KR20150043445A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

플라스마를 안정적이고 또한 효율적으로 발생시켜, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 개구부 이외가 유전체 부재에 둘러싸인 환상 챔버(7)와, 이 환상 챔버의 근방에 마련된 코일(3)과, 개구부(8)에 근접하여 배치된 기재 탑재대(1)를 구비한 플라즈마 처리 장치 및 그 처리 방법으로서, 상기 기재 탑재대가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 상기 환상 챔버를 마련한 것을 특징으로 한다. 이러한 특징에 의해서, 플라스마를 안정적이고 효율적으로 발생시켜, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리할 수 있다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING DEVICE, AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 열 플라스마를 기재에 조사하여 기재를 처리하는 열 플라스마 처리, 반응 가스에 의한 플라스마 처리, 또한, 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 해당 기재를 처리하는 저온 플라스마 처리 등의 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
종래, 다결정 실리콘(poly-Si) 등의 반도체 박막은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)나 태양 전지에 널리 이용되고 있다. 특히, poly-SiTFT는, 캐리어 이동도가 높은데다가, 유리 기판과 같은 투명의 절연 기판상에 제작할 수 있다는 특징을 살려서, 예를 들면, 액정 표시 장치, 액정 프로젝터나 유기 EL 표시 장치 등의 화소 회로를 구성하는 스위칭 소자로서, 혹은 액정 구동용 드라이버의 회로 소자로서 널리 이용되고 있다.
유리 기판상에 고성능인 TFT를 제작하는 방법으로서는, 일반적으로 "고온 프로세스"라고 불리는 제조 방법이 있다. TFT의 제조 프로세스 중에서도, 공정 중의 최고 온도가 1000℃ 정도의 고온을 이용하는 프로세스를 일반적으로 "고온 프로세스"라고 부르고 있다. 고온 프로세스의 특징은, 실리콘의 고상 성장에 의해 비교적 양질의 다결정 실리콘을 성막할 수 있는 점, 실리콘의 열 산화에 의해 양질의 게이트 절연층을 얻을 수 있는 점, 및 청정한 다결정 실리콘과 게이트 절연층의 계면을 형성할 수 있는 점이다. 고온 프로세스에서는 이러한 특징에 의해, 고이동도이며 게다가 신뢰성이 높은 고성능 TFT를 안정적으로 제조할 수 있다.
한편, 고온 프로세스는 고상 성장(solid phase growth)에 의해 실리콘막의 결정화를 실행하는 프로세스이기 때문에, 600℃ 정도의 온도로 48시간 정도의 장시간의 열처리를 필요로 한다. 이것은 대단히 장시간의 공정이며, 공정의 스루풋(throughput)을 높이기 위해서는 필연적으로 열처리로를 다수 필요로 하여, 저비용화가 어렵다는 점이 과제이다. 부가하여, 내열성이 높은 절연성 기판으로서 석영 유리를 사용하지 않을 수 없기 때문에 기판의 비용이 비싸며, 대면적화에는 적합하지 않다고 여겨지고 있다.
한편, 공정 중의 최고 온도를 낮추고, 염가이고 대면적인 유리 기판상에 poly-SiTFT를 제작하기 위한 기술이 "저온 프로세스"라고 불리는 기술이다. TFT의 제조 프로세스 중에서도, 최고 온도가 대체로 600℃ 이하의 온도 환경 하에 있어서 비교적 염가인 내열성의 유리 기판상에 poly-SiTFT를 제조하는 프로세스는, 일반적으로 "저온 프로세스"라고 불리고 있다. 저온 프로세스에서는, 발진 시간이 극히 단시간인 펄스 레이저를 이용하여 실리콘막의 결정화를 실행하는 레이저 결정화 기술이 널리 사용되고 있다. 레이저 결정화란, 기판상의 실리콘 박막에 고출력의 펄스 레이저 빛을 조사하는 것에 의해서 순간적으로 용해시키고, 이것이 응고하는 과정에서 결정화하는 성질을 이용하는 기술이다.
그렇지만, 이러한 레이저 결정화 기술에는 몇 가지 큰 과제가 있다. 하나는, 레이저 결정화 기술에 의해서 형성한 폴리실리콘막의 내부에 국재(局在)하는 다량의 포획 준위이다. 이러한 포획 준위의 존재로 인해, 전압의 인가에 의해서 본래 능동층을 이동해야 할 캐리어가 포획되어, 전기 전도에 기여하지 못하여, TFT의 이동도의 저하, 문턱값 전압의 증대라고 하는 악영향을 미친다. 또한, 레이저 출력의 제한에 의해서, 유리 기판의 사이즈가 제한된다는 과제도 있다. 레이저 결정화 공정도의 스루풋을 향상시키기 위해서는, 1회에 결정화할 수 있는 면적을 증대시킬 필요가 있다. 그렇지만, 현 상태의 레이저 출력에는 제한이 있기 때문에, 제 7 세대(1800㎜×2100㎜)와 같은 대형 기판에 이러한 결정화 기술을 채용하는 경우에는, 기판 1매를 결정화하기 위해서 장시간을 필요로 한다.
또한, 레이저 결정화 기술은 일반적으로 라인형상으로 성형된 레이저가 이용되며, 이것을 주사시키는 것에 의해서 결정화를 실행한다. 이 라인 비임은, 레이저 출력에 제한이 있기 때문에 기판의 폭보다 짧고, 기판 전면을 결정화하기 위해서는, 레이저를 수 회로 나누어 주사할 필요가 있다. 이것에 의해서 기판 내에는 라인 비임의 이음매 영역이 발생하여, 2회 주사되어 버리는 영역이 생긴다. 이 영역은 1회의 주사로 결정화한 영역과는 결정성이 크게 상이하다. 그 때문에 양자의 소자 특성은 크게 달라지며, 디바이스의 편차의 큰 요인이 된다.
마지막으로, 레이저 결정화 장치는 장치 구성이 복잡하며, 또한, 소모 부품의 비용이 비싸기 때문에, 장치 비용 및 러닝 비용이 비싸다는 과제가 있다. 이것에 의해서, 레이저 결정화 장치에 의해서 결정화한 폴리실리콘막을 사용한 TFT는 제조 비용이 비싼 소자가 되어 버린다.
이러한 기판 사이즈의 제한, 장치 비용이 비싼 것과 같은 과제를 극복하기 위해, "열 플라스마 제트 결정화법"이라고 불리는 결정화 기술이 연구되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 본 기술을 이하에 간단하게 설명한다. 텅스텐(W) 마이너스극과 수냉한 구리(Cu) 양극을 대향시켜, DC 전압을 인가하면 양 간극에 아크 방전이 발생한다. 이러한 전극 사이에 대기압하에서 아르곤 가스를 흘리는 것에 의해서, 구리 양극에 비어 있는 분출 구멍으로부터 열 플라스마가 분출된다.
