KR20160122681A - 플라스마 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

효율적이며 균일성이 뛰어난 장척의 열 플라스마를 발생시키는 것이 가능하며, 또한 정전 데미지를 억제할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대향하며, 박막(2)이 형성된 기재(1)가 배치된다. 코일(3)이, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 근방에 배치된다. 코일(3)이 발생하는 고주파 전자계는 실드판(13)에 의해서 효과적으로 차폐되기 때문에, 기재(1) 근방의 고주파 전자계가 상당히 약해지므로, 정전 데미지가 거의 생기지 않는다.

Description

플라스마 처리 장치 및 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 유도 결합형 플라스마 토치를 이용하여 열 플라스마를 기재에 조사하여 기재를 처리하는 열 플라스마 처리나, 반응 가스에 의한 플라스마 또는 플라스마와 반응 가스류를 동시에 기재로 조사하여 기재를 처리하는 플라스마 처리 등의 플라스마 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에, 다결정 실리콘(poly-Si) 등의 반도체 박막은 박막 트랜지스터(TFT: Thin　Film　Transistor)나 태양 전지에 널리 이용되고 있다. 이것을 형성하는 방법으로서, 비정질 실리콘 막에 레이저 광을 조사하여 결정화하는 것이 있다. 레이저 프로세스는 이온 주입이나 플라스마 도핑에 의해서 반도체 기판에 도입한 불순물 원자의 활성화 등에도 적용할 수 있다. 그렇지만, 이 레이저 어닐링 기술에는 이음매가 발생하는 등의 과제가 있으며, 또한 매우 고가인 설비를 필요로 한다.
그래서, 장척의 열 플라스마를 발생시켜, 한 방향으로만 주사함으로써, 이음매 없이, 염가로 열 처리를 실행하는 기술이 검토되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 내지 4 및 비특허문헌 1을 참조).
그런데, 플라스마 처리에 있어서의 일반적인 문제로서, 정전 데미지라 불리는 것이 있다. 이것은, 플라스마의 공간적인 불균일 등에 의해서, 피처리물(기재)에 유입하는 전자 전류와 이온 전류의 평형 상태가 국소적으로 무너져, 전하가 축적되는 문제이다. 결과적으로, 기재가 트랜지스터를 내포하고 있는 경우, 게이트 절연막이 터널 전류에 의해서 열화하여, 절연 내압이 저하하거나 플랫 밴드 전압이 변화하는 것과 같은 문제가 생긴다(예를 들면, 비특허문헌 2를 참조).
표면 세정 등에 이용되는 용량 결합형의 저온 대기압 플라스마에 있어서, 정전 데미지를 억제할 수 있는 리모트식이라 불리는 방식이 있다. 기재를 플라스마 공간의 내부에 배치하는 다이렉트식과 플라스마 공간의 외부에 배치하는 리모트식을 비교하면, 리모트식이 정전 데미지가 작아진다고 고려되고 있다(예를 들면, 특허문헌 5를 참조).
일본 특허 공개 제 2013-120633 호 공보 일본 특허 공개 제 2013-120684 호 공보 일본 특허 공개 제 2013-120685 호 공보 일본 특허 공개 제 2011-071010 호 공보 일본 특허 공개 제 2003-100646 호 공보
T. Okumura and H. Kawaura, Jpn. J. Appl. Phys. 52 (2013) 05EE01. 후쿠모토 요시토, 스미에 신고, 「플라스마 챠지 업 데미지 평가 웨이퍼의 개발」, 고베 제강 기술보, 52 (2002) 83
그렇지만, 본건 발명자들에 의한, 특허문헌 1 내지 3 및 비특허문헌 1에 기재된 환상의 챔버를 이용하는 방법에서는, 코일이 발생하는 고주파 전자계에 의해서 기재에 정전 데미지가 생긴다는 문제점이 있었다. 한편, 특허문헌 4에 기재된 직류 토치에서는, 효율적이고 균일성이 뛰어난 장척의 열 플라스마를 발생시키는 것은 곤란하다. 또한, 특허문헌 5에 기재된 용량 결합형의 저온 대기압 플라스마는 플라스마의 온도가 낮아서(1000℃ 미만), 열 처리나 고속 반응에 적합하지 않다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 효율적이며 균일성이 뛰어난 장척의 열 플라스마를 발생시키는 것이 가능하며, 또한 정전 데미지를 억제할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본원의 제 1 발명의 플라스마 처리 장치는, 유전체 부재에 둘러싸인 챔버와, 챔버에 연통하는 개구부와, 챔버 내에 가스를 도입하는 가스 공급 배관과, 챔버의 근방에 마련된 코일을 구비한 유도 결합형 플라스마 토치와, 코일에 접속된 고주파 전원과, 개구부와 대향하며 기재를 보지하는 기재 탑재대를 구비하며, 코일과 기재 탑재대와의 사이의, 개구부를 제외한 부분에 도체 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 정전 데미지를 억제할 수 있다.
