Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2014045565A1 - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及び方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2014045565A1
WO2014045565A1 PCT/JP2013/005492 JP2013005492W WO2014045565A1 WO 2014045565 A1 WO2014045565 A1 WO 2014045565A1 JP 2013005492 W JP2013005492 W JP 2013005492W WO 2014045565 A1 WO2014045565 A1 WO 2014045565A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma
opening
plasma processing
processing apparatus
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/005492
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
奥村　智洋
中山　一郎
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Priority to KR1020147006272A priority Critical patent/KR20140046065A/ko
Publication of WO2014045565A1 publication Critical patent/WO2014045565A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/182—Special manufacturing methods for polycrystalline Si, e.g. Si ribbon, poly Si ingots, thin films of polycrystalline Si
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and method. Specifically, thermal plasma treatment that irradiates the substrate with thermal plasma and processing the substrate, or low temperature plasma treatment that treats the substrate by irradiating the substrate with the plasma by the reactive gas or the plasma and the reactive gas flow simultaneously. Or an apparatus for doing so.
  • poly-Si polycrystalline silicon
  • TFTs thin film transistors
  • solar cells solar cells
  • poly-Si TFTs thin film transistors
  • poly-Si TFT has high carrier mobility and can be manufactured on a transparent insulating substrate such as a glass substrate.
  • the poly-Si TFT is widely used as a switching element constituting a pixel circuit of a liquid crystal display device, a liquid crystal projector, an organic EL display device or the like, or a circuit element of a liquid crystal driving driver.
  • high temperature process One of the methods for producing a high-performance TFT on a glass substrate is a manufacturing method generally called “high temperature process”.
  • a process in which the maximum temperature during the process is about 1000 ° C. is generally referred to as a “high temperature process”.
  • 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
  • a clean polycrystalline This is the point that an interface between silicon and the gate insulating layer can be formed.
  • high-performance TFT with high mobility and high reliability can be stably manufactured due to these characteristics.
  • the high temperature process is a process of crystallizing a silicon film by solid phase growth. Therefore, the processing time of the high temperature process needs a long time of about 48 hours. Because of such a very long process, a large number of heat treatment furnaces are inevitably required to increase the throughput, which hinders cost reduction. In addition, in order to perform a high-temperature process, quartz glass, which is an insulating substrate with high heat resistance, must be used. For this reason, the cost of the substrate is increased and it is not suitable for increasing the area.
  • a process for manufacturing poly-Si TFTs on a relatively inexpensive heat-resistant glass substrate in a temperature environment where the maximum temperature is about 600 ° C. or lower is generally called 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.
  • thermal plasma jet crystallization method 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 thermal plasma jet crystallization method will be briefly described below.
  • thermal plasma is thermal equilibrium plasma, which is an ultra-high temperature heat source in which the temperatures of ions, electrons, neutral atoms, and the like are approximately equal and they are about 10,000K. Therefore, the thermal plasma can easily heat the object to be heated to a high temperature.
  • the a-Si film can be crystallized by scanning the entire surface of the substrate on which the a-Si film has been deposited with high-temperature thermal plasma at high speed.
  • the thermal plasma jet crystallization method has a very simple apparatus configuration and is a crystallization process under atmospheric pressure. Further, it is not necessary to cover the apparatus with an expensive member such as a sealed 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.
  • FIG. 17 is a schematic diagram for explaining a method of crystallizing a semiconductor film by a thermal plasma jet crystallization method.
  • a thermal plasma generator 31 shown in FIG. 17 includes a cathode 32 and an anode 33 that is disposed to face the cathode 32 with a predetermined distance therebetween.
  • the cathode 32 is made of a conductor such as tungsten.
  • the anode 33 is made of a conductor such as copper, for example. Further, the anode 33 is formed in a hollow shape, and is configured to be cooled through water through the hollow portion.
  • An ejection hole (nozzle) 34 is provided in the anode 33.
  • a direct current (DC) voltage is applied between the cathode 32 and the anode 33, an arc discharge is generated between the two electrodes.
  • a gas such as argon gas between the cathode 32 and the anode 33 under atmospheric pressure, the thermal plasma 35 can be ejected from the ejection hole 34.
  • Thermal plasma can be used for heat treatment for crystallization of a semiconductor film.
  • a thermal plasma (thermal plasma jet) 35 is irradiated onto a semiconductor film 37 (for example, an amorphous silicon film) formed on the substrate 36.
  • the thermal plasma 35 is irradiated to the semiconductor film 37 while relatively moving along a first axis (in the illustrated example, the left-right direction) parallel to the surface of the semiconductor film 37. That is, the thermal plasma 35 is irradiated to the semiconductor film 37 while scanning in the first axis direction.
  • the semiconductor film 37 is heated by the high temperature of the thermal plasma 35 to obtain a crystallized semiconductor film 38 (polysilicon film in this example) (for example, see Patent Document 1). ).
  • FIG. 18 is a conceptual diagram showing the relationship between the depth from the outermost surface of the semiconductor film 37 irradiated with the thermal plasma 35 and the temperature. As shown in FIG. 18, by moving the thermal plasma 35 at a high speed, only the vicinity of the surface of the semiconductor film 37 can be processed at a high temperature. Since the region irradiated with the thermal plasma 35 is quickly cooled after irradiation, the vicinity of the surface can be heated to a high temperature for a very short time.
  • thermal plasma 35 is maintained by thermionic emission from the cathode 32. And the amount of thermal electron emission increases at a position where the plasma density is high. In other words, arc discharge is concentrated on one point of the cathode, and thermal plasma is generated in a dotted region. In this way, the selective generation of thermal plasma in the dot-like region is referred to as positive feedback.
  • a plasma torch having a plasma jet nozzle and a widening gas nozzle is disclosed (see, for example, Patent Document 2), and a plasma jet ejected from the plasma jet nozzle is widened with a gas ejected from the widening gas nozzle.
  • a method is disclosed.
  • a plasma torch in which the mouth of the plasma nozzle is inclined with respect to the axis of the nozzle passage (see, for example, Patent Document 3). And the method of rotating the casing which comprises a nozzle channel
  • a plasma torch provided with a rotating head having an eccentrically arranged plasma nozzle (see, for example, Patent Document 4).
  • a strip electrode is used and the width direction is set 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).
  • an inductively coupled plasma torch using a flat rectangular parallelepiped insulator material and having a linear and elongated plasma chamber is disclosed (see, for example, Patent Documents 6 and 7).
  • a plasma flat gun for an ion implantation system having a plasma chamber composed of a rectangular parallelepiped space is disclosed (see, for example, Patent Documents 8 and 9).
  • 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.
  • Patent Document 12 there has been disclosed a technique in which a plurality of discharge electrodes are arranged in a line to form a linear long plasma torch (see, for example, Patent Document 12).
  • JP 2008-53634 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-118027 JP 2001-68298 A Special Table 2002-500818 Japanese Patent Laid-Open No. 04-284974 Special table 2009-545165 US Patent Application Publication No. 2010/0178435 Special table 2009-520324 US Patent Application Publication No. 2007/0137576 JP 2007-287454 A Special table 2010-539336 JP 2009-158251 A
  • Patent Documents 3 and 4 for generating thermal plasma over a large area essentially swing thermal plasma. Therefore, the time during which the heat treatment is substantially performed is shorter than that when scanning is performed without rotation. Therefore, the time required for processing a large area is not particularly shortened. In addition, for uniform processing, it is necessary to make the rotation speed sufficiently higher than the scanning speed, which complicates the nozzle configuration.
  • Patent Document 5 The technique described in Patent Document 5 is a welding technique, and is not a configuration for uniformly processing a large area. Even if it is going to apply the welding technique of patent document 5 to a large area processing use, since a dotted
  • Patent Documents 6 to 7 use an inductively coupled high-frequency plasma torch.
  • An inductively coupled high-frequency plasma torch produces electrodeless discharge, and thus has the advantages of excellent thermal plasma stability (small time change) and less contamination of electrode material into the substrate (contamination).
  • the insulator material is made into a double tube configuration and a refrigerant is passed therebetween.
  • the plasma torch described in Patent Documents 6 to 7 has a flat rectangular parallelepiped plasma chamber made of an insulating material.
  • a sufficient flow rate of refrigerant cannot flow through the double tube.
  • the insulator material is inferior in mechanical strength as compared with metal, and therefore, if the insulator material is too long in the longitudinal direction, the internal pressure of the double pipe cannot be increased. For this reason, there is a limit to uniformly processing a large area.
  • Patent Documents 6 to 7 have been put to practical use for analysis or thermal spraying. However, these have the disadvantage that the plasma generation efficiency is poor and the discharge becomes unstable when the gas flow rate is increased.
  • high-temperature heat treatment is performed uniformly in the vicinity of the surface of the substrate to be treated for a very short time, or the substrate is subjected to low-temperature plasma treatment by simultaneously irradiating the substrate with plasma or a plasma and a reactive gas flow.
  • a plasma processing apparatus is provided. Therefore, it is possible to provide a plasma processing apparatus that can generate plasma stably and efficiently, and can efficiently process the entire desired region of the substrate in a short time.
  • the plasma processing apparatus includes a dielectric member that defines an annular chamber including an annular space communicating with an opening having an opening width larger than 1 mm, and a gas for introducing gas into the annular chamber.
  • a substrate mounting table for disposing a substrate close to the opening, a supply pipe, a coil provided in the vicinity of the dielectric member defining the annular chamber, a high-frequency power source connected to the coil, and a substrate With.
  • the substrate can be irradiated with plasma along with the gas to subject the substrate to low temperature plasma treatment.
  • the annular chamber has a long shape, the opening is long and linear, and the coil is in the longitudinal direction of 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 of the opening. With such a configuration, the entire desired region to be treated of the substrate can be efficiently processed in a short time.
  • the length of the opening is shorter than the major axis diameter of the annular space constituting the annular chamber.
  • the dielectric member has a coolant channel provided in the dielectric member and parallel to the longitudinal direction of the opening; or the dielectric member And a dielectric tube that is parallel to the longitudinal direction of the opening and has a coolant channel inside.
  • the dielectric member is inserted into an outer dielectric block that constitutes an outer surface of the annular space, and the outer dielectric block,
  • the dielectric member is inserted into an outer dielectric block that constitutes an outer surface of the annular space, and the outer dielectric block,
  • Such a configuration having the inner dielectric block constituting the side surface simplifies the configuration of the plasma processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus of the first invention of the present application is preferably configured such that the distance between the end face of the opening and the substrate can be 1 mm or less. With such a configuration, plasma can be generated more stably and efficiently.
  • the width of the annular space constituting the annular chamber is not less than 1 mm and not more than 10 mm. With such a configuration, more stable plasma generation is possible.
  • the opening width of the opening is equal to the width of the annular space constituting the annular chamber.
  • the major axis diameter of the annular space constituting the annular chamber is preferably 10 mm or more. With such a configuration, more stable plasma generation is possible.
  • the opening width of the opening is preferably variable. With such a configuration, it is possible to provide a plasma processing apparatus that can cope with a wider variety of plasma processing.