열 플라스마란, 열 평형 플라스마이며, 이온, 전자, 중성 원자 등의 온도가 거의 동일하며, 그들 온도가 10000K 정도를 갖는 초고온의 열원이다. 이것으로부터, 열 플라스마는 피열물체를 용이하게 고온으로 가열하는 것이 가능하며, a-Si(아몰퍼스(amorphous) 실리콘)막을 퇴적한 기판이 초고온의 열 플라스마 전면을 고속 주사하는 것에 의해서 a-Si막을 결정화할 수 있다.
이와 같이 장치 구성이 극히 단순하며, 또한 대기압하에서의 결정화 프로세스이기 때문에, 장치를 밀폐 챔버 등의 고가의 부재로 덮을 필요가 없고, 장치 비용이 극히 저렴해지는 것을 기대할 수 있다. 또한 결정화에 필요한 유틸리티는, 아르곤 가스와 전력과 냉각수이기 때문에, 러닝 비용도 저렴한 결정화 기술이다.
도 19는 이러한 열 플라스마를 이용한 반도체막의 결정화 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 19에 있어서, 열 플라스마 발생 장치(31)는, 음극(32)과, 이 음극(32)과 소정 거리만큼 이격되어 대향 배치되는 양극(33)을 구비하여 구성된다. 음극(32)은 예를 들어 텅스텐 등의 도전체로 이루어진다. 양극(33)은 예를 들어 구리 등의 도전체로 이루어진다. 또한, 양극(33)은 중공으로 형성되며, 이 중공 부분에 물을 통하여 냉각 가능하게 구성되어 있다. 또한, 양극(33)에는 분출 구멍(노즐)(34)이 마련되어 있다. 음극(32)과 양극(33)의 사이에 직류(DC) 전압을 인가하면 양 간극에 아크 방전이 발생한다. 이 상태에서, 음극(32)과 양극(33)의 사이에 대기압하에서 아르곤 가스 등의 가스를 흘리는 것에 의해서, 상기의 분출 구멍(34)으로부터 열 플라스마(35)를 분출시킬 수 있다.
여기서 "열 플라스마"란, 열 평형 플라스마이며, 이온, 전자, 중성 원자 등의 온도가 거의 동일하며, 그들 온도가 10000K 정도를 갖는 초고온의 열원이다.
이러한 열 플라스마를 반도체막의 결정화를 위한 열처리에 이용할 수 있다. 구체적으로는, 기판(36)상에 반도체막(37)(예를 들면, 아몰퍼스 실리콘막)을 형성해두고, 해당 반도체막(37)에 열 플라스마(열 플라스마 제트)(35)를 조사한다. 이 때, 열 플라스마(35)는, 반도체막(37)의 표면과 평행한 제 1 축(도시의 예에서는 좌우 방향)을 따라서 상대적으로 이동시키면서 반도체막(37)에 조사된다. 즉, 열 플라스마(35)는 제 1 축 방향으로 주사하면서 반도체막(37)에 조사되게 된다.
여기서, "상대적으로 이동시킨다"란, 반도체막(37)(및 이것을 지지하는 기판(36))과 열 플라스마(35)를 상대적으로 이동시키는 것을 말하며, 한쪽만을 이동시키는 경우와 양자를 함께 이동시키는 경우 모두 포함된다. 이러한 열 플라스마(35)의 주사에 의해, 반도체막(37)이 열 플라스마(35)가 갖는 고온에 의해서 가열되며, 결정화된 반도체막(38)(본 예에서는 폴리실리콘막)이 얻어진다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
도 20은 기판의 최표면으로부터의 깊이와 온도의 관계를 나타내는 개념도이다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 열 플라스마(35)를 고속으로 이동시키는 것에 의해, 표면 근방만을 고온으로 처리할 수 있다. 열 플라스마(35)가 통과한 후, 가열된 영역은 신속하게 냉각되므로, 표면 근방은 극히 단시간만 고온이 된다.
이러한 열 플라스마는, 점형상 영역에 발생시키는 것이 일반적이다. 열 플라스마는 음극(32)으로부터의 열전자 방출에 의해서 유지되고 있다. 따라서, 플라스마 밀도가 높은 위치에서는 열전자 방출이 보다 활발해지기 때문에, 플러스의 피드백이 가해져, 더욱더 플라스마 밀도가 높아진다. 즉, 아크 방전은 음극의 1점에 집중되어 생기게 되며, 열 플라스마는 점형상 영역에 발생한다.
반도체막의 결정화 등, 평판형상의 기재를 균일하게 처리하고자 하는 경우에는, 점형상의 열 플라스마를 기재 전체에 걸쳐서 주사할 필요가 있지만, 주사 회수를 줄여 보다 단시간에 처리할 수 있는 프로세스를 구축하려면, 열 플라스마의 조사 영역을 넓게 하는 것이 유효하다. 이 때문에, 장척의 열 플라스마를 발생시켜, 일방향으로만 주사하는 기술이 검토되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 내지 7 참조).
일본 특허 공개 제 2008-53634 호 공보 국제 공개 제 2011/142125 호 일본 특허 공개 제 2012-38839 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-54129 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-054130 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-54131 호 공보 일본 특허 공개 제 2012-54132 호 공보
S. Higashi, H. Kaku, T. Okada, H. Murakami and S. Miyazaki, Jpn. J. Appl. Phys. 45, 5B(2006) pp. 4313-4320
그렇지만, 반도체의 결정화 등, 극히 단시간만 기재의 표면 근방을 고온 처리하는 용도에 대해서, 종래예에 나타낸 특허문헌 2 내지 7에 기재된 열 플라스마를 장척형상으로 발생시키는 기술에서는, 플라스마가 가장 고온이 되는 부분이 기판으로부터 멀다. 그 때문에, 기판의 온도를 충분히 높이는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리하는 기술, 반응 가스에 의한 플라스마 처리 기술, 또한 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하며 해당 기재를 처리하는 저온 플라스마 처리 기술에 있어서, 플라스마를 안정적이고 효율적으로 발생시킬 수 있어, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 플라스마 처리 장치는, 개구부와, 개구부에 연통하고, 또한 개구부 이외가 유전체 부재로 둘러싸인 환상 챔버와, 환상 챔버 내에 가스를 도입하기 위한 가스 공급 배관과, 환상 챔버 근방에 마련된 코일과, 코일에 접속된 고주파 전원과, 기재를 개구부에 근접하여 배치하기 위한 기재 탑재대를 구비한 플라스마 처리 장치로서, 기재 탑재대가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 환상 챔버를 마련한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리하는 기술, 반응 가스에 의한 플라스마 처리 기술, 또한 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 해당 기재를 처리하는 저온 플라스마 처리 기술에 있어서, 플라스마를 안정적이고 효율적으로 발생시킬 수 있다.
