JP6529914B2 - 水素プラズマ処理装置および水素プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気圧環境でライン状の水素含有プラズマにより複数の円形状基板を処理する水素プラズマ処理装置および水素プラズマ処理方法に関する。

近年、ある種の半導体装置においては、高濃度で厚いｎ層を設けることが望まれることがある。ＩＧＢＴなど電力制御用の半導体デバイスはその代表的な例である。ｎ層を形成する処理には、加速器を使用して水素を基板に注入する工程が含まれる場合がある。目的とするｎ層が高濃度で厚いほど水素の注入量が多くなり、加速器を使用する時間は長くなる。加速器は運転コストが比較的高い。そのため、加速器の使用時間が長くなると、結果として得られるデバイスの製造コストも高くなる。

あるプラズマ処理装置は、プラズマを大気圧環境で生成するプラズマ源と、プラズマ源に水素を含む原料ガスを供給する気体供給部と、プラズマに対し基板を搬送するための搬送部と、を備える。搬送部は、複数の基板をプラズマへと順次搬送するための搬送コンベアを備えてもよい。搬送コンベアの下方には基板を加熱するヒータが設けられていてもよい。

特開２０１４−１０７２７８号公報

上述のプラズマ処理装置は、基板への水素注入工程における加速器の使用時間を短縮するために好適である。このようなプラズマ処理装置の実用化に向けて、例えば、スループットの向上、あるいは歩留まりの向上などが望まれる。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、製造効率の向上に資する基板搬送構成を有する水素プラズマ処理装置、および水素プラズマ処理方法を提供することにある。

本発明のある態様によると、水素プラズマ処理装置は、大気圧処理室と、前記大気圧処理室に設置され、ライン状の水素含有プラズマを生成するプラズマヘッドと、前記大気圧処理室に設置され、前記大気圧処理室に設置され、前記プラズマの厚みより長く前記プラズマの幅より短い基板径を有する円形状基板を前記プラズマヘッドに対し前記プラズマの厚み方向に搬送する搬送部であって、円形状基板に相当する形状を有しかつ円形状基板を保持し加熱する円形状加温領域を備える搬送部と、を備える。前記搬送部は、前記プラズマの幅方向に並ぶ複数の円形状加温領域であって、各々が一枚の円形状基板に相当する形状を有しかつ当該円形状基板を保持し加熱する複数の円形状加温領域を備える。

本発明のある態様によると、水素プラズマ処理方法は、ライン状の水素含有プラズマを大気圧環境で生成することと、前記プラズマの厚みより長く前記プラズマの幅より短い基板径を有する円形状基板を前記プラズマに対し前記プラズマの厚み方向に搬送することと、を備える。前記円形状基板は、円形状基板に相当する形状を有する円形状加温領域に保持され加熱された状態で搬送される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、製造効率の向上に資する基板搬送構成を有する水素プラズマ処理装置および水素プラズマ処理方法を提供することができる。

本発明のある実施形態に係る水素プラズマ処理装置を概略的に示す側面図である。 図１に示す水素プラズマ処理装置の要部を概略的に示す斜視図である。 本発明のある実施形態に係る水素プラズマ処理方法を説明するためのフローチャートである。 ある水素プラズマ処理装置を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置の要部を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置を概略的に示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図１は、本発明のある実施形態に係る水素プラズマ処理装置１０を概略的に示す側面図である。図２は、図１に示す水素プラズマ処理装置１０の要部を概略的に示す斜視図である。

水素プラズマ処理装置１０は、大気圧処理室１２、プラズマヘッド１４、および搬送部１６を備える。プラズマヘッド１４は、大気圧処理室１２に設置されており、ライン状の水素含有プラズマＰを生成するよう構成されている。搬送部１６は、大気圧処理室１２に設置されており、複数の円形状基板Ｗをプラズマヘッド１４に対し搬送するよう構成されている。

基板面に平行な平面における互いに直交する第１方向および第２方向をとるとき、ライン状の水素含有プラズマＰの第１方向の寸法は第２方向の寸法より長い。以下では説明の便宜上、第１方向および第２方向の寸法をそれぞれ水素含有プラズマＰの幅および厚みと称し、第１方向および第２方向をそれぞれプラズマ幅方向およびプラズマ厚み方向と称する。プラズマ厚み方向は図１および図２において左右方向にあたり、プラズマ幅方向は図１および図２において奥行方向にあたる。

円形状基板Ｗは、水素含有プラズマＰの厚みより長く幅より短い基板径を有する。具体的には、少なくとも２枚（または３枚、または４枚）の円形状基板Ｗを水素含有プラズマＰの全幅の中に収められるように、基板径は、水素含有プラズマＰの全幅の半分（または１／３、または１／４）より短い。