본원의 제 1 발명의 플라스마 처리 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 챔버가, 슬릿 형상의 개구부와 연통하고 있는 환상이며 장척의 챔버이며, 상기 챔버의 길이 방향과 상기 개구부의 길이 방향은 평행하게 배치되며, 상기 개구부의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로, 상기 챔버와 상기 기재를 상대적으로 이동 가능하게 하는 이동 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 효율적이며 균일성이 뛰어난 장척의 열 플라스마를 발생시키는 것이 가능하며, 또한 정전 데미지를 억제할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 챔버가, 기재 탑재대가 이루는 평면에 대하여 수직으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 간단한 구성의 플라스마 처리 장치를 실현할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 챔버와 상기 도체 부재는 일체인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 보다 고속 처리를 실현할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 도체 부재가 실리콘, 실리콘 카바이드, 카본 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의해, 불필요한 불순물에 의한 오염이 적은 처리를 실현할 수 있다.
또한, 상기 도체 부재가, 상기 챔버의 길이 방향에 평행인 복수의 선 형상의 부재로 이루어지는 구성으로 하여도 좋고, 또는 상기 도체 부재가 망 형상의 부재로 이루어지는 구성으로 하여도 좋다.
이러한 구성에 의해, 유도 결합형 플라스마 토치의 경량화가 가능해진다.
본원의 제 2 발명의 플라스마 처리 방법은, 유전체로 둘러싸인 챔버 내에 가스를 공급하면서, 챔버에 연통하는 개구부로부터 기재를 향하여 가스를 분출하는 동시에, 챔버의 근방에 코일이 배치된 상태에서, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 챔버 내에 고주파 전자계를 발생시켜서 플라스마를 발생시키고, 기재의 표면을 처리하는, 유도 결합형 플라스마 토치를 이용하는 방법에 있어서, 코일과 기재 탑재대와의 사이의, 개구부를 제외한 부분에 도체 부재가 마련되어 있는 상태에서 기재를 처리하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 정전 데미지를 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 효율적이며 균일성이 뛰어난 장척의 열 플라스마를 발생시키는 것이 가능하며, 또한 정전 데미지를 억제할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 5에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 6에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 7에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 8에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 9에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 있어서의 플라스마 처리 장치에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
(실시형태 1)
이하, 본 발명의 실시형태 1에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1의 (a)는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 플라스마 처리 장치의 구성을 도시하는 것이며, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이다. 도 1의 (b)는 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 장척 방향에 평행이며, 또한 기재에 수직인 면으로 절단한 단면도이다. 도 1의 (a)는 도 1의 (b)의 파선으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 파선으로 절단한 단면도이며, 또한 도 2는 도 1에 도시한 유도 결합형 플라스마 토치 유닛의 조립 구성도이며, 각 부품(일부)의 사시도를 나열한 것이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 기재(1) 상에 박막(2)이 형성되어 있다. 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 있어서, 도체제(導體製)의 코일(3)이 유전체제의 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 근방에 배치된다. 코일(3)은, 단면이 원형인 동관을, 단면이 직방체인 동 블록에 접착한 것이다. 제 1 세라믹스 블록(4), 제 2 세라믹스 블록(5) 및 기재(1)의 표면을 이루는 박막(2)에 의해서 둘러싸인 공간에 의해, 유전체제의 장척 챔버(7)가 획정(劃定)된다. 장척 챔버(7)는 기재(1)가 이루는 면에 수직인 면을 따라서 마련되어 있다. 또한, 코일(3)의 중심축은, 기재(1)에 평행이며, 또한 장척 챔버(7)를 포함하는 평면에 수직인 방향이 되도록 구성된다. 즉, 코일(3)의 한번 감김이 구성하는 면은 기재가 이루는 면에 수직인 면을 따라서, 또한 장척 챔버(7)를 포함하는 평면을 따라서 마련되어 있다.
