving mechanism is decelerated and stops at a position where the first ceramic plate 13 is disposed directly below the inductively coupled plasma torch unit T.

次いで、図3(f)のように、基材が誘導結合型プラズマトーチユニットT、或いは、長尺チャンバ7から離れた位置において、基材1を回転させるための基材回転機構と、基材1を基材ホルダ12から分離する基材分離機構とを兼ねた第二突上げ回転台18を、基材1に向けて押し出すことで基材1を基材ホルダ12から分離する。そして、基材1を、基材1の中心を回転軸として、基材1の表面(誘導結合型プラズマトーチユニットTに対向する面)から見て反時計周りに120°回転させる。   Next, as shown in FIG. 3 (f), the base material rotating mechanism for rotating the base material 1 at a position where the base material is away from the inductively coupled plasma torch unit T or the long chamber 7, and the base material The substrate 1 is separated from the substrate holder 12 by extruding the second push-up turntable 18 that also serves as a substrate separation mechanism for separating 1 from the substrate holder 12 toward the substrate 1. Then, the base material 1 is rotated 120 ° counterclockwise when viewed from the surface of the base material 1 (the surface facing the inductively coupled plasma torch unit T) with the center of the base material 1 as the rotation axis.

次に、基材1を再び基材ホルダ12に載置した後、基材ホルダ12を図の左から右へ移動させる。十分な加速を経て一定速度に達したところで、図3(g)のように、基材1が誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下を通り過ぎ、3回目の加熱処理を行う。このとき、2回目の加熱処理時に比べて、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材間の距離を近づける、などの変化を与えることで、狙いの到達温度をさらに上げておく。   Next, after placing the base material 1 on the base material holder 12 again, the base material holder 12 is moved from the left to the right in the figure. When a constant speed is reached through sufficient acceleration, the substrate 1 passes directly under the inductively coupled plasma torch unit T as shown in FIG. 3G, and the third heat treatment is performed. At this time, compared to the second heat treatment, the target reached temperature can be achieved by changing the high frequency power input to the plasma torch, lowering the scanning speed, or reducing the distance between the plasma torch and the substrate. Raise it further.

次に、移動機構を減速させ、図3(h)のように、第二セラミック板15が誘導結合型プラズマトーチユニットTの直下に配置される位置で停止する。最後に、基材1を基材ホルダ12から分離し、処理を終了する。   Next, the moving mechanism is decelerated and stopped at a position where the second ceramic plate 15 is disposed immediately below the inductively coupled plasma torch unit T as shown in FIG. Finally, the base material 1 is separated from the base material holder 12, and the process is terminated.

このような処理手順における加熱特性について、図4を用いて説明する。図4(a)〜(d)は、基材1を、基材1の表面(誘導結合型プラズマトーチユニットTに対向する面)から見た平面図であり、細い矢印に沿った基材1の表面温度のピーク値を、図4(e)に示す。   The heating characteristics in such a processing procedure will be described with reference to FIG. FIGS. 4A to 4D are plan views of the base material 1 as viewed from the surface of the base material 1 (surface facing the inductively coupled plasma torch unit T), and the base material 1 along the thin arrow. The peak value of the surface temperature is shown in FIG.

誘導結合型プラズマトーチユニットTに対して、基材1は相対的に図4(a)〜(d)の左右方向に移動する。図4(a)〜(d)に示された網掛け部は、他の部分よりもピーク温度が高温となる部分を表し、網が濃いほど高温であることを示す。   The substrate 1 moves relative to the inductively coupled plasma torch unit T in the left-right direction of FIGS. The shaded portions shown in FIGS. 4A to 4D represent portions where the peak temperature is higher than other portions, and the darker the mesh, the higher the temperature.