円形状基板Ｗは、半導体ウエハ（例えばシリコンウエハ）であり、例えば、円形ウエハ、円形薄ウエハ、ＴＡＩＫＯ（登録商標）ウエハ、または円形支持板付きウエハであってもよい。支持板は、ガラス製またはシリコン製であってもよい。円形状基板Ｗは、例えば３００ｍｍ以内の直径を有し、例えば３００ｍｍまたは２５０ｍｍまたは２００ｍｍまたは１５０ｍｍの直径を有してもよい。円形状基板Ｗは、例えば０．０５ｍｍから１．５０ｍｍの厚みを有してもよい。

円形状基板Ｗは、水素プラズマ処理装置１０または別の基板処理装置による処理が少なくとも一方の表面に既に施された基板であってもよい。例えば、円形状基板Ｗは、配線を含む素子構造が一方の表面に既に形成された基板であってもよく、その場合、水素プラズマ処理装置１０は、その基板の他方の表面に水素プラズマ処理を施してもよい。

プラズマヘッド１４は、水素含有プラズマＰを大気圧環境で生成する大気圧プラズマ源である。プラズマヘッド１４は、水素含有プラズマＰが円形状基板Ｗの基板面に垂直に入射するよう水素含有プラズマＰを円形状基板Ｗに照射するよう構成されている。プラズマヘッド１４は、搬送部１６を横断するように搬送部１６の上方に設置されており、プラズマヘッド１４が延びる長手方向は搬送部１６が円形状基板Ｗを搬送する方向と垂直である。プラズマヘッド１４の長手方向は水素含有プラズマＰの幅方向にあたる。水素含有プラズマＰの温度は例えば５０℃程度であってもよい。

水素プラズマ処理装置１０には、水素を含む原料ガスをプラズマヘッド１４に供給する気体供給部１８が設けられている。プラズマヘッド１４は水素含有プラズマＰを生成するよう原料ガスを励起するプラズマ励起部例えばプラズマ放電管（図示せず）を内蔵しており、気体供給部１８は、プラズマ励起部に原料ガスを供給するようプラズマヘッド１４に接続されている。気体供給部１８の原料ガスは、窒素または不活性ガス（例えばヘリウムまたはアルゴン）を含んでもよく、その場合、原料ガスは、水素と窒素または不活性ガスとの混合ガスであってもよい。

大気圧処理室１２は、供給された原料ガスおよび空気など処理室内のガスを排気し及び／または清浄空気を処理室に導入するための換気装置２０を備えてもよい。換気装置２０は、大気圧処理室１２における水素濃度を安全な範囲（例えば爆発限界より低い濃度）に維持することに役立つ。

搬送部１６は、複数の円形状基板Ｗをプラズマヘッド１４に対し水素含有プラズマＰの厚み方向に搬送するための搬送テーブル２２と、搬送テーブル２２上に設置された複数（図２においては３つ）の円板状搬送プレート２４とを備える。搬送テーブル２２は、プラズマヘッド１４の下方で水素含有プラズマＰの厚み方向に所望の搬送速度で移動可能に構成されている。複数の円板状搬送プレート２４は、水素含有プラズマＰの幅方向に一列に並んでいる。なお、複数の円板状搬送プレート２４は、水素含有プラズマＰの幅方向に一列ではなく複数列に（例えば行列状または千鳥状に）並べられてもよく、それにより搬送部１６がより多くの円板状搬送プレート２４を備えてもよい。

円板状搬送プレート２４は、一枚の円形状基板Ｗに相当する形状を有しかつ当該円形状基板Ｗを保持し加熱する円形状加温領域２６を有する。円形状加温領域２６は、円板状搬送プレート２４の上面にあたる。円形状加温領域２６の円形形状は必ずしも円形状基板Ｗと完全に一致していなくてもよく、円形状加温領域２６は円形状基板Ｗに比べていくらか大きくてもよいし、あるいはいくらか小さくてもよい。

円板状搬送プレート２４には、円形状基板Ｗを所望の温度に加熱するためのヒータ２８が内蔵されている。これにより、円形状加温領域２６は、水素含有プラズマＰの温度より高い温度に円形状基板Ｗを加熱することができる。円形状基板Ｗは、例えば、１５０℃から６００℃（好ましくは２００℃から３５０℃、より好ましくは２５０℃から３００℃）の範囲から選択される温度に加熱された状態で水素含有プラズマＰにさらされる。円板状搬送プレート２４は、円形状基板Ｗを温調するよう構成されていてもよく、例えば、円形状基板Ｗの温度を均一化するように、または、円形状基板Ｗの面内に任意の温度分布を与えるように構成されていてもよい。

また、円板状搬送プレート２４は、真空吸着により円形状基板Ｗを保持するよう構成されていてもよい。こうして、円形状加温領域２６は、円形状基板Ｗの反りを矯正するよう円形状基板Ｗを保持してもよい。