유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)은, 전체가 접지된 도체제의 실드 부재(도시되지 않음)로 둘러싸이고, 고주파의 누설(노이즈)을 효과적으로 방지할 수 있는 동시에, 바람직하지 않은 이상 방전 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
장척 챔버(7)는 제 1 세라믹스 블록(4) 중 하나의 평면과, 제 2 세라믹스 블록(5)에 마련한 홈에 둘러싸여 있다. 또한, 이들 유전체 부재로서의 2개의 유전체 블록은 부착 맞춤되어 있다. 즉, 장척 챔버(7)는 개구부(8) 이외가 유전체로 둘러싸여 있는 구성이다. 또한, 장척 챔버(7)는 환상이다. 여기서 말하는 환상이란, 연속해서 이어지는 끈 형상을 이루는 형상을 의미하며, 원형으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에서는, 장방형(2개의 장변을 이루는 직선부와, 그 양단에 2개의 단변을 이루는 직선이 연결되어 이루어지는, 연속해서 이어지는 끈 형상의 형상)의 장척 챔버(7)를 예시하고 있다. 장척 챔버(7)에 발생한 플라스마(P)는, 장척 챔버(7)에 있어서의 장척이며 선 형상의 개구부(8)에 있어서, 기재(1)의 표면을 이루는 박막(2)에 접촉한다. 또한, 장척 챔버(7)의 길이 방향과 개구부(8)의 길이 방향과는 평행하게 배치되어 있다.
제 2 세라믹스 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 세라믹스 블록(5)에 마련된 가스 도입부로서의 플라스마 가스 공급 구멍(11)(관통 구멍)을 거쳐서, 장척 챔버(7)에 도입된다.
이러한 구성에 의해, 길이 방향에 균일한 가스 흐름을 간단하게 실현할 수 있다. 플라스마 가스 공급 배관(10)으로 도입하는 가스의 유량은, 그 상류에 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어 장치를 구비하는 것에 의해 제어된다.
플라스마 가스 공급 구멍(11)은 장척의 슬릿이지만, 둥근 구멍 형상의 것을 길이 방향에 복수 마련한 것이어도 좋다.
기재(1)는 기재 탑재대로서의 기재 홀더(12) 상에 탑재된다. 기재 홀더(12)에는, 기재(1)의 외형과 거의 상사형(相似形)이며 조금 작은 관통 구멍과, 기재(1)의 외형과 거의 상사형이며 약간 큰 스폿 페이싱부가 마련되며, 기재(1)를 이 스폿 페이싱부에 탑재시킴으로써, 기재 홀더(12)의 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대향하는 측의 면의 스폿 페이싱부보다 외측의 부분과, 기재(1)의 표면이 거의 동일면을 구성하도록, 스폿 페이싱부의 깊이는 기재(1)의 두께와 거의 동일하게 구성된다.
이러한 구성으로 함으로써, 기재 홀더(12)를 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대하여 상대적으로 이동시켰을 때, 기재 홀더(12)의 위치에 관계없이, 플라스마를 발생시키는 공간인 환상의 장척 챔버(7)의 형상이 거의 일정하게 된다. 즉, 이동에 따른 플라스마의 요동을 억제할 수 있다.
코일(3) 내의 동관의 내부는 냉매 유로로 되어 있다. 또한, 그 외측에 접착된 동 블록은 접착제(도시하지 않음)에 의해서 제 1 세라믹스 블록(4) 또는 제 2 세라믹스 블록(5)에 접착되어 있다. 이와 같이, 코일(3)의 단면을 직방체로 함으로써, 제 1 세라믹스 블록(4) 또는 제 2 세라믹스 블록(5)과의 사이의 접착제를 가능한 한 얇게 할 수 있으므로, 양호한 열전도가 확보된다. 따라서, 코일(3)을 구성하는 동관에 물 등의 냉매를 흘림으로써, 코일(3), 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 냉각이 가능하다.
또한, 코일(3)은 제 1 세라믹스 블록(4)의 외측, 제 2 세라믹스 블록(5)의 외측에 각 1개씩 배치되며, 또한 장척 챔버(7)로부터 멀어진 위치에서 직렬로 접속되며, 고주파 전력을 인가했을 때에 장척 챔버(7)에 발생시키는 고주파 전자계의 방향이 서로 동일하게 되어 있다. 코일(3)은 이들 2개 중 어느 한쪽만이어도 기능할 수 있지만, 본 실시형태와 같이, 장척 챔버(7)를 개재하여 2개를 마련하는 것이, 장척 챔버(7) 내에 발생하는 전자계의 강도를 강하게 할 수 있다는 이점이 있다.
