JP2013037978A - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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低温プラズマ処理などの、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。 The present invention includes a thermal plasma process for treating a substrate by irradiating the substrate with thermal plasma, a low-temperature plasma process for treating a substrate by simultaneously irradiating the substrate with plasma by a reactive gas or plasma and a reactive gas flow The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
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。とりわけ、poly−SiTFTは、キャリア移動度が高いうえ、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できるという特徴を活かして、例えば、液晶表示装置、液晶プロジェクタや有機EL表示装置などの画素回路を構成するスイッチング素子として、或いは液晶駆動用ドライバの回路素子として広く用いられている。 Conventionally, semiconductor thin films such as polycrystalline silicon (poly-Si) are widely used for thin film transistors (TFTs) and solar cells. In particular, the poly-Si TFT has a high carrier mobility and can be manufactured on a transparent insulating substrate such as a glass substrate. For example, a pixel circuit such as a liquid crystal display device, a liquid crystal projector, or an organic EL display device can be used. It is widely used as a switching element constituting the circuit or as a circuit element of a liquid crystal driving driver.
ガラス基板上に高性能なTFTを作製する方法としては、一般に「高温プロセス」と呼ばれる製造方法がある。TFTの製造プロセスの中でも、工程中の最高温度が1000℃程度の高温を用いるプロセスを一般的に「高温プロセス」と呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シリコンの固相成長により比較的良質の多結晶シリコンを成膜することができる点、シリコンの熱酸化により良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び清浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成できる点である。高温プロセスではこれらの特徴により、高移動度でしかも信頼性の高い高性能TFTを安定的に製造することができる。 As a method for manufacturing a high-performance TFT on a glass substrate, there is a manufacturing method generally called “high temperature process”. Among TFT manufacturing processes, a process using a high temperature with a maximum temperature of about 1000 ° C. is generally called a “high temperature process”. Features of the high-temperature process are that a relatively good quality polycrystalline silicon can be formed by solid phase growth of silicon, a good quality gate insulating layer can be obtained by thermal oxidation of silicon, and a clean polycrystalline. This is the point that an interface between silicon and the gate insulating layer can be formed. Due to these characteristics, a high-performance TFT having high mobility and high reliability can be stably manufactured in a high-temperature process.
他方、高温プロセスは固相成長によりシリコン膜の結晶化を行うプロセスであるために、600℃程度の温度で48時間程度の長時間の熱処理を必要とする。これは大変長時間の工程であり、工程のスループットを高めるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得ないため基板のコストが高く、大面積化には向かないとされている。 On the other hand, since the high temperature process is a process of crystallizing a silicon film by solid phase growth, a long-time heat treatment of about 48 hours is required at a temperature of about 600 ° C. This is a very long process, and in order to increase the process throughput, a large number of heat treatment furnaces are inevitably required, and it is difficult to reduce the cost. In addition, quartz glass has to be used as an insulating substrate with high heat resistance, so the cost of the substrate is high and it is said that it is not suitable for large area.
一方、工程中の最高温度を下げ、安価な大面積のガラス基板上にpoly−SiTFTを作製するための技術が「低温プロセス」と呼ばれる技術である。TFTの製造プロセスの中でも、最高温度が概ね600℃以下の温度環境下において比較的安価な耐熱性のガラス基板上にpoly−SiTFTを製造するプロセスは、一般に「低温プロセス」と呼ばれている。低温プロセスでは、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化を行うレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。 On the other hand, a technique for lowering the maximum temperature in the process and manufacturing a poly-Si TFT on an inexpensive large-area glass substrate is a technique called “low temperature process”. Among TFT manufacturing processes, a process for manufacturing poly-Si TFTs on a heat-resistant glass substrate that is relatively inexpensive in a temperature environment where the maximum temperature is approximately 600 ° C. or lower is generally called a “low-temperature process”. In a low temperature process, a laser crystallization technique for crystallizing a silicon film using a pulse laser having an extremely short oscillation time is widely used. Laser crystallization is a technique that utilizes the property of crystallizing in the process of solidifying instantaneously by irradiating a silicon thin film on a substrate with high-power pulsed laser light.
しかしながら、このレーザー結晶化技術には幾つかの大きな課題がある。一つは、レーザー結晶化技術によって形成したポリシリコン膜の内部に局在する多量の捕獲準位である。この捕獲準位の存在により、電圧の印加によって本来能動層を移動するはずのキャリアが捕獲され、電気伝導に寄与できず、TFTの移動度の低下、閾値電圧の増大といった悪影響を及ぼす。更に、レーザー出力の制限によって、ガラス基板のサイズが制限されるといった課題もある。レーザー結晶化工程のスループットを向上させるためには、一回で結晶化できる面積を増やす必要がある。しかしながら、現状のレーザー出力には制限があるため、第7世代(1800mm×2100mm)といった大型基板にこの結晶化技術を採用する場合には、基板一枚を結晶化するために長時間を要する。 However, this laser crystallization technique has some major problems. One is a large amount of trap levels localized inside the polysilicon film formed by the laser crystallization technique. Due to the presence of the trap level, carriers that are supposed to move in the active layer by the application of voltage are trapped and cannot contribute to electrical conduction, which has adverse effects such as a decrease in TFT mobility and an increase in threshold voltage. Further, there is a problem that the size of the glass substrate is limited due to the limitation of the laser output. In order to improve the throughput of the laser crystallization process, it is necessary to increase the area that can be crystallized at one time. However, since the current laser output is limited, when this crystallization technique is adopted for a large substrate such as the seventh generation (1800 mm × 2100 mm), it takes a long time to crystallize one substrate.