図３は、本発明のある実施形態に係る水素プラズマ処理方法を説明するためのフローチャートである。この方法は、プラズマ生成工程（Ｓ１０）と、基板搬送工程（Ｓ１２）とを含む。

プラズマ生成工程（Ｓ１０）においては、プラズマヘッド１４を使用して、ライン状の水素含有プラズマＰが大気圧環境（すなわち大気圧処理室１２内）で生成される。

基板搬送工程（Ｓ１２）においては、複数の円形状基板Ｗが大気圧処理室１２に搬入され、それぞれ円形状加温領域２６に保持される。各円形状基板Ｗは、円形状加温領域２６を使用して所望の処理温度に加熱される。円形状基板Ｗは、円形状加温領域２６に保持され加熱された状態で水素含有プラズマＰを通過するように、搬送部１６を使用して大気圧処理室１２内で搬送される。こうして、円形状基板Ｗの露出された表面の全域に水素含有プラズマＰが照射され、所望量の水素が円形状基板Ｗに導入される。処理された円形状基板Ｗは、大気圧処理室１２から搬出され、実施形態に係る水素プラズマ処理方法は終了する。必要に応じて、新たな基板が処理室に搬入され同様の水素プラズマ処理が行われてもよい。

図４は、あるプラズマ処理装置１を示す上面図である。このプラズマ処理装置１は、図１および図２に示す水素プラズマ処理装置１０と異なり、一枚の円形の基板２を載せる矩形の搬送プレート３と、一枚の基板２の幅に相当するプラズマを生成するプラズマヘッド４と、を有する。搬送プレート３はその形状に応じた加熱領域５を有し、加熱領域５は搬送プレート３と同様に矩形である。そのため、加熱領域５の外周部は基板２で覆われず露出されている。

したがって、水素プラズマ処理が開始されると、プラズマはまず加熱領域５の外周露出部に照射され、その次に基板２に照射される。典型的にプラズマの温度は加熱温度に比べて低いので、プラズマは加熱領域５を冷却する効果をもつ。加熱領域５の冷却に伴い基板２も冷却され、その結果、望まれる温度よりかなり低い温度で基板２へのプラズマ処理が行われ得る。これにより、とくに基板２の外周部での水素注入が不十分となり、プラズマ処理装置１の歩留まりが悪化しうる。

ところが、上述の実施形態によると、円形状加温領域２６が円形状基板Ｗに相当する形状を有するので、円形状加温領域２６のうち水素含有プラズマＰに露出される部分がほとんどないか、あるいはまったくない。したがって、図４のプラズマ処理装置１で起こり得るプラズマによる基板冷却の問題は、実施形態に係る水素プラズマ処理装置１０においてはほとんど生じないかあるいはまったく生じない。よって、この実施形態によると、既存の装置に比べて向上された歩留まりを実現する水素プラズマ処理装置１０を提供することができる。

また、この実施形態によると、複数の円形状基板Ｗをライン状の水素含有プラズマＰで同時に処理することができる。そのため、一枚ずつ処理する典型的な処理装置に比べて、スループットの高い水素プラズマ処理装置１０を提供することができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

図５は、本発明の他の実施形態に係る水素プラズマ処理装置１０の要部を概略的に示す図である。図示されるように、搬送部１６は、水素含有プラズマＰの幅方向に並ぶ複数の矩形状搬送プレート３２を備え、各々の矩形状搬送プレート３２上に配置された保温カバー３０を備えてもよい。保温カバー３０は、円形状加温領域２６に相当する円形状開口３４を有する。すなわち、保温カバー３０は、矩形状搬送プレート３２と同様の矩形形状を有し、その中心部に円形状開口３４が形成されている。円形状開口３４によって円形状加温領域２６が定められている。円形状開口３４は、一枚の円形状基板Ｗ（図５には図示せず）に相当する形状を有する。保温カバー３０は、例えばアルミナで形成されている。

このようにすれば、矩形状搬送プレート３２の外周部が保温カバー３０によって覆われるので、円形状加温領域２６に円形状基板Ｗが置かれるとき、矩形状搬送プレート３２の加温領域のうち水素含有プラズマＰに露出される部分がほとんどないか、あるいはまったくない。よって、この場合にも、図１および図２を参照して説明した上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

なお、図６に示されるように、保温カバー３０は、図１および図２を参照して説明した円板状搬送プレート２４と組み合わされてもよい。

また、図７に示されるように、保温カバー３０は、プラズマヘッド１４に取り付けられていてもよい。

図８に示されるように、プラズマヘッド１４は、複数のライン状の水素含有プラズマＰを生成するよう構成されていてもよい。複数の水素含有プラズマＰは、水素含有プラズマＰの幅方向に一列に並んでおり、各々が個々の円形状基板Ｗに照射される。