  • the plasma processing apparatus of the first invention of the present application is preferably provided around the substrate mounting table so as to surround an edge of the substrate when the substrate is arranged on the substrate mounting table.
  • a flat plate cover is preferably provided around the substrate mounting table so as to surround an edge of the substrate when the substrate is arranged on the substrate mounting table.
  • the surface of the cover and the surface of the base material when the base material is disposed are arranged on the same plane. With such a configuration, more stable plasma generation is possible.
  • At least the surface of the cover is made of an insulating material. With such a configuration, more stable plasma generation is possible.
  • the plasma processing method of the second invention of the present application is a method of plasma processing the surface of a base material: supplying gas into an annular chamber constituted by an annular space surrounded by a dielectric member except for the opening. Supplying a high-frequency power to a coil provided in the vicinity of the annular chamber to generate a high-frequency electromagnetic field in the annular chamber to generate plasma; and in the vicinity of the opening, in the opening Exposing a substrate disposed opposite to the plasma.
  • the plasma is generated stably and efficiently, so that the vicinity of the surface of the substrate is subjected to high temperature heat treatment uniformly for a very short time, or the plasma by the reactive gas or the plasma and the reactive gas flow are simultaneously generated.
  • the substrate can be irradiated with a low temperature plasma treatment.
  • an insulating film is formed on the surface of the base material exposed to the plasma.
  • plasma can be generated stably and efficiently.
  • the generated plasma can be subjected to high temperature heat treatment in the vicinity of the surface of the substrate uniformly for a very short time, or the substrate can be subjected to low temperature plasma treatment by simultaneously irradiating the substrate with plasma or plasma and a reactive gas flow. it can.
  • the entire desired region to be treated of the substrate can be efficiently processed in a short time.
  • Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention The perspective view which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention.
  • Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 of this invention Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 2 of this invention.
  • Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 3 of this invention Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 4 of this invention.
  • Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 5 of this invention Sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus in Embodiment 6 of this invention.
  • the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 show the configuration of the plasma processing apparatus in the first embodiment.
  • the plasma processing apparatus includes an inductively coupled plasma torch unit T and a substrate mounting table 1.
  • a substrate 2 to be plasma-treated is placed on the substrate mounting table 1.
  • a shield member (not shown) made of a conductor that is grounded as a whole, high-frequency leakage (noise) from the plasma torch unit T can be effectively prevented, and undesirable abnormal discharge and the like can be prevented. It can be effectively prevented.
  • the plasma torch unit T has a first quartz block 4, a second quartz block 5, and a solenoid coil 3, as shown in FIG.
  • FIG. 2 is a perspective view of the first quartz block 4, the second quartz block 5, and the solenoid coil 3.
  • the second quartz block 5 is inserted into the first quartz block 4, and the solenoid coil 3 is disposed so as to surround the first quartz block 4.
  • an annular chamber composed of the annular space 7 is defined (see FIG. 1).
  • FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views of the plasma torch unit T.
  • FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the plasma torch unit T and perpendicular to the placement surface of the substrate placement table 1.
  • FIGS. 1B, 1 ⁇ / b> C, and 1 ⁇ / b> D are cross-sectional views that are parallel to the longitudinal direction of the plasma torch unit and are perpendicular to the mounting surface of the substrate mounting table 1.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the broken line A-A ′ in FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line BB ′ in FIG. 1A;
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along a broken line CC ′ in FIG.
  • FIG. 4D is a cross-sectional view taken along a broken line DD ′ in FIG.
  • the annular chamber formed by the annular space 7 defined by the first quartz block 4 and the second quartz block 5 communicates with the external space through the opening 8.
  • the substrate 2 placed on the substrate mounting table 1 is disposed, and the substrate 2 and the opening 8 face each other.
  • annular chamber formed of the annular space 7 is surrounded by the outer wall surface of the second quartz block 5 as the inner dielectric block and the inner wall surface of the first quartz block 4 as the outer dielectric block into which the chamber is inserted. That is, the annular chamber is surrounded by the dielectric member except for the opening 8.
  • annular means a loop shape in which a start point and an end point coincide with each other, and is not limited to a ring.
  • the annular space 7 of the plasma torch unit T in the first embodiment has a racetrack shape having a major axis diameter and a minor axis diameter.
  • the race track has a shape having two straight sides that form two long sides and two short sides that are connected to both ends thereof.
  • the two short sides can be a semicircle, a semi-ellipse, or a straight line.
  • a plasma gas manifold 9 is provided inside the second quartz block 5 (see FIGS. 1A and 1B). Gas is supplied to the plasma gas manifold 9 from a plasma gas supply pipe 10. The supplied gas passes through the plasma gas supply hole 11 (through hole) provided in the second quartz block 5 and is introduced into the annular space 7 constituting the annular chamber. With such a configuration, gas can be uniformly supplied to the longitudinal region of the annular space 7 constituting the annular chamber.
  • the flow rate of the gas supplied from the plasma gas supply pipe 10 can be controlled by providing a flow rate control device such as a mass flow controller upstream thereof.
  • the plasma gas supply holes 11 shown in FIGS. 1A, 1C, and 1D are through holes having a round cross section, and a plurality of plasma gas supply holes 11 are provided along the longitudinal direction of the plasma torch unit.
  • the plasma gas supply hole 11 may be a long slit.
  • the gas supplied to the annular chamber is not particularly limited. However, considering the stability of the plasma, the ignitability, the life of the member exposed to the plasma, etc., it is desirable that the gas is mainly composed of 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).
  • the first quartz block 4 and the second quartz block 5 are provided with a plurality of refrigerant channels 15 extending in the longitudinal direction of the opening 8 (FIGS. 1A, 1C, and 1D).
  • the first quartz block 4 is provided with a coolant channel 15 extending perpendicularly to the longitudinal direction of the opening 8 (FIGS. 1B, 1C, and 1D).
  • These refrigerant flow paths communicate with a supply port for supplying the refrigerant from the outside and a discharge port for discharging the refrigerant to the outside. That is, the refrigerant flow path 15 is branched in the second quartz block 5.
  • the plasma torch unit of the first embodiment has a much larger amount than the case where the plasma torch unit is configured as a double tube and the refrigerant is allowed to flow between the double tubes. Refrigerant can flow. Thereby, it can cool efficiently.
  • a conductor solenoid coil 3 is arranged in the vicinity of the plasma torch unit T.
  • the inner wall surface of the annular chamber close to the solenoid coil 3 is a curved surface parallel to the curved surface formed by the solenoid coil 3.
  • the solenoid coil 3 is made of a hollow copper tube, and the hollow portion serves as a refrigerant flow path.
  • the plasma torch unit T can be cooled by flowing a coolant such as water through the hollow portion.
  • the annular space 7 constituting the annular chamber communicates with the outside via the rectangular linear opening 8.
  • the opening 8 and the substrate mounting table 1 (or the substrate 2 on the substrate mounting table 1) face each other.
  • the opening 8 is disposed along the longitudinal side of the annular chamber.
  • the opening width f (see FIG. 3) of the opening 8 can be made equal to the width d (the distance between the outer surface and the inner surface of the annular space) of the annular space 7 constituting the annular chamber.
  • Plasma P generated in the annular space 7 contacts the substrate 2 through the opening 8.
  • one linear opening 8 is arranged along one long side of the annular chamber.
  • the length of the race track constituting the annular chamber is L1
  • the length of the straight line portion forming the long side is L2
  • L4 L4 ⁇ L1
  • L4 of the linear opening 8 is shorter than the ring length L1 of the annular chamber.
  • the stability of the plasma P is generally increased by reducing the area where the plasma P generated in the region surrounded by the derivative member contacts the base material 2 which is a material other than the dielectric. Further, the plasma P generated in the short side portion may be less uniform than the plasma P generated in the long side portion. By irradiating the base material 2 with the plasma P generated in the long side portion with good uniformity, the uniformity of the plasma processing can be improved.
  • Gas is ejected from the opening 8 toward the base material 2 while supplying the gas from the plasma gas supply pipe 10 to the annular space 7 constituting the annular chamber.
  • high frequency power is supplied to the solenoid coil 3 by a high frequency power source (not shown).
  • plasma P is generated in the annular space 7 constituting the annular chamber.
  • the plasma P is exposed to the base material 2 disposed in the vicinity of the opening 8 together with the gas.
  • the thin film 22 on the substrate 2 can be subjected to plasma treatment.
  • plasma processing conditions are shown below. While supplying Ar or a mixed gas of Ar and hydrogen into the annular chamber through the plasma gas supply hole 11, a solenoid coil is driven by a high-frequency power source (not shown) while jetting the gas from the opening 8 toward the substrate 2. 3 is supplied with high frequency power of 13.56 MHz. Thereby, a plasma P is generated by generating a high-frequency electromagnetic field in the space 7 inside the annular chamber. By exposing the plasma P to the substrate 2 in the vicinity of the opening 8, heat treatment such as crystallization of the semiconductor film can be performed.
  • the annular chamber and the substrate mounting table 1 are relatively moved in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening 8. That is, the inductively coupled plasma torch unit T or the substrate mounting table 1 is moved in the left-right direction in FIG. 1A and in the direction perpendicular to the paper surface in FIGS. 1B to 1D.
  • the annular chamber and the substrate mounting table 1 are arranged in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the opening 8 while keeping the opening surface of the opening 8 and the mounting surface of the substrate mounting table 1 parallel to each other. Move relative to each other. If the length of the opening 8 is adjusted, the length of the plasma irradiation region and the length of the desired treatment region irradiated on the substrate 2 can be made equal.
  • the gas flow rate and the electric power are values when the length of the opening 8 is 100 mm. This is because it is considered appropriate that parameters such as the gas flow rate and power are proportional to the length of the opening 8.
  • the plasma torch unit T in the first embodiment has an annular chamber constituted by the annular space 7.
  • the effect of making the chamber an annular chamber will be described.
  • the shape of the plasma torch chamber is not disclosed in detail, or it is constituted by a block of rectangular parallelepiped space.
  • an annular (doughnut-shaped) plasma is likely to be generated in the chamber.
  • an annular plasma is generated in a chamber composed of a rectangular parallelepiped space, a very high density plasma is generated only in a part of the chamber. For this reason, it is difficult to perform a uniform plasma treatment in the longitudinal direction.
  • the chamber of the plasma torch unit T in the first embodiment is configured by the annular space 7, the racetrack-shaped plasma P is generated along the annular space 7. Therefore, plasma with a uniform density is generated in the chamber as compared with the conventional example. Therefore, a remarkably uniform plasma process is possible.
  • the chamber volume of the plasma torch unit T in the first embodiment is smaller than that of the conventional example. Therefore, the high frequency power acting per unit volume is increased, and the plasma generation efficiency is improved.
  • the opening width f of the opening 8 of the plasma torch unit T in the first embodiment may be different from the width d of the annular space 7 constituting the annular chamber (the opening width f is the width d). Smaller). However, if the opening width f is too small, it is difficult to expose the plasma P to the substrate, so the opening width f needs to be larger than 1 mm. That is, when the interval f is 1 mm or less, the annular plasma P is difficult to enter the opening.
