KR20150050445A - 플라즈마 처리 장치 및 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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도모히로 오쿠무라
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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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Abstract

고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T에 있어서, 코일(3), 제 1 세라믹 블록(4) 및 제 2 세라믹 블록(5)이 평행하게 배치되고, 장척의 챔버(7)는 고리 형상이다. 챔버(7) 내에 발생한 플라즈마 P는 챔버(7)에 있어서의 개구부(8)로부터 기재(2)를 향해 분출된다. 개구부(8)의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로 장척의 챔버(7)와 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동시킴으로써, 기재(2)를 처리한다. 방전 억제 가스를 방전 억제 가스 공급 구멍(13)을 거쳐서, 챔버(7)의 내측의, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T와 기재(2) 사이의 공간에 도입함으로써, 안정적으로 장척의 플라즈마를 생성할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD THEREOF, AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRIC DEVICE}
본 발명은, 열 플라즈마를 기재(基材)에 조사하여 기재를 처리하는 열 플라즈마 처리나, 반응 가스에 의한 플라즈마 또는 플라즈마와 반응 가스 흐름을 동시에 기재에 조사하여 기재를 처리하는 저온 플라즈마 처리 등의 플라즈마 처리 장치 및 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 다결정 실리콘(poly-Si) 등의 반도체 박막은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)나 태양 전지에 널리 이용되고 있다. 이것을 염가로 형성하는 방법으로서, 비정질 실리콘막에 레이저광을 조사하여 결정화하는 것이 있다. 레이저 프로세스는 이온 주입이나 플라즈마 도핑에 의해서 반도체 기판에 도입한 불순물 원자의 활성화 등에도 적용할 수 있다. 그러나, 이 레이저 결정화 기술에는 이음매가 발생하는 등의 과제가 있고, 또한 매우 고가의 설비를 필요로 한다.
그래서, 장척(長尺)의 열 플라즈마를 발생시키고, 한 방향으로만 주사함으로써, 이음매가 없고, 염가로 열처리를 행하는 기술이 검토되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1~3, 및, 비특허문헌 1을 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-120633호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2013-120684호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2013-120685호 공보
비특허문헌 1: T. Okumura and H. Kawaura, Jpn. J. Appl. Phys. 52(2013) 05EE01
그러나, 반도체의 결정화 등, 극히 단시간만 기재의 표면 근방을 고온 처리하는 용도에 대해, 종래예에 나타낸 특허문헌 1~3에 기재된 열 플라즈마를 장척 형상으로 발생시키는 기술에서는, 처리 속도(단위 시간당 처리할 수 있는 기판수)가 작다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 장척의 열 플라즈마가 기재로부터 멀거나 또는 구성하는 2개의 긴 직선부 중, 한쪽만을 기재에 직접 조사하는 구성이기 때문에, 가스 및 고주파 전력의 이용 효율이 나쁘다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리함에 있어, 혹은 반응 가스에 의한 플라즈마 또는 플라즈마와 반응 가스류를 동시에 기재에 조사하여 기재를 저온 플라즈마 처리함에 있어, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본원의 제 1 발명의 플라즈마 처리 장치는, 제 1 유전체 부재로 둘러싸인 장척이고 또한 고리 형상의 챔버와, 챔버에 연통되는 개구부와, 챔버 내에 제 1 가스를 도입하는 제 1 가스 공급 배관과, 챔버 근방에 마련된 코일과, 코일에 접속된 고주파 전원과, 기재 탑재대를 구비하며, 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 챔버가 배치되어 있고, 챔버의 내측에 제 2 가스를 도입하는 제 2 가스 공급 배관을 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있다.
본원의 제 1 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 챔버를 냉각하기 위한 냉각부를 구비하고, 상기 제 1 유전체 부재와 상기 냉각부 사이에, 제 1 유전체 부재보다 열전도율이 큰 제 2 유전체 부재가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 고속의 처리가 가능해진다.
또한, 바람직하게는, 상기 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 상기 코일이 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 간단하게 플라즈마 처리 장치를 구성할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 개구부가 적어도 2개의 장척의 직선부를 갖고, 상기 개구부의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로, 상기 챔버와 상기 기재 탑재대를 상대적으로 이동 가능하게 하는 이동 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 기재의 소망하는 피처리 영역 전체를 단시간에 효율 좋게 처리할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 1 유전체 부재가 질화 실리콘을 주성분으로 하는 세라믹, 또는 실리콘, 알루미늄, 산소, 질소를 주성분으로 하는 세라믹인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 고속의 처리가 가능해진다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 2 유전체 부재가 질화 알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹, 또는 질화 붕소를 주성분으로 하는 세라믹인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 고속의 처리가 가능해진다.