図4(b)に示すように、1回目の加熱処理により、僅かに温度ムラが生じる。しかし、この温度ムラは、図4(c)、(d)に示すように2回目、3回目の加熱処理を行ううちに放熱または面方向への熱の拡散により緩和される。つまり、局所的に到達温度が高くなってしまう位置を分散させる。このようにして、複数回の走査によって基材1を熱処理するにあたり、比較的よい均一性が得られる。   As shown in FIG. 4B, a slight temperature unevenness is caused by the first heat treatment. However, this temperature unevenness is alleviated by heat dissipation or heat diffusion in the surface direction during the second and third heat treatments as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d). That is, the position where the ultimate temperature is locally increased is dispersed. In this way, relatively good uniformity is obtained when the substrate 1 is heat-treated by a plurality of scans.

比較のため、基材1を回転させなかった場合の加熱特性について、図5を用いて説明する。図5(a)〜(e)は、それぞれ図4(a)〜(e)に対応する。図5(b)のように1回目の加熱処理で生じた温度ムラは、2回目、3回目の加熱処理を行った際に同じ位置が再び少し強めに加熱されるために、図5(c)、(d)に示すように強調されてしまう。つまり、基材1を回転させた場合に比べて、均一性に劣る処理結果が得られることとなる。   For comparison, heating characteristics when the substrate 1 is not rotated will be described with reference to FIG. FIGS. 5A to 5E correspond to FIGS. 4A to 4E, respectively. As shown in FIG. 5B, the temperature unevenness caused by the first heat treatment is heated slightly again at the same position when the second and third heat treatments are performed. ) And (d) as shown in FIG. That is, a processing result inferior in uniformity is obtained as compared with the case where the substrate 1 is rotated.

なお、赤外線ランプアニールなどでは、基材を回転させながら加熱処理を行うことが一般的に行われているが、基材の片面を一括で加熱する方法であるがゆえ、このような均熱性向上策は有効である。しかし、本実施の形態のように、線状の熱源を用いて走査する場合は、回転させながら加熱処理すると、基材1の位置によって相対速度が速い場所と遅い場所ができてしまうため、この方法は有効でない(むしろ、均熱性が悪化する)。   In addition, in infrared lamp annealing, etc., heat treatment is generally performed while rotating the base material, but because of the method of heating one side of the base material at a time, such heat uniformity is improved. The measure is effective. However, when scanning using a linear heat source as in the present embodiment, if the heat treatment is performed while rotating, a place where the relative speed is high and a place where the relative speed is high are created depending on the position of the base material 1. The method is not effective (rather, soaking is worse).

本実施の形態では、一度の走査が完了し、基材1を静止させたあとに、基材1と熱源が離れている位置(加熱作用が起きない位置)で回転させることが重要である。基材1を回転させながら加熱処理するとすれば、走査速度に比べて格段に速い速度で回転させる必要があるが、一般に走査速度は数十〜数百mm/sと速いため、現実的とは云えない。   In the present embodiment, it is important to rotate the substrate 1 at a position where the substrate 1 and the heat source are separated (a position where no heating action occurs) after one scan is completed and the substrate 1 is stopped. If heat treatment is performed while the substrate 1 is rotated, it is necessary to rotate the substrate 1 at a speed much faster than the scanning speed. However, since the scanning speed is generally as high as several tens to several hundred mm / s, what is realistic? I can't say that.

次に、プラズマトーチ自体に起因する温度ムラがない場合においても、複数回走査する際のインターバル時間(例えば、1回目の加熱と2回目の加熱の間に経過する時間)が、基材の位置によって異なると、基材の最高到達温度にムラが生じる場合があることについて、図6(a)を用いて説明する。   Next, even when there is no temperature unevenness due to the plasma torch itself, the interval time when scanning a plurality of times (for example, the time elapsed between the first heating and the second heating) is the position of the substrate. If the difference is different, there may be a case where unevenness occurs in the maximum temperature of the substrate, which will be described with reference to FIG.