유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 최하부에 있어서, 코일(3)과 기재 홀더(12)와의 사이의, 개구부(8)를 제외한 부분에 도체 부재로서의 실드판(13)이 마련되어 있다. 환상의 장척 챔버(7)의 내주부가 전체 둘레에 걸쳐서 절연체 부재로 구성되어 있는 점은 종래와 동일하다. 실드판(13)은 약간의 불순물이 도입된 실리콘이다. 또한, 실드판(13)은 장척 챔버(7)와 일체이다.
여기서, 「실드판(13)은 장척 챔버(7)와 일체이다」라는 것은, 장척 챔버(7)를 구성하는 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)과, 실드판(13)의 사이에 간극이 없으며, 일체화되어 있는 것을 의미한다.
이러한 구성에 의하면, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)과 기재(1)와의 거리는 종래의 구성과 그다지 상이하지 않기 때문에, 종래와 동등의 고속 처리를 실현할 수 있다. 또한, 제 2 세라믹스 블록(5)의 개구부(8) 부근의 오목부보다, 실드판(13)의 중앙부에 마련된 관통 구멍이 커지도록 구성하고 있다. 이러한 구성에서는, 고온의 플라스마가 실드판(13)에 부여하는 물리적·열적인 데미지를 저감할 수 있다.
실드판(13)이 실리콘인 경우를 예시했지만, 실드판(13)은 실리콘 카바이드, 카본 중 어느 하나라도 좋다. 이들 재료는, 기재(1)(또는, 기재(1) 상의 박막(2))로의 오염이 비교적 적다고 하는 이점이 있다. 즉, 이러한 재료를 선택함으로써, 불필요한 불순물에 의한 오염이 적은 처리를 실현할 수 있다.
장방형의 선 형상의 개구부(8)가 마련되며, 기재(1)(또는 기재(1) 상의 박막(2))는 개구부(8)와 대향하여 배치되어 있다. 사전에, 장척 챔버(7) 내에 가스를 공급하면서, 개구부(8)로부터 가스를 분출시키면서, 도시하고 있지 않은 고주파 전원으로부터 코일(3)에 예를 들면 13.56㎒의 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 장척 챔버(7)에 플라스마(P)를 발생시켜 두고, 그 후 기재(1)를 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 근방으로 이동시켜, 개구부(8) 부근의 플라스마를 기재(1)의 표면을 이루는 박막(2)에 폭로함으로써, 기재(1) 상의 박막(2)을 플라스마 처리할 수 있다.
개구부(8)의 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로, 장척 챔버(7)와 기재(1)를 상대적으로 이동시킴으로써, 기재(1)를 처리한다. 즉, 도 1의 (a)의 좌우 방향으로, 도 1의 (b)의 지면에 수직인 방향으로, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T) 또는 기재(1)를 움직인다.
장척 챔버(7) 내에 공급하는 가스로서 여러가지의 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 상당 고온이 된다(10,000K 이상).
플라스마 발생의 조건으로서는, 주사 속도 = 50㎜/s~3000㎜/s, 플라스마 가스 총 유량 = 1SLM~100SLM, Ar＋H2 가스 중의 H2 농도 = 0%~10%, 고주파 전력 = 0.5㎾~50㎾ 정도의 값이 적절하다. 다만, 이들 전체양 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(1)가 평행하게 배치된 채, 개구부(8)의 길이 방향은 수직인 방향으로, 장척 챔버와 기재(1)를 상대적으로 이동하므로, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 생성해야 할 플라스마의 길이와 기재(1)의 처리 길이가 거의 동일하게 되도록 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 플라스마(P)에 대해 온도, 전자 밀도, 활성 입자 밀도가 높은 부분을 기재(1)의 표면에 폭로시키므로, 고속 처리, 또는 고온 처리가 가능해진다.