また、レーザー結晶化技術は一般的にライン状に成形されたレーザーが用いられ、これを走査させることによって結晶化を行なう。このラインビームは、レーザー出力に制限があるため基板の幅よりも短く、基板全面を結晶化するためには、レーザーを数回に分けて走査する必要がある。これによって基板内にはラインビームの継ぎ目の領域が発生し、二回走査されてしまう領域ができる。この領域は一回の走査で結晶化した領域とは結晶性が大きく異なる。そのため両者の素子特性は大きく異なり、デバイスのバラツキの大きな要因となる。最後に、レーザー結晶化装置は装置構成が複雑であり且つ、消耗部品のコストが高いため、装置コストおよびランニングコストが高いという課題がある。これによって、レーザー結晶化装置によって結晶化したポリシリコン膜を使用したTFTは製造コストが高い素子になってしまう。 Laser crystallization technology generally uses a laser shaped in a line, and crystallization is performed by scanning this laser. This line beam is shorter than the width of the substrate because of limited laser output, and it is necessary to scan the laser several times in order to crystallize the entire surface of the substrate. As a result, a line beam seam area is generated in the substrate, and an area that is scanned twice is formed. This region is significantly different in crystallinity from the region crystallized by one scan. For this reason, the element characteristics of the two are greatly different, which causes a large variation in devices. Finally, since the laser crystallization apparatus has a complicated apparatus configuration and a high cost of consumable parts, there are problems that the apparatus cost and running cost are high. As a result, a TFT using a polysilicon film crystallized by a laser crystallization apparatus becomes an element with a high manufacturing cost.
このような基板サイズの制限、装置コストが高いといった課題を克服するため、「熱プラズマジェット結晶化法」と呼ばれる結晶化技術が研究されている(例えば、非特許文献1を参照)。本技術を以下に簡単に説明する。タングステン(W)陰極と水冷した銅(Cu)陽極を対向させ、DC電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。この電極間に大気圧下でアルゴンガスを流すことによって、銅陽極に空いた噴出孔から熱プラズマが噴出する。熱プラズマとは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が10000K程度を有する超高温の熱源である。このことから、熱プラズマは被熱物体を容易に高温に加熱することが可能であり、a−Si膜を堆積した基板が超高温の熱プラズマ前面を高速走査することによってa−Si膜を結晶化することができる。 In order to overcome the problems such as the limitation of the substrate size and the high apparatus cost, a crystallization technique called “thermal plasma jet crystallization method” has been studied (for example, see Non-Patent Document 1). The technology is briefly described below. When a tungsten (W) cathode and a water-cooled copper (Cu) anode are opposed to each other and a DC voltage is applied, an arc discharge occurs between the two electrodes. By flowing argon gas between these electrodes under atmospheric pressure, thermal plasma is ejected from the ejection holes vacated in the copper anode. Thermal plasma is thermal equilibrium plasma, which is an ultra-high temperature heat source having substantially the same temperature of ions, electrons, neutral atoms, etc., and the temperature of which is about 10,000K. Therefore, the thermal plasma can easily heat the object to be heated to a high temperature, and the substrate on which the a-Si film is deposited scans the front surface of the ultra-high temperature thermal plasma at a high speed, thereby crystallizing the a-Si film. Can be
このように装置構成が極めて単純であり、且つ大気圧下での結晶化プロセスであるため、装置をチャンバー等の高価な部材で覆う必要が無く、装置コストが極めて安くなることが期待できる。また結晶化に必要なユーティリティは、アルゴンガスと電力と冷却水であるため、ランニングコストも安い結晶化技術である。 Thus, since the apparatus configuration is very simple and the crystallization process is performed under atmospheric pressure, it is not necessary to cover the apparatus with an expensive member such as a chamber, and the apparatus cost can be expected to be extremely low. The utilities required for crystallization are argon gas, electric power, and cooling water, which is a crystallization technique with low running costs.
図12は、この熱プラズマを用いた半導体膜の結晶化方法を説明するための模式図である。 FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a semiconductor film crystallization method using this thermal plasma.
同図において、熱プラズマ発生装置31は、陰極32と、この陰極32と所定距離だけ離間して対向配置される陽極33とを備え構成される。陰極32は、例えばタングステン等の導電体からなる。陽極33は、例えば銅などの導電体からなる。また、陽極33は、中空に形成され、この中空部分に水を通して冷却可能に構成されている。また、陽極33には噴出孔(ノズル)34が設けられている。陰極32と陽極33の間に直流(DC)電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。この状態において、陰極32と陽極33の間に大気圧下でアルゴンガス等のガスを流すことによって、上記の噴出孔34から熱プラズマ35を噴出させることができる。ここで「熱プラズマ」とは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が10000K程度を有する超高温の熱源である。
In FIG. 1, a thermal plasma generator 31 includes a
このような熱プラズマを半導体膜の結晶化のための熱処理に利用することができる。具体的には、基板36上に半導体膜37(例えば、アモルファスシリコン膜)を形成しておき、当該半導体膜37に熱プラズマ(熱プラズマジェット)35を当てる。このとき、熱プラズマ35は、半導体膜37の表面と平行な第1軸(図示の例では左右方向)に沿って相対的に移動させながら半導体膜37に当てられる。すなわち、熱プラズマ35は第1軸方向に走査しながら半導体膜37に当てられる。ここで「相対的に移動させる」とは、半導体膜37(及びこれを支持する基板36)と熱プラズマ35とを相対的に移動させることを言い、一方のみを移動させる場合と両者をともに移動させる場合のいずれも含まれる。このような熱プラズマ35の走査により、半導体膜37が熱プラズマ35の有する高温によって加熱され、結晶化された半導体膜38(本例ではポリシリコン膜)が得られる(例えば、特許文献1を参照)。
Such thermal plasma can be used for heat treatment for crystallization of a semiconductor film. Specifically, a semiconductor film 37 (for example, an amorphous silicon film) is formed on the
図13は、最表面からの深さと温度の関係を示す概念図である。図13に示すように、熱プラズマ35を高速で移動させることにより、表面近傍のみを高温で処理することができる。熱プラズマ35が通り過ぎた後、加熱された領域は速やかに冷却されるので、表面近傍はごく短時間だけ高温になる。
FIG. 13 is a conceptual diagram showing the relationship between the depth from the outermost surface and the temperature. As shown in FIG. 13, only the vicinity of the surface can be processed at a high temperature by moving the
このような熱プラズマは、点状領域に発生させるのが一般的である。熱プラズマは、陰極32からの熱電子放出によって維持されており、プラズマ密度の高い位置では熱電子放出がより盛んになるため、正のフィードバックがかかり、ますますプラズマ密度が高くなる。つまり、アーク放電は陰極の1点に集中して生じることとなり、熱プラズマは点状領域に発生する。
Such a thermal plasma is generally generated in a dotted region. The thermal plasma is maintained by thermionic emission from the
半導体膜の結晶化など、平板状の基材を一様に処理したい場合には、点状の熱プラズマを基材全体に渡って走査する必要があるが、走査回数を減らしてより短時間で処理できるプロセスを構築するには、熱プラズマの照射領域を広くすることが有効である。このため、古くから熱プラズマを大面積に発生させる技術が検討されている。 If you want to process a flat substrate uniformly, such as when crystallizing a semiconductor film, it is necessary to scan a dotted thermal plasma over the entire substrate. In order to construct a process that can be processed, it is effective to widen the thermal plasma irradiation area. For this reason, techniques for generating thermal plasma over a large area have been studied for a long time.