  • the width d of the annular space 7 constituting the annular chamber corresponds to the gap between the inner wall surface of the first quartz block 4 and the outer wall surface of the second quartz block 5 constituting the plasma torch unit T (FIG. 1 (a )reference).
  • the width d of the annular space is less than 1 mm, it is very difficult to generate high-density thermal plasma in the annular chamber. It has also been found that if the width d is too large, the plasma generation efficiency decreases. Therefore, the width d is preferably 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the outer diameter (the overall size of the annular chamber) e and e ′ of the annular chamber corresponds to the distance between the inner wall surfaces of the first quartz block 4 facing each other (FIGS. 1A and 1B). )reference). Since the annular chamber is long, it has a minor axis diameter e of the annular chamber and a major axis diameter e 'of the annular chamber. It has been found that when the major axis diameter e 'of the annular chamber is less than 10 mm, it is very difficult to generate high-density thermal plasma in the annular chamber. Therefore, it is preferable that the major axis diameter e 'of the outer diameter of the annular chamber is 10 mm or more.
  • the distance g (FIG. 1A) between the lowermost surface of the first quartz block 4 and the surface of the substrate 2 is reduced, specifically, 1 mm or less. Is preferred. The effect of reducing the interval g will be described.
  • the gap g between the lowermost surface of the first quartz block 4 and the surface of the substrate 2 constituting the opening 8 of the plasma torch unit T in the first embodiment is reduced. Therefore, the generated plasma P does not enter the gap between the lowermost surface of the first quartz block 4 of the plasma torch unit T and the base material 2 and remains in the annular chamber (a region upstream of the gap). Therefore, even if the gas flow rate is increased, the annular plasma P is maintained extremely stably. Therefore, the plasma generation is remarkably stabilized as compared with the conventional example.
  • the gap g between the lowermost surface of the first quartz block 4 constituting the opening 8 and the surface of the substrate 2 is 1 mm or less, the annular plasma P is swung (they are about to leak from the opening 8). It was found that (motion) can be more effectively suppressed. On the other hand, if the gap g is too small, the plasma flow reaching the substrate 2 is weakened. On the other hand, if the interval g is too small, the plasma processing varies due to the influence of component processing and assembly accuracy. Therefore, it is desirable that the thickness is 0.1 mm or more, preferably 0.3 mm or more.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the plasma processing apparatus in the second embodiment has two linear openings 8. Each of the two openings 8 is disposed along two long sides of the annular space 7 constituting the annular chamber.
  • an arbitrary portion of the surface of the base material 2 is converted into plasma by a single scan (moving the inductively coupled plasma torch unit T and the base material mounting table 1 relatively). Exposed once. Therefore, higher-speed or high-temperature plasma processing becomes possible.
  • FIG. 5 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the third embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the plasma processing apparatus in the third embodiment is different from the plasma processing apparatus in the first embodiment in the shapes of the first quartz block 4 and the second quartz block 5. That is, the width of the first quartz block 4 and the second quartz block 5 in the vertical direction of the drawing is small. With such a configuration, the plasma torch unit T can be made compact.
  • FIG. 6 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the fourth embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the plasma processing apparatus in the fourth embodiment is configured such that the first quartz block 4 and the second quartz block 5 have small widths in the vertical direction of the drawing.
  • a planar spiral coil 21 arranged above the second quartz block 5 is provided instead of the solenoid coil 3 arranged so as to surround the annular chamber.
  • the coil may be arranged on the side surface of the annular chamber (the upper surface of the annular chamber in the drawing). With such a configuration, the torch unit becomes very small.
  • FIG. 7 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the fifth embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit, and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the plasma processing apparatus in the fifth embodiment is different from the plasma processing apparatus in the first embodiment in the shapes of the first quartz block 4 and the second quartz block 5.
  • the lower part of the second quartz block 5 has an elliptical column shape, and the cross section parallel to the mounting surface of the substrate mounting table 1 has the same shape (ellipse).
  • the first quartz block 4 has a groove 7 ⁇ / b> A facing the second quartz block 5 at an intermediate portion thereof. Further, the first quartz block 4 has a groove 7 ⁇ / b> B that faces the substrate mounting table 1.
  • the grooves 7A and 7B and the outer wall surface of the second quartz block 5 constitute an annular space 7 constituting an annular chamber.
  • FIG. 8 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the sixth embodiment. It is sectional drawing perpendicular
  • the plasma processing apparatus in FIG. 8 has a copper tube 12 bonded by an adhesive 14 in a recess provided in the second quartz block 5.
  • the copper tube 12 is grounded and contributes to improving the ignitability of the plasma.
  • the copper tube 12 disposed in a recess provided in the second quartz block 5 may constitute a coolant channel.
  • the recess is cooled, and the outer wall surface (the inner wall surface of the annular chamber) of the second quartz block 5 in contact with the plasma P is effectively cooled.
  • two plasma gas manifolds 9 extending in the longitudinal direction of the plasma torch unit are provided. If there are two plasma gas manifolds 9, there is also an advantage that the gas flow rate balance of the two gas supply systems (the plasma gas manifold 9 and the plasma gas supply pipe 10) can be easily controlled.
  • the 8 has a quartz tube 13 as a dielectric tube bonded to the outer wall surface of the first quartz block 4 with an adhesive 14.
  • the solenoid coil 3 is bonded to the outer wall surface of the first quartz block 4 with an adhesive 14.
  • the quartz tube 13 constitutes a coolant channel, the coolant flowing through the quartz tube 13 can cool the solenoid coil 3 and the first quartz block 4.
  • FIG. 9 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the seventh embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the plasma processing apparatus in FIG. 9 has a projecting portion 4 a projecting from the lowermost surface of the first quartz block 4 in the surface direction. If the plasma gas stays in the space between the solenoid coil 3 and the base material 2, there is a possibility that arc discharge occurs between the plasma P and the solenoid coil 3.
  • the overhanging portion 4 a suppresses the plasma gas from staying in the space between the solenoid coil 3 and the base material 2 and prevents the occurrence of arc discharge.
  • FIG. 10 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the eighth embodiment. It is sectional drawing perpendicular
  • the plasma processing apparatus in FIG. 10 has a solenoid coil 3 inserted into a recess provided in the second quartz block 5.
  • the winding axis of the solenoid coil 3 is the vertical direction in the figure.
  • Such a configuration eliminates the need to provide the solenoid coil 3 on the outer surface of the inductively coupled plasma torch unit T. Therefore, the inductively coupled plasma torch unit T can be reduced in size. Moreover, since the visibility in the discharge in the annular chamber and the surface of the base material 2 near the opening 8 is enhanced, various monitoring such as light emission monitoring and temperature monitoring becomes easy. Further, since the plasma gas does not stay in the vicinity of the solenoid coil 3, it is possible to effectively suppress the occurrence of arc discharge between the plasma P and the solenoid coil 3.
  • FIG. 11 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the ninth embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the 11 has a solenoid coil 3 disposed in a recess provided inside the second quartz block 5.
  • the winding axis of the solenoid coil 3 is in the left-right direction on the drawing sheet. That is, in the ninth embodiment, the winding axis of the solenoid coil 3 is parallel to the surface of the base material 2, and the annular plane formed by the annular space 7 constituting the annular chamber is perpendicular to the surface of the base material 2. It is configured as follows.
  • the inductively coupled plasma torch unit T can be reduced in size.
  • various monitoring such as light emission monitoring and temperature monitoring can be easily performed.
  • the plasma P and the solenoid coil 3 are spatially separated, it is possible to effectively suppress the occurrence of arc discharge between the plasma P and the solenoid coil 3.
  • 12A to 12C show the configuration of the plasma processing apparatus in the tenth embodiment.
  • the plasma processing apparatus in the tenth embodiment includes an inductively coupled plasma torch unit T, the substrate mounting table 1 and a flat cover 16.
  • the plasma torch unit T shown in FIGS. 12A to 12C is the same as the plasma torch unit in the first embodiment.
  • a flat cover 16 is provided on both sides of the substrate mounting table 1.
  • the cover 16 is provided around the substrate mounting table 1 so as to surround the edge portion of the substrate 2 mounted on the substrate mounting table 1. Further, the surface of the cover 16 and the surface of the substrate 2 are configured to be located on the same plane.
  • the gap w between the base material 2 placed on the base material placing table 1 and the cover 16 is preferably as small as possible.
  • a coolant channel 17 for cooling the cover 16 is provided inside the cover 16.
  • the cover 16 is provided facing the vicinity of the opening of the plasma torch unit T. Therefore, the plasma P generated in the annular chamber is prevented from leaking out of the annular chamber, and the plasma torch unit T is protected from the plasma. Further, since the cover 16 defines the annular space of the annular chamber 16 through the opening, the plasma can be smoothly ignited and misfired.
  • At least the surface (the surface facing the plasma torch unit T) of the cover 16 is made of an insulating material. With such a configuration, it is possible to effectively suppress the occurrence of arc discharge between the plasma and the cover 16.
  • the cover 16 as a whole may be made of an insulator such as quartz or ceramics, or a cover (metal) such as stainless steel or aluminum formed with an insulating film by thermal spraying, CVD, coating, or the like may be used as the cover 16. .
  • FIG. 12A shows a preparation stage in which the plasma torch unit T faces the cover 16 and the ignition sequence and acceleration of the plasma torch unit T are performed.
  • FIG. 12B shows a state where the plasma torch unit T is scanning the surface of the substrate 2, and shows a stage during the plasma processing.
  • FIG. 12C shows a stage in which the plasma torch unit T faces the cover 16, the plasma processing is completed, and the plasma torch unit T is decelerated and misfired.
  • FIG. 13 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the eleventh embodiment.
  • the plasma processing apparatus in the eleventh embodiment includes an inductively coupled plasma torch unit T, the substrate mounting table 1 and a flat cover 16.
  • the plasma torch unit T shown in FIGS. 13 and 14 is the same as the plasma torch unit in the first embodiment.
  • FIG. 13 shows a preparation stage in which the ignition sequence and acceleration of the inductively coupled plasma torch unit T are performed.
  • a flat cover 16 is provided on both sides of the substrate mounting table 1. The cover 16 has a function of protecting the apparatus from plasma and a function of keeping the shape of the annular chamber constant so that plasma destabilization / misfire can be suppressed.
  • FIG. 14 shows the relationship between the plasma torch unit T, the substrate mounting table 1 and the flat cover 16 in the plasma processing apparatus of the eleventh embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view parallel to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit T and perpendicular to the substrate, and corresponds to FIG.
  • the plasma processing apparatus in the tenth embodiment has the gap w between the base material 2 placed on the base material mounting table 1 and the cover 16, the plasma processing apparatus in the eleventh embodiment has a gap. It is set as the structure which is not (refer FIG. 13 and FIG. 14).
  • the plasma may fluctuate or misfire.
  • plasma fluctuation and misfire can be effectively suppressed.