또한, 바람직하게는, 상기 코일과 상기 챔버 사이에, 상기 챔버를 따라 냉매 유로를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 더 고속의 처리가 가능해진다.
또한, 이 경우, 바람직하게는, 제 1 가스를 모으는 제 1 가스 매니폴드를 구비하고, 상기 제 1 가스 매니폴드와 상기 챔버가 상기 제 1 가스 공급 배관에 의해서 연통되고, 제 1 가스 공급 배관에서의 가스의 흐름 방향이, 상기 챔버가 이루는 평면에 대해 경사져 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 간단한 구조의 장치를 실현할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제 1 유전체 부재와, 상기 제 1 유전체 부재에 접착된 제 2 유전체 부재 중 어느 하나 마련된 홈이 상기 냉매 유로를 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 간단한 구조의 장치를 실현할 수 있다.
본원의 제 2 발명의 플라즈마 처리 방법은, 제 1 유전체 부재로 둘러싸인 장척이고 또한 고리 형상의 챔버 내에 제 1 가스를 공급하면서, 챔버에 연통되는 개구부로부터 기재를 향해 제 1 가스를 분출함과 아울러, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 챔버를 배치하고, 챔버의 내측에 제 2 가스를 공급하면서 기재의 표면을 처리하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있다.
본원의 제 2 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 바람직하게는, 제 1 가스가 희가스, 또는 희가스를 주체로 하는 가스이며, 제 2 가스가 희가스 이외의 가스를 주체로 하는 가스인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 안정된 플라즈마를 얻을 수 있다.
본원의 제 3 발명의 전자 디바이스의 제조 방법은, 제 1 유전체 부재로 둘러싸인 장척이고 또한 고리 형상의 챔버 내에 제 1 가스를 공급하면서, 상기 챔버에 연통하는 개구부로부터 기재를 향해 제 1 가스를 분출함과 아울러, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 챔버 내에 고주파 전자계를 발생시켜 플라즈마를 발생시켜, 상기 기재의 표면을 처리하는 전자 디바이스의 제조 방법이다. 특히, 상기 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 상기 챔버를 배치하고, 상기 챔버의 내측에 제 2 가스를 공급하면서 기재를 처리하는 점에 특징을 가진다.
이러한 구성에 의해, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있다.
본원의 제 3 발명의 전자 디바이스의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 제 1 가스가 희가스, 또는 희가스를 주체로 하는 가스이며, 제 2 가스가 희가스 이외의 가스를 주체로 하는 가스인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 안정된 플라즈마를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리함에 있어, 혹은 반응 가스에 의한 플라즈마 또는 플라즈마와 반응 가스 흐름을 동시에 기재에 조사하여 기재를 플라즈마 처리함에 있어, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
(실시 형태 1)
이하, 본 발명의 실시 형태 1에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 장척의 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이다. 도 2(a)는 도 1의 위쪽에서 비스듬히 본 도면, 도 2(b)는 도 1의 아래쪽에서 비스듬히 본 도면이다.
도 1에 있어서, 기재 탑재대(1) 상에 기재(2)가 탑재되어 있다. 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T에 있어서, 도체제의 코일(3)이 제 1 세라믹 블록(4) 및 제 2 세라믹 블록(5)의 근방에 배치된다. 코일(3)은 도시하지 않는 접착제에 의해, 제 2 세라믹 블록(5)에 접착된다. 장척의 챔버(7)는 제 1 세라믹 블록(4) 및 기재(2)에 의해서 둘러싸인 공간에 의해 구획된다.
기재 탑재대(1)가 이루는 면에 평행한 면을 따라 코일(3) 및 챔버(7)가 배치되어 있다. 또한, 챔버(7)의 코일(3)에 가까운 쪽의 내벽면은 코일(3)과 평행한 면이다. 이러한 구성에서는, 코일(3)의 임의의 부위에서, 코일(3)로부터 챔버(7)까지의 거리가 동일해지므로, 작은 고주파 전력으로 유도 결합성 플라즈마의 발생이 가능해져, 효율이 좋은 플라즈마 생성을 실현할 수 있다.