본 발명의 플라스마 처리 방법은, 개구부 이외가 유전체 부재로 둘러싸인 환상 챔버 내에 가스를 공급하면서, 코일에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해 환상 챔버 내에 고주파 전자계(電磁界)를 발생시켜서 플라스마를 생성하고, 기재를 개구부에 근접하여 배치하며, 개구부 근방의 플라스마에 폭로함으로써, 기재의 표면을 처리하는 플라스마 처리 방법으로서, 기재가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 마련한 환상 챔버 내에 플라스마를 생성시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리하는 기술, 반응 가스에 의한 플라스마 처리 기술, 또한 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 해당 기재를 처리하는 저온 플라스마 처리 기술에 있어서, 플라스마를 안정적이고 효율적으로 발생시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리하는 기술, 반응 가스에 의한 플라스마 처리 기술, 또한 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 해당 기재를 처리하는 저온 플라스마 처리 기술에 있어서, 플라스마를 안정적이고 효율적으로 발생시킬 수 있어, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 1b는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도(도 1a에 있어서의 파선부의 단면을 도시하는 도면),
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도,
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도,
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도,
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도,
도 7은 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도,
도 8은 본 발명의 실시형태 5에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 9는 본 발명의 실시형태 6에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 10은 본 발명의 실시형태 7에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 11은 본 발명의 실시형태 8에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 12는 본 발명의 실시형태 9에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 13은 본 발명의 실시형태 10에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 14는 본 발명의 실시형태 11에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 15는 본 발명의 실시형태 11에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도,
도 16a는 본 발명의 실시형태 12에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 16b는 본 발명의 실시형태 12에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 16c는 본 발명의 실시형태 12에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 17은 본 발명의 실시형태 13에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 18은 본 발명의 실시형태 13에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 19는 종래예에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도,
도 20은 종래예에 있어서의, 기판의 최표면으로부터의 깊이와 온도의 관계를 나타내는 개념도.
이하, 본 발명의 실시형태에 있어서의 플라스마 처리 장치에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
(실시형태 1)
이하, 본 발명의 실시형태 1에 대하여, 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이다. 도 1b는 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 평행하며, 또한 기재에 수직인 면으로 절단한 단면도이다. 도 1a는 도 1b의 파선으로 절단한 단면도, 도 1b는 도 1a의 파선으로 절단한 단면도, 또한 도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시한 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이다.
도 1a, 도 1b 및 도 2에 있어서, 기재 탑재대(1)상에 기재(2)가 탑재되어 있다. 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 있어서, 도체제의 솔레노이드 코일(3)이 제 1 석영 블록(4) 및 제 2 석영 블록(5)의 근방에 배치된다. 제 1 석영 블록(4), 제 2 석영 블록(5) 및 기재(2)의 표면에 의해서 둘러싸인 공간에 의해, 유전체제의 장척 챔버(7)가 형성된다. 장척 챔버(7)는 기재 탑재대(1)가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 마련되어 있다.
또한, 솔레노이드 코일(3)의 중심축은, 기재 탑재대(1)에 평행하며, 또한 장척 챔버(7)를 포함하는 평면에 수직인 배향이 되도록 구성된다. 즉, 솔레노이드 코일(3)의 하나의 턴이 구성하는 면은 기재 탑재대가 이루는 면에 수직인 면을 따라서, 또한, 장척 챔버(7)를 포함하는 평면을 따라서 마련되어 있다. 또한, 솔레노이드 코일(3)은, 제 1 석영 블록(4)의 외측, 제 2 석영 블록(5)의 외측에 각 1개씩 배치되며, 또한 장척 챔버(7)로부터 떨어진 위치에서 직렬로 접속되며, 고주파 전력을 인가했을 때에 장척 챔버에 발생시키는 고주파 전자계의 방향이 서로 동일하게 되도록 되어 있다.
솔레노이드 코일(3)은, 이들 두 개 중 어느 한쪽만으로도 기능할 수 있지만, 본 실시형태와 같이, 장척 챔버(7)를 사이에 두고 2개를 마련하는 것이, 장척 챔버(7) 내에 발생하는 전자계의 강도를 강하게 할 수 있다는 이점이 있다.
유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)은, 전체가 접지된 도체제의 실드 부재(도시하지 않음)로 둘러싸이며, 고주파의 누설(노이즈)을 효과적으로 방지할 수 있는 동시에, 바람직하지 않은 이상 방전 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
장척 챔버(7)는, 제 1 석영 블록(4)의 하나의 평면과, 제 2 석영 블록(5)에 마련한 홈에 둘러싸여 있다. 또한, 이들 유전체 부재로서의 2개의 유전체 블록은 접합되어 있다. 즉, 장척 챔버(7)는 개구부(8) 이외가 유전체로 둘러싸여 있는 구성이다. 또한, 장척 챔버(7)는 환상이다. 여기서 말하는 환상이란, 연속적인 닫힌 끈형상을 이루는 형상을 의미하며, 원형으로 한정되는 것은 아니다. 본 실시형태에 있어서는, 장방형(2개의 장변을 이루는 직선부와, 그 양단에 2개의 단변을 이루는 직선이 연결되어 이루어지는, 연속하는 닫힌 끈형상)의 장척 챔버(7)를 예시하고 있다.
장척 챔버(7)에 발생한 플라스마(P)는, 장척 챔버(7)에 있어서의 장척인 선형의 개구부(8)에 있어서, 기재(2)에 접촉한다. 또한, 장척 챔버(7)의 길이 방향과 개구부(8)의 길이 방향은 평행하게 배치되어 있다. 또한, 개구부(8)의 개구폭은, 환상 챔버의 굵기(환상 챔버를 구성하는, 연속적인 닫힌 통로, 도 1a의 치수(d))에 거의 동일하다.