  • the cover 16 may be made movable. That is, after the base material 2 is placed on the base material placing table 1, the cover 16 may be brought slowly toward the base material 2 and pressed. The cover 16 may be moved by a motor drive mechanism, an air drive mechanism, a spring drive mechanism, or the like.
  • the length of the opening 8 is equal to or larger than the width of the substrate 2, a single scan (inductively coupled plasma torch unit T and substrate mounting table 1 is performed. ) Relative to each other), the vicinity of the surface of the thin film 22 on the entire surface of the substrate 2 can be processed.
  • the coolant flow path is not necessarily required for the cover 16.
  • a refrigerant flow path may be provided according to the target processing.
  • FIG. 15 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the twelfth embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the 15 has a first quartz block 4 and a second quartz block 5 constituting the lowermost surface of the inductively coupled plasma torch unit T.
  • the first quartz block 4 and the second quartz block 5 each define an annular space 7 constituting an annular chamber.
  • at least one of the third quartz block 18 and the fourth quartz block 19 is configured to be slidable in the left-right direction in the figure.
  • the opening width f (refer FIG. 3) of the linear opening part 8 is comprised so that adjustment is possible.
  • FIG. 16 shows the configuration of the plasma processing apparatus in the thirteenth embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the inductively coupled plasma torch unit and corresponds to the cross-sectional view of FIG.
  • the plasma processing apparatus in FIG. 16 has a solenoid coil 3, and the winding axis of the solenoid coil 3 is in the left-right direction on the drawing sheet.
  • the winding axis of the solenoid coil 3 is parallel to the surface of the substrate 2 and the ring plane formed by the annular space 7 constituting the annular chamber is perpendicular to the surface of the substrate 2.
  • the winding axis of the solenoid coil 3 is not strictly perpendicular to the ring plane formed by the annular space 7, but is slightly inclined. However, since the solenoid coil 3 is sufficiently close to the annular chamber, high-density plasma can be generated in the annular space 7 constituting the annular chamber.
  • a dielectric block 20 is provided between the solenoid coil 3 and the substrate 2.
  • the dielectric block 20 suppresses the charged particles supplied from the plasma from reaching the solenoid coil 3.
  • the inductively coupled plasma torch unit T can be reduced in size. Moreover, since the visibility in the discharge in the annular chamber and the surface of the base material 2 immediately below the opening 8 is enhanced, various monitoring such as light emission monitoring and temperature monitoring becomes easy. Moreover, since the plasma P and the solenoid coil 3 are spatially separated, it is possible to effectively suppress the occurrence of arc discharge between the plasma P and the solenoid coil 3.
  • 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.
  • an ignition source in order to facilitate plasma ignition.
  • an ignition source an ignition spark device used for a gas water heater or the like can be used.
  • the chamber of the plasma torch unit T is not a long annular chamber, but a cylindrical quartz block, a solenoid coil 3 made of a conductor formed into a cylindrical shape, etc.
  • An annular chamber may be used.
  • the plasma processing apparatus of the present invention has a coil provided in the vicinity of a dielectric member that defines an annular chamber.
  • the coil provided in the vicinity of the dielectric member that defines the annular chamber is, for example, 1) a coil (FIGS. 1, 4, 5, and 5) provided so as to cover the outer surface of the annular space constituting the annular chamber. 7) (refer to FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9), 2) a coil (see FIG. 10, FIG. 11) disposed in a space surrounded by the inner surface of the annular space constituting the annular chamber, 3) A coil (see FIG. 6) disposed on the upper surface or the lower surface of the ring of the annular space constituting the annular chamber.
  • an insulating film may be formed on the surface of the base material 2 or the thin film 22, and then the surface of the base material 2 or the thin film 22 may be processed through the insulating film.
  • thermal plasma treatment in the present specification means a treatment of irradiating high temperature plasma without being bound by terms such as thermal plasma, thermal equilibrium plasma, and high temperature plasma. It is difficult to strictly distinguish between thermal plasma and low-temperature plasma. For example, Yasunori Tanaka “Non-equilibrium in thermal plasma”, Journal of Plasma Fusion Society, Vol. 82, no. 8 (2006) p. As described in 479-483, it is also difficult to classify the plasma types based on thermal equilibrium alone.
  • the vicinity of the surface of the substrate 2 can be subjected to high-temperature processing by the plasma processing apparatus having various configurations according to the present invention.
  • the plasma treatment of the present invention can be applied to the crystallization of the TFT semiconductor film and the modification of the solar cell semiconductor film described in the background art section.
  • the plasma treatment of the present invention in order to obtain a polycrystalline silicon film by applying the plasma treatment of the present invention to a substrate by applying a powder obtained by pulverizing a silicon ingot on a substrate in a method for manufacturing a solar cell and irradiating it with plasma. May be used.
  • the plasma treatment of the present invention is performed by cleaning the protective layer of the plasma display panel and reducing degassing, flattening the surface of the dielectric layer composed of aggregates of silica fine particles and reducing degassing, reflow of various electronic devices, solids
  • the present invention can be applied to plasma doping using an impurity source.
  • the substrate by irradiating the substrate with reactive gas plasma or plasma and the reactive gas simultaneously.
  • plasma treatment such as etching, CVD, doping, etc. can be realized by using a plasma gas as a rare gas or a gas obtained by adding a small amount of hydrogen gas to a rare gas and supplying a gas containing a reactive gas as a shielding gas. .
  • the reactive gas used for etching is selected according to the material of the substrate 2 to be etched; when etching silicon or silicon compounds, the reactive gas is a halogen-containing gas, for example, CxFy (x , Y is a natural number), SF6, and the like.
  • the reactive gas is oxygen gas, it is possible to remove organic substances and resist ashing.
  • the reactive gas used for CVD is selected according to the material of the film to be deposited; however, when depositing silicon or a silicon compound, the reactive gas can be monosilane, disilane, or the like. In the case of forming a silicon oxide film, the reactive gas may be a mixed gas of an organic gas containing silicon typified by TEOS (tetraethoxysilane) and an oxygen gas.
  • the plasma gas is a gas mainly composed of argon, thermal plasma can be generated.
  • the plasma gas is a gas containing helium as a main component, a relatively low temperature plasma can be generated.
  • various low-temperature plasma treatments such as a surface treatment for modifying the water repellency / hydrophilicity of the substrate 2 can also be performed using the plasma treatment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus of the present invention is an inductively coupled type, so that arc discharge is generated even when a high power density per unit volume is applied. It is hard to let you. Therefore, a higher density plasma can be generated. As a result, a high reaction rate can be obtained, and the entire desired region to be treated of the substrate can be efficiently processed in a short time.
  • the plasma processing apparatus of the present invention can generate plasma stably and efficiently, and can efficiently heat-treat a desired region of the substrate to be processed in a short time.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

　本発明は、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができ、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理することができるプラズマ処理装置を提供する。開口幅が１ｍｍよりも大きい開口部と、前記開口部に連通する環状空間からなる環状チャンバを規定する誘電体部材と、前記環状チャンバの内部にガスを導入するためのガス供給配管と、前記環状チャンバの近傍に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材を前記開口部に近接して配置するための基材載置台とを備えるプラズマ処理装置を提供する。

Description

プラズマ処理装置及び方法
　本発明は、プラズマ処理装置及び方法に関する。具体的には、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、またはそれを行うための装置に関する。
　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）や太陽電池など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く、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できる。そのような特徴を活かして、ｐｏｌｙ－ＳｉＴＦＴは、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、または液晶駆動用ドライバの回路素子などとして広く用いられている。
　ガラス基板上に高性能なＴＦＴを作製する方法の一つが、「高温プロセス」と一般に呼ばれる製造方法である。ＴＦＴの製造プロセスのなかで、工程中の最高温度が約１０００℃となるプロセスを、一般的に「高温プロセス」と称する。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。
　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。そのため、高温プロセスの処理時間は約４８時間という長時間が必要である。このような非常に長時間の工程であるため、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、低コスト化を妨げる。加えて、高温プロセスを行うには、耐熱性の高い絶縁性基板である石英ガラスを使わざるを得ない。そのため、基板のコストが高くなり、大面積化には向かないとされている。
　一方、ＴＦＴの製造プロセスにおいて、最高温度が約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が「低温プロセス」と一般に呼ばれている。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。
　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）。熱プラズマジェット結晶化法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）陽極とを対向させ、両電極間にＤＣ電圧を印加すると、両電極間にアーク放電が発生する。両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、それらが１００００Ｋ程度である超高温の熱源である。そのため、熱プラズマは被熱物体を容易に高温に加熱することができる。ａ－Ｓｉ膜を堆積した基板の全面を、超高温の熱プラズマで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。
　このように、熱プラズマジェット結晶化法は、装置構成が極めて単純であり、かつ大気圧下での結晶化プロセスである。また、装置を密閉チャンバ等の高価な部材で覆う必要もなく、装置コストが極めて低くなると期待できる。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。
　図１７は、熱プラズマジェット結晶化法で半導体膜を結晶化する方法を説明する模式図である。図１７に示される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。
　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供給することによって、噴出孔３４から熱プラズマ３５を噴出させることができる。
　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上に成膜された半導体膜３７（例えば、アモルファスシリコン膜）に熱プラズマ（熱プラズマジェット）３５を照射する。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に照射される。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に照射される。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）。
　図１８は、熱プラズマ３５を照射される半導体膜３７の最表面からの深さと、温度との関係を示す概念図である。図１８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、半導体膜３７の表面近傍のみを高温処理することができる。熱プラズマ３５が照射された領域は、照射後に速やかに冷却されるので、表面近傍をごく短時間だけ高温にすることができる。
　熱プラズマは、点状領域に照射するのが一般的である。熱プラズマ３５は、陰極３２からの熱電子放出によって維持さる。そして、プラズマ密度の高い位置で熱電子放出量が高まる。つまり、アーク放電が陰極の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。このようにして、点状領域に選択的に熱プラズマが発生することを、正のフィードバックが生じるという。
　熱プラズマで、平板状の基材に成膜された半導体膜を、一様に結晶化させたい場合には、点状の熱プラズマを基材全体に多数回走査する必要がある。走査回数を減らして処理時間を短時間とするには、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。
　例えば、プラズマジェットノズルと広幅化ガスノズルとを有するプラズマトーチが開示され（例えば、特許文献２を参照）、プラズマジェットノズルから噴射されたプラズマジェットを、広幅化ガスノズルから噴射されたガスで広幅化させる方法が開示されている。
　あるいは、プラズマノズルの口部を、ノズル通路の軸芯に対して傾斜させるプラズマトーチが開示されている（例えば、特許文献３を参照）。そして、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、その軸芯回りに高速で回転させる方法が開示されている。
　また、偏芯して配置されたプラズマノズルを有する回転ヘッドを設けたプラズマトーチが開示されている（例えば、特許文献４を参照）。
　大面積を短時間で熱プラズマ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）。
　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プラズマチャンバを具備する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および７を参照）。また、直方体状の空間からなるプラズマチャンバを有する、イオン注入システムのプラズマフラットガンが開示されている（例えば、特許文献８および９を参照）。
　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１０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。
　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１１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。
　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１２を参照）。
特開２００８－５３６３４号公報 特開平０８－１１８０２７号公報 特開２００１－６８２９８号公報 特表２００２－５００８１８号公報 特開平０４－２８４９７４号公報 特表２００９－５４５１６５号公報 米国特許出願公開第２０１０／０１７８４３５号明細書 特表２００９－５２０３２４号公報 米国特許出願公開第２００７／０１３７５７６号公報明細書 特開２００７－２８７４５４号公報 特表２０１０－５３９３３６号公報 特開２００９－１５８２５１号公報