例えば、プラズマトーチの外ノズルより噴射するプラズマジェットに、外ノズルの中心軸線と交差する方向でプラズマジェットを広幅化させるための広幅化ガスを2ケ所から同時に噴出し、プラズマジェットを広幅化させる方法が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。或いは、ノズル通路の口部が、当該ノズル通路の軸芯に対して所定角度で傾斜していることを特徴とするプラズマノズルを設け、ノズル通路を構成するケーシング、またはそのケーシングの一部を、その長手軸芯回りに高速で回転させ、プラズマノズルをワークピースに沿って通過移動させる方法が開示されている(例えば、特許文献3を参照)。また、少なくとも一つの偏芯して配置されたプラズマノズルを持つ回転ヘッドを設けたものが開示されている(例えば、特許文献4を参照)。 For example, a method for widening a plasma jet by simultaneously jetting a widening gas for widening the plasma jet from two locations in a direction intersecting the central axis of the outer nozzle onto a plasma jet ejected from the outer nozzle of the plasma torch Is disclosed (for example, see Patent Document 2). Alternatively, a plasma nozzle characterized in that the mouth of the nozzle passage is inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the nozzle passage, and a casing constituting the nozzle passage, or a part of the casing, A method is disclosed in which a plasma nozzle is passed and moved along a workpiece by rotating it around the longitudinal axis at high speed (see, for example, Patent Document 3). Further, there is disclosed one provided with a rotating head having at least one eccentrically arranged plasma nozzle (see, for example, Patent Document 4).
なお、大面積を短時間で処理することを目的としたものではないが、熱プラズマを用いた溶接方法として、帯状電極を用い、その幅方向が溶接線方向となるように配置して溶接することを特徴とする高速ガスシールドアーク溶接方法が開示されている(例えば、特許文献5を参照)。 It is not intended to process a large area in a short time, but as a welding method using thermal plasma, a strip electrode is used and the width direction is arranged to be the weld line direction and welding is performed. A high-speed gas shielded arc welding method is disclosed (see, for example, Patent Document 5).
また、扁平な直方体状の絶縁体材料を用いた、線状の細長い形状をなす誘導結合型プラズマトーチが開示されている(例えば、特許文献6を参照)。 In addition, an inductively coupled plasma torch having a linear elongated shape using a flat rectangular parallelepiped insulator material is disclosed (for example, see Patent Document 6).
なお、長尺の電極を用いた細長い線状のプラズマを生成する方法が開示されている(例えば、特許文献7を参照)。熱プラズマを発生させるものと記載されているが、これは低温プラズマを発生させるものであり、熱処理に適した構成ではない。仮に熱プラズマを発生させたとすると、電極を用いた容量結合型であるため、アーク放電が一箇所に集中し、長尺方向に均一な熱プラズマを発生させることは困難と推察される。一方、低温プラズマ処理装置としては、エッチングガスやCVD(Chemical Vapor Deposition)用のガスをプラズマ化することにより、エッチングや成膜などのプラズマ処理が可能な装置である。 In addition, a method of generating a long and narrow linear plasma using a long electrode has been disclosed (for example, see Patent Document 7). Although described as generating heat plasma, it generates low-temperature plasma and is not suitable for heat treatment. If thermal plasma is generated, it is assumed that it is difficult to generate uniform thermal plasma in the longitudinal direction because arc discharge is concentrated in one place because of the capacitive coupling type using electrodes. On the other hand, the low temperature plasma processing apparatus is an apparatus capable of performing plasma processing such as etching and film formation by converting an etching gas or a gas for CVD (Chemical Vapor Deposition) into plasma.
また、マイクロストリップラインを用いて長尺プラズマを生成する方法が開示されている(例えば、特許文献8を参照)。この構成では、プラズマに接触するチャンバ壁面が完全には冷却できない(水冷流路によって囲まれていない)ので、熱プラズマ源としては動作できないものと考えられる。 Further, a method for generating a long plasma using a microstrip line is disclosed (for example, see Patent Document 8). In this configuration, it is considered that the chamber wall surface in contact with the plasma cannot be completely cooled (not surrounded by the water-cooled flow path), and therefore cannot operate as a thermal plasma source.
また、複数の放電電極をライン状に並べることにより、線状の長尺プラズマトーチを形成するものが開示されている(例えば、特許文献9を参照)。 Moreover, what forms a linear elongate plasma torch by arranging a plurality of discharge electrodes in a line is disclosed (see, for example, Patent Document 9).
しかしながら、半導体の結晶化など、ごく短時間だけ基材の表面近傍を高温処理する用途に対して、従来の熱プラズマを大面積に発生させる技術は有効ではなかった。 However, conventional techniques for generating a large area of thermal plasma have not been effective for applications in which the vicinity of the surface of a substrate is treated at a high temperature for a very short time, such as crystallization of a semiconductor.