유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T는, 전체가 접지된 도체제의 쉴드 부재(도시하지 않음)로 둘러싸여져, 고주파의 누설(노이즈)을 효과적으로 방지할 수 있음과 아울러, 바람직하지 않은 이상 방전 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
챔버(7)는 제 1 세라믹 블록(4)에 마련한 홈이 하나로 연결된 고리 형상의 홈으로 둘러싸여 있다. 즉, 챔버(7) 전체가 유전체로 둘러싸여 있는 구성이다. 또한, 챔버(7)는 고리 형상이다. 여기서 말하는 고리 형상이란, 하나로 연결된 폐쇄된 끈 형상을 이루는 형상을 의미하고, 도 2에 나타내는 장방형에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에 있어서는, 레이스 트랙형(2개의 긴 변을 이루는 직선부와, 그 양단에 2개의 짧은 변을 이루는 직선이 연결되어 이루어지는, 하나로 연결된 폐쇄된 끈의 형상)의 챔버(7)를 예시하고 있다. 챔버(7)에 발생한 플라즈마 P는 챔버(7)에서의 개구부(8)로서의 플라즈마 분출구로부터 기재(2)를 향해 분출된다. 또한, 챔버(7)의 길이 방향과 플라즈마 분출구로서의 개구부(8)의 길이 방향은 평행하게 배치되어 있다.
제 2 세라믹 블록(5)에 마련한 장방형의 홈에는, 그 내부에 다공질 세라믹재로 이루어지는 플라즈마 가스 매니폴드(9)가 끼워져 있다. 플라즈마 가스 공급 배관(14)으로부터 플라즈마 가스 매니폴드(9)로 공급된 가스는, 제 1 세라믹 블록(4)에 마련된 가스 도입부로서의 플라즈마 가스 공급 구멍(11)(관통 구멍)을 거쳐서 챔버(7)에 도입된다. 이러한 구성에 의해, 길이 방향으로 균일한 가스 흐름을 간단하게 실현할 수 있다. 플라즈마 가스 공급 배관(10)에 도입하는 가스의 유량은 그 상류에 매스플로우 콘트롤러 등의 유량 제어 장치를 더 구비하는 것에 의해 제어된다. 또한, 플라즈마 가스 매니폴드(9) 내를 다공질 세라믹재로 구성함으로써, 가스 흐름의 균일화를 실현할 수 있음과 아울러, 플라즈마 가스 매니폴드(9) 근방에서의 이상 방전을 방지할 수 있다.
플라즈마 가스 공급 구멍(11)은 길이 방향으로 둥근 구멍 형상의 것을 복수 마련한 것이지만, 길이 방향으로 장척의 슬릿 형상의 구멍을 마련한 것이어도 좋다.
제 2 세라믹 블록(5)에 마련한 선분 형상의 홈에는, 그 내부에 다공질 세라믹재로 이루어지는 방전 억제 가스 매니폴드(12)가 끼워져 있다. 방전 억제 가스 공급 배관(10)으로부터 방전 억제 가스 매니폴드(12)로 공급된 가스는 제 1 세라믹 블록(4)에 마련된 가스 도입부로서의 방전 억제 가스 공급 구멍(13)(관통 구멍)을 거쳐서, 챔버(7)의 내측의, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T와 기재(2) 사이의 공간에 도입된다.
방전 억제 가스 공급 구멍(13)은, 길이 방향으로 둥근 구멍 형상의 것을 복수 마련한 것이지만, 길이 방향으로 장척의 슬릿 형상의 구멍을 마련한 것이어도 좋다.
또, 도시하지 않지만 기재 탑재대(1)에 가까운 부분에, 쉴드 가스 공급구로서의 쉴드 가스 노즐을 배치하여도 좋다. 플라즈마 생성에 적절한 플라즈마 가스와는 별도로 쉴드 가스를 공급해서, 대기 중의 산소, 이산화탄소 등, 처리에 불필요 혹은 악영향을 미치는 가스의 플라즈마 조사면으로의 혼입을 저감하는 것도 가능해진다. 또, 쉴드 가스 공급구는, 개구부(8)의 길이 방향과 평행한 방향으로 장척의 형상을 가지는 슬릿이어도 좋고, 혹은 개구부(8)의 길이 방향과 평행한 방향으로 나열된 다수의 구멍이어도 좋다.