図5において説明したように、基材1を回転させずに2回の加熱処理を行う場合を考える。基材1の中で、1回目の加熱処理において比較的先に加熱される部分(点線)と後で加熱される部分(実線)の温度変化を図6(a)に示す。このように、比較的先に加熱される部分は、1回目の加熱処理でAまで温度上昇し、引き続いて比較的後に加熱される部分が同様にAまで温度上昇する。基材1の走査方向を反転させて2回目の加熱処理を行うと、まず1回目の加熱処理で後に加熱された部分が、Bまで温度低下した時点で今度は先に加熱され、Cまで温度上昇する。次いで、1回目の加熱処理で先に加熱された部分は、Bよりも低温のDまで温度低下した後に2回目の加熱を受けるので、最高到達温度はCよりも低温のEとなる。つまり、複数回走査する際のインターバル時間(1回目の加熱と2回目の加熱の間に経過する時間)が基材1の位置によって異なることから、面内で温度ムラが生じる。   As described with reference to FIG. 5, a case where the heat treatment is performed twice without rotating the substrate 1 is considered. FIG. 6A shows a temperature change in a portion of the substrate 1 that is heated relatively first (dotted line) and a portion that is heated later (solid line) in the first heat treatment. In this way, the temperature of the portion heated relatively earlier increases to A in the first heat treatment, and the temperature of the portion heated relatively later subsequently increases to A in the same manner. When the second heat treatment is performed by reversing the scanning direction of the substrate 1, the portion heated later in the first heat treatment is first heated when the temperature drops to B, and then the temperature is increased to C. To rise. Next, since the portion heated first in the first heat treatment is subjected to the second heating after the temperature is lowered to D lower than B, the highest temperature reaches E lower than C. In other words, since the interval time for scanning a plurality of times (the time elapsed between the first heating and the second heating) varies depending on the position of the substrate 1, temperature unevenness occurs in the surface.

この問題についても、基材1を回転させることによって解決できる。つまり、1回目の加熱処理が基材1の全体に渡って終わった後、基材1を、基材1の中心を回転軸として、基材1の表面(誘導結合型プラズマトーチユニットTに対向する面)から見て時計周りまたは反時計周りに180°回転させる。その後、走査方向を反転させて2回目の加熱処理を行えば、複数回走査する際のインターバル時間(1回目の加熱と2回目の加熱の間に経過する時間)は基材1の位置によらず一定となるので、図6(b)に示すように、1回目の加熱処理において比較的先に加熱される部分(点線)と後で加熱される部分(実線)の温度変化は同じになる。   This problem can also be solved by rotating the substrate 1. That is, after the first heat treatment is completed over the entire base material 1, the base material 1 is opposed to the surface of the base material 1 (in opposition to the inductively coupled plasma torch unit T with the center of the base material 1 as the rotation axis). Rotate 180 ° clockwise or counterclockwise as viewed from Thereafter, if the second heat treatment is performed by reversing the scanning direction, the interval time (the time elapsed between the first heating and the second heating) when scanning a plurality of times depends on the position of the substrate 1. Therefore, as shown in FIG. 6B, the temperature changes of the portion heated earlier (dotted line) and the portion heated later (solid line) in the first heat treatment are the same. .

ここで、Aは図6(a)のAと同じ温度となるが、FはB>F>Dの関係を、また、GはC>G>Eの関係を満たす(1回目の加熱と2回目の加熱のインターバル時間が同じ場合)。   Here, A has the same temperature as A in FIG. 6A, but F satisfies the relationship of B> F> D, and G satisfies the relationship of C> G> E (the first heating and 2). If the second heating interval time is the same).

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、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、基材ホルダ12を走査するものを例示したが、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に対して走査してもよい。   For example, the substrate holder 12 is scanned with respect to the fixed inductively coupled plasma torch unit T. However, the inductively coupled plasma torch unit T is scanned with respect to the fixed substrate mounting table. May be.

この場合は、基材を回転させる代わりに、熱源である誘導結合型プラズマトーチユニットTを回転させるとともに、走査方向を変えることによっても、実施の形態1と同様の効果を得ることが可能である。ただし、実施の形態1の方が装置構成は簡単になる。   In this case, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment by rotating the inductively coupled plasma torch unit T, which is a heat source, instead of rotating the base material and changing the scanning direction. . However, the apparatus configuration is simpler in the first embodiment.