従来例に示した特許文献2に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、広幅化はされるものの、広幅化された領域における温度分布は100℃以上となっており、均一な熱処理の実現は不可能である。
In the technology for generating thermal plasma in a large area described in
また、従来例に示した特許文献3、4に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、本質的には熱プラズマを揺動させるものであるから、実質的に熱処理されている時間は、回転させずに走査した場合と比べて短くなるので、大面積を処理する時間が特段短くなるものではない。また、均一処理のためには回転速度を走査速度に比べて十分に大きくする必要があり、ノズルの構成が複雑化することは避けられない。
Further, in the techniques described in
また、従来例に示した特許文献5に記載の技術は溶接技術であり、大面積を均一に処理するための構成ではない。仮にこれを大面積処理用途に適用しようとしても、この構成においては点状のアークが帯状電極に沿って振動するので、時間平均すると均一にプラズマが発生するものの、瞬間的には不均一なプラズマが生じている。したがって、大面積の均一処理には適用できない。 Moreover, the technique described in Patent Document 5 shown in the conventional example is a welding technique and is not a configuration for uniformly processing a large area. Even if this is applied to a large area processing application, in this configuration, since a point-like arc vibrates along the strip electrode, plasma is generated uniformly when time averaged, but instantaneously non-uniform plasma is generated. Has occurred. Therefore, it cannot be applied to large area uniform processing.
また、従来例に示した特許文献6に記載の技術は、非特許文献1や特許文献1に開示されているDCアーク放電を用いたものと異なり、誘導結合型の高周波プラズマトーチであることが特徴である。無電極放電であることから、熱プラズマの安定性に優れ(時間変化が小さい)、電極材料の基材への混入(コンタミネーション)が少ないという利点がある。
Further, the technique described in
さて、誘導結合型プラズマトーチにおいては、高温プラズマから絶縁体材料を保護するために、絶縁体材料を二重管構成としてその間に冷媒を流す方法が一般的に採用されている。しかしながら、従来例に示した特許文献6に記載の技術においては、絶縁体材料が扁平な直方体状をなしていることから、これを単純に二重管構成としただけでは、十分な流量の冷媒を流すことができない。なぜなら、絶縁体材料は一般に金属に比べて機械的強度に劣るため、絶縁体材料を長尺方向に余りに長くすると、二重管の内圧を高くできなくなるからである。このため、大面積を均一に処理するのに限界がある。
In an inductively coupled plasma torch, in order to protect the insulator material from high-temperature plasma, a method is generally adopted in which the insulator material is made into a double tube configuration and a coolant is passed therebetween. However, in the technique described in
また、仮に絶縁体材料の冷却の問題がないと仮定しても、従来例に示した特許文献6に記載の技術においては、絶縁体材料の内部空間に形成した高温プラズマは、その最下部から噴出するごく一部のみが基材に直接作用する構成であるため、電力効率が悪いという問題点がある。また、絶縁体材料の内部空間においては、中心付近のプラズマ密度が高くなるので、長尺方向にプラズマが不均一となり、基材を均一に処理することができないという問題点がある。
Even if it is assumed that there is no problem of cooling of the insulator material, in the technique described in
なお、点状の熱プラズマであっても、その直径が大きければ大面積処理の際の走査回数を減らせるため、用途によっては短時間で処理できる。しかし、熱プラズマの直径が大きいと、走査時に熱プラズマが基材上を通過する時間が実質的に長くなるため、ごく短時間だけ基材の表面近傍のみを高温処理することはできず、基材のかなり深い領域までが高温になり、例えばガラス基板の割れや膜剥がれなどの不具合を生じることがある。 Even in the case of dot-like thermal plasma, if the diameter is large, the number of scans during large area processing can be reduced, so that it can be processed in a short time depending on the application. However, if the diameter of the thermal plasma is large, the time for the thermal plasma to pass over the substrate during scanning becomes substantially longer, so that only the vicinity of the surface of the substrate cannot be treated at a high temperature for a very short time. Even a considerably deep region of the material becomes high temperature, which may cause defects such as cracking of the glass substrate and peeling of the film.
また、従来例に示した特許文献9に記載の技術では、先に述べた誘導結合型の高周波プラズマトーチと比較して、熱プラズマの安定性に劣り(時間変化が大きい)、電極材料の基材への混入(コンタミネーション)が多いという欠点がある。
Further, the technique described in
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、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に際して、或いは、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低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理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 a problem. When the high temperature heat treatment is performed uniformly over the surface of the base material for a very short time, or the plasma by the reactive gas or the plasma and the reactive gas flow are simultaneously irradiated onto the base material. Thus, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of processing the entire desired region of the base material in a short time when the base material is subjected to low temperature plasma processing.
本願の第1発明のプラズマ処理装置は、誘電体ブロック内に設けられた長尺チャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス導入口と、前記誘電体ブロックに接合され、かつ、前記長尺チャンバに平行に設けられた誘電体製の円筒管と、前記円筒管内に設けられた長尺のソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルに接続された高周波電源とを備え、前記長尺チャンバが長尺の開口部を備え、前記開口部と対向して配置され、かつ基材を保持する基材載置台を備え、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載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えたことを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to the first invention of the present application is a long chamber provided in a dielectric block, a gas introduction port for supplying gas into the chamber, the dielectric block, and the long block. A dielectric cylindrical tube provided in parallel to the chamber; a long solenoid coil provided in the cylindrical tube; and a high-frequency power source connected to the solenoid coil, wherein the long chamber is long An opening, a substrate mounting table disposed opposite to the opening and holding the substrate, the longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening being disposed in parallel, and the opening And a moving mechanism that allows the chamber and the substrate mounting table to move relatively in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
このような構成により、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に際して、或いは、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低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。 With such a configuration, when the high-temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low-temperature plasma processing by irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow at the same time. In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.
本願の第1発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記誘電体ブロックが、少なくとも一方が凸部をもつ誘電体製の2枚の薄板を、前記凸部を接合面として接合されたものであることが望ましい。 In the plasma processing apparatus of the first invention of the present application, preferably, the dielectric block is formed by joining two thin plates made of a dielectric having at least one convex portion with the convex portion as a joining surface. It is desirable to be.
このような構成により、簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, a plasma processing apparatus can be realized with a simple configuration.
また、好適には、前記円筒管内が冷媒流路となっていることが望ましい。 Further, preferably, the inside of the cylindrical tube is a refrigerant flow path.
このような構成により、プラズマ処理装置の効果的な冷却が実現できる。 With such a configuration, effective cooling of the plasma processing apparatus can be realized.
また、好適には、前記ソレノイドコイルが設けられた円筒管とは別に、冷媒流路となる誘電体製の円筒管が前記誘電体ブロックに接合されていることが望ましい。 Preferably, a dielectric cylindrical tube serving as a refrigerant flow path is joined to the dielectric block separately from the cylindrical tube provided with the solenoid coil.