코일(3)은 단면이 원형의 구리관을, 단면이 직방체의 구리 블록에 접착한 것이다. 또한, 코일(3)은 중공의 관이며, 내부가 냉매 유로로 되어 있다. 즉, 물 등의 냉매를 흘림으로써, 냉각이 가능하다. 또한, 제 1 세라믹 블록(4) 및 제 2 세라믹 블록(5)에, 개구부(8)의 길이 방향에 대해 평행하게 냉매 유로가 마련되어도 좋다. 또한, 제 1 세라믹 블록(4)과 제 2 세라믹 블록(5), 및, 제 2 세라믹 블록(5)과 코일(3)을 각각 접착제에 의해서 접합함으로써, 접착제를 거쳐서 제 1 세라믹 블록(4) 및 제 2 세라믹 블록(5)의 냉각이 가능하다. 여기서는, 챔버를 냉각하기 위한 냉각부는 코일(3)이며, 제 1 세라믹 블록(4)과 코일(3) 사이에, 제 1 세라믹 블록(4)보다 열전도율이 큰 제 2 세라믹 블록(5)이 마련되어 있다. 즉, 제 1 세라믹 블록(4)은 질화 실리콘이며, 제 2 세라믹 블록(5)은 질화 알루미늄이다. 이러한 구성에 의해, 제 2 세라믹 블록(5)도 질화 실리콘으로 구성한 경우에 비해, 보다 효과적으로 제 1 세라믹 블록(4)을 냉각할 수 있으므로, 보다 큰 고주파 전력을 투입할 수 있어, 보다 고속의 처리가 가능해진다. 제 1 세라믹 블록(4)에는, 우수한 내열성이 요구되므로, 질화 실리콘을 주성분으로 하는 세라믹, 또는 실리콘, 알루미늄, 산소, 질소를 주성분으로 하는 세라믹이 적합하다. 한편, 제 2 세라믹 블록(5)은 직접 수천℃~10,000℃의 열 플라즈마에 접하는 일은 없기 때문에, 내열성보다 우수한 열전도율이 필요하므로, 질화 알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹, 또는 질화 붕소를 주성분으로 하는 세라믹이 적합하다.
또, 도 2에 나타내고 있는 바와 같이, 코일(3)은 전체가 장방형을 이루는 평면 형상의 소용돌이형이며, 단부에 냉매 급배수구(15)가 마련되어 있다.
장방형의 개구부(8)가 마련되고, 기재 탑재대(1)(혹은, 기재 탑재대(1) 상의 기재(2))는 개구부(8)와 대향해서 배치되어 있다. 이 상태에서, 챔버(7) 내에 플라즈마 가스를 공급하면서, 개구부(8)로부터 기재(2)를 향해서 가스를 분출시키면서, 도시하고 있지 않은 고주파 전원으로부터 코일(3)로 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 챔버(7)에 플라즈마 P를 발생시키고, 개구부(8)로부터 플라즈마를 기재(2)로 조사하는 것에 의해, 기재(2) 상의 박막(22)을 플라즈마 처리할 수 있다. 개구부(8)의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로, 챔버(7)와 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동시킴으로써, 기재(2)를 처리한다. 즉, 도 1의 좌우 방향으로 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T 또는 기재 탑재대(1)를 이동시킨다.
챔버(7) 내에 공급하는 플라즈마 가스로서 여러 가지의 것이 사용 가능하지만, 플라즈마의 안정성, 발화성, 플라즈마에 노출되는 부재의 수명 등을 생각하면, 불활성 가스, 특히 희가스 주체인 것이 바람직하다. 그 중에서도, Ar 가스가 전형적으로 이용된다. Ar만으로 플라즈마를 생성시킨 경우, 플라즈마는 상당히 고온으로 된다(10,000K 이상).
한편, 챔버(7)의 내측의, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T와 기재(2) 사이의 공간에 도입하는 방전 억제 가스로서는, 희가스 이외의 가스를 주체로 하는 가스인 것이 바람직하다. 예를 들면, 질소, 산소, 이산화탄소 등을 비교적 안전하고 염가의 가스로서 이용할 수 있다. 이러한 가스는, 희가스에 비해 열 플라즈마화되기 어렵기 때문에, 챔버(7)의 내측의, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T와 기재(2) 사이의 공간에서 고리 형상의 열 플라즈마가 도 1의 좌우에 위치하는 2개의 개구부(8) 사이에서 연결되어 버려, 장척의 열 플라즈마로 되지 않고 작은 원 형상의 플라즈마가 발생해 버리는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
희가스 중에서도, 특히 Ar은 열 플라즈마화하는데 적합하기 때문에, 플라즈마 가스로서 Ar을 이용하고, 방전 억제 가스로서 다른 희가스를 이용하여도 좋다. 혹은, 비록 Ar을 주체로 하는 가스이어도, 수% 이상의 다른 가스가 혼합되어 있으면, 열 플라즈마는 되기 어려우므로, 방전 억제 가스로서 Ar 또는 다른 희가스를 주체로 하면서, 수% 이상의 Ar 이외의 가스를 포함하는 혼합 가스를 이용하여도 좋다.
또, 본 구성에 있어서는, 개구부(8)의 길이 방향의 길이가 기재(2)의 폭 이상으로 되어 있다. 따라서, 1번의 주사(유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T와 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동하는 것)로 기재(2)의 표면 근방의 박막(22) 전체를 처리할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의해, 전체적으로 장방형을 이루는 개구부(8)의 짧은 변측의 플라즈마가 기판에 조사되는 일이 없기 때문에, 균일한 처리가 가능해진다.