이러한 구성에 있어서는, 코일(3)이 발생하는 고주파 전자계는 실드판(13)에 의해서 효과적으로 차폐되기 때문에, 기재(1) 근방의 고주파 전자계가 상당히 약해지므로, 정전 데미지가 거의 생기지 않는다. 이것은, 비특허문헌 2의 기재와 마찬가지의 안테나 MOS 평가에 의해, 안테나비:1,000,000배의 MOS 디바이스가 파괴되지 않는 것, 및 켈빈 프로브법에 따라 기재(1) 상의 절연 박막에 거의 전하가 발생하지 않는(±3V 이하) 것에 의해서 확인했다.
비교를 위해, 실드판(13)이 없는 상태에 있어서의 정전 데미지를 평가한 바, 안테나비:1,000,000배의 MOS 디바이스가 파괴되며, 또한 안테나비:10,000배의 MOS 디바이스도 파괴되는 것을 알 수 있었다. 또한, 켈빈 프로브법에 따른 평가에서는, 기재(1) 상의 절연 박막에 +10V~30V의 전하가 발생하는 것을 알 수 있었다.
이것에 의해, 종래의 구성에서는, 현저한 정전 데미지가 보여지지만, 본 실시형태에서는, 정전 데미지는 효과적으로 억제되는 것을 알 수 있었다.
(실시형태 2)
이하, 본 발명의 실시형태 2에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 3에 있어서는, 제 2 세라믹스 블록(5)의 개구부(8) 부근의 오목부와, 실드판(13)의 중앙부에 마련된 관통 구멍의 크기가 거의 동일해지도록 구성하고 있다. 이러한 구성에서는, 플라스마가 도 3의 좌우로 요동해 버릴 우려가 적다.
(실시형태 3)
이하, 본 발명의 실시형태 3에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 4에 있어서는, 제 2 세라믹스 블록(5)의 개구부(8) 부근에 오목부를 마련하지 않고, 실드판(13)의 중앙부에 마련된 관통 구멍에 의해서 개구부(8) 부근의 오목부를 구성하고 있다. 이러한 구성에서는, 고온의 플라스마를 보다 기재(1)에 근접할 수 있기 때문에, 효율적인 처리가 가능해진다.
(실시형태 4)
이하, 본 발명의 실시형태 4에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시형태 4에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 5에 있어서는, 실드판(13) 대신에, 도체 부재로서의 금속 박막(14)이 마련되어 있다. 이러한 홈에서는, 코일(3)과 기재(1)와의 사이의 거리를 짧게 할 수 있으므로, 효율적으로 플라스마를 발생시킬 수 있다.
(실시형태 5)
이하, 본 발명의 실시형태 5에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시형태 5에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 길이 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 6에 있어서는, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 기재(1)에 대향하는 부분의 일부를 볼록부로 함으로써, 개구부(8) 부근의 오목부가 종래예와 마찬가지로 유전체 부재로 둘러싸이며, 또한 개구부(8) 부근보다 외측이 도체 부재로서의 실드판(13)으로 덮여 있는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에서는, 고온의 플라스마가 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)에만 직접 접촉하므로, 열적인 데미지에 의한 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대한 영향을 저감할 수 있다.
(실시형태 6)
이하, 본 발명의 실시형태 6에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시형태 6에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 7에 있어서는, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)의 차양 부분(코일(3)과 기재(1)의 사이에 위치하는 부분)의, 기재(1)와는 반대측의 면에 실드판(13)을 배치하는 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에서는, 코일(3)과 실드판(13)의 사이를 절연하기 위해서 공간을 마련할 필요가 있으며, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 기재(1)에 근접한 부분의 냉각성이 나빠지지만, 실드판(13)이 고온의 플라스마에 의해서 데미지를 받을 가능성을 거의 전무하게 할 수 있다. 또한, 이러한 구성에서는, 실드판(13)으로부터 발생하는 불순물의 기재(1)로의 오염은 거의 무시할 수 있으므로, 알루미늄, 동 등의 금속 재료를 이용해 실드판(13)을 구성하여도 좋다.
(실시형태 7)
이하, 본 발명의 실시형태 7에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시형태 7에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 8에 있어서는, 실시형태(4)와 마찬가지로, 실드판(13) 대신에, 도체 부재로서의 금속 박막(14)이 마련되어 있지만, 또한 실드판(13)과 기재(1)의 사이에, 절연판(15)이 마련되어 있다. 이러한 구성에서는, 실드판(13)이 고온의 플라스마에 의해서 데미지를 받을 가능성을 저감할 수 있다.