제 2 석영 블록(5)의 내부에 플라스마 가스 매니폴드(9)가 마련되어 있다. 플라스마 가스 공급 배관(10)으로부터 플라스마 가스 매니폴드(9)에 공급된 가스는, 제 2 석영 블록(5)에 마련된 가스 도입부로서의 플라스마 가스 공급 구멍 (11)(관통 구멍)을 거쳐서, 장척 챔버(7)에 도입된다. 이러한 구성에 의해, 길이 방향으로 균일한 가스 흐름을 간단하게 실현할 수 있다. 플라스마 가스 공급 배관(10)에 도입하는 가스의 유량은, 그 상류에 매스플로우 컨트롤러 등의 유량 제어 장치를 구비하는 것에 의해 제어된다.
플라스마 가스 공급 구멍(11)은 장척의 슬릿이지만, 둥근 구멍형상의 것을 길이 방향으로 복수 마련한 것이어도 좋다.
솔레노이드 코일(3)은 중공의 구리관으로 이루어지며, 내부가 냉매 유로로 되어 있다. 또한, 접착제(6)에 의해서 솔레노이드 코일(3)의 외피 부분과 제 1 석영 블록(4) 및 제 2 석영 블록(5)의 열전도가 확보되어 있다. 따라서, 솔레노이드 코일(3)을 구성하는 구리관에 물 등의 냉매를 흘림으로써, 솔레노이드 코일(3), 제 1 석영 블록(4) 및 제 2 석영 블록(5)의 냉각이 가능하다.
장방형인 선형의 개구부(8)가 마련되고, 기재 탑재대(1)(혹은, 기재 탑재대(1)상의 기재(2))는 개구부(8)와 대향하여 배치되어 있다. 이러한 상태에서, 장척 챔버 내에 가스를 공급하면서, 개구부(8)로부터 기재(2)를 향하여 가스를 분출시키면서, 고주파 전원(R)으로부터 솔레노이드 코일(3)에 고주파 전력을 공급함으로써, 장척 챔버(7)에 플라스마(P)를 발생시킨다. 개구부(8) 부근의 플라스마를 기재(2)에 폭로함으로써, 기재(2)상의 박막(22)을 플라스마 처리할 수 있다.
개구부(8)의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로, 장척 챔버(7)와 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동시킴으로써, 기재(2)를 처리한다. 즉, 도 1a의 좌우 방향으로, 도 1b의 지면에 수직인 방향으로, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T) 또는 기재 탑재대(1)를 움직인다.
장척 챔버(7) 내에 공급하는 가스로서 여러 가지의 것이 사용 가능하지만, 플라스마의 안정성, 착화성, 플라스마에 폭로되는 부재의 수명 등을 고려하면, 불활성 가스 주체인 것이 바람직하다. 그 중에서도, Ar 가스가 전형적으로 이용된다. Ar만으로 플라스마를 생성시켰을 경우, 플라스마는 상당히 고온이 된다(10,000K 이상).
이러한 플라스마 처리 장치에 있어서, 장척 챔버(7) 내에 플라스마 가스 공급 구멍(11)으로부터 Ar 또는 Ar+H2 가스를 공급하면서, 개구부(8)로부터 기재(2)를 향하여 가스를 분출시키면서, 고주파 전원(R)으로부터 13.56MHz의 고주파 전력을 솔레노이드 코일(3)에 공급함으로써, 장척 챔버(7) 내에 고주파 전자계를 발생시킴으로써 플라스마(P)를 발생시킨다. 개구부(8) 부근의 플라스마를 기재(2)에 폭로하는 것과 동시에 주사함으로써, 반도체막의 결정화 등의 열처리를 실행할 수 있다.
플라스마 발생의 조건으로서는, 주사 속도=50㎜/s 내지 3000㎜/s, 플라스마 가스 총 유량=1SLM 내지 100SLM, Ar+H2 가스 중의 H2 농도=0% 내지 10%, 고주파 전력=0.5㎾ 내지 10㎾ 정도의 값이 적절하다. 단, 이들 모든 양 중, 가스 유량 및 전력은 개구부(8)의 길이 100㎜ 당의 값이다. 가스 유량이나 전력 등의 파라미터는 개구부(8)의 길이에 비례한 양을 투입하는 것이 적절하다고 고려되기 때문이다.
이와 같이, 개구부(8)의 길이 방향과, 기재 탑재대(1)가 평행하게 배치된 그 상태로, 개구부(8)의 길이 방향과는 수직인 방향으로, 장척 챔버와 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동하므로, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 생성해야 할 플라스마의 길이와 기재(2)의 처리 길이가 거의 동일해지도록 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 장척 챔버(7)는 환상이다. 그리고, 개구부(8)를 구성하는 제 1 석영 블록(4)의 최하면과 기재(2)의 표면의 거리(도 1a의 치수(g))를 0.5㎜로 하고 있다. 이와 같은 장척 챔버의 구조가 가져오는 효과에 대해서, 이하에서 설명한다.
종래의 일반적인 원통형의 유도 결합형 플라스마 토치와 마찬가지인, 한 덩어리의 직방체형상의 공간에 대기압 유도 결합형 플라스마를 발생시키면, 원환상의(도넛형상의) 플라스마가 챔버 내에 발생하기 쉽다. 즉, 직방체형상의 챔버 내에 원환상의 플라스마가 발생하므로, 챔버 내는 그 일부만이 매우 고밀도의 플라스마가 되어, 장척 방향으로 균일한 처리를 실행하는 것이 곤란하다.
한편, 본 실시형태에서는, 장척의 환상 챔버를 구성하고 있기 때문에, 그 형상을 따라서 장방형의 세장형 장척 플라스마(P)가 발생한다. 따라서, 종래예에 비해, 현격하게 장척 방향으로 균일한 처리를 실행할 수 있다. 또한, 챔버의 체적이 종래예에 비해 작아지므로, 단위 체적당 작용하는 고주파 전력이 증가하기 때문에, 플라스마 발생 효율이 양호해진다는 이점도 있다.
또한, 종래의 일반적인 유도 결합형 플라스마 토치에 있어서는, 가스 유량을 증가시키면 방전이 불안정해지는 것이 지적되고 있다(예를 들면, Hironobu Yabutaetal., "Design and evaluation of dual inlet ICP torch for low gas consumption", Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 17(2002) 1090-1095 페이지 참조). 이것은, 챔버 내에서 환상 플라스마가 요동했을 때에, 가스 흐름의 하류역에 있어서 환상 플라스마와 코일의 거리가 너무 멀어져 유도 결합을 유지할 수 없게 되어, 플라스마가 실화되어 버리기 때문인 것으로 고려된다.