이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 챔버(7) 내에 플라즈마 가스로서 Ar 또는 Ar+H2 가스를 공급하면서, 개구부(8)로부터 기재(2)를 향해 가스를 분출시키면서, 도시하고 있지 않은 고주파 전원으로부터 13.56㎒의 고주파 전력을 코일(3)에 공급하는 것에 의해, 챔버(7)에 고주파 전자계를 발생시킴으로써 플라즈마 P를 발생시키고, 개구부(8)로부터 플라즈마를 기재(2)에 조사함과 아울러 주사함으로써, 반도체막의 결정화 등의 열처리를 행할 수 있다.
플라즈마 발생의 조건으로서는, 개구부(8)와 기재(2) 사이의 거리=0.1~5㎜, 주사 속도=20~3000㎜/s, 플라즈마 가스 총유량=1~100SLM, Ar+H2 가스 중의 H2 농도=0~10%, 방전 억제 가스(N2) 유량=1~100SLM, 고주파 전력=0.5~10㎾ 정도의 값이 적당하다. 단, 이러한 여러 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 것을 적절하다고 생각되기 때문이다.
이와 같이, 개구부(8)의 길이 방향과, 기재 탑재대(1)가 평행하게 배치된 채, 개구부(8)의 길이 방향과는 수직인 방향으로, 장척의 챔버(7)와 기재 탑재대(1)를 상대적으로 이동하기 때문에, 생성해야 할 플라즈마의 길이와, 기재(2)의 처리 길이가 대략 동일해지도록 구성하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 기재(2)가 장척의 열 플라즈마에 가깝고, 또한 장척의 챔버(7)를 구성하는 2개의 긴 직선부의 양측을 이용하여 기재(2)에 직접 플라즈마를 조사하는 구성이기 때문에, 가스 및 고주파 전력의 이용 효율이 우수하다. 즉, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리함에 있어, 혹은 반응 가스에 의한 플라즈마 또는 플라즈마와 반응 가스 흐름을 동시에 기재에 조사하여 기재를 저온 플라즈마 처리함에 있어, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있다.
(실시 형태 2)
이하, 본 발명의 실시 형태 2에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이고, 도 1에 상당한다.
실시 형태 2에서는, 제 1 세라믹 블록(4) 및 제 2 세라믹 블록(5)을 동일 재료(질화 실리콘)로 구성하고 있다. 또한, 플라즈마 가스 매니폴드(9) 및 방전 억제 가스 매니폴드(12)가, 제 1 세라믹 블록(4)에 마련한 홈을 갖고 구성되고, 제 2 세라믹 블록(5)은 단순한 평판이다.
이러한 구성에서는, 제 1 세라믹 블록(4)의 냉각 능력은 뒤떨어지지만, 복잡한 가공은 제 1 세라믹 블록(4)에만 실시하면 된다고 하는 이점이 있다.
(실시 형태 3)
이하, 본 발명의 실시 형태 3에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이고, 도 1에 상당한다. 도 5는 도 4에 나타낸 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이다. 도 5(a)는 도 4의 위쪽에서 비스듬히 본 도면, 도 5(b)는 도 4의 아래쪽에서 비스듬히 본 도면이다.
도 4에 있어서, 코일(3)과 챔버(7) 사이에, 챔버(7)를 따라 냉매 유로(16)가 마련되어 있다. 냉매 유로(16)는 제 1 세라믹 블록(4)에 마련한 홈과, 이것에 붙여진 제 2 세라믹 블록(5)에 의해서 구성되어 있다. 냉매 유로(16)를 흐르는 냉매가 직접 제 1 세라믹 블록(4)에 접하는 구성으로 되어 있어, 챔버(7)를 효과적으로 저온으로 유지할 수 있다. 냉각 효율을 최대화하는 것을 우선하여, 냉매 유로(16)를 챔버(7)를 따르도록 배치하기 때문에, 플라즈마 가스를 모으는 플라즈마 가스 매니폴드(9)를 냉매 유로(16)보다 외측에 배치하고, 플라즈마 가스 공급 구멍(11)을 비스듬하게 배치하고 있다. 즉, 플라즈마 가스 공급 구멍(11)에 있어서의 가스의 흐름 방향이, 챔버(7)가 이루는 평면에 대해 경사져 있는 구성이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 냉매 유로(16)에 흐르는 예를 들면 냉각수의 급배수는 급배수관(17)에 의해 행해진다. 본 실시 형태에서는, 냉매 유로(16)와 플라즈마 가스 매니폴드(9)가 간섭되지 않도록, 제 2 세라믹 블록(5)에 2개의 홈이 구성되어 있다.