S. Higashi, H. Kaku, T. Okada, H. Murakami and S. Miyazaki; Jpn. J. Appl. Phys. 45, 5B (2006) pp.4313-4320.
　半導体膜を結晶化するためには、ごく短時間だけ半導体膜の表面近傍を高温処理する必要がある。しかしながら、従来の大面積に熱プラズマを発生させる技術は、半導体膜の結晶化などには有効でなかった。
　大面積処理に適したプラズマ処理では、線状プラズマを用いるか、または照射径の大きい点状の熱プラズマを用いることが考えられる。しかしながら、点状の熱プラズマの照射径が大きいと、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。そのため、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ない。その結果、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。
　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では、熱プラズマは広幅化されるものの、広幅化された熱プラズマの温度分布は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。
　特許文献３および４に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術は、本質的には熱プラズマを揺動させるものである。そのため、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。従って、大面積を処理するために必要な時間が特段に短縮されるわけではない。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。
　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、特許文献５の溶接技術を大面積処理用途に適用しようとしても、点状のアークが帯状電極に沿って振動するので、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。
　特許文献１２に記載の技術では、後述の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が劣り（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。
　これに対して、特許文献６～７に記載の技術は、誘導結合型の高周波プラズマトーチを用いる。誘導結合型の高周波プラズマトーチでは無電極放電が生じるので、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。
　誘導結合型プラズマトーチにおいて、高温プラズマから絶縁体材料を保護するために、一般的に、絶縁体材料を二重管構成としてその間に冷媒を流している。特許文献６～７に記載のプラズマトーチは、絶縁材料で構成された扁平な直方体状のプラズマチャンバを有する。このようなプラズマチャンバを、二重管構成の絶縁体材料で構成しただけでは、十分な流量の冷媒を、二重管に流すことができない。一般に絶縁体材料は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いからである。このため、大面積を均一に処理するのに限界がある。
　また、特許文献６～７に開示されるような、誘導結合型の高周波プラズマトーチであって、円筒型のチャンバを有するものが分析用あるいは溶射用に実用化されている。しかしながら、これらはプラズマの発生効率が悪く、ガス流量を増すと放電が不安定化するという欠点があった。
　本発明は、被処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か、また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ためのプラズマ処理装置を提供する。そのために、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができ、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理することができるプラズマ処理装置を提供する。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、開口幅が１ｍｍよりも大きい開口部に連通する環状空間からなる環状チャンバを規定する誘電体部材と、前記環状チャンバの内部にガスを導入するためのガス供給配管と、前記環状チャンバを規定する誘電体部材の近傍に設けられたコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材を前記開口部に近接して配置するための基材載置台とを備える。
　このような構成により、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができる。そのため、プラズマを用いて、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ことができる。あるいは、プラズマをガスとともに基材へ照射して、基材を低温プラズマ処理することができる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記環状チャンバが、長尺な形状であり、前記開口部が、長尺で線状であり、前記コイルが、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、前記チャンバと前記基材載置台とを、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、相対的に移動可能とする移動機構を備える。このような構成により、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理することができる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記開口部の長さは、環状チャンバを構成する環状空間の長軸径よりも短い。このような構成により、プラズマをより安定的に発生させることができ、かつ、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記誘電体部材の内部に設けられ、前記開口部の長手方向に対して平行である冷媒流路を有するか；あるいは、前記誘電体部材に接合されており、前記開口部の長手方向に対して平行で、内部が冷媒流路となっている誘電体管を有する。このような構成により、誘電体部材を効率的に冷却することができる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記誘電体部材は、前記環状空間の外側面を構成する外部誘電体ブロックと、前記外部誘電体ブロックに挿入され、前記環状空間の内側面を構成する内部誘電体ブロックとを有するこのような構成により、プラズマ処理装置の構成が簡便になる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、好適には、前記開口部の端面と基材との距離を１ｍｍ以下とすることができるよう構成される。このような構成により、プラズマをより安定的かつ効率的に発生させることができる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、好適には、前記環状チャンバを構成する環状空間の幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。このような構成により、より安定なプラズマ発生が可能となる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、好適には、前記開口部の開口幅が、前記環状チャンバを構成する環状空間の幅と等しい。このような構成により、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理することができる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、好適には、前記環状チャンバを構成する環状空間の長軸径が１０ｍｍ以上である。このような構成により、より安定なプラズマ発生が可能となる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、好適には、前記開口部の開口幅が可変である。このような構成により、より多様なプラズマ処理に対応できるプラズマ処理装置を提供できる。
　本願の第１発明のプラズマ処理装置は、好適には、前記基材載置台に基材が配置されたときに前記基材の縁部を囲うように、前記基材載置台の周囲に設けられた平板状のカバーを有する。このような構成により、より安定なプラズマ発生が可能となる。
　また、この場合、好適には、前記カバーの表面と、前記基材が配置された際の前記基材の表面が、同一平面上に位置するよう構成されている。このような構成により、より安定なプラズマ発生が可能となる。
　また、この場合、さらに好適には、前記カバーの少なくとも表面が、絶縁材料から構成されている。このような構成により、より安定なプラズマ発生が可能となる。
　本願の第２発明のプラズマ処理方法は、基材の表面をプラズマ処理する方法であって：開口部以外が誘電体部材で囲まれた環状空間で構成された環状チャンバ内にガスを供給しつつ、前記環状チャンバの近傍に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記環状チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させる工程と；前記開口部の近傍に、前記開口部に対向して配置された基材を、前記プラズマに曝露する工程とを含む。
　このような構成により、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることで、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か、あるいは、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ことができる。
　本願の第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、前記プラズマに曝露される前記基材の表面に絶縁膜が成膜されている。このような構成により、より安定なプラズマ処理が可能となる。
　本発明によれば、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができる。また、発生させたプラズマで基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理したり、あるいは、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ことができる。さらに、基材の所望の被処理領域全体を短時間で効率よく処理することができる。
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断面図 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斜視図 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断面図 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断面図 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断面図 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断面図 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断面図 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断面図 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断面図 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断面図 本発明の実施の形態９におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１０におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１３におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 従来例における最表面からの深さと温度の関係を示す概念図
　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。
　（実施の形態１）
　実施の形態１を、図１～図３を参照して説明する。図１～図３は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す。プラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマトーチユニットＴと、基材載置台１とを具備する。基材載置台１には、プラズマ処理される基材２が載置される。プラズマトーチユニットＴを、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲うことで、プラズマトーチユニットＴからの高周波の漏洩（ノイズ）を効果的に防止でき、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。
　プラズマトーチユニットＴは、図２に示されるように、第一石英ブロック４と、第二石英ブロック５と、ソレノイドコイル３と、を有する。図２は、第一石英ブロック４と、第二石英ブロック５と、ソレノイドコイル３の斜視図である。第一石英ブロック４の内部に、第二石英ブロック５を挿入し、さらに第一石英ブロック４を取り囲むように、ソレノイドコイル３を配置する。第一石英ブロック４に、第二石英ブロック５が挿入されることで、環状空間７からなる環状チャンバが規定される（図１参照）。
　図１（ａ）～（ｄ）は、プラズマトーチユニットＴの断面図である。図１（ａ）は、プラズマトーチユニットＴの長尺方向に垂直、かつ、基材載置台１の載置面に垂直な断面図である。図１（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、プラズマトーチユニットの長尺方向に平行、かつ、基材載置台１の載置面に垂直な断面図である。
　また、図１（ａ）は、図１（ｂ）の破線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図；図１（ｃ）は、図１（ａ）の破線Ｃ－Ｃ’に沿った断面図；図１（ｄ）は、図１（ａ）の破線Ｄ－Ｄ’に沿った断面図である。
　図１（ａ）に示されるように、第一石英ブロック４と第二石英ブロック５とで規定される環状空間７からなる環状チャンバは、開口部８で外部空間と連通している。開口部８の近傍には、基材載置台１に載置された基材２が配置され、基材２と開口部８とは対向している。
　環状空間７からなる環状チャンバは、内部誘電体ブロックとしての第二石英ブロック５の外壁面と、これが挿入された外部誘電体ブロックとしての第一石英ブロック４の内壁面に囲まれている。つまり、環状チャンバは、開口部８以外を誘電体部材で囲まれている。ここで「環状」とは、始点と終点とが一致するループ形状を意味し、円環に限定されない。
　実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴの環状空間７は、長軸径と短軸径とを有するレーストラック形をしている。レーストラックとは、２つの長辺をなす直線部と、その両端に連結した２つの短辺を有する形状である。２つの短辺は、半円、半楕円、または直線でありうる。