図９に示されるように、保温カバー３０は、複数のカバー要素３６に分割されていてもよい。複数のカバー要素３６は、円形状基板Ｗの外周部を押さえるように矩形状搬送プレート３２上に置かれ、それにより円形状基板Ｗの反りを矯正するよう円形状基板Ｗが保持されてもよい。複数のカバー要素３６は、図において矢印３７で指し示すように、隣接するカバー要素３６間に隙間を空けないよう互いに接触して配置されることが好ましい。そのようにすれば、円形状基板Ｗの全周を保持することができる。

図１０に示されるように、水素プラズマ処理装置１０は、複数（例えば２つ）の搬送部１６を備えてもよい。水素プラズマ処理装置１０は、少なくとも１つ（例えば１つ）のプラズマ処理ステーション３８と、少なくとも１つ（例えば２つ）の基板交換ステーション４０とを備えてもよい。

図示の例では、大気圧処理室１２の中央にプラズマ処理ステーション３８が設置され、その両側に基板交換ステーション４０が設置されている。複数の搬送部１６はそれぞれ、プラズマ処理ステーション３８と基板交換ステーション４０とを往復移動するよう構成されている。プラズマ処理ステーション３８にはプラズマヘッド１４が設けられているので、搬送部１６がプラズマ処理ステーション３８で移動することにより、基板を水素含有プラズマＰで処理することができる。搬送部１６が基板交換ステーション４０に位置するとき、処理済みの基板が搬送部１６から取り外され大気圧処理室１２から搬出され、及び／または、未処理の基板が大気圧処理室１２に搬入され搬送部１６に保持される。水素プラズマ処理装置１０は、こうした複数の搬送部１６の移動を制御する搬送制御部４２を備えてもよい。

上述の実施形態においては、搬送部１６が水素含有プラズマＰの幅方向に並ぶ複数の円形状基板Ｗを搬送するが、本発明はこれに限られない。搬送部１６は、一枚の円形状基板Ｗをプラズマヘッド１４に対し搬送するよう構成されていてもよい。また、搬送部１６は、プラズマの厚み方向に並ぶ複数の円形状加温領域２６を備えてもよい。この場合、複数の円形状基板Ｗを水素含有プラズマＰで順次処理することができる。

Ｐ 水素含有プラズマ、 Ｗ 円形状基板、 １０ 水素プラズマ処理装置、 １２ 大気圧処理室、 １４ プラズマヘッド、 １６ 搬送部、 ２４ 円板状搬送プレート、 ２６ 円形状加温領域、 ３０ 保温カバー、 ３４ 円形状開口。

Claims (7)

1. 大気圧処理室と、
   前記大気圧処理室に設置され、ライン状の水素含有プラズマを生成するプラズマヘッドと、
   前記大気圧処理室に設置され、前記プラズマの厚みより長く前記プラズマの幅より短い基板径を有する円形状基板を前記プラズマヘッドに対し前記プラズマの厚み方向に搬送する搬送部であって、円形状基板に相当する形状を有しかつ円形状基板を保持し加熱した状態で円形状基板とともに前記プラズマの厚み方向に移動可能な円形状加温領域を備える搬送部と、を備え、
   円形状加温領域は、前記プラズマの温度より高い温度に円形状基板を加熱することを特徴とする水素プラズマ処理装置。
2. 前記搬送部は、前記プラズマの幅方向に並ぶ複数の円形状加温領域であって、各々が一枚の円形状基板に相当する形状を有しかつ当該円形状基板を保持し加熱した状態で当該円形状基板とともに前記プラズマの厚み方向に移動可能な複数の円形状加温領域を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素プラズマ処理装置。
3. 前記搬送部は、円形状加温領域を各々が有する複数の円板状搬送プレートを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水素プラズマ処理装置。
4. 円形状加温領域に相当する円形状開口を有し、円形状加温領域の外周部への前記プラズマの照射を遮るように配置される保温カバーをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水素プラズマ処理装置。
5. 前記保温カバーは、円形状基板の外周部を押さえる複数のカバー要素を有することを特徴とする請求項４に記載の水素プラズマ処理装置。
6. 円形状加温領域は、円形状基板の反りを矯正するよう円形状基板を保持することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水素プラズマ処理装置。
7. ライン状の水素含有プラズマを大気圧環境で生成することと、
   前記プラズマの厚みより長く前記プラズマの幅より短い基板径を有する円形状基板を前記プラズマに対し前記プラズマの厚み方向に搬送することと、を備え、
   前記円形状基板は、円形状基板に相当する形状を有する円形状加温領域に保持され加熱された状態で円形状加温領域とともに前記プラズマの厚み方向に搬送され、
   円形状加温領域は、前記プラズマの温度より高い温度に円形状基板を加熱することを特徴とする水素プラズマ処理方法。

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