(실시 형태 4)
이하, 본 발명의 실시 형태 4에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이고, 도 1에 상당한다. 도 7은 도 6에 나타낸 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이다. 도 7(a)는 도 6의 위쪽에서 비스듬히 본 도면, 도 7(b)는 도 6의 아래쪽에서 비스듬히 본 도면이다.
도 6, 도 7에 있어서, 냉매 유로(16)가 제 2 세라믹 블록(5)의 하면(기재 탑재대(1)에 대향하는 면)에, 또한, 플라즈마 가스 매니폴드(9) 및 방전 억제 가스 매니폴드(12)가 그 반대의 면, 즉 제 2 세라믹 블록(5)의 상면(기재 탑재대(1)와는 반대측의 면)에 마련되어 있는 점에서, 실시 형태 3과 상이하다. 냉매 유로(16)는, 제 2 세라믹 블록(5)에 마련한 홈과, 이것에 붙여진 제 1 세라믹 블록(4)에 의해서 구성되고, 플라즈마 가스 매니폴드(9, 12)는 제 2 세라믹 블록(5)에 마련한 홈과, 이것에 붙여진 세라믹판(25)에 의해서 구성되어 있다.
플라즈마 가스 매니폴드(9)와 플라즈마 가스 공급 구멍(11)은, 제 2 세라믹 블록(5)에 마련한 홈에 끼워넣은 다공질 세라믹재로 이루어지는 플라즈마 가스 매니폴드(9)와 연통되는 관통 구멍에 의해 구성된 배관(18)에 의해서 접속되어 있다. 마찬가지로, 방전 억제 가스 매니폴드(12)와 방전 억제 가스 공급 구멍(13)은, 제 2 세라믹 블록(5)에 마련한 홈에 끼워넣은 다공질 세라믹재로 이루어지는 방전 억제 가스 매니폴드(12)와 연통되는 관통 구멍에 의해 구성된 배관(19)에 의해서 접속되어 있다.
상술한 실시 형태 3에 있어서는, 제 1 세라믹 블록(4)과 제 2 세라믹 블록(5)이 접착제에 의해서 접착됨으로써, 냉매가 냉매 유로(16)로부터 누출되지 않도록 구성되어 있었지만, 본 실시 형태에서는 O링(21)에 의해서 냉매 유로(16)가 밀봉된다. 이와 같이, 냉매 유로(16)와 플라즈마 가스 매니폴드(9, 12)를, 제 2 세라믹 블록(5)의 다른 면에 마련한 홈에 의해서 구성하는 것에 의해, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 냉매 유로(16)를 단순한 고리형의 형상으로 구성하는 것이 가능해져, O링(21)에 의한 밀봉을 용이한 구성으로 할 수 있다.
제 1 세라믹 블록(4)과 제 2 세라믹 블록(5)은 접착하여도 좋지만, 접착하지 않고 도시하지 않은 볼트·너트 등으로 체결하는 구성으로 할 수도 있다. 이렇게 함으로써, 분해 세정 등의 메인터넌스를 할 수 있다고 하는 이점이 있다.
(실시 형태 5)
이하, 본 발명의 실시 형태 5에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이고, 도 1에 상당한다.
도 8에 있어서, 냉매 유로(16) 및 플라즈마 가스 매니폴드(9)가 제 1 세라믹 블록(4)의 상면(기재 탑재대(1)와는 반대측의 면)에 마련되어 있는 점에서 실시 형태 3과 상이하다. 이러한 구성도 가능하다.
(실시 형태 6)
이하, 본 발명의 실시 형태 6에 대해 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이고, 도 1에 상당한다.
도 9에 있어서, 실리콘으로 이루어지는 쉴드판(23)이, 제 1 세라믹 블록(4)의 하면(기재 탑재대(1)에 대향하는 면)에 마련되어 있는 점에서 실시 형태 3과 상이하다. 이러한 구성에 의해, 코일(3)에 발생하는 고주파 전자계가, 쉴드판(23)에 의해서 효과적으로 차폐되기 때문에, 기재(2) 근방의 고주파 전자계가 상당히 약해지므로, 정전 데미지에 의한 기재(2) 상에 형성된 트랜지스터 등의 전자 디바이스의 파괴·열화가 거의 생기지 않는다고 하는 이점이 있다.
(실시 형태 7)
이하, 본 발명의 실시 형태 7에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 7에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 것이며, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛의 길이 방향에 수직인 면으로 자른 단면도이고, 도 1에 상당한다.