　第二石英ブロック５の内部には、プラズマガスマニホールド９が設けられている（図１（ａ）（ｂ）参照）。プラズマガスマニホールド９には、プラズマガス供給配管１０からガスが供給される。供給されたガスは、第二石英ブロック５に設けられたプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を通って、環状チャンバを構成する環状空間７に導入される。このような構成により、環状チャンバを構成する環状空間７の長手領域に、ガスを均一に供給することができる。プラズマガス供給配管１０から供給されるガスの流量は、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ることにより制御されうる。
　図１（ａ）（ｃ）（ｄ）に示されるプラズマガス供給穴１１は、断面が丸形状の貫通穴であり、プラズマトーチユニットの長手方向に沿って複数設けられている。ただし、プラズマガス供給穴１１は長尺状のスリットであってもよい。
　環状チャンバに供給されるガスは特に限定されないが、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）。
　第一石英ブロック４及び第二石英ブロック５には、開口部８の長手方向に延びる、複数の冷媒流路１５が設けられている（図１（ａ），（ｃ）（ｄ））。また、第一石英ブロック４には、開口部８の長手方向に対して垂直に延びる冷媒流路１５が設けられている（図１（ｂ）（ｃ）（ｄ））。これらの冷媒流路は、外部から冷媒を供給するための供給口と、外部に冷媒を排出するための排出口と、に連通している。つまり、冷媒流路１５は、第二石英ブロック５内で分岐している。
　冷媒流路１５の断面を円形にすれば、大量の冷媒を流しても、その内圧によって構成部材の変形が起きにくい。つまり、特許文献６および７に記載のように、プラズマトーチユニットを二重管構成として、二重管の間に冷媒を流すよりも、実施の形態１のプラズマトーチユニットには、はるかに大量の冷媒を流すことができる。それにより、効率的に冷却できる。
　プラズマトーチユニットＴの近傍には、導体製のソレノイドコイル３が配置されている。環状チャンバのソレノイドコイル３に近い側の内壁面を、ソレノイドコイル３が構成する曲面と平行な曲面とする。このような構成により、ソレノイドコイル３と環状チャンバとの幅が一定になる。そのため、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマを発生させ、効率のよいプラズマ生成が実現できる。
　ソレノイドコイル３は中空の銅管からなり、中空部が冷媒流路となっている。中空部に水などの冷媒を流すことで、プラズマトーチユニットＴを冷却できる。
　前述の通り、環状チャンバを構成する環状空間７は、長方形の線状の開口部８を介して外部と連通している。開口部８と、基材載置台１（或いは、基材載置台１上の基材２）とが対向している。
　図１（ａ）および（ｄ）に示すように、開口部８は、環状チャンバの長手方向の辺に沿って配置されている。開口部８の開口幅ｆ（図３参照）は、環状チャンバを構成する環状空間７の幅ｄ（環状空間の外側面と内側面との間隔）と等しくされうる。環状空間７に発生したプラズマＰは、開口部８を通って基材２に接触する。
　実施の形態１のプラズマトーチユニットＴでは、１つの線状の開口部８を、環状チャンバの１つの長辺に沿って配置している。環状チャンバを構成するレーストラックの長さをＬ１、長辺をなす直線部の長さをＬ２、短辺をなす円、楕円、または直線の長さをＬ３としたとき、Ｌ１＝Ｌ２×２＋Ｌ３×２の関係がある。そして、開口部８の長さをＬ４としたとき、Ｌ４≒Ｌ２であるから、Ｌ４＜Ｌ１の関係がある。すなわち、線状の開口部８の長さＬ４は、環状チャンバの環の長さＬ１よりも短い。
　誘導体部材に囲まれた領域で発生したプラズマＰが、誘電体以外の材質である基材２と接触する面積を小さくすることで、一般にプラズマＰの安定性が高まる。また、短辺部で発生したプラズマＰは均一性が、長辺部で発生したプラズマＰより均一性よりも低い恐れがある。均一性のよい長辺部で発生したプラズマＰを基材２に照射することで、プラズマ処理の均一性が向上しうる。
　プラズマガス供給配管１０からのガスを、環状チャンバを構成する環状空間７に供給しつつ、開口部８から基材２に向けてガスを噴出させる。それとともに、高周波電源（不図示）によってソレノイドコイル３に高周波電力を供給する。それにより、環状チャンバを構成する環状空間７にプラズマＰが発生する。プラズマＰは、ガスとともに開口部８付近に配置された基材２に曝露される。その結果、基材２上の薄膜２２をプラズマ処理することができる。
　プラズマ処理の処理条件の具体例を以下に示す。プラズマガス供給穴１１を通して、環状チャンバ内にＡｒまたはＡｒと水素との混合ガスを供給しつつ、開口部８から基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源（不図示）によってソレノイドコイル３に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。それにより、環状チャンバ内部の空間７に高周波電磁界を発生させることでプラズマＰを発生させる。プラズマＰを、開口部８付近の基材２に曝露することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
　プラズマＰを基材２に曝露するときに、開口部８の長手方向に対して垂直方向に、環状チャンバと基材載置台１とを相対的に移動させる。つまり、図１（ａ）の左右方向へ、図１（ｂ）～（ｄ）の紙面に垂直方向へ、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を移動させる。
　このように、開口部８の開口面と、基材載置台１の載置面とを平行にしたまま、開口部８の長手方向に対して垂直方向に、環状チャンバと基材載置台１とを相対的に移動する。開口部８の長さを調整すれば、プラズマ照射領域の長さと、基材２に照射する所望の処理領域の長さとを、等しくするように構成することができる。
　プラズマ処理条件は、走査速度＝５０～３０００ｍｍ/ｓ、プラズマガス総流量＝１～１００ＳＬＭ、Ａｒと水素ガスの混合ガス中の水素ガス濃度＝０～１０％、高周波電力＝０．５～１０ｋＷ程度の値が適切でありうる。これらの条件のうち、ガス流量及び電力は、開口部８の長さを１００ｍｍとしたときの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、開口部８の長さに比例することが適切と考えられるためである。
　前述のように、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴは、環状空間７で構成される環状チャンバを有する。チャンバを環状チャンバとする効果を説明する。
　従来例に示した特許文献６および７には、プラズマトーチのチャンバの形状は詳細に開示されていないか、または一塊の直方体形状の空間で構成されている。直方体形状の空間に大気圧誘導結合型プラズマを発生させると、円環状の（ドーナツ形状の）プラズマがチャンバ内に発生しやすい。直方体形状の空間からなるチャンバに円環状のプラズマが発生すると、チャンバの一部にのみ非常に高い密度のプラズマが発生する。そのため、長尺方向に均一なプラズマ処理を行うことが困難である。
　一方、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴのチャンバは、環状空間７で構成されているため、環状空間７に沿ってレーストラック形のプラズマＰが発生する。したがって、従来例に比べて、チャンバ内に均一な密度のプラズマが発生する。そのため、格段に均一なプラズマ処理が可能となる。
　また、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴのチャンバの体積は、従来例に比べて小さい。そのため、単位体積当たりに作用する高周波電力が増すので、プラズマ発生効率がよくなる。
　図３に示すように、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴの開口部８の開口幅ｆは、環状チャンバを構成する環状空間７の幅ｄと異なっていてもよい（開口幅ｆが幅ｄよりも小さくてもよい）。しかしながら、開口幅ｆが小さすぎると、プラズマＰを基板に曝露させにくくなるので、開口幅ｆを１ｍｍよりも大きくする必要がある。つまり、間隔ｆが１ｍｍ以下であると、環状のプラズマＰが開口部に侵入しにくくなる。
　また、環状チャンバを構成する環状空間７の幅ｄはプラズマトーチユニットＴを構成する第一石英ブロック４の内壁面と、第二石英ブロック５の外壁面との隙間に相当する（図１（ａ）参照）。本発明者の検討により、環状空間の幅ｄが１ｍｍ未満であると、環状チャンバ内に高密度の熱プラズマを極めて発生させにくくなることが判明した。また、幅ｄが大きすぎると、プラズマの発生効率が低下することが判明した。そのため、幅ｄは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。
　環状チャンバの外径（環状チャンバの全体としての大きさ）ｅおよびｅ’は、互いに対向する、第一石英ブロック４の内壁面同士の距離に相当する（図１（ａ）および図１（ｂ）参照）。環状チャンバは長尺であるので、環状チャンバの短軸径ｅと、環状チャンバの長軸径ｅ’とを有する。環状チャンバの長軸径ｅ’が１０ｍｍ未満の場合は、環状チャンバ内に高密度の熱プラズマを極めて発生させにくくなることが判明した。よって、環状チャンバの外径のうちの長軸径ｅ’は１０ｍｍ以上であることが好ましい。
　実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴにおける、第一石英ブロック４の最下面と基材２の表面との間隔ｇ（図１（ａ））を小さくする、具体的には、１ｍｍ以下とすることが好ましい。間隔ｇを小さくすることによる効果を説明する。
　従来の一般的な誘導結合型プラズマトーチにおいては、ガス流量を増やすと放電が不安定になると指摘されている（例えば、Ｈｉｒｏｎｏｂｕ　Ｙａｂｕｔａ　ｅｔ　ａｌ．，　“Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｕａｌ　ｉｎｌｅｔ　ＩＣＰ　ｔｏｒｃｈ　ｆｏｒ　ｌｏｗ　ｇａｓ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ”，　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ａｔｏｍｉｃ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，　１７（２００２）１０９０－１０９５頁を参照）。これは、チャンバ内で環状プラズマが揺動した際に、ガス流れの下流域において環状プラズマとコイルとの距離が離れすぎて誘導結合を維持できなくなり、プラズマが失火してしまうためと考えられる。
　一方、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットＴの開口部８を構成する第一石英ブロック４の最下面と基材２の表面との間隔ｇを小さくしている。そのため、発生したプラズマＰが、プラズマトーチユニットＴの第一石英ブロック４の最下面と基材２との隙間に侵入せず、環状チャンバ内（隙間よりも上流の領域）にとどまる。したがって、ガス流量を増大させても、環状プラズマＰが極めて安定に維持される。したがって、従来例に比べて、プラズマ発生が格段に安定する。
　また間隔ｇを小さくすることで、発生したプラズマＰのうち、電子密度や活性粒子密度の高いプラズマを、基材２に曝露させることができる。そのため、高速プラズマ処理、あるいは、高温プラズマ処理が可能となる。
　さらに、開口部８を構成する第一石英ブロック４の最下面と基材２の表面との間隔ｇが１ｍｍ以下であると、環状のプラズマＰの揺動（開口部８から漏れ出そうとする動き）をより効果的に抑制できることがわかった。一方、間隔ｇが小さ過ぎると、基材２に到達するプラズマ流が弱まる。また、間隔ｇが小さ過ぎると、部品加工や組立精度の影響によってプラズマ処理がばらつく。そのため、０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上に構成することが望ましい。
　（実施の形態２）
　実施の形態２について、図４を参照して説明する。図４は、実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図であり、実施の形態１における図１（ａ）の断面図に相当する。
　実施の形態２におけるプラズマ処理装置は、線状の開口部８を２つ有する。２つの開口部８はそれぞれ、環状チャンバを構成する環状空間７の２つの長辺に沿って配置されている。
　実施の形態２の構成では、基材２の表面の任意の部位が、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、プラズマに二回曝露される。したがって、より高速または高温のプラズマ処理が可能となる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３について、図５を参照して説明する。図５は、実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図であり、実施の形態１における図１（ａ）の断面図に相当する。
　実施の形態３におけるプラズマ処理装置は、第一石英ブロック４および第二石英ブロック５の形状が、実施の形態１のプラズマ処理装置と異なる。つまり、第一石英ブロック４および第二石英ブロック５の図面上下方向の幅が小さく構成されている。このような構成により、プラズマトーチユニットＴをコンパクトにすることができる。
　（実施の形態４）
　実施の形態４について、図６を参照して説明する。図６は、実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図であり、実施の形態１における図１（ａ）の断面図に相当する。
　実施の形態４におけるプラズマ処理装置は、実施の形態３と同様、第一石英ブロック４および第二石英ブロック５の、図面上下方向の幅が小さく構成されている。さらに、環状チャンバを取り囲むように配置されていたソレノイドコイル３の代わりに、第二石英ブロック５の上方に配置された平面状のスパイラルコイル２１を有する。このようにコイルが、環状チャンバの側面（図中における、環状チャンバの上面）に配置されてもよい。このような構成により、トーチユニットが非常に小さくなる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態５におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図であり、実施の形態１における図１（ａ）の断面図に相当する。
　実施の形態５におけるプラズマ処理装置は、第一石英ブロック４および第二石英ブロック５の形状が、実施の形態１のプラズマ処理装置と異なる。第二石英ブロック５は、その下部が楕円柱状を有し、基材載置台１の載置面に平行な断面を同一形状（楕円）とされている。第一石英ブロック４は、その中間部に第二石英ブロック５に対向する溝７Ａを有する。さらに、第一石英ブロック４は、基材載置台１に対向する溝７Ｂを有する。溝７Ａおよび７Ｂと、第二石英ブロック５の外壁面とで、環状チャンバを構成する環状空間７が構成される。
　（実施の形態６）
　実施の形態６について、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態６におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図であり、図１（ａ）の断面図に相当する。
　図８におけるプラズマ処理装置は、第二石英ブロック５の内部に設けられた凹部内に、接着剤１４により接合された銅管１２を有する。銅管１２は接地され、プラズマの着火性向上に寄与している。
　第二石英ブロック５の内部に設けられた凹部に配置された銅管１２は、冷媒流路を構成してもよい。銅管１２に冷媒を流すことで、凹部を冷却するとともに、プラズマＰに接する第二石英ブロック５の外壁面（環状チャンバの内壁面）を効果的に冷却する。