한편, 본 실시형태에서는, 개구부(8)를 구성하는 제 1 석영 블록(4)의 최하면과 기재(2)의 표면의 거리(g)를 0.5㎜로 극히 좁게 구성하고 있기 때문에, 환상의 플라스마(P)가 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 간극에 침입하지 못하고, 장척 챔버(7) 내(간극보다 상류의 영역)에 머무른다. 따라서, 환상의 플라스마(P)의 요동이 일어나지 않아, 극히 안정된 장척의 환상의 플라스마(P)가 유지된다. 따라서, 종래예에 비해, 현격히 안정된 플라스마 발생이 가능해진다.
또한, 플라스마(P)에 있어서 전자 밀도나 활성 입자 밀도가 높은 부분을 기재(2)의 표면에 폭로시키므로, 고속 처리, 혹은 고온 처리가 가능해진다.
또한, 개구부(8)를 구성하는 제 1 석영 블록(4)의 최하면과 기재(2)의 표면의 거리(g)에 대해 상세하게 조사한 바, g가 1㎜ 이하인 경우에 환상의 플라스마(P)의 요동을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 한편, g가 너무나 작으면 장척 방향의 부품 가공이나 조립 정밀도의 영향이 커지고, 또한 통로를 통과하여 기재(2)에 도달하는 플라스마류가 약해진다. 따라서, 거리(g)는 0.1㎜ 이상, 바람직하게는 0.3㎜ 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 장척 챔버(7)의 굵기(장척 챔버(7)를 구성하는, 연속적인 닫힌 통로)(d)는, 도 1a에 대해서는, 장척 챔버(7)에 있어서의, 제 2 석영 블록(5)에 마련한 홈의 폭(d)으로서 나타난다. 또한, 장척 챔버(7)의 외경(장척 챔버(7)의 전체적인 크기)을 e로 하면, 도 1a에 있어서는, 제 2 석영 블록(5)에 마련한 홈의 상측의 내벽면과 기재(2)가 이루는 거리(e)로 나타난다. 장척 챔버(7)는 장척이므로, 장변부와 단변부는 장척 챔버(7)의 외경(e)이 상이하다. 구체적으로는, 장변부에 있어서의 장척 챔버(7)의 외경(e)이 단변부에 있어서의 장척 챔버(7)의 외경(e)보다 작다.
이들 치수(d)(장척 챔버(7)의 굵기), e(장척 챔버(7)의 외경)에 대해 실험적으로 상세하게 조사한 바, d가 1㎜미만이면, 장척 챔버(7) 내에는 고밀도의 열 플라스마가 극히 발생하기 어려워진다는 것이 판명되었다. 또한, e가 10㎜ 미만인 경우에도, 장척 챔버(7) 내에는 고밀도의 열 플라스마가 극히 발생하기 어려워진다는 것이 판명되었다. 이러한 실험으로부터, 장척 챔버(7)의 굵기(d)는 1㎜ 이상인 것이 바람직하며, 장척 챔버(7)의 외경(e)은 10㎜ 이상인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
또한, d가 너무 굵으면 플라스마 발생 효율이 저하되므로, 장척 챔버(7)의 굵기(d)는 10㎜ 이하인 것이 바람직하다.
(실시형태 2)
이하, 본 발명의 실시형태 2에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이며, 도 2에 상당한다.
실시형태 2에서는, 솔레노이드형의 코일이 아니라, 평면형상의 스파이럴 코일(23)을 이용하는 구성으로 하고 있다.
이러한 구성에서는, 스파이럴 코일(23)에 동일한 전류를 흘렸을 때, 실시형태 1에 비해 장척 챔버(7) 내에 발생하는 전자계의 강도가 강해진다는 이점이 있다. 따라서, 보다 고속 또는 고온의 플라스마 처리가 가능해진다.
또한, 스파이럴 코일(23)은, 제 1 석영 블록(4)의 외측, 제 2 석영 블록(5)의 외측에 각 1개씩 배치되며, 또한 장척 챔버(7)로부터 떨어진 위치에서 직렬로 접속되며, 고주파 전력을 인가했을 때에 장척 챔버(7)에 발생시키는 고주파 전자계의 방향이 서로 동일하게 되도록 되어 있다. 스파이럴 코일(23)은 이들 두 개 중 어느 한쪽만으로도 기능할 수 있다.
혹은, 2개의 스파이럴 코일(23)을 직렬 접속하지 않고, 다른 한쪽의 코일(23)의 일단을 고주파에 접속하면서 타단을 접지하는 것에 의해 코일로서 기능 시키는 동시에, 다른쪽의 코일(23)을 접지함으로써, 플라스마의 착화성을 향상시키는 것도 가능하다.
(실시형태 3)
이하, 본 발명의 실시형태 3에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이며, 도 2에 상당한다.
실시형태 3에서는, 제 1 석영 블록(4)의 외측, 제 2 석영 블록(5)의 외측에 각 1개씩 배치된 원-턴 코일(one-turn coil)(43)을, 장척 챔버(7)로부터 떨어진 위치에서 병렬로 접속하고 있으며, 고주파 전력을 인가했을 때에 장척 챔버(7)에 발생시키는 고주파 전자계의 방향이 서로 동일하게 되도록 되어 있다.
이러한 구성에 의해, 코일 전체의 인덕턴스가 작아지므로, 높은 주파수의 고주파 전력을 이용하고자 하는 경우, 혹은 장척 챔버(7)를 보다 길게 하고자 하는 경우에 유효하며, 보다 높은 전력 효율을 얻을 수 있다.
(실시형태 4)
이하, 본 발명의 실시형태 4에 대하여, 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다. 도 6은 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 조립 구성도로서, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이며, 도 2에 상당한다. 또한, 도 7은 도 6과는 좌우를 역방향으로 하여 일부의 부품을 나열한 것이다.
실시형태 4에서는, 제 2 석영 블록(5)의 외측(장척 챔버(7)를 구성하는 홈과는 반대의 면)에 홈(12)을 마련하고, 그 내부에 접지된 도체로서의 구리관(13)을 배치하고 있다. 홈(12)은 장척 챔버(7)와 평행한 방향으로 장척인 형상이며, 코일의 장척 방향의 길이보다 짧다. 구리관(13)은, U자형으로 성형되어 있으며, 솔레노이드 코일(3)과 마찬가지로, 접착제(6)에 의해서 홈(12)에 접착된다. 또한, 구리관(13)에 물 등의 냉매를 흘림으로써, 제 2 석영 블록(5)의 새로운 냉각이 가능하다.
이러한 구성에 의해, 실시형태 1과 비교하여 장척 챔버(7) 내의 정전계가 높아지기 때문에, 플라스마의 착화성을 높일 수 있다. 또한, 냉각 효율이 높아지기 때문에, 보다 높은 고주파 전력을 인가할 수 있으므로, 보다 고속 처리, 혹은 보다 고온의 처리가 가능해진다.