このような構成により、プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。 With such a configuration, more effective cooling of the plasma processing apparatus can be realized.
また、この場合、前記冷媒流路が、前記長尺チャンバの長手方向の両側に設けられた2つの冷媒マニホールドと連通することが望ましい。 In this case, it is desirable that the refrigerant flow path communicates with two refrigerant manifolds provided on both sides in the longitudinal direction of the long chamber.
このような構成により、プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。 With such a configuration, more effective cooling of the plasma processing apparatus can be realized.
本願の第2発明のプラズマ処理装置は、誘電体ブロック内に設けられた長尺チャンバと、前記チャンバ内にガスを供給するガス導入口と、前記誘電体ブロックに接合され、かつ、中空の導体管製で、かつ、前記長尺チャンバに平行に設けられた長尺のソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイルに接続された高周波電源とを備え、前記長尺チャンバが長尺の開口部を備え、前記開口部と対向して配置され、かつ基材を保持する基材載置台を備え、
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載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えたことを特徴とする。
A plasma processing apparatus according to a second invention of the present application includes a long chamber provided in a dielectric block, a gas introduction port for supplying gas into the chamber, a hollow conductor joined to the dielectric block, and A long solenoid coil made of a tube and provided in parallel to the long chamber, and a high-frequency power source connected to the solenoid coil, the long chamber having a long opening, A substrate mounting table disposed opposite to the opening and holding the substrate;
The longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel, and the chamber and the substrate mounting table are relatively movable in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening. A moving mechanism is provided.
このような構成により、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に際して、或いは、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低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。 With such a configuration, when the high-temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low-temperature plasma processing by irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas stream simultaneously In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.
本願の第2発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記誘電体ブロックが、少なくとも一方が凸部をもつ誘電体製の2枚の薄板を、前記凸部を接合面として接合されたものであることが望ましい。 In the plasma processing apparatus of the second invention of the present application, preferably, the dielectric block is formed by joining two thin plates made of a dielectric having at least one convex portion with the convex portion as a joining surface. It is desirable to be.
このような構成により、簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, a plasma processing apparatus can be realized with a simple configuration.
また、好適には、前記ソレノイドコイル内が冷媒流路となっていることが望ましい。 Further, preferably, the inside of the solenoid coil is a refrigerant flow path.
このような構成により、プラズマ処理装置の効果的な冷却が実現できる。 With such a configuration, effective cooling of the plasma processing apparatus can be realized.
また、好適には、前記ソレノイドコイルとは別に、冷媒流路となる誘電体製の円筒管が前記誘電体ブロッに接合されていることが望ましい。 In addition, it is preferable that a dielectric cylindrical tube serving as a refrigerant flow path is joined to the dielectric block separately from the solenoid coil.
このような構成により、プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。 With such a configuration, more effective cooling of the plasma processing apparatus can be realized.
また、この場合、前記冷媒流路が、前記長尺チャンバの長手方向の両側に設けられた2つの冷媒マニホールドと連通することが望ましい。 In this case, it is desirable that the refrigerant flow path communicates with two refrigerant manifolds provided on both sides in the longitudinal direction of the long chamber.
このような構成により、プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。 With such a configuration, more effective cooling of the plasma processing apparatus can be realized.
本願の第3発明のプラズマ処理方法は、誘電体ブロックで囲まれた長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、前記長尺チャンバに形成された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、コイルに高周波電力を供給することで、前記長尺チャンバ内に高周波電磁界を発生させるプラズマ処理方法において、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しながら前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合された誘電体製の円筒管内に設けられたソレノイドコイルからなることを特徴とする。 In the plasma processing method of the third invention of the present application, gas is supplied from a slit-shaped opening formed in the long chamber toward the substrate while supplying the gas into the long chamber surrounded by the dielectric block. In the plasma processing method for generating a high-frequency electromagnetic field in the long chamber by supplying high-frequency power to the coil while ejecting, the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening A plasma processing method for treating the surface of the base material while relatively moving the coil, wherein the coil is composed of a solenoid coil provided in a dielectric cylindrical tube joined to the dielectric block. It is characterized by.
このような構成により、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に際して、或いは、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低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。 With such a configuration, when the high-temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low-temperature plasma processing by irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow at the same time. In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.
本願の第4発明のプラズマ処理方法は、誘電体ブロックで囲まれた長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、前記長尺チャンバに形成された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、コイルに高周波電力を供給することで、前記長尺チャンバ内に高周波電磁界を発生させるプラズマ処理方法において、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しながら前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合され、かつ、中空の導体管製で、かつ、前記長尺チャンバに平行に設けられた長尺のソレノイドコイルからなることを特徴とする。 In the plasma processing method of the fourth invention of the present application, gas is supplied from a slit-shaped opening formed in the long chamber toward the substrate while supplying the gas into the long chamber surrounded by the dielectric block. In the plasma processing method for generating a high-frequency electromagnetic field in the long chamber by supplying high-frequency power to the coil while ejecting, the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening A plasma processing method for processing the surface of the base material while relatively moving the coil, wherein the coil is joined to the dielectric block, made of a hollow conductor tube, and the long chamber. It consists of an elongate solenoid coil provided in parallel with the.
このような構成により、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に際して、或いは、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低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。 With such a configuration, when the high-temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low-temperature plasma processing by irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas stream simultaneously In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.
本発明によれば、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に際して、或いは、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低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。 According to the present invention, when a high temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the base material for a very short time, or the base material is subjected to low temperature plasma processing by simultaneously irradiating the base material with plasma or plasma and a reactive gas flow. In this case, the entire desired region to be treated of the substrate can be processed in a short time.