或いは、誘導結合型プラズマトーチユニットTを複数備えた装置構成としておき、一度の走査で複数回の加熱処理を行うことによって、個々の誘導結合型プラズマトーチユニットTに起因する温度ムラを低減することも可能である。ただし、実施の形態1の方が装置構成は簡単・安価になる。   Alternatively, an apparatus configuration including a plurality of inductively coupled plasma torch units T is provided, and temperature unevenness caused by each inductively coupled plasma torch unit T is reduced by performing heat treatment a plurality of times in one scan. Is also possible. However, the configuration of the first embodiment is simpler and less expensive.

また、走査するごとに、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材1間の距離を近づける、などの変化を与えることで、徐々に到達温度を上げる場合を例示したが、加熱条件は同一であってもよい。基材1に蓄熱された状態で同一条件にて加熱処理すると、徐々に到達温度が高くなるためである。   In addition, there is a case where the ultimate temperature is gradually raised by giving changes such as increasing the high frequency power input to the plasma torch, decreasing the scanning speed, and reducing the distance between the plasma torch and the substrate 1 each time scanning is performed. Although illustrated, the heating conditions may be the same. This is because when the heat treatment is performed under the same conditions in the state where heat is stored in the base material 1, the ultimate temperature gradually increases.

また、加熱処理間の基材1の回転角が120°である場合を例示したが、処理回数や温度ムラの傾向等を考慮して適宜設定すればよい。   Moreover, although the case where the rotation angle of the base material 1 during the heat treatment is 120 ° is exemplified, it may be appropriately set in consideration of the number of treatments, the tendency of temperature unevenness and the like.

また、基材回転機構と、基材1を基材ホルダ12から分離する基材分離機構における基材保持機構として、非接触のベルヌイチャックなどを用いてもよい。このとき、ベルヌイチャック自体を回転させてもよいし、渦巻き状のガス流れを生じさせて基材1を回転させてもよい。   Further, a non-contact Bernoulli chuck or the like may be used as the substrate holding mechanism in the substrate rotation mechanism and the substrate separation mechanism that separates the substrate 1 from the substrate holder 12. At this time, the Bernoulli chuck itself may be rotated, or the substrate 1 may be rotated by generating a spiral gas flow.

また、基材1を回転させるのではなく、基材1を長尺チャンバ7の長尺方向に平行な向きに平行移動させることによっても、温度ムラの強調を回避することが可能である。この場合、装置構成が簡単になる場合もあり得るが、一方で、誘導結合型プラズマトーチユニットTにおける有効加熱長をより大きくする必要があるという欠点がある。   Further, it is possible to avoid emphasizing temperature unevenness by not moving the base material 1 but by translating the base material 1 in a direction parallel to the longitudinal direction of the long chamber 7. In this case, the apparatus configuration may be simplified, but on the other hand, there is a drawback that the effective heating length in the inductively coupled plasma torch unit T needs to be increased.

また、実施の形態1では、とくに上下方向(重力がどちら向きに働くか)について触れなかったが、基材ホルダ12が、基材1を地面に対して垂直に保持するよう構成されていることが望ましい。   Moreover, in Embodiment 1, although it did not touch especially about the up-down direction (which direction gravity works), the base material holder 12 is comprised so that the base material 1 may be hold | maintained perpendicularly | vertically with respect to the ground. Is desirable.

何故なら、基材1を地面に対して水平に保持する場合と比較すると、基材1が自重による撓みで変形することが原因となって、基材1と長尺チャンバ7の距離が長手方向に不均一になる程度が改善するので、より均一な処理を実現できるためである。基材1を地面に対して垂直に保持する場合、加熱処理時に基材1の下方に位置する部分に熱歪が集中するので、基材1を回転させることは、熱歪の蓄積抑制にも効果がある。   This is because the distance between the base material 1 and the long chamber 7 is longer in the longitudinal direction because the base material 1 is deformed by bending due to its own weight as compared with the case where the base material 1 is held horizontally with respect to the ground. This is because the degree of non-uniformity is improved and more uniform processing can be realized. When the base material 1 is held perpendicular to the ground, thermal strain concentrates on the portion located below the base material 1 during the heat treatment, and therefore rotating the base material 1 also suppresses thermal strain accumulation. effective.