(실시형태 5)
이하, 본 발명의 실시형태 5에 대하여, 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시형태 5에서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다.
실시형태 5에서는, 제 1 석영 블록(4)에 관통 구멍을 마련하는 동시에, 제 2 석영 블록(5)에 마련한 홈(12)을 둘러싸는 볼록부를 관통 구멍에 삽입하는 구성으로 하고 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실시형태 4와 동일하다.
이러한 구성에 의해, 접지한 구리관(13)의 배치를 장척 챔버(7)에 더 근접시킬 수 있다. 따라서, 실시형태 4와 비교하여 장척 챔버(7) 내의 정전계가 높아지는 동시에 냉각 효율이 높아지기 때문에, 보다 높은 고주파 전력을 인가할 수 있어, 보다 고속 처리, 혹은 보다 고온의 처리가 가능해진다.
(실시형태 6)
이하, 본 발명의 실시형태 6에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시형태 6에서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다.
실시형태 6에서는, 제 2 석영 블록(5)에 상하 2개의 홈(12)을 마련하고, 각 홈(12)에 접지된 구리관(13)을 배치하고 있는 점에서, 실시형태 5와 상이하다.
이러한 구성에 의해, 접지한 구리관(13)의 배치를 장척 챔버(7)에 더 근접시킬 수 있다. 따라서, 실시형태 4와 비교하여 장척 챔버(7) 내의 정전계가 높아지는 동시에 냉각 효율이 높아지기 때문에, 더욱 높은 고주파 전력을 인가할 수 있어, 보다 고속 처리, 혹은 보다 고온의 처리가 가능해진다.
(실시형태 7)
이하, 본 발명의 실시형태 7에 대하여, 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시형태 7에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 평행하고, 또한 기재에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1b에 상당한다.
도 10에 있어서, 레이스 트랙형(2개의 장변을 이루는 직선부와, 그 양단에 2개의 단변을 이루는 원, 또는 타원이 연결되어 이루어지는, 연속적인 닫힌 끈형상의 형상)의 긴 챔버를 예시하고 있다.
이러한 구성에 의해, 고온의 플라스마에 의한 홈(12)의 손상이나 변형이 작아져, 유전체 부재의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
(실시형태 8)
이하, 본 발명의 실시형태 8에 대해, 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시형태 8에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다.
도 11에 있어서, 제 2 석영 블록(5)에는, 장척 챔버(7)를 구성하는 홈의 내측 부분에 가스 유로(14)가 마련되고, 장척 챔버(7)를 구성하는 장변의 한쪽인, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 공간으로의 Ar 가스 공급을 원활화하고 있다. 즉, 실시형태 1에서는, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 공간으로의 가스 공급이, 장척 챔버(7)를 구성하는 단변으로부터만 이루어져 있던 것에 반하여, 본 실시형태에서는, 2개의 장변 사이의 간극인 가스 유로(14)를 통하여 가스 공급이 촉진된다. 따라서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 공간에 있어서의 Ar 농도가 증가된다(실시형태 1에서는 공기의 혼입이 많기 때문임). 따라서 보다 안정된 플라스마를 얻을 수 있다.
또한, 가스 유로(14)의 두께(도 11에 있어서의 좌우 방향의 간극의 크기)는, 장척 챔버(7)에 형성된 링형상의 플라스마가 인입되지 않는 정도로 충분히 얇게 구성할 필요가 있으며, d가 1㎜미만이면, 장척 챔버(7) 내에는 고밀도의 열 플라스마가 극히 발생하기 어려워지므로, 가스 유로(14)의 두께는 1㎜ 미만인 것이 바람직하다.
(실시형태 9)
이하, 본 발명의 실시형태 9에 대하여, 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시형태 9에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다.
도 12에 있어서, 제 2 석영 블록(5)에는, 장척 챔버(7)를 구성하는 홈의 내측 부분에 가스 유로(14)가 마련되며, 또한 장척 챔버(7)를 구성하는 홈의 내측 부분에 플라스마 가스 매니폴드(9)가 마련된다.
이러한 구성에 의해, 장척 챔버(7)를 구성하는 2개의 장변으로의 가스 공급이 보다 균등화되며, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 공간에 있어서의 Ar 농도가 증가한다(실시형태 1에서는 공기의 혼입이 많기 때문임). 따라서, 보다 안정된 플라스마를 얻을 수 있다.
(실시형태 10)
이하, 본 발명의 실시형태 10에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 실시형태 10에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다.
도 13에 있어서, 제 1 석영 블록(4)의 최하부에 마련한 홈과, 제 2 석영 블록(5)에 마련한 홈이, 도시하고 있지 않은 단변측의 홈으로서 제 1 석영 블록(4) 및 제 2 석영 블록의 쌍방에 마련된 홈을 거쳐서, 전체적으로 환상의 장척 챔버(7)를 구성하고 있다. 즉, 장척 챔버(7)는 기재 탑재대(1)가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 마련되어 있지만, 약간 경사진 배치로 되어 있다. 이러한 구성도 본 발명의 적용 범위 내이다.
(실시형태 11)
이하, 본 발명의 실시형태 11에 대하여, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 실시형태 11에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1a에 상당한다. 또한, 도 15는 도 14에 도시한 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 조립 구성도로서, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이며, 도 2에 상당한다.
도 14 및 도 15에 있어서, 제 2 석영 블록(5)에는, 장척 챔버(7)를 구성하는 홈의 내측 부분에 가스 유로(14)가 마련되고, 장척 챔버(7)를 구성하는 장변의 한쪽인, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 공간으로의 Ar 가스 공급을 원활화하고 있다. 실시형태 8과의 차이는 가스 유로(14)가 복수의 비교적 깊은 홈에 의해 구성되어 있는 것이다.
가스 유로(14)는 홈뿐만 아니라, 실시형태 8과 마찬가지의 전체적으로 얇은 간극과 홈의 쌍방에 의해서 구성해도 좋다.
이러한 구성에 의해, 실시형태 8보다 더욱 가스 공급이 촉진되며, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(2) 사이의 공간에 있어서의 Ar 농도가 증가되기 때문에, 보다 안정된 플라스마를 얻을 수 있다.
또한, 가스 유로(14)의 두께(도 14에 있어서의 좌우 방향의 간극의 크기)는 장척 챔버(7)에 형성된 링형상의 플라스마가 인입되지 않는 정도로 충분히 얇게 구성할 필요가 있다. d가 1㎜ 미만이면 장척 챔버(7) 내에는 고밀도의 열 플라스마가 극히 발생하기 어려워지므로, 가스 유로(14)의 폭은 1㎜ 미만인 것이 바람직하다.