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及び図2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
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の長尺方向に垂直な面で切った断面図である。図1(b)及び(c)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。図1(b)は図1(a)の破線B〜B‘で切った断面図、図1(c)は図1(a)の破線A〜A‘で切った断面図である。また、図1(a)は図1(b)の破線で切った断面図である。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。
FIG. 1A shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図1及び図2において、基材載置台1上に基材2が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットTにおいて、コイルをなす中空の導体管としてのソレノイドコイル3が、誘電体製の長尺チャンバを構成する石英ブロック4の近傍に配置されている。石英ブロック4の上部に真鍮蓋6が設けられている。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。
1 and 2, the
長尺チャンバ内部の空間7は、石英ブロック4に設けられたスリットである。つまり、長尺チャンバが誘電体で囲まれている構成である。長尺チャンバ内部の空間7に発生したプラズマは、長尺チャンバにおけるスリット状の開口部としてのプラズマ噴出口8より基材2に向けて噴出する。また、長尺チャンバの長手方向とプラズマ噴出口8の長手方向とは平行に配置されている。
A
真鍮蓋6の上方に、プラズマガスマニホールド9が設けられる。プラズマガスマニホールド9に供給されたガスは、石英ブロック4に設けられた穴からなるプラズマガス供給配管10を介して、石英ブロック4に設けられたガス導入口としてのプラズマガス供給穴11より長尺チャンバ内部の空間7に導入される。プラズマガス供給配管10は長手方向に複数設けられているので、長手方向に均一なガス流れを簡単に形成できる。
A
ソレノイドコイル3は、石英ブロック4に接合される。また、ソレノイドコイルの中心軸は、長尺チャンバの長手方向、及び、プラズマ噴出口8の長手方向と平行に配置されている。
The
また、基材載置台1に近い部分に、シールドガスノズル13が配置され、その内部にはシールドガスマニホールド14が設けられる。このように、2系統のガス導入が準備されており、プラズマ生成に適したプラズマガスとは別にシールドガスを供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、或いは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。
Further, a
ソレノイドコイル3は中空であり、その内部は冷媒流路となっている。すなわち、ソレノイドコイル3の内部には冷媒としての冷却水が流れ、ソレノイドコイル3の冷却と、これに接合された石英ブロック4の冷却が実現される。また、冷媒流路となる石英管15が誘電体ブロックに接合されている。全ての石英管15は、真鍮ブロック16の外側に設けられた樹脂ケース17と真鍮ブロック16との間の空間がなす冷媒マニホールドとしての冷却水マニホールド18に連通している。樹脂ケース17には、図示しない冷媒導入口・冷媒排出口としての冷却水出入口が各1箇所ずつ設けられ、誘導結合型プラズマトーチユニットTへの水冷配管の引き回しが非常に簡潔なものとなっており、小型のトーチを構成しうる。すなわち、長尺チャンバの長手方向の両側に2つの冷却水マニホールド18を備え、各部材に2つの冷却水マニホールド18を連通する冷媒流路を備えた構成である。ソレノイドコイル3は、その端部が直角に曲げられ、冷媒入口及び出口が冷却水マニホールド18に連通しない構成としているが、端部を曲げずに、絶縁碍子などを介して真鍮ブロック16を貫通させ、ソレノイドコイル3の内部が、石英管15への冷媒流路と並列な冷媒流路となるような構成としてもよい。
The
ソレノイドコイル3と石英ブロック4との接合、及び、石英管15と石英ブロック4との接合は、溶接法によるものの他、各種接着剤を用いて行うことが可能である。冷却効率を確保するため、接着剤を用いる場合はできるだけ薄く、均一に塗布することが好ましい。
The joining of the
ソレノイドコイル3及び石英管15を石英ブロック4に接合する構成の利点は、既成の板材、管材を活用できるため、安価・短納期で製作可能であること、また、肉厚の石英板に貫通穴をあける場合に比べて、長尺チャンバと冷媒流路の距離を小さくできるため、冷却効率が良いこと、である。
The advantage of the structure in which the
ソレノイドコイル3の両端は、図示しない銅板を通じて図示しない高周波整合回路に接続される。
Both ends of the
このように、本実施の形態においては、石英ブロック4に、断面が円形の冷却水配管が密に接合されているので、従来例に示した特許文献6に記載の技術において二重管構成として水冷した場合に比べて、はるかに大量の冷媒を流すことができる。
Thus, in this Embodiment, since the cooling water piping with a circular cross section is closely joined to the
なお、プラズマガスマニホールド9へのガス導入は、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たプラズマガス供給配管21を介して実現される。
The gas introduction to the
長方形のスリット状のプラズマ噴出口8が設けられ、基材載置台1(或いは、基材載置台1上の基材2)は、プラズマ噴出口8と対向して配置されている。この状態で、長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、プラズマ噴出口8から基材2に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源よりソレノイドコイル3に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ内部の空間7にプラズマを発生させ、プラズマ噴出口8からプラズマを基材2に照射することにより、基材2上の薄膜22をプラズマ処理することができる。プラズマ噴出口8の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台1とを相対的に移動させることで、基材2を処理する。つまり、図1(a)の左右方向へ、図1(b)(c)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または基材載置台1を動かす。
A rectangular slit-shaped
長尺チャンバ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 supplied into the long chamber. 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 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).