(실시형태 8)
이하, 본 발명의 실시형태 8에 대해서 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시형태 8에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 9에 있어서는, 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록의 차양 부분에 마련된, 기재(1)와 평행인 슬릿 내에, 극히 얇은 실드판(13)이 삽입된 구성으로 되어 있다. 이러한 구성에서는, 고온의 플라스마가 제 1 세라믹스 블록(4) 및 제 2 세라믹스 블록(5)에만 직접 접촉하므로, 열적인 데미지에 의한 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대한 영향을 저감할 수 있다.
또한, 이러한 구성에서는, 실드판(13)으로부터 발생하는 불순물의 기재(1)로의 오염은 거의 무시할 수 있으므로, 알루미늄, 동 등의 금속 재료를 이용해 실드판(13)을 구성하여도 좋다.
(실시형태 9)
이하, 본 발명의 실시형태 9에 대해서 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시형태 9에 있어서의, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)의 장척 방향에 수직인 면으로 절단한 단면도이며, 도 1의 (a)에 상당한다.
도 10에 있어서는, 실드판(13)이, 장척 챔버(7)의 길이 방향에 평행인 복수의 선 형상의 부재로 이루어지는 구성으로 되어 있다. 코일(3)이 장척인 형상이기 때문에, 코일(3)의 근방에 발생하는 고주파 전계의 방향은 장척 챔버(7)의 길이 방향과 평행이 된다. 따라서, 장척 챔버(7)가 길이 방향에 평행인 복수의 선 형상의 부재에 의해서도, 효과적으로 고주파 전자계의 차폐를 실현할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 유도 결합형 플라스마 토치의 경량화가 가능해진다. 또한, 도체 부재는 망 형상의 부재로 이루어지는 구성으로 하여도 좋다.
이상 설명한 플라스마 처리 장치 및 방법은 본 발명의 적용 범위 중 전형예를 예시한 것에 지나지 않는다.
예를 들면, 고정된 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)에 대하여, 기재 홀더(12)를 주사하는 것을 예시했지만, 유도 결합형 플라스마 토치 유닛(T)을 고정된 기재 탑재대에 대하여 주사하여도 좋다.
또한, 본 발명의 여러가지의 구성에 의해서, 기재(1)의 표면 근방을 고온 처리하는 것이 가능해져, 종래예에서 상세하게 설명한 TFT용 반도체 막의 결정화나 태양 전지용 반도체 막의 개질에 적용 가능하다. 물론, 플라스마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 반도체 디바이스의 RTP(Rapid　Thermal　Processing), 여러가지의 전자 디바이스의 리플로우, 고체 불순물원을 이용한 플라스마 도핑 등 다양한 표면 처리에 적용할 수 있다.
또한, 설명에서는 간단하기 위해 「열 플라스마」라는 말을 이용하고 있지만, 열 플라스마와 저온 플라스마의 구분은 엄밀하게는 어렵고, 또한 예를 들면, 타나카야스노리 「열 플라스마에 있어서의 비평형성」 플라스마 핵융합 학회잡지, Vol. 82, No. 8 (2006) pp. 479-483에서 해설되어 있는 바와 같이, 열적 평형성만으로 플라스마의 종류를 구분하는 것도 곤란하다.
본 발명은 기재를 열처리하는 것을 하나의 목적으로 하고 있으며, 열 플라스마, 열 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 조사해서 기재를 플라스마 처리하는 경우에 대해서도, 본 발명은 적용할 수 있다. 플라스마 가스에 반응 가스를 혼합하는 것에 의해, 반응 가스에 의한 플라스마를 기재에 조사하여, 에칭이나 CVD를 실현할 수 있다.
또는, 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 일이 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, 극박의 산화막 형성 등이 가능해진다.
CVD에 이용하는 반응 가스로서는, 모노실란, 디실란 등이 있으며, 실리콘이나 실리콘 화합물의 성막이 가능해진다. 또는, TEOS(Tetraethoxysilane)로 대표되는 실리콘을 함유한 유기 가스와 O2의 혼합 가스를 이용하면, 실리콘 산화막을 성막할 수 있다.
그 이외, 발수성·친수성을 개질하는 표면 처리 등 여러가지의 플라스마 처리가 가능하다. 본 발명의 구성은 유도 결합형이기 때문에, 단위 체적당 높은 파워 밀도를 투입하여도 아크 방전으로 이행하기 어렵기 때문에, 보다 고밀도인 플라스마가 발생 가능하며, 그 결과 빠른 반응 속도가 얻어져, 기재된 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리하는 것이 가능해진다.