また、さらに温度ムラを低減させる方法として、誘導結合型プラズマトーチユニットTに超音波振動子を設けることで高速で振動させたり、供給するガス流量を振動させるなどして、プラズマを揺動させることも有効である。   As a method for further reducing temperature unevenness, plasma is oscillated by oscillating at high speed by providing an ultrasonic vibrator in the inductively coupled plasma torch unit T, or by oscillating the supplied gas flow rate. Is also effective.

また、本発明の種々の構成によって、基材1の表面近傍を高温処理することが可能となる。そして、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。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、半導体デバイスのRTP(Rapid Thermal Processing)、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。   In addition, various configurations of the present invention enable high-temperature treatment of the vicinity of the surface of the substrate 1. The present invention can be applied to the crystallization of the TFT semiconductor film and the modification of the semiconductor film for solar cells, which are 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 made of an aggregate of silica particles is flattened and degassed, semiconductor devices RTP (Rapid Thermal Processing), and various electronic devices It can be applied to various surface treatments such as reflow and plasma doping using a solid impurity source.

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。   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.

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。   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。   Moreover, the case where the vicinity of the surface of the substrate is subjected to high-temperature heat treatment uniformly for a very short time has been illustrated in detail, but in the case where the substrate is subjected to plasma treatment by simultaneously irradiating the substrate with plasma or plasma and a reaction gas flow by the reaction gas. However, the present invention is applicable. 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プラズマガスの周辺に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。 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, a gas containing a reactive gas as a shielding gas is supplied to the periphery of the plasma gas, so that the plasma and the reactive gas flow are changed. At the same time, the substrate can be irradiated to realize plasma processing such as etching, CVD, and doping.

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、極薄の酸化膜形成などが可能となる。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。 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. 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 form an extremely thin oxide film. The reactive gas used for CVD includes monosilane, disilane, and the like, and silicon or silicon compound can be formed.

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、種々のプラズマ処理が可能である。本発明の構成は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。 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 plasma treatments such as a surface treatment for improving water repellency and hydrophilicity are possible. Since the configuration of the present invention 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 that a higher density plasma can be generated, resulting in a high reaction rate. As a result, it is possible to efficiently process the entire desired region of the base material 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、半導体デバイスのRTP、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、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。   As described above, the present invention can be applied to crystallization of a TFT semiconductor film and modification of a solar cell semiconductor film. Of course, the plasma display panel protective layer is cleaned and degassed, the surface of the dielectric layer consisting of aggregates of silica particles is flattened and degassed, RTP of semiconductor devices, reflow of various electronic devices, solid impurity sources The present invention can be applied to various surface treatments such as plasma doping using. In addition, in plasma processing such as etching, film formation, doping, and surface modification in the manufacture of various electronic devices, etc., this invention is useful for efficiently processing the entire desired region of the substrate in a short time. is there.

T 誘導結合型プラズマトーチユニット
1 基材
2 薄膜
3 コイル
4 第一セラミックスブロック
5 第二セラミックスブロック
7 長尺チャンバ
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
T inductively coupled plasma torch unit 1 base material 2 thin film 3 coil 4 first ceramic block 5 second ceramic block 7 long chamber 8 opening 9 plasma gas manifold 10 plasma gas supply pipe 11 plasma gas supply hole

Claims (4)