(실시형태 12)
이하, 본 발명의 실시형태 12에 대하여, 도 16a, 도 16b, 도 16c를 참조하여 설명한다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 본 발명의 실시형태 12에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이다. 도 16a는 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 착화 시퀀스·가속을 실시하는 준비 단계를 도시하며, 도 16b는 플라스마 처리 중의 단계를 도시하며, 도 16c는 플라스마 처리가 완료된 후에 감속 실화를 실시하는 단계를 도시한다.
도 16a, 도 16b, 도 16c에 있어서, 기재 탑재대(1)의 양 옆에, 평판형상의 커버(16)가 마련되어 있다. 커버(16)는, 기재(2)가 배치되었을 때에 기재(2)의 가장자리부를 둘러싸도록, 기재 탑재대(1)의 양 옆에 마련된다. 또한, 커버(16)의 표면과 기재(2)의 표면이 동일 평면상에 위치하도록 구성된다. 커버(16)의 내부에는, 커버(16)를 냉각하기 위한 냉매 유로(17)가 마련되어 있다. 커버(16)는, 장치를 플라스마로부터 보호하는 기능과, 플라스마의 착화·실화를 원활하게 실행할 수 있도록, 환상 챔버의 형상을 일정하게 유지하는 기능이 있다. 기재(2)를 기재 탑재대(1)상에 탑재했을 때에, 커버(16)와 기재(2) 사이에 발생하는 간극(w)은 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
또한, 커버(16) 중 적어도 표면은 절연 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 플라스마와 커버(16) 사이에 아크 방전이 일어나는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 커버(16) 중 적어도 표면을 절연 재료로 구성할 때에, 커버(16) 전체를 석영, 세라믹스 등의 절연체로 구성해도 좋고, 스테인리스, 알루미늄 등의 금속(도체)에, 용사(溶射), CVD, 도공(도공) 등에 의해 절연 피막을 형성한 것을 이용해도 좋다.
(실시형태 13)
이하, 본 발명의 실시형태 13에 대하여, 도 17 및 도 18을 참조하여 설명한다.
도 17은 본 발명의 실시형태 13에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이다. 도 17은 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 발화 시퀀스·가속을 실시하는 준비 단계를 도시하고 있다. 또한, 도 18은 본 발명의 실시형태 13에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시한 것으로서, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 길이 방향에 평행하고, 또한 기재에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1b에 상당한다.
실시형태 12에서는, 기재(2)를 기재 탑재대(1)상에 탑재했을 때에, 커버(16)와 기재(2) 사이에 간극(w)이 생기는 경우를 예시했다. 그러나, 본 실시형태에서는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 이 간극이 생기지 않도록 구성하고 있다. 실시형태 12에서는, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)이 간극(w)의 근방을 지나갈 때에, 플라스마가 요동하거나 실화하거나 하는 일이 있지만, 본 실시형태에서는 이것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이러한 구성을 실현하려면, 커버(16)를 가동으로 해두고, 기재(2)를 기재 탑재대(1)상에 탑재한 후, 모터 구동 기구, 에어 구동 기구, 스프링 구동 기구 등을 적절히 이용하여 커버(16)를 기재(2)를 향해 천천히 근접하여 가압하는 방법이 고려된다.
또한, 도 18에 있어서, 개구부(8)의 길이가 기재(2)의 폭 이상으로 되어 있으므로, 한 번의 주사(유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동함)로 기재(2)의 표면 근방의 박막(22)의 전체를 처리할 수 있다. 기재 탑재대(1)의 양 옆에, 평판형상의 커버(16)가 마련되어 있다. 커버(16)는, 장치를 플라스마로부터 보호하는 기능과, 플라스마 불안정화·실화를 억제할 수 있도록, 환상 챔버의 형상을 일정하게 유지하는 기능이 있다.
또한, 도 18에 있어서는, 커버(16)의 내부에 냉매 유로를 마련하지 않지만, 이것은, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)이 커버(16)상을 단시간에 지나가기 때문에, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)으로부터 커버(16)로의 열 에너지 유입이 비교적 작기 때문이다. 처리의 성질에 따라서는, 커버(16)의 내부에 냉매 유로를 마련하여 수냉하는 것이 바람직한 경우도 있을 수 있다.
이상 설명한 플라스마 처리 장치 및 방법은 본 발명의 적용 범위 중 전형예를 예시한 것에 지나지 않는다.
예를 들면, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)을 고정된 기재 탑재대(1)에 대해 주사해도 좋지만, 고정된 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대해, 기재 탑재대(1)를 주사해도 좋다.
또한, 본 발명의 여러 가지의 구성에 의해서, 기재(2)의 표면 근방을 고온 처리하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 종래예에서 상세하게 설명한 TFT용 반도체막의 결정화나 태양 전지용 반도체막의 개질에 적용 가능하다는 것은 물론, 플라스마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 여러 가지의 전자 디바이스의 리플로우, 고체 불순물원을 이용한 플라스마 도핑 등, 여러 가지 표면 처리에 적용할 수 있다. 또한, 태양 전지의 제조 방법으로서는, 실리콘 잉곳(silicon ingot)을 분쇄하여 얻어지는 분말을 기재상에 도포하고, 이것에 플라스마를 조사하고 용해시켜 다결정 실리콘 막을 얻는 방법에도 적용 가능하다.
또한, 플라스마의 발화를 용이하게 하기 위해서, 발화원을 이용하는 것도 가능하다. 발화원으로서는, 가스 급탕기 등에 이용되는 점화용 스파크 장치 등을 이용할 수 있다.
또한, 절연체의 기재(2)를 이용하는 경우는, 본 발명의 적용은 비교적 용이하지만, 기재(2)가 도체나 반도체인 경우, 혹은 박막(22)이 도체나 반도체인 경우는, 기재(2)의 표면에서 아크 방전이 발생하기 쉽다. 이것을 방지하기 위해, 기재(2)의 표면에 절연막을 형성한 후에, 기재(2)의 표면을 처리하는 방법을 이용할 수 있다.
또한, 설명에서는 간단하게 하기 위해 "열 플라스마"라는 단어를 이용하고 있지만, 열 플라스마와 저온 플라스마의 구분은 엄밀하게는 어려우며, 또한, 예를 들면, 다나카 야스노리 "열 플라스마에 있어서의 비평형성"(플라스마 핵융합 학회지, Vol. 82, No. 8 (2006) pp. 479-483)에서 해설되어 있는 바와 같이, 열적 평형성만으로 플라스마의 종류를 구분하는 것도 곤란하다. 본 발명은 기재를 열처리하는 것을 하나의 목적으로 하고 있으며, 열 플라스마, 열적 평형 플라스마, 고온 플라스마 등의 용어에 구애되지 않고, 고온의 플라스마를 조사하는 기술에 관한 것에 적용 가능하다.