도 10에 있어서, 금속으로 이루어지는 쉴드판(23)이, 제 1 세라믹 블록(4)의 하면(기재 탑재대(1)에 대향하는 면)에 마련된 오목부에 배치되고, 쉴드판(23)을 덮는 쉴드판 커버(24)가 더 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 실시 형태 6과 마찬가지로, 정전 데미지를 억제할 수 있고, 또한 실시 형태 6에서 쉴드판(23)의 표면에서 발생할 가능성이 있는 아크 등의 이상 방전이 거의 생기지 않는다고 하는 이점이 있다.
이상 설명한 플라즈마 처리 장치 및 방법은 본 발명의 적용 범위 중 전형예를 예시한 것에 불과하다.
예를 들면, 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T를, 고정된 기재 탑재대(1)에 대해 주사하여도 좋지만, 고정된 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛 T에 대해 기재 탑재대(1)를 주사하여도 좋다.
또한, 본 발명의 여러 구성에 의해서, 기재(2)의 표면 근방을 고온 처리하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 종래예에서 설명한 TFT용 반도체막의 결정화나 태양 전지용 반도체막의 개질에 적용 가능하다는 것은 물론, 실리콘 반도체 집적 회로의 산화, 활성화, 실리사이드 형성 등의 어닐, 플라즈마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 여러 가지의 전자 디바이스의 리플로우, 고체 불순물원을 이용한 플라즈마 도핑 등, 여러 가지 표면 처리에 적용할 수 있다. 또한, 태양 전지의 제조 방법으로서는, 실리콘 잉곳을 분쇄하여 얻어지는 분말을 기재 상에 도포하고, 이것에 플라즈마를 조사하여 용해시켜 다결정 실리콘막을 얻는 방법에도 적용 가능하다.
또한, 플라즈마의 발화를 용이하게 하기 위해서, 발화원을 이용하는 것도 가능하다. 발화원으로서는, 가스 급탕기 등에 이용되는 점화용 스파크 장치 등을 이용할 수 있다.
또한, 설명에 있어서는 간단하게 하기 위해 「열 플라즈마」라고 하는 말을 이용하고 있지만, 열 플라즈마와 저온 플라즈마의 구분은 엄밀하게는 어렵고, 또한, 예를 들면, 타나카 야스노리의 「열 플라즈마에 있어서의 비평형성」 플라즈마 핵융합 학회 잡지, Vol.82, No.8(2006) pp.479-483에서 해설되어 있는 바와 같이, 열적 평형성만으로 플라즈마의 종류를 구분하는 것도 곤란하다. 본 발명은, 기재를 열처리하는 것을 하나의 목적으로 하고 있으며, 열 플라즈마, 열평형 플라즈마, 고온 플라즈마 등의 용어에 집착하지 않고, 고온의 플라즈마를 조사하는 기술에 관한 것에 적용 가능하다.
또한, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리하는 경우에 대해 상세히 예시했지만, 반응 가스에 의한 플라즈마 또는 플라즈마와 반응 가스 흐름을 동시에 기재에 조사하여 기재를 저온 플라즈마 처리하는 경우에도, 본 발명은 적용될 수 있다. 플라즈마 가스에 반응 가스를 혼합하는 것에 의해, 반응 가스에 의한 플라즈마를 기재에 조사하여 에칭이나 CVD를 실현할 수 있다.
혹은, 플라즈마 가스로서는 희가스 또는 희가스에 소량의 H2 가스를 부가한 가스를 이용하면서, 쉴드 가스로서 반응 가스를 포함하는 가스를 공급하는 것에 의해서, 플라즈마와 반응 가스 흐름을 동시에 기재에 조사하여, 에칭, CVD, 도핑 등의 플라즈마 처리를 실현할 수도 있다. 플라즈마 가스로서 아르곤을 주성분으로 하는 가스를 이용하면, 실시예에서 상세히 예시한 바와 같이, 열 플라즈마가 발생한다.
한편, 플라즈마 가스로서 헬륨을 주성분으로 하는 가스를 이용하면, 비교적 저온의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이러한 방법으로, 기재를 너무 가열하는 일없이, 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. 그 외에, 발수성·친수성을 개질하는 표면 처리 등, 여러 가지의 저온 플라즈마 처리가 가능하다. 용량 결합형 대기압 플라즈마를 이용한 종래기술과 비교하면, 유도 결합형이기 때문에, 단위 체적당 높은 파워 밀도를 투입하여도 아크 방전으로 이행하기 어려워, 보다 고밀도인 플라즈마가 발생 가능하고, 그 결과, 빠른 반응 속도가 얻어지고, 기재의 소망하는 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리하는 것이 가능해진다.