なお、本構成においては、プラズマ噴出口8の長手方向の長さが、基材2の幅以上となっているので、一度の走査(誘導結合型プラズマトーチユニットTと基材載置台1とを相対的に移動すること)で基材2の表面近傍の薄膜22の全体を処理することができる。
In this configuration, since the length in the longitudinal direction of the
このようなプラズマ処理装置において、長尺チャンバ内にガス噴出口よりArまたはAr+H2ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口8から基材2に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源より13.56MHzの高周波電力を、ソレノイドコイル3に供給することにより、長尺チャンバ内部の空間7に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させ、プラズマ噴出口8からプラズマを基材2に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
In such a plasma processing apparatus, a high-frequency power source (not shown) is supplied while Ar or Ar + H 2 gas is supplied from a gas outlet into a long chamber and gas is jetted from the
このように、プラズマ噴出口8の長手方向と、基材載置台1とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口8の長手方向とは垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台1とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマの長さと、基材2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。また、長尺チャンバをその中心軸に垂直な面で切った断面の幅(図1(a)における、長尺チャンバ内部の空間7の幅)は、プラズマ噴出口8の幅(図1(a)における隙間の幅)と同じか、少し大きく程度でよい。つまり、生成すべきプラズマの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。
As described above, the long chamber and the substrate mounting table 1 are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the
また、長尺チャンバ内部の空間7においては、長尺方向に比較的均一なプラズマが生成できるので、特許文献6に開示されている従来例などと比べて、基材を均一に処理することができる。
Further, in the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図3を参照して説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図3は本発明の実施の形態2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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。
FIG. 3 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
本発明の実施の形態2においては、実施の形態1とは、石英ブロック4及び真鍮蓋6の形状が異なるだけであるから、それ以外の説明は省略する。
In the second embodiment of the present invention, only the shapes of the
図1においては、プラズマガスマニホールド9に供給されたガスは、石英ブロック4に設けられた穴からなるプラズマガス供給配管10を介して、石英ブロック4に設けられたガス導入口としてのプラズマガス供給穴11より長尺チャンバ内部の空間7に導入されていたが、図3においては、プラズマガスマニホールド9に供給されたガスは、真鍮蓋6に設けられた穴からなるプラズマガス供給配管10を介して、その出口となるガス導入口としてのプラズマガス供給穴11より長尺チャンバ内部の空間7に導入されている。石英ブロック4の上面は、長尺のスリット状の開口となっている構成である。
In FIG. 1, the gas supplied to the
このような構成では、石英ブロック4に複雑な穴加工を施す必要がないため、より容易にプラズマ処理装置を構成することができる。
In such a configuration, it is not necessary to perform complicated drilling on the
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図4を参照して説明する。
(Embodiment 3)
図4は本発明の実施の形態3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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。
FIG. 4 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図4において、石英ブロック4は、第1石英板24及び第2石英板25を接合することにより構成されている。第1石英板24にはプラズマガス供給配管21が接合されている。また、第2石英板25には、接合後に長尺チャンバ内部の空間7、プラズマ噴出口8、プラズマガスマニホールド9、プラズマガス供給配管10となる凹部が形成されている。逆にいえば、これらの凹部以外が凸部を構成しており、石英ブロック4が、この凸部を接合面として接合されたものとして構成される。
In FIG. 4, the
このような構成では、石英ブロック4に深い穴加工を施す必要がなく、浅い凹部を加工するだけであるから、より容易にプラズマ処理装置を構成することができる。
In such a configuration, it is not necessary to drill a deep hole in the
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4について、図5及び図6を参照して説明する。
(Embodiment 4)
図5は本発明の実施の形態4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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。また、図6は、図5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。
FIG. 5 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図5において、実施の形態3と同様に、石英ブロック4は、第1石英板24及び第2石英板25を接合することにより構成されている。ソレノイドコイル3は、長尺チャンバ内部の空間7との間にプラズマガスマニホールド9及びプラズマガス供給配管10を挟んで、誘導結合型プラズマトーチユニットTの上部に配置される。
In FIG. 5, the
このような構成では、石英ブロック4の両側に同数の石英管15を配置できるので、より効果的に冷却が行えるという利点がある。
In such a configuration, since the same number of
(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5について、図7を参照して説明する。
(Embodiment 5)
The fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図7は本発明の実施の形態5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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。 FIG. 7 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. To do.
図7において、石英ブロック4の上部から導体板26が挿入され、その一部が長尺チャンバ内部の空間7に露出している。導体板26には、プラズマガスマニホールド9、プラズマガス供給配管10を構成する凹部が形成されている。
In FIG. 7, the
このように、導体製の部材を長尺チャンバ内部の空間7に露出させることにより、コイルとこの導体製の部材との間の容量結合が強まり、より低い高周波電力での放電点火が可能となる。
In this way, by exposing the conductor member to the
また、プラズマガス供給配管10が接地された導体に囲まれる構成となっているので、プラズマガス供給配管10内部で発生しうる望ましくない放電を効果的に抑制できる。
In addition, since the plasma
(実施の形態6)
以下、本発明の実施の形態6について、図8を参照して説明する。
(Embodiment 6)
The sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図8は本発明の実施の形態6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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。
FIG. 8 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図8において、石英ブロック4の上部から導体板26が挿入され、その一部が長尺チャンバ内部の空間7に露出している。導体板26には、プラズマガスマニホールド9、プラズマガス供給配管10を構成する凹部が形成されている。
In FIG. 8, a
実施の形態5においては、石英ブロック4に設けられた細い隙間に導体板26を挿入していたのに対して、本実施の形態においては、石英ブロック4の厚さ方向に片側が開かれた開口部を塞ぐように導体板26が配置されている。このような構成では、構成部材の温度上昇時に発生しうる、導体板26と石英ブロック4との熱膨張係数の違いに起因する応力の発生を抑制することが可能である。
In the fifth embodiment, the
(実施の形態7)
以下、本発明の実施の形態7について、図9を参照して説明する。
(Embodiment 7)
The seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図9は本発明の実施の形態7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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。
FIG. 9 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to
図9において、石英ブロック4の側面に設けられた穴に導体板26が挿入され、その一部が長尺チャンバ内部の空間7に露出している。プラズマガスマニホールド9、プラズマガス供給配管10を構成する凹部は、石英ブロック4を構成する2枚の石英板の片方に形成されている。
In FIG. 9, a
(実施の形態8)
以下、本発明の実施の形態8について、図10及び図11を参照して説明する。
(Embodiment 8)
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図10は本発明の実施の形態8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の長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図1(a)に相当する。 FIG. 10 shows the configuration of the plasma processing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view of the inductively coupled plasma torch unit cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction, and corresponds to FIG. To do.
図10及び図11において、中空でない銅製で長尺のソレノイドコイル30が、石英管12の内側に配置される。すなわち、誘電体ブロックとしての石英ブロック4の側面に、円筒型の誘電体管としての石英管12が接合され、石英管12の内部にソレノイドコイル30が配置される。石英管12の内部は冷媒流路となっており、ソレノイドコイル30の冷却と、これに接合された石英ブロック4の冷却が実現される。
10 and 11, a non-hollow copper and
ソレノイドコイル30の両端は、真鍮ブロック16を貫通し、図示しない銅部材を通じて図示しない高周波整合回路に接続される。
Both ends of the
このような構成により、ソレノイドコイル30と長尺チャンバ内部の空間7との距離を小さく保ちつつ、石英ブロック4を両側から効果的に冷却することができる。
With such a configuration, the
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、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1に対して走査してもよいが、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、基材載置台1を走査してもよい。 For example, the inductively coupled plasma torch unit T may be scanned with respect to the fixed substrate mounting table 1, but the substrate mounting table 1 is scanned with respect to the fixed inductively coupled plasma torch unit T. May be.