또한, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리하는 경우에 대해 상세하게 예시했지만, 반응 가스에 의한 플라스마 또는 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 기재를 저온 플라스마 처리하는 경우에 대해서도, 본 발명은 적용할 수 있다. 플라스마 가스에 반응 가스를 혼합함으로써, 반응 가스에 의한 플라스마를 기재에 조사하여, 에칭이나 CVD를 실현할 수 있다.
혹은, 플라스마 가스로서는 희가스 또는 희가스에 소량의 H2 가스를 부가한 가스를 이용하면서, 실드 가스로서 반응 가스를 포함하는 가스를 플라스마 가스의 주변에 공급하는 것에 의해서, 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여, 에칭, CVD, 도핑 등의 플라스마 처리를 실현할 수도 있다.
플라스마 가스로서 아르곤을 주성분으로 하는 가스를 이용하면, 실시예에서 상세하게 예시한 바와 같이, 열 플라스마가 발생한다. 한편, 플라스마 가스로서 헬륨을 주성분으로 하는 가스를 이용하면, 비교적 저온의 플라스마를 발생시킬 수 있다. 이러한 방법으로, 기재를 지나치게 가열하는 일 없이, 에칭이나 성막 등의 처리가 가능해진다.
에칭에 이용하는 반응 가스로서는, 할로겐 함유 가스, 예를 들면, CxFy(x, y는 자연수), SF6 등이 있으며, 실리콘이나 실리콘 화합물 등을 에칭할 수 있다. 반응 가스로서 O2를 이용하면, 유기물의 제거, 레지스트 애싱 등이 가능해진다. CVD에 이용하는 반응 가스로서는, 모노실란, 디실란 등이 있으며, 실리콘이나 실리콘 화합물의 성막이 가능해진다. 혹은, TEOS(Tetraethoxysilane)로 대표되는 실리콘을 함유한 유기 가스와 O2의 혼합 가스를 이용하면, 실리콘 산화막을 성막할 수 있다.
기타, 발수성·친수성을 개질하는 표면 처리 등, 여러 가지의 저온 플라스마 처리가 가능하다. 본 발명의 구성은 유도 결합형이므로, 단위 체적당 높은 파워 밀도를 투입하여도 아크 방전으로 이행하기 어렵기 때문에, 보다 고밀도인 플라스마가 발생 가능하다. 그 결과, 빠른 반응 속도가 얻어져서, 기재된 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리하는 것이 가능해진다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은 TFT용 반도체막의 결정화나 태양 전지용 반도체막의 개질에 적용 가능하다. 또한, 플라스마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 여러 가지의 전자 디바이스의 리플로우, 고체 불순물원을 이용한 플라스마 도핑 등, 여러 가지 표면 처리에 있어서, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리할 때에, 플라스마를 안정적이고 또한 효율적으로 발생시켜, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리하는데 유용한 발명이다. 또한, 여러 가지의 전자 디바이스 등의 제조에 있어서의, 에칭 성막 도핑 표면 개질 등의 저온 플라스마 처리에 있어서, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리하는데 유용한 발명이다.
1 : 기재 탑재대 2 : 기재
T : 유도 결합형 플라스마 토치 유닛
3 : 솔레노이드 코일 4 : 제 1 석영 블록
5 : 제 2 석영 블록 6 : 접착제
7 : 장척 챔버 8 : 개구부
9 : 플라스마 가스 매니폴드 10 : 플라스마 가스 공급 배관
11 : 플라스마 가스 공급 구멍 12 : 홈
13 : 구리관 14 : 가스 유로
P : 플라스마 22 : 박막
23 : 스파이럴 코일 43 : 원-턴 코일

Claims (13)

  1. 개구부와, 상기 개구부에 연통하고, 또한 상기 개구부 이외가 유전체 부재에 둘러싸인 환상 챔버와, 상기 환상 챔버의 내부에 가스를 도입하기 위한 가스 공급 배관과, 상기 환상 챔버의 근방에 마련된 코일과, 상기 코일에 접속된 고주파 전원과, 기재를 상기 개구부에 근접하여 배치하기 위한 기재 탑재대를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서,
    상기 기재 탑재대가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 상기 환상 챔버를 마련한 것을 특징으로 하는
    플라스마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환상 챔버가 장척인 형상이며, 상기 개구부가 장척이고 선형이며, 상기 코일이 상기 개구부의 길이 방향과 평행한 방향으로 장척인 형상을 갖고, 상기 개구부의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로, 상기 챔버와 상기 기재 탑재대를 상대적으로 이동 가능하게 하는 이동 기구를 구비한
    플라스마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 기재 탑재대가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 마련된
    플라스마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 부재는, 2개의 유전체 블록을 접합시키는 것에 의해서 구성되며, 상기 2개의 유전체 블록 중 적어도 한쪽에 홈을 형성함으로써 환상 챔버를 구성하고 있는
    플라스마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부의 단부면과 상기 기재의 거리는 1㎜ 이하인
    플라스마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 환상 챔버의 굵기는 1㎜ 이상 10㎜ 이하인
    플라스마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 환상 챔버의 외경은 10㎜ 이상인
    플라스마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부의 개구 폭은 상기 환상 챔버의 굵기와 동등한
    플라스마 처리 장치
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 2개의 유전체 블록의 양쪽의 외측에 마련된
    플라스마 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일보다 내측에 접지된 도체를 마련한
    플라스마 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재가 배치되었을 때에 상기 기재의 가장자리부를 둘러싸도록, 상기 기재 탑재대의 주위에 평판형상의 커버가 마련되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 커버의 표면과, 상기 기재가 배치되었을 때의 상기 기재의 표면이 동일 평면상에 위치하도록 구성되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  13. 개구부 이외가 유전체 부재로 둘러싸인 환상 챔버 내에 가스를 공급하면서, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 환상 챔버 내에 고주파 전자계를 발생시켜서 플라스마를 발생시키고, 기재를 상기 개구부에 근접하여 배치하면서, 상기 개구부 근방의 플라스마에 폭로함으로써, 상기 기재의 표면을 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 기재가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 마련한 상기 환상 챔버 내에 플라스마를 발생시키는 것을 특징으로 하는
    플라스마 처리 방법.
KR1020157006427A 2012-09-18 2013-09-11 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 KR101688338B1 (ko)

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