(산업상의 이용 가능성)
이상과 같이 본 발명은 TFT용 반도체막의 결정화나 태양 전지용 반도체막의 개질에 적용 가능하다. 물론, 플라즈마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 여러 가지의 전자 디바이스의 리플로우, 고체 불순물원을 이용한 플라즈마 도핑 등, 여러 가지 표면 처리에서, 기재의 표면 근방을 극히 단시간만 균일하게 고온 열처리함에 있어, 고속의 처리가 가능하고, 또한 플라즈마를 안정적으로 이용할 수 있는 유용한 발명이다.
또한, 여러 가지의 전자 디바이스 등의 제조에 있어서의, 에칭·성막·도핑·표면 개질 등의 저온 플라즈마 처리에 있어서, 기재의 소망하는 피처리 영역 전체를 단시간에 효율 좋게 처리하는데 있어 유용한 발명이다.
1: 기재 탑재대
2: 기재
T: 유도 결합형 플라즈마 토치 유닛
3: 코일
4: 제 1 세라믹 블록
5: 제 2 세라믹 블록
7: 챔버
8: 개구부
9: 플라즈마 가스 매니폴드
11: 플라즈마 가스 공급 구멍
12: 방전 억제 가스 매니폴드
13: 방전 억제 가스 공급 구멍
P: 플라즈마
22: 박막

Claims (13)

  1. 제 1 유전체 부재로 둘러싸인 장척이고 또한 고리 형상의 챔버와, 상기 챔버에 연통되는 개구부와, 상기 챔버 내에 제 1 가스를 도입하기 위한 제 1 가스 공급 배관과, 상기 챔버 근방에 마련된 코일과, 상기 코일에 접속된 고주파 전원과, 기재 탑재대를 구비한 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 상기 챔버가 배치되어 있고, 상기 챔버의 내측에 제 2 가스를 도입하기 위한 제 2 가스 공급 배관을 구비한 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버를 냉각하기 위한 냉각부를 구비하고, 상기 제 1 유전체 부재와 상기 냉각부 사이에, 제 1 유전체 부재보다 열전도율이 큰 제 2 유전체 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 상기 코일이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부가 적어도 2개의 장척의 직선부를 갖고, 상기 개구부의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 챔버와 상기 기재 탑재대를 상대적으로 이동 가능하게 하는 이동 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 부재가 질화 실리콘을 주성분으로 하는 세라믹, 또는 실리콘, 알루미늄, 산소, 질소를 주성분으로 하는 세라믹인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 유전체 부재가 질화 알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹, 또는 질화 붕소를 주성분으로 하는 세라믹인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일과 상기 챔버 사이에, 상기 챔버를 따라 냉매 유로를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 가스를 모으는 제 1 가스 매니폴드를 구비하고, 상기 제 1 가스 매니폴드와 상기 챔버가 상기 제 1 가스 공급 배관에 의해서 연통되고, 제 1 가스 공급 배관에 있어서의 가스의 흐름 방향이, 상기 챔버가 이루는 평면에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 유전체 부재와, 상기 제 1 유전체 부재에 붙여진 제 2 유전체 부재 중 어느 하나에 마련된 홈이 상기 냉매 유로를 구성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 유전체 부재로 둘러싸인 장척이고 또한 고리 형상의 챔버 내에 제 1 가스를 공급하면서, 상기 챔버에 연통되는 개구부로부터 기재를 향해 제 1 가스를 분출함과 아울러, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 챔버 내에 고주파 전자계를 발생시켜 플라즈마를 발생시켜서, 상기 기재의 표면을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 상기 챔버를 배치하고, 상기 챔버의 내측에 제 2 가스를 공급하면서 기재를 처리하는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 1 가스가 희가스, 또는 희가스를 주체로 하는 가스이고, 제 2 가스가 희가스 이외의 가스를 주체로 하는 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 1 유전체 부재로 둘러싸인 장척이고 또한 고리 형상의 챔버 내에 제 1 가스를 공급하면서, 상기 챔버에 연통되는 개구부로부터 기재를 향해 제 1 가스를 분출함과 아울러, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 챔버 내에 고주파 전자계를 발생시켜 플라즈마를 발생시켜서, 상기 기재의 표면을 처리하는 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
    상기 기재 탑재대가 이루는 면에 평행한 면을 따라 상기 챔버를 배치하고, 상기 챔버의 내측에 제 2 가스를 공급하면서 기재를 처리하는 것
    을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 가스가 희가스, 또는 희가스를 주체로 하는 가스이며, 제 2 가스가 희가스 이외의 가스를 주체로 하는 가스인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
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