　第二石英ブロック５の図中上面に凹部を形成したために、プラズマトーチユニットの長尺方向に延びるプラズマガスマニホールド９を２つ設けている。プラズマガスマニホールド９が２つあると、２つのガス供給系（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）のガス流量バランスを制御しやすいという利点もある。
　また、図８におけるプラズマ処理装置は、第一石英ブロック４の外壁面に、接着剤１４により接合された、誘電体管としての石英管１３を有する。また、ソレノイドコイル３が、第一石英ブロック４の外壁面に接着剤１４により接合されている。石英管１３が冷媒流路を構成すると、石英管１３を流れる冷媒は、ソレノイドコイル３と第一石英ブロック４とを冷却することができる。
　（実施の形態７）
　実施の形態７について、図９を参照して説明する。図９は、実施の形態７におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図あり、図１（ａ）の断面図に相当する。
　図９におけるプラズマ処理装置は、第一石英ブロック４の最下面から、面方向に張り出している張り出し部４ａを有する。ソレノイドコイル３と基材２との間の空間にプラズマガスが滞留すると、プラズマＰとソレノイドコイル３との間でアーク放電が起きる恐れがある。張り出し部４ａは、ソレノイドコイル３と基材２との間の空間に、プラズマガスが滞留することを抑制し、アーク放電の発生を防止する。
　（実施の形態８）
　実施の形態８について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態８におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図であり、図１（ａ）の断面図に相当する。
　図１０におけるプラズマ処理装置は、第二石英ブロック５の内部に設けられた凹部内に挿入されたソレノイドコイル３を有する。ソレノイドコイル３の巻軸は、図中の上下方向である。
　このような構成により、誘導結合型プラズマトーチユニットＴの外面にソレノイドコイル３を設ける必要がなくなる。そのため、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを小型化できる。また、環状チャンバ内の放電や開口部８付近での基材２表面の視認性が高まるので、発光モニタリング、温度モニタリングなどの種々のモニタリングが容易になる。さらに、プラズマガスがソレノイドコイル３の近傍に滞留することがなくなるので、プラズマＰとソレノイドコイル３との間でアーク放電が起きることが効果的に抑制される。
　（実施の形態９）
　実施の形態９について、図１１を参照して説明する。図１１は、実施の形態９におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図あり、図１（ａ）の断面図に相当する。
　図１１におけるプラズマ処理装置は、第二石英ブロック５の内側に設けられた凹部内に配置されたソレノイドコイル３を有する。ソレノイドコイル３の巻軸は、図の紙面上、左右方向である。つまり、実施の形態９においては、ソレノイドコイル３の巻軸が基材２の表面に平行であり、かつ、環状チャンバを構成する環状空間７がなす環平面が基材２の表面に垂直となるように構成されている。
　このような構成により、誘導結合型プラズマトーチユニットＴが小型化できる。また、環状チャンバ内の放電や開口部８の近傍の基材２表面の視認性が高まるので、発光モニタリング、温度モニタリングなどの種々のモニタリングが容易に行える。また、プラズマＰとソレノイドコイル３が空間的に分離されるので、プラズマＰとソレノイドコイル３との間でアーク放電が起きることを効果的に抑制できる。
　（実施の形態１０）
　実施の形態１０について、図１２（ａ）～（ｃ）を参照して説明する。図１２（ａ）～（ｃ）は、実施の形態１０におけるプラズマ処理装置の構成を示す。実施の形態１０におけるプラズマ処理装置は、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、平板状のカバー１６とを有する。図１２（ａ）～（ｃ）に示されるプラズマトーチユニットＴは、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットと同様である。
　図１２（ａ）～（ｃ）に示されるように、基材載置台１の両隣に、平板状のカバー１６が設けられている。カバー１６は、基材載置台１に載置された基材２の縁部を囲うように、基材載置台１の周囲に設けられる。また、カバー１６の表面と、基材２の表面とが、同一平面上に位置するよう構成される。基材載置台１上に載置した基材２と、カバー１６との隙間ｗは、できるだけ小さい方が好ましい。
　カバー１６の内部には、カバー１６を冷却するための冷媒流路１７が設けられている。カバー１６は、プラズマトーチユニットＴの開口部の近傍に対向して設けられる。そのため、環状チャンバで発生したプラズマＰが環状チャンバから漏れ出すことを抑制し、プラズマトーチユニットＴをプラズマから保護する。またカバー１６は、開口部を介して、環状チャンバ１６の環状空間を規定するので、プラズマの着火・失火をスムーズにする。
　カバー１６の少なくとも表面（プラズマトーチユニットＴと対向する面）は、絶縁材料から構成されていることが好ましい。このような構成により、プラズマとカバー１６との間でアーク放電が起きることを効果的に抑制できる。カバー１６全体を石英、セラミックスなどの絶縁体で構成してもよいし、ステンレス、アルミニウムなどの金属（導体）に、溶射、ＣＶＤ、塗工などにより絶縁皮膜を形成したものをカバー１６としてもよい。
　図１２（ａ）は、プラズマトーチユニットＴがカバー１６に対向しており、プラズマトーチユニットＴの着火シーケンス・加速を実施する準備段階を示す。図１２（ｂ）は、プラズマトーチユニットＴが基板２の表面を走査している状態を示しており、プラズマ処理中の段階を示す。図１２（ｃ）は、プラズマトーチユニットＴがカバー１６に対向しており、プラズマ処理が完了し、プラズマトーチユニットＴの減速・失火を実施する段階を示す。
　（実施の形態１１）
　実施の形態１１について、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は、実施の形態１１におけるプラズマ処理装置の構成を示す。実施の形態１１におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１０と同様に、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、平板状のカバー１６とを有する。図１３および図１４に示されるプラズマトーチユニットＴは、実施の形態１におけるプラズマトーチユニットと同様である。
　図１３は、誘導結合型プラズマトーチユニットＴの着火シーケンス・加速を実施する準備段階を示している。基材載置台１の両隣に、平板状のカバー１６が設けられている。カバー１６は、装置をプラズマから保護する機能と、プラズマ不安定化・失火を抑制できるよう、環状チャンバの形状を一定に保つ機能がある。
　図１４は、実施の形態１１におけるプラズマ処理装置における、プラズマトーチユニットＴと、基材載置台１および平板状のカバー１６との関係を示す。誘導結合型プラズマトーチユニットＴの長尺方向に平行で、かつ、基材に垂直な断面図であり、図１（ｄ）に相当する。
　実施の形態１０におけるプラズマ処理装置は、基材載置台１上に載置した基材２とカバー１６との隙間ｗを有していたが、実施の形態１１におけるプラズマ処理装置は、隙間を有さない構成としている（図１３および図１４を参照）。実施の形態１０においては、誘導結合型プラズマトーチユニットＴが隙間ｗの近傍を走査するときに、プラズマが揺らいだり失火したりすることがあり得る。実施の形態１１では、プラズマの揺らぎや失火を効果的に抑制できる。
　基材２とカバー１６との隙間ｗをなくすために、例えば、カバー１６を可動にしておけばよい。つまり、基材２を基材載置台１上に載置した後、カバー１６を基材２に向けてゆっくりと近づけ、押し当てればよい。カバー１６は、モータ駆動機構、エア駆動機構、バネ駆動機構などで動かせばよい。
　また、図１４に示されるように、開口部８の長さを、基材２の幅と同じかそれより大きくすれば、一回の走査（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の表面全体の薄膜２２の表面付近を処理することができる。
　図１４に示されるカバー１６の内部には冷媒流路が設けられていない。プラズマトーチユニットＴが、カバー１６上に配置されている時間は短いため、カバー１６に加えられる熱エネルギーを低減することができる。そのため、必ずしもカバー１６に冷媒流路が必要とは限らない。もちろん、目的とする処理に応じて冷媒流路を設けてもよい。
　（実施の形態１２）
　実施の形態１２について、図１５を参照して説明する。図１５は、実施の形態１２におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図あり、図１（ａ）の断面図に相当する。
　図１５のプラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマトーチユニットＴの最下面を構成する第一石英ブロック４及び第二石英ブロック５を有する。第一石英ブロック４及び第二石英ブロック５は、それぞれ環状チャンバを構成する環状空間７を規定する。さらに、第三石英ブロック１８及び第四石英ブロック１９の少なくともいずれか一方が、図の左右方向にスライド可能に構成されている。それにより、線状の開口部８の開口幅ｆ（図３参照）が調整可能に構成されている。
　このような構成により、基材２へのプラズマ曝露の強度や、プラズマに曝露される時間などの処理パラメータを制御することができる。
　（実施の形態１３）
　実施の形態１３について、図１６を参照して説明する。図１６は、実施の形態１３におけるプラズマ処理装置の構成を示す。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断面図あり、図１（ａ）の断面図に相当する。
　図１６におけるプラズマ処理装置はソレノイドコイル３を有し、ソレノイドコイル３の巻軸は、図の紙面上、左右方向である。実施の形態９と同様に、ソレノイドコイル３の巻軸は基材２の表面に平行で、かつ、環状チャンバを構成する環状空間７がなす環平面が基材２の表面に垂直となる構成としている。ソレノイドコイル３の巻軸は、環状空間７がなす環平面に対して、厳密に垂直ではなく、若干傾斜している。しかしながら、ソレノイドコイル３は環状チャンバに十分近接しているので、環状チャンバを構成する環状空間７に高密度プラズマを生成することができる。
　ソレノイドコイル３と基材２との間に誘電体ブロック２０が設けられている。誘電体ブロック２０は、プラズマから供給された荷電粒子がソレノイドコイル３に到達することを抑制する。
　このような構成により、誘導結合型プラズマトーチユニットＴが小型化できる。また、環状チャンバ内の放電や開口部８直下の基材２表面の視認性が高まるので、発光モニタリング、温度モニタリングなどの種々のモニタリングが容易になる。また、プラズマＰとソレノイドコイル３が空間的に分離されるので、プラズマＰとソレノイドコイル３との間でアーク放電が起きることを効果的に抑制できる。
　以上に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。
　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。
　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。
　また、プラズマトーチユニットＴのチャンバを長尺の環状チャンバとするのではなく、円筒状の石英ブロック、円筒状に成形された導体製のソレノイドコイル３などを用いて、真円に近い円筒状の環状チャンバとしてもよい。
　前述したように、本発明のプラズマ処理装置は、環状チャンバを規定する誘電体部材の近傍に設けられたコイルを有する。環状チャンバを規定する誘電体部材の近傍に設けられたコイルとは、例えば、１）環状チャンバを構成する環状空間の外側面を覆うように設けられたコイル（図１，図４，図５，図７，図８，図９を参照）であったり、２）環状チャンバを構成する環状空間の内側面に囲まれた空間に配置されたコイル（図１０，図１１を参照）であったり、３）環状チャンバを構成する環状空間の環の上面または下面に配置されたコイル（図６参照）であったりする。
　基材２が導体や半導体である場合または薄膜２２が導体や半導体である場合は、基材２または薄膜２２の表面でアーク放電が発生しやすい。アーク放電の発生を抑制するには、基材２または薄膜２２の表面に絶縁膜を形成した後に、絶縁膜を介して基材２または薄膜２２の表面を処理してもよい。
　本願明細書における「熱プラズマ処理」という用語は、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処理を意味している。熱プラズマと低温プラズマとを、厳密に区分けすることは難しい。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。
　本発明の種々の構成のプラズマ処理装置によって、基材２の表面近傍を高温処理することができる。
　例えば、本発明のプラズマ処理を、背景技術の欄で述べた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。また、本発明のプラズマ処理を、太陽電池の製造方法において、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ために使用してもよい。さらに、本発明のプラズマ処理を、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にに適用できる。
　本発明のプラズマ処理を用いて、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こともできるが、反応性ガスによるプラズマまたはプラズマと反応性ガスを同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理することもできる。プラズマガスと反応性ガスとの混合ガス中でプラズマを発生させることで、基材２をエッチングしたり、基材２にＣＶＤ成膜したりすることができる。プラズマガスを希ガスまたは希ガスに少量の水素ガスを加えたガスとし、かつシールドガスとして反応性ガスを含むガスを供給することによって、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。
　エッチングに用いる反応性ガスは、エッチングしようとする基材２の材質に応じて選択されるが；シリコンやシリコン化合物などをエッチングする場合には、反応性ガスはハロゲン含有ガス、例えば、ＣxＦy（ｘ、ｙは自然数）、ＳＦ６などでありうる。
　反応性ガスを酸素ガスとすれば、有機物の除去、レジストアッシングなどが可能となる。ＣＶＤに用いる反応ガスは、成膜しようとする膜の材質に応じて選択されるが；シリコンやシリコン化合物を成膜する場合には、反応性ガスはモノシラン、ジシランなどでありうる。シリコン酸化膜を成膜する場合には、反応性ガスはＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）に代表されるシリコンを含有した有機ガスと酸素ガスとの混合ガスでありうる。
　プラズマガスを、アルゴンを主成分とするガスとすると、熱プラズマを発生させることができる。一方、プラズマガスを、ヘリウムを主成分とするガスとすると、比較的低温のプラズマを発生させることができる。
　その他、本発明のプラズマ処理を用いて、基材２の撥水性・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をすることもできる。
　従来技術のプラズマ処理装置（例えば、特許文献１０に記載のもの）に比較すると、本発明のプラズマ処理装置は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を発生させにくい。そのため、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効率よく処理することが可能となる。