本発明の種々の構成によって、基材2の表面近傍を高温処理することが可能となるが、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ことは勿論、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、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、さまざまな表面処理に適用できる。また、太陽電池の製造方法としては、シリコンインゴットを粉砕して得られる粉末を基材上に塗布し、これにプラズマを照射して溶融させ多結晶シリコン膜を得る方法にも適用可能である。
The various configurations of the present invention enable high-temperature treatment of the vicinity of the surface of the
また、プラズマの着火を容易にするために、着火源を用いることも可能である。着火源としては、ガス給湯器などに用いられる点火用スパーク装置などを利用できる。 It is also possible to use an ignition source in order to facilitate plasma ignition. As an ignition source, an ignition spark device used for a gas water heater or the like can be used.
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。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。 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. 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低温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。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。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、CxFy(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。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、種々の低温プラズマ処理が可能である。従来技術(例えば、特許文献7に記載のもの)に比較すると、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処理することが可能となる。 In addition, the case where high-temperature heat treatment is uniformly performed in the vicinity of the surface of the base material for a very short time has been illustrated in detail. However, when the base material is subjected to low-temperature plasma processing by irradiating the base material with plasma or plasma and reactive gas flow at the same time. The present invention can also be applied. 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. 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, supplying a gas containing a reactive gas as a shielding gas, the plasma and the reactive gas flow are simultaneously irradiated onto the substrate. In addition, plasma processing such as etching, CVD, and doping can be realized. 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 the like. The reactive gas used for CVD includes monosilane, disilane, and the like, and silicon or silicon compound can be formed. 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 low-temperature plasma treatments such as surface treatment for modifying water repellency and hydrophilicity are possible. Compared to the prior art (for example, described in Patent Document 7), since it 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 a higher density plasma is generated. As a result, a high reaction rate can be obtained, and the entire desired region to be treated of the substrate can be processed 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ことは勿論、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、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、さまざまな表面処理において、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に際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。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・表面改質などの低温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処理する上で有用な発明である。 As described above, the present invention can be applied to the crystallization of the TFT semiconductor film and the modification of the semiconductor film for the solar cell, as well as cleaning the protective layer of the plasma display panel, reducing the degassing, Uniformity in the vicinity of the surface of the substrate for only a short time in various surface treatments such as surface flattening of dielectric layers consisting of aggregates, reduction of degassing, reflow of various electronic devices, plasma doping using solid impurity sources, etc. In the high temperature heat treatment, the present invention is useful for treating the entire desired region of the base material in a short time. In addition, it is a useful invention for processing a desired whole region of a substrate in a short time in low temperature plasma processing such as etching, film formation, doping, and surface modification in manufacturing various electronic devices. .
1 基材載置台
2 基材
T 誘導結合型プラズマトーチユニット
3,30 ソレノイドコイル
4 石英ブロック
6 真鍮蓋
7 長尺チャンバ内部の空間
8 プラズマ噴出口
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
12 石英管
13 シールドガスノズル
14 シールドガスマニホールド
15 石英管
16 真鍮ブロック
17 樹脂ケース
18 冷却水マニホールド
21 プラズマガス供給配管
22 薄膜
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記長尺チャンバが長尺の開口部を備え、
前記開口部と対向して配置され、かつ基材を保持する基材載置台を備え、
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載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えたこと、
を特徴とするプラズマ処理装置。 A long chamber provided in the dielectric block, a gas inlet for supplying gas into the chamber, and a dielectric made of a dielectric material joined to the dielectric block and provided in parallel to the long chamber. A cylindrical tube, a long solenoid coil provided in the cylindrical tube, and a high-frequency power source connected to the solenoid coil,
The long chamber includes a long opening;
A substrate mounting table that is arranged to face the opening and holds the substrate,
The longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel,
A moving mechanism that allows the chamber and the substrate mounting table to move relatively in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening;
A plasma processing apparatus.
前記長尺チャンバが長尺の開口部を備え、
前記開口部と対向して配置され、かつ基材を保持する基材載置台を備え、
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載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えたこと、
を特徴とするプラズマ処理装置。 A long chamber provided in the dielectric block, a gas inlet for supplying gas into the chamber, a hollow conductor pipe joined to the dielectric block, and in the long chamber A long solenoid coil provided in parallel, and a high frequency power source connected to the solenoid coil,
The long chamber includes a long opening;
A substrate mounting table that is arranged to face the opening and holds the substrate,
The longitudinal direction of the chamber and the longitudinal direction of the opening are arranged in parallel,
A moving mechanism that allows the chamber and the substrate mounting table to move relatively in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening;
A plasma processing apparatus.
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しながら前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、
前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合された誘電体製の円筒管内に設けられたソレノイドコイルからなること、
を特徴とするプラズマ処理方法。 While supplying the gas into the long chamber surrounded by the dielectric block, the gas is ejected from the slit-shaped opening formed in the long chamber toward the base material, and high-frequency power is supplied to the coil. In the plasma processing method for generating a high-frequency electromagnetic field in the long chamber,
A plasma processing method of processing the surface of the base material while relatively moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening,
The coil comprises a solenoid coil provided in a dielectric cylindrical tube joined to the dielectric block;
A plasma processing method characterized by the above.
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しながら前記基材の表面を処理するプラズマ処理方法であって、
前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合され、かつ、中空の導体管製で、かつ、前記長尺チャンバに平行に設けられた長尺のソレノイドコイルからなること、
を特徴とするプラズマ処理方法。 While supplying the gas into the long chamber surrounded by the dielectric block, the gas is ejected from the slit-shaped opening formed in the long chamber toward the base material, and high-frequency power is supplied to the coil. In the plasma processing method for generating a high-frequency electromagnetic field in the long chamber,
A plasma processing method of processing the surface of the base material while relatively moving the chamber and the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening,
The coil is made of a long solenoid coil joined to the dielectric block, made of a hollow conductor tube, and provided in parallel to the long chamber;
A plasma processing method characterized by the above.
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