이상과 같이 본 발명은 TFT용 반도체 막의 결정화나 태양 전지용 반도체 막의 개질에 적용 가능하다. 물론, 플라스마 디스플레이 패널의 보호층의 청정화나 탈가스 저감, 실리카 미립자의 집합체로 이루어지는 유전체층의 표면 평탄화나 탈가스 저감, 반도체 디바이스의 RTP, 여러가지의 전자 디바이스의 리플로우, 고체 불순물원을 이용한 플라스마 도핑 등 여러가지 표면 처리에 있어서 유용한 발명이다.
또한, 여러가지의 전자 디바이스 등의 제조에 있어서의, 에칭·성막·도핑·표면 개질 등의 플라스마 처리에 있어서, 기재의 소망의 피처리 영역 전체를 단시간에 효율적으로 처리하는데 있어서 유용한 발명이다.
1 : 기재 2 : 박막
3 : 코일 4 : 제 1 세라믹스 블록
5 : 제 2 세라믹스 블록 7 : 장척 챔버
8 : 개구부 9 : 플라스마 가스 매니폴드
10 : 플라스마 가스 공급 배관 11 : 플라스마 가스 공급 구멍
13 : 실드판 T : 유도 결합형 플라스마 토치 유닛

Claims (12)

  1. 유전체 부재에 둘러싸인 챔버와,
    상기 챔버에 연통하는 개구부와,
    상기 챔버의 내부에 가스를 도입하는 가스 공급 배관과,
    상기 챔버의 근방에 마련된 코일을 구비한 유도 결합형 플라스마 토치와,
    상기 코일에 접속된 고주파 전원과,
    상기 개구부와 대향하며 기재를 보지하는 기재 탑재대를 포함하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    상기 코일과 상기 기재 탑재대와의 사이의, 상기 개구부를 제외한 부분에 도체 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    플라스마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부를 제외한 부분에 금속 박막이 마련되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 있어서 기재에 대향하는 부분 중 상기 개구부 주위의 오목부의 둘레를 볼록부로 하고, 상기 볼록부의 외측에 도체 부재가 마련되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 있어서 기재에 대향하는 부분이 차양부 형상으로 되어 있고,
    상기 유전체 부재 중 차양 부분에 있어서, 기재와는 반대측의 면에 도체 부재가 마련되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부를 제외한 부분에 금속 박막이 마련되고,
    상기 금속 박막과 상기 기재 탑재대의 사이에 절연판이 마련되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 있어서 기재에 대향하는 부분에 차양 부분이 마련되고,
    상기 차양 부분에 마련되고 또한 기재와 평행인 슬릿 내에 도체 부재가 마련되어 있는
    플라스마 처리 장치.
  7. 유전체로 둘러싸인 챔버 내에 가스를 공급하면서, 상기 챔버에 연통하는 개구부로부터 기재를 향하여 가스를 분출하는 동시에,
    챔버의 근방에 코일이 배치된 상태에서, 코일에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 챔버 내에 고주파 전자계를 발생시키고, 플라스마를 발생시켜, 상기 기재의 표면을 처리하는, 유도 결합형 플라스마 토치를 이용하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 코일과 상기 기재와의 사이의, 상기 개구부를 제외한 부분에 도체 부재가 마련되어 있는 상태에서 기재를 처리하는 것을 특징으로 하는
    플라스마 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개구부를 제외한 부분에 금속 박막이 마련되어 있는
    플라스마 처리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 있어서 기재에 대향하는 부분 중 상기 개구부 주위의 오목부의 둘레를 볼록부로 하고, 상기 볼록부의 외측에 도체 부재가 마련되어 있는
    플라스마 처리 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 있어서 기재에 대향하는 부분이 차양부 형상으로 되어 있고,
    상기 유전체 부재 중 차양 부분에 있어서, 기재와는 반대측의 면에 도체 부재가 마련되어 있는
    플라스마 처리 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 개구부를 제외한 부분에 금속 박막이 마련되고,
    상기 금속 박막과 상기 기재 탑재대의 사이에 절연판이 마련되어 있는
    플라스마 처리 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전체 부재에 있어서 기재에 대향하는 부분에 차양 부분이 마련되고,
    상기 차양 부분에 마련되고 또한 기재와 평행인 슬릿 내에 도체 부재가 마련되어 있는
    플라스마 처리 방법.
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