　本発明のプラズマ処理装置は、プラズマを安定的かつ効率的に発生させることができ、基材の所望の被処理領域を短時間で効率よく加熱処理することができる。
　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　ソレノイドコイル
　４　第一石英ブロック
　５　第二石英ブロック
　７　環状チャンバ内部の空間
　８　開口部
　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
　１５，１７　冷媒流路
　Ｐ　プラズマ
　２２　薄膜

Claims (16)

  1. 　開口幅が１ｍｍよりも大きい開口部に連通する環状空間からなる環状チャンバを規定する誘電体部材と、
    　前記環状チャンバの内部にガスを導入するためのガス供給配管と、
    　前記環状チャンバを規定する誘電体部材の近傍に設けられたコイルと、
    　前記コイルに接続された高周波電源と、
    　基材を前記開口部に近接して配置するための基材載置台と
    　を備える、プラズマ処理装置。
  2. 　前記環状チャンバが、長尺な形状であり、
    　前記開口部が、長尺で線状であり、
    　前記コイルが、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、
    　前記環状チャンバと前記基材載置台とを、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、相対的に移動可能とする移動機構を備える、
    　請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記開口部の長さは、前記環状チャンバを構成する環状空間の長軸径よりも短い、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記誘電体部材の内部に設けられ、前記開口部の長手方向に対して平行である冷媒流路を有する、請求項２記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記誘電体部材に接合されており、前記開口部の長手方向に対して平行で、内部が冷媒流路となっている誘電体管を有する、請求項２記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記誘電体部材は、
    　前記環状空間の外側面を構成する外部誘電体ブロックと、
    　前記外部誘電体ブロックに挿入され、前記環状空間の内側面を構成する内部誘電体ブロックと、
    　を有する請求項１記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記開口部の端面と基材との距離を１ｍｍ以下とすることができるよう構成される、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記環状チャンバを構成する前記環状空間の幅が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記開口部の開口幅が、前記環状チャンバを構成する環状空間の幅と等しい、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記環状チャンバを構成する前記環状空間の長軸径が１０ｍｍ以上である、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記開口部の開口幅が可変である、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記基材載置台に基材が配置されたときに前記基材の縁部を囲うように、前記基材載置台の周囲に設けられた平板状のカバーを有する、請求項１記載のプラズマ処理装置。
  13. 　前記カバーの表面と、前記基材が配置された際の前記基材の表面が、同一平面上に位置するよう構成されている、請求項１２記載のプラズマ処理装置。
  14. 　前記カバーの少なくとも表面が、絶縁材料から構成されている、請求項１２記載のプラズマ処理装置。
  15. 　基材の表面をプラズマ処理する方法であって、
    　開口部以外が誘電体部材で囲まれた環状空間で構成された環状チャンバ内にガスを供給しつつ、前記環状チャンバの近傍に設けられたコイルに高周波電力を供給することで、前記環状チャンバ内に高周波電磁界を発生させてプラズマを発生させる工程と、
    　前記開口部の近傍に、前記開口部に対向して配置された基材を、前記プラズマに曝露する工程と、を含む、プラズマ処理方法。
  16. 　前記プラズマに曝露される前記基材の表面に絶縁膜が成膜されている、請求項１５記載のプラズマ処理方法。
PCT/JP2013/005492 2012-09-18 2013-09-17 プラズマ処理装置及び方法 WO2014045565A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020147006272A KR20140046065A (ko) 2012-09-18 2013-09-17 플라즈마 처리 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-204067 2012-09-18
JP2012204067A JP5899422B2 (ja) 2012-09-18 2012-09-18 誘導結合型プラズマ処理装置及び方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014045565A1 true WO2014045565A1 (ja) 2014-03-27

Family

ID=50340904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/005492 WO2014045565A1 (ja) 2012-09-18 2013-09-17 プラズマ処理装置及び方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5899422B2 (ja)
KR (1) KR20140046065A (ja)
WO (1) WO2014045565A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5861045B2 (ja) * 2013-03-28 2016-02-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 プラズマ処理装置及び方法
JP6473889B2 (ja) * 2014-09-19 2019-02-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 プラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5845736A (ja) * 1981-09-01 1983-03-17 ラム・リサーチ・コーポレイション プラズマエツチング装置
JPH11251090A (ja) * 1998-03-02 1999-09-17 Foi:Kk プラズマ発生装置
JP2001093871A (ja) * 1999-09-24 2001-04-06 Tadahiro Omi プラズマ加工装置、製造工程およびそのデバイス
JP2004047192A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Adtec Plasma Technology Co Ltd 透磁コアによるトランス放電型プラズマ発生装置
JP2006332055A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 New Power Plasma Co Ltd プラズマ処理チャンバ、プラズマ反応器、大気圧プラズマ処理システム及びプラズマ処理システム
JP2007287454A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Seiko Epson Corp プラズマ装置
JP2007294414A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 New Power Plasma Co Ltd 多重マグネチックコアが結合された誘導結合プラズマ反応器
WO2011142125A1 (ja) * 2010-05-13 2011-11-17 パナソニック株式会社 プラズマ処理装置及び方法
JP2012174500A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Panasonic Corp プラズマ処理装置及び方法
JP2013120685A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Panasonic Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2013211244A (ja) * 2012-03-02 2013-10-10 Panasonic Corp プラズマ処理装置及び方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003033647A (ja) * 2001-07-23 2003-02-04 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd プラズマ処理装置
US20080023070A1 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Sanjai Sinha Methods and systems for manufacturing polycrystalline silicon and silicon-germanium solar cells

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5845736A (ja) * 1981-09-01 1983-03-17 ラム・リサーチ・コーポレイション プラズマエツチング装置
JPH11251090A (ja) * 1998-03-02 1999-09-17 Foi:Kk プラズマ発生装置
JP2001093871A (ja) * 1999-09-24 2001-04-06 Tadahiro Omi プラズマ加工装置、製造工程およびそのデバイス
JP2004047192A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Adtec Plasma Technology Co Ltd 透磁コアによるトランス放電型プラズマ発生装置
JP2006332055A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 New Power Plasma Co Ltd プラズマ処理チャンバ、プラズマ反応器、大気圧プラズマ処理システム及びプラズマ処理システム
JP2007287454A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Seiko Epson Corp プラズマ装置
JP2007294414A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 New Power Plasma Co Ltd 多重マグネチックコアが結合された誘導結合プラズマ反応器
WO2011142125A1 (ja) * 2010-05-13 2011-11-17 パナソニック株式会社 プラズマ処理装置及び方法
JP2012174500A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Panasonic Corp プラズマ処理装置及び方法
JP2013120685A (ja) * 2011-12-07 2013-06-17 Panasonic Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2013211244A (ja) * 2012-03-02 2013-10-10 Panasonic Corp プラズマ処理装置及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014060036A (ja) 2014-04-03
KR20140046065A (ko) 2014-04-17
JP5899422B2 (ja) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10147585B2 (en) Plasma processing apparatus
JP5467371B2 (ja) 誘導結合型プラズマ処理装置及び誘導結合型プラズマ処理方法
JP5510436B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5429268B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US10115565B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP6191887B2 (ja) プラズマ処理装置
JP6064174B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5617817B2 (ja) 誘導結合型プラズマ処理装置及び誘導結合型プラズマ処理方法
JP5861045B2 (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP2013229211A (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP2013120687A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
WO2014045565A1 (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP2014060035A (ja) プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6064176B2 (ja) 誘導結合型プラズマ処理装置及び方法
JP5617818B2 (ja) 誘導結合型プラズマ処理装置及び誘導結合型プラズマ処理方法
JP5821984B2 (ja) 電子デバイスの製造方法
JP2013098067A (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP5578155B2 (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP5906391B2 (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP6074668B2 (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP2013037977A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2013037978A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2014060037A (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP2013115026A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147006272

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13838789

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13838789

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1