チャンバと、前記チャンバに連通するスリット状の開口部を備えた誘導結合型プラズマトーチと、
前記開口部と対向して基材を保持する基材載置台とを備え、
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可能とする移動機構と、
基材が前記チャンバと離れた位置において基材を前記基材の表面に対して垂直な軸のまわりに回転させる基材回転機構と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
An inductively coupled plasma torch having a chamber and a slit-shaped opening communicating with the chamber;
A substrate mounting table that holds the substrate facing the opening, and
A moving mechanism capable of relatively moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening;
A plasma processing apparatus, comprising: a substrate rotating mechanism that rotates the substrate around an axis perpendicular to the surface of the substrate at a position where the substrate is separated from the chamber.
基材を基材載置台から分離する基材分離機構を備えた、請求項1記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus of Claim 1 provided with the base material separation mechanism which isolate | separates a base material from a base material mounting base. 基材回転機構及び基材分離機構において基材を保持する保持機構が同一である、請求項記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2 , wherein the holding mechanism for holding the substrate is the same in the substrate rotating mechanism and the substrate separating mechanism. 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スリット状の開口部から、基材に向けてガスを噴出すると共に、チャンバの近傍にコイルが配置された状態で、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させて前記基材の表面を熱処理する、誘導結合型プラズマトーチを用いたプラズマ処理方法であって、
前記熱処理は連続して複数回行い、かつ、複数回の熱処理の間のタイミングにおいて、基材が前記チャンバと離れた位置において基材を前記基材の表面に対して垂直な軸のまわりに回転させること、
を特徴とするプラズマ処理方法。
While supplying gas into the chamber,
Gas is ejected from the slit-shaped opening communicating with the chamber toward the base material, and high-frequency power is supplied to the coil in a state where the coil is disposed in the vicinity of the chamber. Generate an electromagnetic field to generate plasma,
A plasma processing method using an inductively coupled plasma torch in which the surface of the base material is heat-treated by relatively moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening. And
The heat treatment is performed a plurality of times continuously, and at a timing between the plurality of heat treatments, the substrate is rotated around an axis perpendicular to the surface of the substrate at a position away from the chamber. Letting
A plasma processing method characterized by the above.
JP2015054126A 2014-05-13 2015-03-18 Plasma processing apparatus and method Active JP6450932B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015054126A JP6450932B2 (en) 2014-05-13 2015-03-18 Plasma processing apparatus and method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014099182 2014-05-13
JP2014099182 2014-05-13
JP2015054126A JP6450932B2 (en) 2014-05-13 2015-03-18 Plasma processing apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015232995A JP2015232995A (en) 2015-12-24
JP6450932B2 true JP6450932B2 (en) 2019-01-16

Family

ID=54934331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015054126A Active JP6450932B2 (en) 2014-05-13 2015-03-18 Plasma processing apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6450932B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6837202B2 (en) * 2017-01-23 2021-03-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 Substrate heating device and method and manufacturing method of electronic device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08203835A (en) * 1995-01-31 1996-08-09 Sony Corp Belt-driven atmospheric pressure cvd system
JPH11292264A (en) * 1998-04-03 1999-10-26 Nec Corp Surface treatment apparatus
EP1540714A4 (en) * 2002-08-26 2007-11-14 Sigma Lab Arizona Inc Barrier coatings produced by atmospheric glow discharge
WO2013103609A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-11 Applied Materials, Inc. Advanced platform for passivating crystalline silicon solar cells

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015232995A (en) 2015-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6191887B2 (en) Plasma processing equipment
JP6037292B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP6064174B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP5861045B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP6043968B2 (en) Plasma processing method and electronic device manufacturing method
JP6473889B2 (en) Plasma processing apparatus and method, and electronic device manufacturing method
JP6379355B2 (en) Plasma processing apparatus and method, and electronic device manufacturing method
JP6450932B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP6127276B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP5899422B2 (en) Inductively coupled plasma processing apparatus and method
JP6857801B2 (en) Plasma processing equipment, plasma processing method, manufacturing method of electronic devices
JP6264762B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP5857207B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP2014060035A (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP2016119313A (en) Plasma processing apparatus
JP6857799B2 (en) Plasma processing equipment, plasma processing method, manufacturing method of electronic devices
JP6074668B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP2016062716A (en) Device and method for plasma processing, and manufacturing method of electronic device
JP6064176B2 (en) Inductively coupled plasma processing apparatus and method
JP5906391B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP2017216378A (en) Heating apparatus and method, and manufacturing method of electronic device
JP2015088260A (en) Plasma processing apparatus and method
JP6186981B2 (en) Plasma processing apparatus and method
JP2017182966A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method, manufacturing method of electronic device
JP2016225190A (en) Plasma processing device and method, and manufacturing method of electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20160523

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181025

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181030

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181112

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6450932

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151